Основные закономерности поглощения воды клеткой. Вода может поступать в клетки растений благодаря набуханию биоколлоидов, увеличению степени их гидратации
Вода может поступать в клетки растений благодаря набуханию биоколлоидов, увеличению степени их гидратации. Такое поступление воды характерно для сухих семян, помещенных в воду. Однако главным способом поступления воды в живые клетки является ее осмотическое поглощение.
Осмосом называется прохождение растворителя в раствор, отделенный от него полупроницаемой мембраной (т. е. пропускающей растворитель, но не молекулы растворенных веществ).
В Пфеффер предложил осмометр, названныйа им «искусственной клеткой». Во внутреннюю полость пористого фарфорового сосуда наливался раствор желтой кровяной соли K4[Fe(CN)6], и сосуд помещался в раствор CuSО4. При взаимодействии этих веществ в порах сосуда образовывалась гелеобразная масса железистосинеродистой меди Cu2[Fe(CN)6], служившая полупроницаемой мембраной. Поступление воды в такого рода осмотическую ячейку приводит к увеличению объема жидкости до тех пор, пока гидростатическое давление Р столба жидкости в монометрической трубке не повысится настолько, чтобы воспрепятствовать дальнейшему увеличению объема раствора. В достигнутом состоянии равновесия полупроницаемая мембрана в единицу времени пропускает одинаковые количества воды в обоих направлениях. Гидростатическое давление в этом случае соответствует потенциальному осмотическому давлению π*.
Если раствор сахарозы в осмотической ячейке, пропускающей только воду, погрузить в чистую воду, то молекулы воды будут перемещаться через стенки ячейки в раствор сахарозы, где концентрация (активность) воды меньше, т. е. от высокого водного потенциала к более низкому. Растворенные вещества снижают активность воды в растворе и из ячейки воды выходит меньше, чем входит. Это и приводит к увеличению объема раствора сахарозы и подъему жидкости в трубке осмометра.
Растительная клетка окружена эластичной клеточной стенкой. Вакуоль содержит большое количество осмотически активных веществ. При изучении осмотических явлений в растительных клетках полупроницаемой мембраной считается система, состоящая из плазмалеммы и тонопласта одновременно. При помещении клетки в воду последняя по законам осмоса будет поступать внутрь клетки.
Силу, с которой вода входит в клетку, называют сосущей силой S. Она тождественна водному потенциалу клетки (ΨН2О). Величина сосущей силы определяется осмотическим давлением клеточного сока (π*) и тургорным (гидростатическим) давлением в клетке (Р), которое равно противодавлению клеточной стенки, возникающему при ее эластическом растяжении:
S = π* ― Р
Когда клетка полностью насыщена водой (полностью тургесцентна), ее сосущая сила равна нулю, а тургорное давление равно потенциальному осмотическому: S = 0; Р = π*. Если подача воды к клетке уменьшается (при усилении ветра, при недостатке влаги в почве и т. д.), то вначале возникает водный дефицит в клеточных стенках, водный потенциал которых становится ниже, чем в вакуолях, и вода начинает перемедцаться в клеточные стенки. Отток воды из вакуоли снижает тургорное давление в клетках и, следовательно, увеличивает их сосущую силу. При длительном недостатке влаги большинство клеток теряет тургор и растение подвядает. В этих условиях Р = 0; S=π*.
Явление потери тургора клетками можно наблюдать, если поместить кусочки тканей в гипертонический раствор. Отток воды из клеток приводит к уменьшению объема протопластов и их отделению от клеточных стенок. Происходит плазмолиз. Пространство между стенкой и сократившимся протопластом заполняет наружный раствор. При помещении этой клетки в чистую воду тургересцентность клетки восстанавливается.
В условиях водного дефицита в молодых тканях резкое усиление потери воды, например при суховее, может приводить к тому, что тургорное давление в клетках становится отрицательной величиной и протопласты, сокращаясь в объеме, не отделяются от клеточных стенок, а тянут их вслед за собой. Клетки и ткани сжимаются. Это явление называется циторризом.
Помимо осмотического фактора, поглощение цитоплазмой воды может быть связано с гидратацией белков и других биоколлоидов. При учете воды, поглощаемой клетками в результате процессов гидратации, в уравнение водного потенциала наряду с другими компонентами вводится и потенциал набухания Ψτ.
Осмотическая концентрация вакуолярного сока для клеток корней составляет 0,3 — 1,2 МПа, а для клеток надземных органов — 1,0-2,6 МПа. Это обусловливает существование вертикального градиента осмотической концентрации и сосущей силы от корней к листьям. Очень высоко осмотическое давление в клетках галофитов, растущих в условиях засоления: оно достигает 15 МПа.
Дата добавления: 2015-05-30; просмотров: 2510;