Концентрації розчинів

Силу, з якою клітина здатна поглинати воду, називають сисноюсилою клітини (S). На відміну від будь-якого розчину, всисна сила якого чисельно дорівнює його потенційному осмотичному тиску, всисна сила рослинної клітини, пружна стінка якої перешкоджає надходженню води, дорівнює різниці між осмотичним тиском клітинного соку (P) і тургорним противотиском клітинної стінки (T):

 

S = P-T (3.4).

 

На сьогодні для характеристики енергетичного рівня молекул води (їх здібності дифундувати або випаровуватися) використовується термодинамічний показник — водний потенціал, який для чистої води прийнятий за нуль (), а для будь-якого розчину — менше нуля. При заміні осмотичних показників рослинної клітини термодинамічними вищенаведене рівняння прийме наступний вигляд:

 

- (3.5)

 

де ψ _кл - водний потенціал клітини; ψ _р - осмотичний потенціал клітинного соку; ψ _т - потенціал тургорного тиску.

З рівняння (3.5) видно, що осмотичний потенціал знижує водний потенціал клітини, а потенціал тиску підвищує його. Як правило ψ _кл, негативний, і лише при повному насиченні клітини водою, коли ψ _р = ψ _т, цей показник дорівнює нулю.

При зануренні рослинної клітини в який-небудь розчин водообмін між ними визначається співвідношенням їх всисних сил: вода переміщується у бік більшої всисної сили (більш негативного водного потенціалу).

Для визначення всисної сили клітин шматки досліджуваної тканини занурюють в ряд розчинів відомої концентрації і підбирають такий розчин, всисна сила якого дорівнює всисній силі клітин. На відміну від плазмолітичного методу визначення осмотичного тиску клітинного соку, де критерієм служить початок плазмолізу, при визначенні всисної сили клітин критерієм є незмінність вмісту води в клітинах. Найточніші методи визначення всисної сили клітин засновані на вимірюванні концентрації оточуючих клітини розчинів.

Якщо занурити рослинну тканину в розчин, всисна сила якого більше всисної сили клітин, то розчин буде відсмоктувати воду з клітин, внаслідок чого його концентрація зменшиться. Навпаки, якщо всисна сила клітин більше всисної сили розчину, то клітини всмоктують воду з розчину, який стає при цьому більш концентрованим. При рівності всисних сил клітин і розчину не відбувається ні всмоктування, ні відняття води, внаслідок чого концентрація розчину залишається без змін.

Зміну концентрації можна встановити шляхом визначення показника заломлення (рефрактометричний метод) або густини розчинів (метод цівок). В даній роботі рекомендується використовувати обидва методи (з одним і тим же матеріалом).

Матеріали і обладнання: 1) свіже листя рослин; 2) 1М розчин сахарози; 3) дистильована вода; 4) метиленова синь кристалічна; 5) рефрактометр; 6) пробкове свердло діаметром 7—8 мм; 7) препаровальна голка; 8) термометр; 9) бюретки з воронками (2 шт.); 10) дворядний штатив з пробірками: в нижньому ряді — звичайні пробірки з пробками (7 шт.), у верхньому — маленькі пробірки об'ємом 3—4 мл з пробками (7 шт.); 11) велика кіркова пробка; 12) скляна паличка; 13) піпетки з відтягнутим в капіляр кінцем, з вихідним отвором не більше 1 мм (7 шт.); 14) олівець по склу; 15) шматочки фільтрувального паперу.

Хід роботи

Ретельно вимити пробірки (7 звичайних і 7 маленьких), сполоснути їх дистильованою водою, висушити в сушильній шафі і забезпечити написами олівцем по склу. Змішуючи відповідні кількості 1М розчину сахарози і дистильованої води, приготувати по 10 мл розчинів наступних концентрацій (моль/л): 0, 7; 0, 6; 0, 5; 0, 4; 0, 3; 0, 2; 0, 1. Для приготування розчинів використовувати великі пробірки. Після ретельного перемішування відлити в маленькі пробірки по 0, 5 - 1 мл приготованих розчинів і закрити пробірки пробками.

Вирізати гострим пробковим свердлом диски з листя недалеко від середньої жилки, не захоплюючи по можливості крупних жилок (для цього повернути листя нижньою стороною вгору і підкласти під листя пробку). Розкласти по 5 дисків в маленькі пробірки, закрити їх пробками. Витримати диски в розчинах 30 - 40 хв, час від часу струшуючи пробірки і стежачи за тим, щоб диски були весь час занурені в розчини.

Після закінчення вказаного часу вийняти проби з розчинів препаровальною голкою і закрити пробірки пробками. Визначити зміну концентрації розчинів після перебування в них дисків з листя.

 

Завдання: визначити сисну силу клітин.

 

 

3.1.3.1 Рефрактометричний метод (за Н. А. Максимовим і Н. З. Петіновим)

Рефрактометр — оптичний прилад, за допомогою якого визначають показник заломлення променя при проходженні його через призму з нанесеним на неї досліджуваним розчином. Показник заломлення залежить від концентрації розчину і температури.

