Определение водного потенциала растительной ткани методом шардакова

Определение водного потенциала растительной ткани методом шардакова

Работа 3. Определение водного потенциала растительной ткани методом шардакова

Водный потенциал характеризует сосущую силу растительной ткани. Его определяют для того, чтобы вовремя уловить признаки обезвоживания растения и правильно выбрать время полива.

Метод Шардакова основан на подборе раствора, удельный вес, а соответственно и концентрация которого не изменяется после пребывания в нем растительной ткани в течение 20 мин. В этом случае величина осмотического потенциала раствора равна по модулю водному потенциалу растения.

Материалы и оборудование. Корнеплод моркови посевной, плод яблони домашней, клубень картофеля, дистиллированная вода, 1,0 М раствор сахарозы, насыщенный водный раствор метиленового синего, химические пробирки (10 шт.), пипетки на 1, 5 и 10 см 3 , глазные пипетки, нож кухонный, сверло диаметром 0,8 см, дозатор, стеклограф, штатив для пробирок, штатив для пипеток, плотный картон или разделочная доска размером 1515 см.

Ход работы. Расставьте пробирки в штативе в два ряда (по пять в каждом). Из 1,0 М раствора сахарозы путем разбавления дистиллированной водой попарно в пробирки первого и второго ряда приготовьте по 5 см 3 растворов следующей концентрации: 0,5 М, 0,4 М, 0,3 М, 0,2 М, 0,1 М. В каждую пробирку первого ряда поместите по 2 насечки, размером 0,8 см в диаметре и 0,5 см высотой, сделанные из предложенного растительного материала. Каждые 5 мин растворы встряхивайте.

Через 20 мин от начала опыта растворы, содержащие растительный материал, подкрасьте двумя каплями насыщенного раствора метиленового синего и хорошо перемешайте. Затем, набрав в пипетку по 0,1 см 3 раствора из пробирки первого ряда, опустите ее конец в пробирку второго ряда соответствующей концентрации и осторожно выпустите жидкость в исходный раствор, устанавливая направление движения струйки.

Результаты исследований внесите в таблицу 5.

Определение концентрации изотонического раствора для исследуемого растительного материала

Тема 3 Определение водного потенциала растительной ткани методом полосок (по Лилиенштерн).

Цель:научить определению водного потенциала методом Лилиенштерн; сделать вывод о возможности использования показателей водного потенциала для правильного выбора времени посева растений.

Теоретические сведения

Водный потенциал (φ) характеризует сосущую силу растительной ткани. Его определяют для того, чтобы вовремя уловить признаки обезвоживания растений и правильно выбрать время полива.

Настоящий метод основан на подборе наружного раствора такой концентрации, при погружении в который полоска растительной ткани не меняет длины.

Если осмотический потенциал наружного раствора превышает водный потенциал ткани, то раствор отнимает воду от клеток, в результате их объем и длина полосок уменьшаются.

Если осмотический потенциал раствора меньше водного потенциала ткани, то клетки всасывая воду из раствора, увеличиваются в объеме и длина полоски становится больше.

В растворе, где осмотический потенциал равен водному потенциалу ткани, длина полоски не изменяется.

Ход работы: приготавливают в пробирках по 10мл. 0,6 М; 0,5 М; 0,4 М; 0,3 М; 0,2 М; 0,1 М растворов сахарозы. Из клубня картофеля вырезают десять полосок длиной 4-6 см. и сечением около 4 мм 2 . Концы полосок срезают наискось. Работать следует быстро, чтобы исключить подсыхание полосок. Миллиметровой линейкой необходимо точно измерить их длину и поместить по две в каждую пробирку. Через 20 мин. вынимают, обсушивают фильтровальной бумагой и снова измеряют длину. Для расчета величины водного потенциала берут концентрацию, при которой длина полосок не изменилась.

Величину водного потенциала (φ) рассчитывают по формуле:

φ_ώ = -П раствора = — R*T*C*i*101,3;

где R – газовая постоянная, равная 0,0821л атм./град моль;

Т – абсолютная температура (273 о С + комнатная);

с – изотоническая концентрация в молях;

i – изотонический коэффициент Вант-Гоффа;

101,3 – множитель для перевода атмосфер в килопаскали.

