Явище осмосу. Переміщення води за градієнтом водного потенціалу в штучній «клітинці» Траубе

«Клітинка» Траубе — модель клітини, запропонована дослідником Траубе. Її одержують, поміщаючи кристал гексоцианоферату (II) калію K₄[Fe (CN)₆] або гексоцианоферату (III) калію K₄[Fe (CN)₆] у водний розчин СuSO₄.

Навкруги кристала в результаті взаємодії солей утворюється осадкова мембрана гексоцианоферату (II) або (III) міді:

 

K₄[Fe (CN)₆]+ 2СuSO₄ = Cu₂[Fe (CN)₆]+ 2K₂SO₄.

 

Ця мембрана проникна тільки для молекул води, але не для розчинених в ній речовин, тобто має властивість напівпроникності.

Матеріали і обладнання: 1) 0, 5 % водний розчин СuSO₄; 2) кристали гексоцианоферату (II) калію; 3) пробірки або циліндри на 10 мл.

Хід роботи

В невеликий циліндр або пробірку наливають на 3/4 об'єму 0, 5 % розчину мідного купоросу і потім на дно цієї судини опускають кристал K₄[Fe (CN)₆].

Мембрана утворює замкнутий мішечок, який автор досліду Траубе назвав штучною клітинкою. Напівпроникна плівка K₄[Fe(CN)₆] розподіляє два розчини різної концентрації: усередині мішечка знаходиться концентрований розчин фероцианіду калію (що утворюється при розчиненні кристала солі), а зовні — розчин сульфату міді. Виникає струм води всередину мішечка, об'єм розчину фероцианіду калію збільшується, внаслідок чого мембрана розтягується. Будучи дуже тонкою, мембрана в окремих місцях розривається під дією гідростатичного тиску. В цих місцях солі знову взаємодіють, виникають нові ділянки мембрани, що призводить до нерівномірного збільшення розміру мішечка. Мішечок ростиме, поки увесь кристал не розчиниться. Подальше надходження води в мішечок призведе до розриву плівки, і вона осяде у вигляді пластівців на дно стаканчика.

Завдання: описати дослід, зробити малюнок, сформулювати висновок про механізм переміщення води через напівпроникну мембрану.

 

3.1.2 Визначення осмотичного тиску клітинного соку плазмолітичним методом (за де-Фрізом)

Концентрацію клітинного соку, що є розчином великої кількості різноманітних органічних і мінеральних речовин, частіше за все визначають за його потенційним осмотичним тиском. Плазмолітичний метод визначення осмотичного тиску клітинного соку полягає в тому, що зрізи досліджуваної тканини занурюють в ряд розчинів відомої концентрації, а потім розглядають в мікроскоп. Виходячи з того, що плазмоліз здатні викликати тільки гіпертонічні розчини, знаходять такий розчин, в якому спостерігається початковий (кутковий) плазмоліз не менше ніж у 50% клітин досліджуваної тканини. Ізотонічний розчин знаходитиметься між цим розчином і наступним (більш слабим), який не викликає плазмолізу. Звідси витікає, що концентрація ізотонічного розчину дорівнює (з відомою часткою погрішності) середньому арифметичному між концентраціями вказаних сусідніх розчинів.

Матеріали і обладнання: 1) цибулина синьої цибулі або листя традесканції та елодеї; 2) 1 М розчин NаС1 або сахарози; 3) дистильована вода; 4) бюретки з воронками (2 шт.); 5) годинникове скло; 6) банки або бюкси для розчинів (7 шт.); 7) кришки або шматочки скла для закриття банок (7 шт.); 8) мікроскоп; 9) предметні і покривні скельця; 10) скальпель; 11) лезо бритви; 12) препаровальна голка; 13) пензлик; 14) скляна паличка; 15) стакан з кип'яченою водою; 16) шматочки фільтрувального паперу; 17) олівець по склу; 18) термометр кімнатний.

Хід роботи

Приготувати по 5 мл розчинів NаС1 або сахарози концентрацією від 0, 1 до 0, 7 моль/л, наливаючи з бюреток в банки, забезпечені відповідними написами, 1 М розчин NаС1 і дистильовану воду. Заздалегідь скласти таблицю розведення:

Ретельно перемішавши розчини, закрити банки кришками або шматочками скла для захисту від випаровування.

Приготувати за допомогою бритви 14 зрізів досліджуваної тканини, наприклад шкірки синього лука, і помістити їх у воду на годинникове скло (вода повинна бути кип'яченою, щоб не було пухирців повітря). При зануренні у воду віддаляється сік, що витікає з пошкоджених клітин, і досягається однаковий стан всіх зрізів. Через декілька хвилин витягнути зрізи пензликом з води, обсушити фільтрувальним папером і занурити по 2 зрізи в кожний розчин, починаючи з самого концентрованого. При цьому необхідно стежити за тим, щоб зрізи не плавали на поверхні, а були занурені в розчини (якщо зріз спливає, його слід «втопити» препаровальною голкою).

 

Таблиця 3.1

Концентрація дослідного розчину, моль/л	На 5 мл розчину
1М розчину NаС1, мл	Води, мл
0, 1	0, 5	4, 5
0, 2	1, 0	4, 0
0, 3	1, 5	3, 5
0, 4	2, 0	3, 0
0, 5	2, 5	2, 5
0, 6	3, 0	2, 0
0, 7	3, 5	1, 5

Через 20-30 хв. розглянути зрізи в мікроскоп в краплі відповідного розчину в тій же послідовності. Скляну паличку, якій наносилася крапля розчину, пензлик, скельця після кожного розчину необхідно ополоснути водою і витерти серветкою або фільтрувальним папером.

Результати досліду записати формою:

Таблиця 3.2

Концентрація розчину, моль/л	0, 7	0, 6	0, 5	0, 4	0, 3	0, 2	0, 1
Ступінь плазмолізу
Малюнок клітини

 

В другому рядку вказати, в якому стані знаходиться більшість клітин зрізу (сильний плазмоліз, коли протопласт скорочується більш ніж на 1/3, слабкий плазмоліз — цитоплазма трохи відстає від клітинної стінки, кутковий плазмоліз або відсутність плазмолізу). В третьому рядку схематично замалювати одну клітину, характерну для даного зрізу.

Знайти ізотонічну концентрацію і обчислити осмотичний тиск клітинного соку за рівнянням Вант-Гоффа:

 

(3.3)

 

де Р_осм — осмотичний тиск, МПа;

R — універсальна газова постійна (0, 00831 кДж/град-моль);

Т — абсолютна температура (273, 4° С);

С — концентрація розчину, моль/л;

i — ізотонічний коефіцієнт, що показує відношення числа частинок (молекул і іонів) в розчині до початкової кількості молекул розчиненої речовини.

Для неелектролітів, наприклад для сахарози, i == 1. Для розчинів електролітів i залежить від числа іонів, на які розпадається молекула, і ступені дисоціації. Значення i для розчинів NаС1 дані в таблиці 3.3:

 

Таблиця 3.3.

Концентрація NаС1, моль/л	1, 0	0, 8	0, 7	0, 6	0, 5	0, 4	0, 3	0, 2	0, 1	0, 01
Ізотонічний коефіцієнт	1, 62	1, 64	1, 66	1, 68	1, 70	1, 73	1, 75	1, 78	1, 83	1, 93

 

Завдання: зробити висновок про залежність ступеню плазмолізу клітин від концентрації зовнішнього розчину (з відповідним поясненням).