Работа 4. Влияние температуры на проницаемость клеточных мембран для бетацианина

Цель работы: Определить влияние температуры на проницаемость мембран для бетацианина по степени выделения его в различные инкубационные среды.

Объекты, реактивы, оборудование: корнеплод столовой свеклы; 0,5 М раствор сахарозы; пробковое сверло диаметром 5 мм; лезвие, линейка; воронка Бюхнера; пробирки; пипетки; термостаты с температурой 35 и 45° С, ФЭК или спектрофотометр.

 

Краткие сведения:

Пигмент столовой свеклы б етацианин — относительно большая, хорошо растворимая в воде молекула, находящаяся в клеточном соке. Чтобы попасть во внешнюю среду, молекула бетацианина должна пройти через тонопласт, основной цитоплазматический матрикс и плазмалемму. Диффузия бетацианина из вакуоли в среду может проходить достаточно быстро при действии различных факторов или агентов, вызывающих изменение проницаемости мембраны. Измеряя оптическую плотность инкубационной среды через определенный промежуток времени, можно оценить степень воздействия данного фактора на проницаемость мембран. Этот простой и быстрый метод, использующийся обычно в прикладных исследованиях при изучении действия какого-либо вещества или фактора на биологические объекты.

Ход работы:

Из корнеплода столовой свеклы сверлом вырезают столбики ткани диаметром 5 мм, с помощью лезвия и линейки разрезают их на миллиметровые кусочки, отбирая одинаковые по цвету. Отсчитывают 60 дисков, которые для удаления остатков клеточного сока течение 15—20 мин промывают водопроводной водой на воронке Бюхнера.

В три пробирки наливают по 10 мл воды, в три другие — по 10 мл сахарозы. В каждую пробирку помещают по 10 дисков свеклы. Две пробирки (одна с водой, другая с сахарозой) оставляют при комнатной температуре, две другие помещают на водяную баню с температурой 35°С, остальные также помещают на водяную баню при 45° С и фиксируют время.

В течение 1 ч через каждые 10—15 мин в пробирках измеряют выход бетацианина в раствор. Для этого из опытной пробирки пипеткой отливают раствор в чистую пробирку и после измерения оптической плотности выливают раствор в ту же опытную пробирку, стараясь не терять жидкость. Измерение плотности проводят на ФЭКе с зеленым светофильтром (кюветы 0,5 см) или спектрофотометре λ = 535 нм.

Полученные результаты заносят в итоговую таблицу.

 

 

Таблица 1

Время, мин	Оптическая плотность
Вода (контроль)	Сахароза, 0,5 М
22^0С	35^0С	45^0С	22^0С	35^0С	45^0С
15 мин
30 мин
45 мин

Постройть график зависимости оптической плотности раствора от времени. Сделайте выводы.

Работа 5. Движение цитоплазмы в растительных клетках

Цель: изучить влияние различных факторов на скорость движения цитоплазмы

 

Объекты, реактивы, оборудование: веточки элодеи, листья валлиснерии, 0,1 и 0,3 М растворы КNО₃ , 0,1 и 0,001 М растворы глюкозы, растворы спирта – 2 и 15 капель 96% спирта на 10 мл воды, предметные и покровные стекла, препаровальные иглы, микроскоп, лампы на 60 и 300 Вт, водяные бани, термометры.

Краткие сведения

 

Движение цитоплазмы свойственно практически всем живым активно функционирующим клеткам. У одних растений цитоплазма движется с высокой скоростью (клетки листьев водных растений, эпидермальные волоски тыквенных и глоксиниевых), у других — движение ее едва заметно.

Выделяют несколько типов движения цитоплазмы. Рассмотрим лишь два наиболее распространенных — ротационное (циклоз) и циркуляционное.

Циклоз свойствен клеткам, имеющим крупную центральную вакуоль (например, у водных растений). Он заключается в скольжении тонкого пристенного слоя цитоплазмы по периметру клетки. Вместе с током цитоплазмы перемещаются органеллы.

Циркуляционное движение присуще цитоплазме клеток, имеющих несколько крупных вакуолей (например, в волосках тычиночных нитей традесканции). Оно сводится к перемещению цитоплазмы в различных направлениях по цитоплазматическим тяжам, разделяющим вакуоли.

В организации движения цитоплазмы участвуют белки, образующие цитоскелет клетки. Структуры цитоскелета подразделяют на микротрубочки, толстые, тонкие и промежуточные микрофиламенты и микротрабекулы. Цитоскелет — это очень лабильная, постоянно меняющаяся система. Его элементы способны быстро распадаться (деполимеризоваться) и вновь собираться в структуры (полимеризоваться).