Коэффициент Вант-Гоффа характеризует ионизацию растворов и для неэлектролитов (сахароза) равен 1.

Результаты опыта записывают по формуле таблицы

Концентрация сахарозы, М	На 10 мл раствора	Длина полоски ткани, мм	Концентрация, при которой длина полосок не изменилась, М	Водный потенциал, кПа
IМ сахарозы, мл	воды, мл	перед погружением в раствор	после пребывания в растворе
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1

Оборудование:пробирки, 1М раствор сахарозы, пипетка, стеклянная палочка,картофель, миллиметровая линейка, фильтровальная бумага, дистиллированная вода.

Литература:2, 16-17 с.

Контрольные вопросы:

1 Осмотические явления в клетке и их значение в жизни растений.

2 Как происходит поглошение и выделение воды клеткой?

Тема 4 Определение водного потенциала листьев методом Шардакова

Цель: научить студентов определению водного потенциала методом Шардакова; сделать вывод о возможности использования показателей водного потенциала для правильного выбора времени посева растений.

Теоретические сведения

Метод основан на подборе раствора, концентрация которого не изменяется при погружении в него растительной ткани. В этом случае величина осмотического потенциала раствора равна водному потенциалу клеток листа.

Ход работы: Пробирки расставляют в штативе в два ряда: пять вверху и пять внизу. В верхних готовят по 10 мл 0,5M; 0,4 M; 0,3 M; 0,2 M; 0,1 M растворов сахарозы путем разбавления 1M раствора сахарозы дистиллированной водой.

В пробирки нижнего ряда переносят по 0,5 М раствора из верхних пробирок и все их закрывают пробирками. Из листа сверлом вырезают 10 дисков. Для этого лист нижней стороной поворачивают вверх, подкладывают под него резиновую пластинку и между крупными жилками выбирают диски. В каждую пробирку нижнего ряда отпускают по два диска на 40 мин. Через каждые 10 мин. пробирки с дисками встряхивают. Затем стеклянной палочкой удаляют диски и подкрашивают опытные растворы в пробирках нижнего ряда метиленовой синей, взятой в небольшом количестве (на кончике проволоки). Содержимое встряхивают, добиваясь равномерной окраски раствора. Пипеткой на 0,5 мл. набирают подкрашенный опытный раствор. Конец пипетки опускают в соответствующий исходный раствор в пробирке верхнего ряда так, чтобы уровень жидкости в пипетке превышал уровень раствора в пробирке. Медленно выпускают жидкость из пипетки в исходный раствор, отмечая направление движения струйки. Если концентрация и, следовательно, плотность окрашенного раствора увеличилась по сравнению с исходным, то струйка пойдет вниз, если концентрация уменьшилась – струйка пойдет вверх. При равенстве концентраций струйка равномерно распределяется внутри пробирки с исходным раствором.

Читайте также: Рисунки черной краской по черной ткани

Величину водного потенциала по найденной опытным путем концентрации рассчитывают по формуле:

φ_ώ = -П раствора = -R*T*с*i*101,3;

где R – газовая постоянная, равная 0,0821л атм./град моль;

Т – абсолютная температура (273 о С + комнатная);

с – изотоническая концентрация в молях;

i – изотонический коэффициент Вант-Гоффа;

101,3 – множитель для перевода атмосфер в килопаскали.

Коэффициент Вант-Гоффа характеризует ионизацию растворов и для неэлектролитов (сахароза) равен 1.

Результаты опыта записывают по формуле таблицы

Концентрация сахарозы, М	На 10 мл раствора	Направление движения струйки	Концентрация внешнего раствора оставшегося неизменным	Водный потенциал, кПа
1M сахарозы	воды, мл
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1

Оборудование:двухрядный штатив спробирками, 1М раствор сахарозы, дистиллированная вода, пипетка, стеклянная палочка, листья растении,фильтровальная бумага, метиленовая синь кристаллическая.

