Теоретические основы исследования

Из курса ботаники известно, что растительная клетка (РК) представляет собой протопласт, окруженный клеточной стенкой. Кле­точная стенка наряду с опорной и защитной функцией участвует в динамическом процессе водообмена, так как в ее состав вводит целлюлоза, обладающая гидрофильными свойствами за счет образования водородных связей с водой. Но важную роль в оводненности взрослой РК играет вакуоль - резервуар, ограниченный тонопластом, в котором находится вакулярный сок, состоящий из растворенных в воде сахаров, солей, органических кислот и др. Вещества вакуолярного сока представлены истинными и коллоидными растворами, создающими осмотический потенциал клеточного сока.

Осмотическое потенциальное давление прямо пропорционально числу частиц в единице объема (ионов и молекул) независимо от их размеров и свойств.

Избирательная проницаемость поверхностных мембран цитоплазмы и эластичность клеточной стенки позволяют рассматривать РК как осмотическую систему. Вода поступает в РК извне вследствие того, что химический потенциал (активность) воды окружающего клетку раствора выше, чем водный потенциал в клеточном соке.

Силу, с которой клетка способна поглощать воду, называют сосущей силой клетки, она равна потенциальному осмотическому давлению клеточного сока минус давление (упругость), создающееся клеточными стенками, которые препятствуют поступлению воды в РК. В целом эти силы создают тургорное давление клетки.

Следовательно, математически сосущая сила клетки выражается так: S = П-Р, где S - сосущая сила клетки; П - осмотическое клеточное давление; Р - тургорное противодавление клеточной стенки.

В настоящее время для характеристики энергетического уровня молекул воды (их способности диффундировать или испаряться) используется термодинамический показатель - водный потенциал, который для чистой воды принят за нуль (Ψ_воды = 0), а для любого раствора - меньше нуля. При замене осмотических показателей растительной клетки термодинамическими вышеприведенное уравнение примет следующий вид:

- Ψ _кл = - Ψп +Ψр

где Ψ _кл - водный потенциал клетки;

Ψп - осмотический потенциал клеточного сока;

Ψр- потенциал тургорного давления.

Из уравнения видно, что осмотический потенциал понижает водный потенциал клетки, а потенциал давления повышает его. Как правило, Ψ _клотрицателен, и лишь при полном насыщении клетки водой, когда Ψр = Ψп, этот показатель равен нулю.

Сосущая сила есть отражение водного потенциала растительной клетки, поэтому его определяют для того, чтобы вовремя уловить признаки обезвоживания растений и правильно выбрать время полива.

Метод полосок основан на подборе наружного раствора такой концентрации, при погружении в который длина полоски растительной ткани не меняется. Если осмотический потенциал наружного раствора превышает водный потенциал ткани, то раствор отнимает воду от клеток, в результате их объем и длина уменьшаются. Если осмотический потенциал раствора меньше водного потенциала ткани, то клетки, всасывая воду из раствора, увеличиваются в объеме, а, следовательно, длина полоски возрастает. В растворе, где осмотический потенциал равен водному потенциалу ткани, длина полоски не изменяется.

Цель исследования:Определение водного потенциала растительной ткани в зависимости от содержания в ней запасных веществ.

Материалы и оборудование:реактивы: 1 М раствор сахарозы; оборудование - штативы с 12 пробирками, градуированные пипетки на 10 мл, пинцеты, ланцеты, ножи, часы, миллиметровые линейки, стан­дартная стеклянная пластинка длиной в 50 мм (предметное стекло).

Растения:  клубни картофеля (Solatium tuberosum), корнеплоды свеклы (Beta vulgaris).

Схема исследования

1.  Полоски из клубня картофеля, опущенные в растворы сахарозы согласно методике исследования.

2. Полоски из корнеплода сахарной или красной свеклы, опущенные в растворы сахарозы согласно методике исследования.

 Ход работы:

В 12 пронумерованных пробирках - в двукратной повторности (6 х 2) готовят по 10 мл 0,6 М; 0,5; 0,4; 0,3 0,2; 0,1 М растворов сахарозы (схема приготовления приведена в табл. 4). Из клубня картофеля по стандарту длиной 50 мм (предметное стекло) вырезают две пластины толщиной в 5 мм и из них нарезают двенадцать полосок с сечением 5 х 5 мм и опускают по 2 шт. в пробирку и засекают время опускания. Работать следует быстро, чтобы исключить подсыхание полосок. Подобную операцию проводят с корнеплодом свеклы.

Через 20 мин полоски вынимают, обсушивают фильтровальной бумагой и измеряют их длину.

Для расчета величины водного потенциала берут концентрацию, при которой длина полосок не изменилась. Величину водного потенциала рассчитывают по формуле:

Ψ _Ψ =  - П = -R · Т · С · I · 101,3,

где и - газовая постоянная (0,00831 кДж/град ∙ моль),

Т - абсолютная температура по Кельвину (273 + комнатная);

С - изотоническая концентрация в молях;

I - изотонический коэффициент Вант-Гоффа;

101,3 - множитель для перевода атмосфер в килопаскали;

Ψ _Ψ - водный потенциал в килопаскалях (кПа).

Для неэлектролитов изотонический коэффициент равен единице, а для растворов электролитов зависит от числа ионов, на которые распадается молекула и степени диссоциации. В таблице 6 приведено значение I для растворов солей, которые наиболее часто используются в виде плазмолитиков.

Таблица 6

Изотонический коэффициент солей Вант-Гоффа

Результаты исследования заносят в таблицу 7 и дают объяснения о более высоком водном потенциале у исследуемого растения.

Таблица 7.

Показатели водного потенциала клубня картофеля и корнеплода свеклы

Опыт 5. Определение водного потенциала тканей листа методом Шардакова