Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Растительная клетка как осмотическая система ⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 5
Под осмосом понимается диффузия воды через полупроницаемые мембраны. Полупроницаемость мембран - это их свойство пропускать воду и не пропускать растворенные вещества. Явление осмоса было открыто в 1828 г. французским ботаником Дютроше. Позже Пфеффером были сконструированы физические приборы - осмометры (осмотические ячейки). Осмометр представляет собой систему с тремя элементами: полупроницаемая мембрана, раствор определенной концентрации и вода. В этой системе энергия молекул чистой воды (водный потенциал) выше, чем воды в растворе. Поэтому вода будет проходить по градиенту водного потенциала из наружного сосуда во внутренний сосуд и подниматься по трубке, соединенной с внутренним сосудом. При этом будет повышаться гидростатическое давление, под которым находится раствор в осмометре. При некоторой высоте столба раствора в трубке скорости диффузии воды из наружного сосуда во внутренний и из внутреннего в наружный сравняются, и подъем жидкости в трубке прекратится. Давление, которое отвечает такому равновесию, служит количественной характеристикой процесса осмоса. Оно называется осмотическим давлением. Следовательно, осмотическое давление равно тому давлению, которое нужно приложить к раствору, чтобы привести его в равновесие с чистым растворителем, отделенным от раствора полупроницаемой мембраной. Живая растительная клетка обладает свойствами только что разобранной осмотической системы. Поскольку молекулы воды проходят через клеточные мембраны намного быстрее, чем растворенные вещества, можно с известной долей погрешности говорить о полупроницаемости мембран. Роль полупроницаемой мембраны (хоть и не идеальной) выполняют, прежде всего, плазмалемма и тонопласт, раствора клеточный сок вакуоли клетки. Передвижение воды через полупроницаемые мембраны подчиняется следующим законам: 1. Осмотическое давление прямо пропорционально концентрации раствора - числу частиц в единице объема независимо от размеров и природы частиц (молекул или ионов). 2. Всякое вещество, концентрация которого равна 1 моль/л, развивает осмотическое давление, равное 22,4 атм (для неэлектролита) при О°С. 3. Осмотическое давление пропорционально абсолютной температуре Т = 273 + t °С.
4. Осмотическое давление раствора, содержащего несколько веществ, равно сумме осмотических давлений, вызываемых каждым из них. Осмотическое давление подчиняется в общем виде закону Вант-Гоффа и выражается уравнением Р = CRTi, где Р - осмотическое давление; С - молярная концентрация раствора; R - газовая постоянная, равная 0,0821 л · атм / град. моль; Т - абсолютная температура; i - изотонический коэффициент, показывающий отношение числа частиц (молекул и ионов) в растворе к исходному числу молекул растворенного вещества. Для растворов неэлектролитов, например для сахара, изотонический коэффициент равен 1, для электролитов - больше 1. Если клетку поместить в воду, то она, как и осмометр, будет поглощать ее и тем сильнее, чем выше концентрация клеточного сока. Но до каких пор клетка будет поглощать воду? При всасывании клеткой воды объем клеточного сока увеличивается, и цитоплазма начинает давить на оболочку клетки, растягивая ее. Оболочка, обладая значительной прочностью и вместе с тем эластичностью, в свою очередь оказывает сопротивление всякой силе, стремящейся ее растянуть, и тем большее, чем более она растянута. После прекращения действия растягивающей силы стенка снова возвращается к своим прежним размерам. Напряженное состояние клеточной стенки, вызванное давлением клеточного содержимого, носит название тургора, а противодавление оболочки на протопласт - тургорного давления. По мере поступления воды в клетку эндосмос постепенно уменьшается в силу противодавления клеточной стенки. В какой-то момент внутренние и внешние силы диффузии становятся равными. Это состояние называется полным насыщением клетки водой. В данном случае клетка находится в равновесии с водой, осмотическое давление клеточного сока уравновешено тургорным давлением: Р = Т. Иначе можно это записать так: Р - Т = 0. В этом состоянии вода не входит в клетку и не выходит из нее, как бы высоко ни было ее осмотическое давление Р. Примером этого могут служить клетки водорослей и водных высших растений. Их клетки всегда находятся в состоянии почти полного насыщения.