Литература: 1, с. 31-32.

Контрольные вопросы:

1 Что такое химический потенциал воды и водный потенциал клетки?

2 Можно ли отнять воду от клетки после достижеия ею состояния полного завядания, т.е. полной потери тургора?

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Работа 8. Определение водного потенциала растительных тканей по изменению концентрации внешнего раствора методом «струек» (по Шардакову)

Цель:определить и рассчитать водный потенциал (сосущую силу) кусочков ткани выбранных объектов.

Объекты, реактивы, оборудование:корнеплоды свеклы, клубни картофеля, листья пеларгонии или бегонии; 1 М раствор NaCl, из которого готовят 0,9; 0,7; 0,5; 0,2; 0,1 М растворы, дистиллированная вода, метиленовая синь в порошке; комплект пробирок, пипетки с оттянутым концом, препаровальные иглы, пробочные сверла диаметром 0,8-1 см, большие резиновые или корковые пробки или куски картона, маркер, термометр комнатный, тонкая стеклянная палочка

Краткие сведения

Метод Шардакова основан на определении изменения концентрации раствора после выдерживания в нем исследуемых растительных тканей. Этот метод отличается высокой чувствительностью и точностью. Он прост, удобен и широко используется для определения сосущей силы листьев поливных растений при установлении сроков полива.

Метод Шардакова основан на сравнении плотностей исходного (контрольного) раствора с этим же раствором после выдерживания в нем ткани. У раствора, не изменившего плотности, —ψ_Н2О = —ψ_тк . В этом случае величина водного потенциала раствора равна водному потенциалу клеток ткани.

Сущность метода в следующем. Если погрузить ткань в раствор, водный потенциал (ψ_Н2О) которого ниже водного потенциала ткани (ψ_тк), вода из ткани начинает поступать в раствор и его водный потенциал возрастает. Если же водный потенциала ткани (ψ_тк) выше водного потенциала (ψ_Н2О) раствора, то вода из раствора будет поступать в клетки и концентрация раствора увеличится. Если водные потенциалы ткани и окружающего раствора равны, устанавливается равновесие в поступлении и выходе воды из клеток в раствор и обратно, концентрация окружающего раствора не меняется.

Изменение концентрации раствора определяется по изменению его удельного веса. Для этого из растворов различных концентраций, в которых 20 — 30 минут была погружена растительная ткань, извлекают кусочки и подкрашивают эти растворы метиленовым синим (на кончике препаровальной иглы). Затем следят за направлением капли подкрашенного раствора в исходном растворе одной концентрации. Если струйка пойдет вниз, значит, удельный вес, а следовательно концентрация раствора после погружения в него ткани увеличилась, вверх – уменьшилась. Если же капля остается на месте – концентрация не изменилась. В этом случае водный потенциал ткани и раствора равны. Зная его концентрацию можно рассчитать водный потенциал ткани.

У растений, испытывающих недостаток влаги, водный потенциал может достигать 1500 кПа; у хорошо оводненных — 300 – 600 кПа.

Поставить в штатив два ряда чистых сухих пробирок по 7 штук. В пробирки 1-го ряда налить по 10 мл растворов NaCl разной молярности в порядке ее возрастания. Затем из каждой пробирки отлить по 1 мл раствора в рядом стоящую пробирку 2-го ряда. Обозначить маркером концентрацию растворов в пробирках. Далее с помощью пробочного сверла диаметром 1 см вырезать из листьев диски, не захватывая крупных жилок. Желательно подложить под лист пробку или кусок толстого картона. При использовании мясистой ткани клубней и корнеплодов их нарезают поперек продольной оси на тонкие пластинки (около 2 мм) и на них высекают сверлом диски. После этого в пробирки 2-го ряда («маленькие») опускают по 2 диска ткани на 20-30 минут и закрывают пробками, следя, чтобы диски были погружены в растворы. Через 20-30 минут приступают к определению удельного веса растворов. Для этого в каждую пробирку второго ряда вынимают ткани и добавляют по одному кристаллику метиленовой сини и встряхивают пробирку. Плотность каждого из подкрашенных растворов сравнивают с плотностью исходных растворов следующим образом: пипеткой с тонким оттянутым концом отбирают 0,1 мл подкрашенного опытного раствора и переносят в пробирку 1-го ряда с соответствующим исходным раствором (примерно до его середины). Медленно выпуская струйку раствора, надо проследить за направлением его движения. Прежде чем набирать жидкость из следующей пробирки, пипетку следует вытереть фильтровальной бумагой.