Внутриклеточное движение или движение самой клетки зависит главным образом от скольжения одного структурного элемента относительно другого. Это скольжение происходит за счет взаимодействия белков. Два основных белка, ответственных за двигательную систему, существуют во всех клетках. Это немышечные формы актина и миозина.

Движение цитоплазмы активизирует превращение метаболитов и тем самым ускоряет обмен веществ и энергии в клетке.

Движение цитоплазмы — активный процесс, сопровождающийся затратой энергии АТФ. Поэтому оно протекает при определенном температурном оптимуме и соответствующем значении рН среды (4,5—5,0). Непосредственным источником АТФ служит дыхание и фотосинтез.

Скорость движения цитоплазмы зависит также от внешних факторов. Температура, ионы, свет действуют на движение цитоплазмы косвенно, через изменение ее вязкости. При повышении температуры среды до верхней предельной для каждого вида границы вязкость цитоплазмы снижается и движение ее ускоряется. Одновалентные ионы (К⁺, Nа+) оводняют и разжижают цитоплазму, ускоряя тем самым ее движение, двухвалентные (Са²+, Мg²+), наоборот, замедляют и даже останавли­вают его. Наличие или отсутствие движения цитоплазмы, изменение его скорости могут указывать на функциональное состояние растительной клетки.

Ход работы

У предварительно подготовленного водного растения, выдержанного не менее двух часов на ярком свету, берут лист вблизи верхушечной почки растения. Помещают его на предметное стекло в каплю воды, покрывают покровным, рассматривают его под микроскопом при увеличении х10. Выбирают несколько клеток, в которых хорошо заметно движение хлоропластов. Обычно это клетки, расположенные вдоль центральной жилки. Здесь количество хлоропластов меньше, а отток ассимилятов наиболее интенсивный. Переводят объектив на увеличение х40, определяют время оборота одного хлоропласта в трех клетках, имеющих приблизительно равный объем. Данные заносят в таблицу, определяют, среднюю величину показателя.

 

Таблица 1

Объект исследования	Вариант опыта	Повторность	Время оборота хлоропласта, с
		среднее

 

Задача. Изучить зависимость скорости движения цитоплазмы от влияния различных факторов. Контролем для всех вариантов являются выдержанные в воде при обычном освещении водные растения. За 2 дня до опыта воду в аквариуме меняют, растения промывают.

1. От состава воды. Контрольные растения помещают на предметное стекло в воду из аквариума, опытные – в водопроводную, причем температура воды должна быть одинаковой. Определяют время оборота хлоропласта в обоих вариантах, как описано выше.
2. От интенсивности освещения. Определяют время оборота хлоропласта у контрольных (естественное освещение) листьев элодеи и у опытных, которые освещались в течение 2 часов лампами 60 и 300Вт.
3. От температуры. Определяют время оборота хлоропласта в клетках листьев элодеи, выдержанных 10 мин при температуре 10⁰, 37⁰, 42⁰С а также у контрольных (комнатной температуры).
4. От влияния различных концентраций спирта. Молодые листья элодеи помещают на предметное стекло на 10 мин в растворы (2 и 15 капель на 10 мл воды) и определяют время оборота хлоропластов в контрольных (вода) и опытных растениях.
5. От влияния различных концентраций глюкозы. Листья элодеи выдерживают 10 мин в 0,1 и 0,001 М растворах глюкозы и определяют время оборота хлоропласта в контрольном (вода) и опытном вариантах.
6. От влияния ионов калия. Определяют время оборота хлоропластов в клетках листьев элодеи, которые находились 10 мин в 0,1 и 0,3 М растворах КNО₃ и контрольных (вода).
7. От возраста листа. В основании, середине, верхушке веточки элодеи берут по листочку и определяют время оборота хлоропластов в различных по возрасту листьях растения.

 

Полученные усредненные данные записывают в итоговую таблицу.

 

Таблица 2

№ п/п	Вариант опыта	Время оборота хлоропласта, с
			среднее
1.	Интенсивность освещения	Естественное освещение (контроль)
60 Вт
300 Вт
2.	Температура	20^0С(контроль)
10^0С
37^0С
42^0С
3.	Влияние различных концентраций спирта	Вода (контроль)
2 капли/10 мл воды
15 капли/ 10 мл воды
4.	Влияние ионов калия	Вода (контроль)
0,1 М КNО3
0,3 М КNО3
5.	Возраст листа	Молодой
Зрелый
Старый

 

Анализируют итоговую таблицу, делают вывод о влиянии различных факторов внешней и внутренней среды на скорость движения цитоплазмы элодеи, предварительно объяснив механизм этого влияния. Обсуждают достоинства и недостатки каждого варианта, возможность их использования при демонстрации данного явления в школе.