Клетки наземных растений, наоборот, почти никогда не бывают полностью насыщенными водой. Благодаря потере воды листьями в процессе транспирации они обычно не достигают состояния полного тургора. Часть осмотического давления Р остается неуравновешенной тургорным давлением Т, и эта часть осмотического давления способна при погружении такой клетки в воду вызывать приток воды в клетку и некоторое увеличение размеров последней. В данном случае Р будет больше Т: Р = T+S или S = Р - Т. Эта дополнительная часть осмотического давления получила название сосущей силы S. Название не совсем удачное, ибо это не сила, а давление, как и Р и Т, разность между которыми она представляет. Следует подчеркнуть, что именно сосущая сила клетки, а не осмотическое давление клеточного сока определяет поглощение воды клеткой. По отношению к концентрации клеточного сока внешние растворы могут быть: гипертоническими, осмотическое давление которых больше осмотического давления клеточного сока; изотоническими, осмотическое давление которых равно осмотическому давлению клеточного сока; гипотоническими, у которых это давление меньше, чем давление клеточного сока. При помещении живой растительной клетки не в воду, а в гипертонический раствор тургор будет стремиться к нулю, а сосущая сила - к величине полного осмотического давления S = Р. В данном случае будут происходить следующие явления: раствор оттянет воду из клетки, клеточная стенка сократится, сократится и цитоплазма клетки, тургор исчезнет. Раствор начнет входить в пространство между стенкой и цитоплазмой, т. е. цитоплазма будет отходить от клеточной стенки. Это отставание цитоплазмы от оболочки клетки при погружении последней в гипертонический раствор называется плазмолизом. Плазмолиз свидетельствует о том,что имеются различия в проницаемости клеточной стенки и цитоплазмы, и, что самое главное, показывает, что цитоплазма жива. Если плазмолизированную клетку снова поместить в воду, то происходит обратная картина: клетка всасывает воду, объем протопласта увеличивается; цитоплазма начинает плотно примыкать к стенке клетки. Переход плазмолизированной клетки в нормальное состояние носит название деплазмолиза. Различают уголковый, вогнутый (судорожный) и выпуклый виды плазмолиза. При уголковом плазмолизе цитоплазма отстает только по уголкам клетки. При вогнутом плазмолизе цитоплазма становится угловатой, сохраняет в виде выступов те участки, которые более плотно связаны с клеточной стенкой. Длительный вогнутый плазмолиз можно получить, предварительно обработав клетки солями двухвалентных металлов, например кальция. Выпуклый плазмолиз быстро проявляется при низкой вязкости цитоплазмы, например, при воздействии одновалентных металлов. В этом случае разбухшая цитоплазма в виде колпачка прикрывает сократившийся тонопласт. В природной обстановке, например при пересадке растений на засоленную почву, осмотическое давление почвенного раствора может быть выше, чем осмотическое давление клеточного сока. В этом случае не только будет поглощаться такими клетками, но, наоборот, будет выходить из клеток, вызывая обезвоживание последних, а затем и отмирание растения.
Если потеря тургора происходит не в растворе, как при плазмолизе, а от высыхания в воздухе в жаркие дни, то наблюдается явление циторриза. Цитоплазма при этом от клеточной стенки не отстает, а остается как бы припаянной к ней. Стенки клеток, выпячиваясь внутрь, деформируются, стремятся разорвать цитоплазму с определенной силой (силой циторриза). В данном случае тургор - величина отрицательная, а сосущая сила равна сумме осмотического и тургорного давлений: S = Р - (-Т) = Р + Т. Сила циторриза может достигать величины порядка 12-15 атм. Зависимость всех трех рассматриваемых величин от степени насыщения клетки водой показана на схеме.
Внешние условия существенно влияют на показатели осмотического давления и сосущей силы. Они очень низкие у водных растений (за исключением растений морей и других засоленных водоемов) и растений болот и высокие - у растений засушливых мест. У морских водорослей осмотическое давление достигает 25 - 30 атм. Клетки растений, произрастающих на засоленных почвах, развивают давление, измеряемое 100-150 атм. Растения открытых местообитаний отличаются более высокими величинами осмотического давления и сосущей силы, чем растения затененных мест. Камбиальные клетки стволов древесных растений имеют осмотическое давление 20 - 30 атм. Паренхимные клетки содержат клеточный сок в концентрациях, соответствующих осмотическому давлению 4 - 5 атм. Сосущая сила клеток хвои ели в таежной зоне достигает 15 - 35 атм, а поглощающих корней колеблется от 6 до 8 атм (у сосны - от 6 до 11 атм). Для определения осмотического давления используют плазмолитический и криоскопический методы. Плазмолитический метод основан на том, что в растворах плазмолитиков (веществ, вызывающих плазмолиз) разной концентрации начало уголкового плазмолиза клеток будет наблюдаться в том из них, осмотическое давление которого почти соответствует осмотическому давлению клеточного сока (изотонический раствор). Криоскопический метод основан на определении температуры замерзания отжатого клеточного сока. Сосущую силу можно определить, основываясь: на измерении размеров ткани, помещенной в растворы различных концентраций (метод Уршпрунга); на измерении концентрации растворов, в которые помещены кусочки ткани с помощью рефрактометра (метод Н.А. Максимова и Н.с. Петинова) или по методу струек В.С. Шардакова. Размеры клеток и концентрация внешнего раствора не изменятся при помещении в него ткани в том случае, когда сосущие силы раствора и клеток совпадают. Осмотические свойства клеток не только определяют поглощение воды растением, но и лежат в основе многих физиологических процессов, определяют различные виды движений у растений, в частности движения устьиц. От осмотических явлений в значительной мере зависит рост клеток. Упругое состояние тканей и органов растения (их тургесцентность) влияет на внешний вид и форму растения. Большая роль принадлежит осмотическим явлениям в передвижении воды и растворенных веществ, устойчивости растений к неблагоприятным внешним воздействиям, регулировании такого сложного процесса, как фотосинтез.
|
|||||||
Последнее изменение этой страницы: 2017-02-19; просмотров: 2796; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.136.97.64 (0.01 с.) |