Читайте также: Назвать типы растительных тканей 6 класс

Результаты поместить в таблицу, указав стрелкой направление движения окрашенной струйки.

Концентрация, М	1,0	0,9	0,7	0,5	0,3	0,2	0,1
Движение капли

Выявить раствор, в котором —ψ_Н2О =— ψ_тк = — iсRT.

Задачи. Определить водный потенциал:

1) свежих и подвядших клубней картофеля;

2) свежих и подвядших корнеплодов столовой свеклы;

3) тургесцентных и подвявших листьев пеларгонии;

4) листьев верхнего и нижнего яруса пеларгонии.

Общие результаты записать в таблицу 2.

Вариант опыта

Водный потенциал, кПа

Сделать вывод о зависимости водного потенциала тканей от степени их оводненности и ярусности листа.

ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ ПО ТЕМЕ

«ФИЗИОЛОГИЯ РАСТИТЕЛЬНОЙ КЛЕТКИ»

1. Один кусочек эпидермиса синего лука выдержан в гипертоническом растворе КNO₃, другой — в Ca(NO₃)₂. В каком из них быстрее наступит выпуклый плазмолиз, почему?
2. Почему у растений жарких сухих мест обитания вязкость цитоплазмы, как правило, выше, чем у мезофитов?
3. Кусочки одной и той же растительной ткани погружены в 1М растворы сахарозы и NaCl. В каком из них будет более сильный плазмолиз? Пояснить расчетом.
4. Почему при изучении влияния К + и Са 2+ на вязкость цитоплазмы используют
   1М раствор КNO₃ и 0,7М раствор Ca(NO₃)₂? Почему взяты разные концентрации данных плазмолитиков?
5. Опытным путем установлено, что осмотическое давление клеточного сока в клетках клубня картофеля при 17 0 С равно 15 кПа. Какую молярную концентрацию раствора сахарозы необходимо взять, чтобы вызвать в них плазмолиз цитоплазмы?
6. Два кусочка эпидермиса синего лука соответственно с живыми и убитыми нагреванием клетками поместили в гипертонический раствор сахарозы. Какая картина будет наблюдаться? Почему?
7. Клетки листа перезимовавшей озимой пшеницы поместили в гипертонический раствор сахарозы. Плазмолиз наступил только в 20% клеток. Как растения перенесли зимовку?
8. При погружении кусочков эпидермиса синего лука в гипертонические растворы сахарозы и мочевины оказалось, что в первом случае наступил стойкий плазмолиз, а во втором на смену плазмолизу вскоре пришел самопроизвольный деплазмолиз. Почему?
9. При погружении листочка элодеи в гипертонический раствор оказалось, что в клетках верхушки листа плазмолиз наступил на 20-й минуте, основания — только через час. Почему?
10. При помещении клеток эпидермиса синего лука в гипертонический раствор КNO₃ наблюдается сначала выпуклый, а потом колпачковый плазмолиз. При помещении же их в раствор сахарозы этого не происходит. Почему?
11. Живые клетки эпидермиса лука выдержали 10 мин в растворе 0,02% нейтрального красного, другую партию — 20 мин в растворе 0,05% индигокармина. По истечении указанного времени срезы промыли. Какова будет окраска и почему?
12. Где концентрируется эозин после проникновения в клетку: в цитоплазме или в вакуоли?
13. Семена фасоли перед посевом обработали раствором индигокармина, при этом около 70% зародышей окрасились в синий цвет. Какие выводы относительно всхожести семян можно сделать?
14. Чему равно осмотическое давление 0,1 М раствора глюкозы при 22 о С?
15. Клетка погружена в раствор. Осмотическое давление клеточного сока 7 кПа, среды — 5 кПа. Куда пойдет вода? Рассмотрите три возможных случая.