Існує декілька типів рефрактометрів, пристрій яких і правила роботи з ними описані в інструкціях до кожного приладу. Основна частина рефрактометра — дві скляні призми, причому нижня призма закріплена нерухомо, а верхня може підійматися і опускатися. Між цими призмами потрібно помістити досліджуваний розчин: підняти верхню призму, нанести паличкою з оплавленим кінцем на нижню призму 2—3 краплі досліджуваного розчину сахарози і негайно опустити верхню призму повністю. Сполоснути паличку у воді і витерти фільтрувальним папером. Дивлячись в окуляр, направити за допомогою дзеркала світло в отвір призми, сумістити межу світлої і темної частин поля зору з перетином ліній хреста (в рефрактометрах іншого типу — з пунктирною лінією) і зробити відлік по шкалі коефіцієнтів заломлення. Визначити концентрації розчинів в обох рядах пробірок (початкових розчинів і після перебування в них дисків). Знайти такий розчин, концентрація якого не змінилася. Після кожного визначення видалити з поверхні призм краплі розчину сухим фільтрувальним папером, потім двічі протерти папером, змоченим дистильованою водою, і знову витерти сухим фільтрувальним папером.

 

Завдання: визначити ізотонічну концентрацію розчину, тобто всисну силу клітин.

3.1.3.2 Метод цівок (за В. С. Шардаковим)

Даний метод заснований на зміні густини розчинів після перебування в них вивчаємих об'єктів.

Розчин, в якому знаходилися шматочки досліджуваного листя, вносять піпеткою в пробірку з розчином початкової концентрації. Якщо цівка піде вниз, це свідчитиме про збільшення концентрації розчину. Рух цівки вгору вказує, що концентрація розчину зменшилася. Якщо цівка залишиться на місці, то густина розчину не змінилася і, отже, всисна сила клітин дорівнює всисній силі цього розчину.

Роботу проводять з тими ж розчинами, які використовувалися для рефрактометричного методу. Перед визначенням підфарбувати розчини, для чого внести в маленькі пробірки по кристалу метиленової сині на кінчику препарувальної голки. Багато барвника додавати не можна, оскільки це може викликати збільшення концентрації розчину. Струсивши вміст пробірки, набрати забарвлену рідину в піпетку з відтягнутим в капіляр кінцем і опустити у відповідну пробірку з початковим розчином так, щоб нижній кінець піпетки був занурений в розчин на 2—3 см. Поволі випускаючи розчин, прослідити за напрямом руху цівки забарвленої рідини. Кожний розчин слід брати чистою сухою піпеткою. Отримані результати записати у формі таблиці:

Таблиця 3.4.

 

Концентрація розчину сахарози, моль/л	Осмотичний тиск при 200С, МПа	Коефіцієнт заломлення розчинів	Напрям руху цівок	Співвідно-шення між S розчину і S клітин
Початковий	Після перебування дисків
0, 1	0, 263
0, 2	0, 537
0, 3	0, 821
0, 4	1, 125
0, 5	1, 449
0, 6	1, 803
0, 7	2, 178

 

Завдання: зробити висновки про причини зміни концентрації розчинів і записати значення всисної сили клітин, перед їх зануренням в розчини.

 

3.1.3.3. Визначення водного потенціалу рослинних тканин методом Уршпрунга (за зміною довжини брусків тканини)

Цей метод заснований на підборі зовнішнього розчину відомої концентрації, водний потенціал якого виявиться рівним величині водного потенціалу кліток тканин (). Водний потенціал зовнішнього розчину визначається його осмотичним потенціалом (ψ _осм). При зануренні смужок досліджуваної тканини в розчин, ψ _осм якого менше, довжина смужок тканини зменшується. Якщо менше ψ _осм розчину, то клітини поглинають воду з розчину, об'єм їх збільшується і довжина смужок тканини теж збільшується. Довжина смужок тканини залишається без зміни в тому розчині, у якого ψ _осм дорівнює ψ _осм тканини.

Матеріали і обладнання: 1) 1М розчин хлориду натрію; 2) дистильована вода; 3) пробірки; 6) ніж для вирізування смужок тканини; 7) лінійки або міліметрівка; 8) бульби та коренеплоди овочів, плоди фруктів.

Хід роботи

У пробірках готують по 20 мл розчинів хлориду натрію з концентрацією: 1, 0; 0, 8; 0, 6; 0, 5; 0, 4; 0, 3; 0, 2 М, у восьму наливають дистильовану воду. Для приготування розчинів користуються бюретками. Початковий 1 М розчин NаС1 розбавляють дистильованою водою.

З органу рослини вирізають пластини завтовшки 5—10 мм і ділять на однакові бруски завширшки близько 5 мм і завдовжки 40—70 мм. Довжину кожного бруска точно виміряють за допомогою лінійки перед його зануренням в розчин і після витримки в розчині протягом 40—50 хв. Результати вимірювань записують в таблицю 3.5.

 

Таблиця 3.5.

	Концентрація NaCl, моль/л	1, 0	0, 8	0, 6	0, 4	0, 2	0, 1
	Всисна сила розчину, МПа
	Початкова довжина бруска коренеплоду, мм
	Довжина після перебування в розчині, мм
	Різниця, мм
	Тургор

Примітка: в другому рядку таблиці записати всисну силу розчинів, яка чисельно дорівнює їх осмотичному тиску (розрахувати за формулою 3.3. і таблицею 3.3.). Дані для п'ятого рядка отримати, віднявши з більшої величини меншу, причому збільшення довжини позначити знаком «+», а зменшення – знаком «-». В останньому рядку відзначити ступінь тургору тканини (сильний, середній, слабкий) або його відсутність; для визначення цього показника розкласти бруски на тарілці так, щоб вони наполовину звисали з її краю.

 

Завдання: визначити величину водного потенціалу тканин бульб методом Уршпрунга, пояснивши причини зміни розмірів брусків в розчинах різної концентрації, і визначити всисну силу клітин.