Явление осмоса. Перемещение воды по градиенту водного потенциала в искусственной «клеточке» траубе.

Явление осмоса. Перемещение воды по градиенту водного потенциала в искусственной «клеточке» Траубе.

Материалы и оборудование: 0,5%-ный водный раствор сульфата меди, кристаллы гексацианоферрата (II) калия, пробирки или цилиндры на 10 мл.

«Клеточка» Траубе – модель клетки, предложенная исследователем Траубе. Её получают, помещая кристаллик гексацианоферрата (II) калия (K₄[Fe(CN₆)]) в водный раствор сульфата меди (CuSO₄).

Вокруг кристаллика в результате взаимодействия солей образуется осадочная мембрана гексацианоферрата (II) меди:

K₄[Fe(CN₆)] + 2 CuSO₄ = Cu₂[Fe(CN₆)] ↓ + 2К₂ SO₄

Эта мембрана проницаема только для молекул воды, но не для растворенных в ней веществ, т.е. обладает свойством полупроницаемости.

Цель работы: получить «клеточку» Траубе и пронаблюдать явление осмоса – перемещение воды через полупроницаемую мембрану по градиенту осмотического потенциала.

Ход работы.

В небольшой цилиндр или пробирку наливают на ¾ объёма 0,5 %-ный раствор сульфата меди и затем на дно этого сосуда опускают кристаллик гексацианоферрата (II) калия.

Мембрана образует замкнутый мешочек, который автор опыта Траубе назвал искусственной клеточкой. Полупроницаемая пленка Cu₂[Fe(CN₆)] разделяет два раствора разной концентрации: внутри мешочка находится концентрированный раствор гексацианоферрата (II) калия (образующийся при растворении кристаллика соли), а снаружи – раствор сульфата меди. Возникает ток воды внутрь мешочка, объём раствора гексацианоферрата (II) калия увеличивается, в результате чего мембрана растягивается. Будучи очень тонкой, мембрана в отдельных местах разрывается под действием гидростатического давления. В этих местах соли снова взаимодействуют, возникают новые участки мембраны, что приводит к неравномерному увеличению размера мешочка. Мешочек будет расти, пока весь кристаллик не растворится. Дальнейшее поступление воды в мешочек приведёт к разрыву пленки и она осядет в виде хлопьев на дно пробирки.

Задание: описать опыт, сделать рисунок, сформулировать вывод о механизме перемещения воды через полупроницаемую мембрану.

 

Плазмолиз, его формы и деплазмолиз

Материалы и оборудование: луковица с антоцианом, раствор сахарозы 1,0 М или 0,8 М NaCl, пинцет, скальпель, бритва, препаровальная игла, предметные и покровные стёкла, салфетки, микроскоп, стеклянная палочка, фильтровальная бумага, цветные карандаши.

Плазмолизом называется процесс обезвоживания протопласта живой клетки до такой степени, что протопласт начинает отставать от оболочки клетки. Вода отсасывается плазмолитиком из клеточного сока, вакуоль уменьшается, а протоплазма, следуя за уменьшающимся объёмом вакуоли, постепенно отделяется от оболочки клетки. В таком состоянии клетка называется плазмолизированной. Процесс, противоположный плазмолизу, когда вода обратно всасывается в клеточный сок и увеличивается объём вакуоли в такой степени, что протоплазма нормально прижата к оболочки клетки, называется деплазмолизом. В результате деплазмолиза восстанавливается тургор клетки.

Процессы плазмолиза и деплазмолиза происходят только в живых клетках и основаны на полупроницаемости протоплазмы. При плазмолизе и деплазмолизе клетка действует как осмотическая система. Плазмолиз и деплазмолиз можно наблюдать в следующем опыте.

Ход работы. С выпуклой стороны мясистой чешуи лука снимают два – три маленьких кусочка эпидермиса (удобнее всего сдирать пинцетом) и кладут их в каплю воды на предметное стекло, накрыв покровным стеклом, просматривают срезы эпидермиса под микроскопом при малом и большом увеличении. При этом наблюдают тургесцентные клетки (рис. а). Затем с одной стороны покровного стекла прикладывают кусочек фильтровальной бумаги, а с другой стороны наносят стеклянной палочкой капли 1,0 молярного раствора сахарозы: так заменяют воду плазмолитиком. Непрерывно наблюдают под микроскопом за ходом плазмолиза. При этом заметим начальную стадию плазмолиза (рис. б), когда протоплазма только начинает отделятся в уголках клетки от оболочки. Далее наступает вогнутая форма плазмолиза, при которой протопласт имеет угловатую форму (рис.в). Позднее протоплазма отделится от оболочки везде и протопласт примет выпуклую (округлую) форму – это выпуклый плазмолиз (рис. г). Скорость перехода вогнутого плазмолиза в выпуклый зависит от вязкости протоплазмы: при более вязкой протоплазме этот переход совершается медленнее. Если, после полного плазмолиза (выпуклого) заменить под покровным стеклом плазмолитик чистой водой, то будет наблюдаться деплазмолиз, т.е. вакуоль будет увеличиваться благодаря тому, что вода всасывается клеточным соком, и протоплазма постепенно полностью прижмётся к оболочке клетки, клетка снова станет тургесцентной. Все наблюдения зарисовывают цветными карандашами.

Вопросы:

Что такое плазмолиз и деплазмолиз?

Почему плазмолиз наблюдается только в живых клетках?

Какие формы плазмолиза наблюдали в своём опыте?

 

 

Работа 2.

 

Проницаемость живой и мёртвой протоплазмы для клеточного сока и красок.

 

Материалы и оборудование: 10 слабо наклюнувшихся семян пшеницы или кукурузы, корнеплод столовой красной свёклы, пробочное сверло, скальпель, три пробирки, 30-% уксусная кислота, штатив, электроплитка, линейка, чашка Петри, пинцет, препаровальная игла, фарфоровый тигелёк, 0,1%-ный раствор краски индиго-кармина (или кислый фуксин), фильтровальная бумага, бритва (лезвия), цветные карандаши, стеклянные палочки.

 

Проницаемость живой и мёртвой протоплазмы для клеточного сока

 

Живая протоплазма проницаема не для всех веществ (полупроницаема), но если разрушить каким-либо путём субмикроскопическую структуру живой протоплазмы, она становиться проницаемой для всех веществ, в том числе и для клеточного сока. Это подтверждается следующим опытом.

Ход работы. Из очищенной красной свеклы сверлом или скальпелем вырезают три одинаковых кубика размером около 1см³. Кубики тщательно промывают водой, чтобы удалить с их поверхности клеточный сок разрезанных клеток, и по одному помещают в пробирку. В первую пробирку наливают пол пробирки (на глаз) 30%-ной уксусной кислоты, а во вторую и третью пробирки столько же воды. Первую и вторую пробирку ставят в штатив, а третью кипятят не менее 5 – 10 минут и тоже ставят в штатив. Через 30 мин настаивания содержимое пробирок перемешивают, просматривают и отмечают окраску жидкости в каждой пробирке. Результаты записывают в таблицу:

Вариант опыта

Окраска жидкости в пробирке

Полупроницаемость протоплазмы

1. Уксусная кислота

2. Кипячение

3. Контроль – вода

 

Определение жизнеспособности семян окрашиванием по методу

Иванова

Определение процента живых и мёртвых семян по Иванову основано на том, что мёртвая протоплазма хорошо пропускает краски и интенсивно окрашивается ими, а живая не окрашивается. Сказанное подтверждается следующим опытом.

Ход работы. Семена озимой ржи или яровой пшеницы выдерживают в воде при температуре 16 – 20⁰ в течении 4 ч, семена яровой пшеницы – 10 ч. Анализируют 100 семян в 2-кратной повторности. Каждое семя разрезают бритвой вдоль на две равные половинки. Для окрашивания оставляют одну половину семени с ровным продольным срезом зародыша и эндосперма. Чтобы половинки семян не подсыхали, их опускают в стаканчик с водой, затем три раза промывают чистой водой и заливают 0,1%-ным раствором индиго-кармина или 0,2%-ным раствором кислого фуксина так, чтобы они были покрыты раствором на 0,5 см. Выдерживают семена в краске 15 мин, затем промывают их водой до исчезновения краски. После этого половинки семян раскладывают пинцетом на стекле и рассматривают зародыши, подсчитывая число окрашенных (мертвых, нежизнеспособных) и неокрашенных (жизнеспособных). Число неокрашенных зародышей из сотни половинок выражает процент жизнеспособности образца семян. Результаты записывают в таблицу:

Культура	Повторность	Окрашенных (мертвых)	Неокрашенных (живых)	Жизнеспособность, %
штук	В среднем	Штук	В среднем

Пшеница 1

 

Вопросы:

Как влияют кислоты и высокая температура на проницаемость протоплазмы?

Чем обусловливается полупроницаемость протоплазмы в живой клетке?

Какой пигмент окрашивает клеточный сок столовой свеклы?

На чём основано определение жизнеспособности семян по Иванову?

 

Раздел 2. ВОДНЫЙ ОБМЕН У РАСТЕНИЙ

 

Работа 3

 

Явление осмоса. Перемещение воды по градиенту водного потенциала в искусственной «клеточке» Траубе.

Материалы и оборудование: 0,5%-ный водный раствор сульфата меди, кристаллы гексацианоферрата (II) калия, пробирки или цилиндры на 10 мл.

«Клеточка» Траубе – модель клетки, предложенная исследователем Траубе. Её получают, помещая кристаллик гексацианоферрата (II) калия (K₄[Fe(CN₆)]) в водный раствор сульфата меди (CuSO₄).

Вокруг кристаллика в результате взаимодействия солей образуется осадочная мембрана гексацианоферрата (II) меди:

K₄[Fe(CN₆)] + 2 CuSO₄ = Cu₂[Fe(CN₆)] ↓ + 2К₂ SO₄

Эта мембрана проницаема только для молекул воды, но не для растворенных в ней веществ, т.е. обладает свойством полупроницаемости.

Цель работы: получить «клеточку» Траубе и пронаблюдать явление осмоса – перемещение воды через полупроницаемую мембрану по градиенту осмотического потенциала.

Ход работы.

В небольшой цилиндр или пробирку наливают на ¾ объёма 0,5 %-ный раствор сульфата меди и затем на дно этого сосуда опускают кристаллик гексацианоферрата (II) калия.

Мембрана образует замкнутый мешочек, который автор опыта Траубе назвал искусственной клеточкой. Полупроницаемая пленка Cu₂[Fe(CN₆)] разделяет два раствора разной концентрации: внутри мешочка находится концентрированный раствор гексацианоферрата (II) калия (образующийся при растворении кристаллика соли), а снаружи – раствор сульфата меди. Возникает ток воды внутрь мешочка, объём раствора гексацианоферрата (II) калия увеличивается, в результате чего мембрана растягивается. Будучи очень тонкой, мембрана в отдельных местах разрывается под действием гидростатического давления. В этих местах соли снова взаимодействуют, возникают новые участки мембраны, что приводит к неравномерному увеличению размера мешочка. Мешочек будет расти, пока весь кристаллик не растворится. Дальнейшее поступление воды в мешочек приведёт к разрыву пленки и она осядет в виде хлопьев на дно пробирки.

Задание: описать опыт, сделать рисунок, сформулировать вывод о механизме перемещения воды через полупроницаемую мембрану.