16. Клетка находится в состоянии начинающегося плазмолиза. Чему равно осмотическое давление клеточного сока и тургорное давление этой клетки, если известно, что ее сосущая сила равна 5 кПа?
17. 0,3 М раствор сахарозы, 0,15 М раствор NaCl и 0.1M раствор CaCl₂ обладают одинаковым осмотическим давлением. Почему?
18. У какого раствора и почему больше осмотическое давление у 5% сахарозы (С₁₂Н₂₂О₁₁) или 5% глюкозы (С₆Н₁₂О₆)?
19. Найти осмотическое давление клеточного сока при 17 0 , если известно, что 0,3 М и 0,4 М растворы сахарозы плазмолиза не вызывают, а в 0,5 М растворе наблюдается плазмолиз?
20. В клетках каких растений выше осмотическое давление клеточного сока — у растений на солончаках или на обычных почвах, на открытых сухих местах или в тени и почему?
21. Кусочки одной и той же растительной ткани погружены в ряд растворов, осмотическое давление которых равно 0,5; 0,7; 1; 1,2; 1,6; 1,8 и 2 МПа. Перед погружением в растворы клетки имели тургорное давление 0,6 МПа, а осмотическое давление клеточного сока 1,6 МПа. В каких растворах: а) клетки будут всасывать воду; б) клетки будут отдавать воду; в) будет наблюдаться плазмолиз клеток?
22. В 6 сосудов налиты растворы сахарозы с концентрациями: 0,1; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8 и 1,0 М. В эти растворы поместили полоски, вырезанные из картофельного клубня, длина которых до погружения составляла 40 мм. Через 30 минут длина полосок оказалась равной — 42,40, 38, 35, 35, 35 мм. Как объяснить полученные результаты? Почему длина полосок оказа­лась одинаковой в трех последних растворах?
23. Найти осмотическое давление 0,2 М раствора КCl при 0 0 С (изотонический коэффициент его — 1,8).
24. Равны ли сосущая сила раствора и клетки, если концентрация клеточного сока и раствора одинаковы?
25. Клетка находится в состоянии полного насыщения водой. Чему равны ее сосущая сила и тургорное давление, если осмотическое давление клеточного сока составляет 8 кПа?
26. Клетка, осмотическое давление клеточного сока которой 5 кПа, погружена в раствор КCl, где осмотическое давление 9 кПа. Что произойдет с клеткой? Объяснение подтвердить расчетом.
27. Растворы с осмотическим давлением 9 и 8 кПа вызвали плазмолиз в клетках исследуемой ткани, а с давлением 6 и 7 кПа плазмолиз не вызвали. Чему равно осмотическое давление клеточного сока?
28. Какова сосущая сила раствора, изотоничного клеточному соку ткани, если осмотическое давление последнего 7 кПа?
29. Кусочки одной и той же растительной ткани погружены в растворы, осмотическое давление которых 5, 6, 10, 12, 16,18, 20 кПа. Клетки ткани перед погружением имели тургорное давление 6 кПа, осмотическое давление клеточного сока 16 кПа. В каких растворах клетки будут: всасывать воду, отдавать ее, находиться в состоянии плазмолиза?
30. После погружения кусочка растительной ткани в 10 % раствор сахарозы концентрация последнего осталась без изменений. В какую сторону изменится концентрация 12% раствора сахарозы при погружении в нее этой ткани; почему?
31. Чему равна сосущая сила и тургорное давление клетки при насыщении ее водой, недонасыщении, плазмолизе и циторризе?
32. Чему равны сосущая сила и тургорное давление погруженной в раствор клетки после установления равновесия в поступлении и отдаче воды между нею и раствором, если известно, что осмотическое давление клеточного сока 15 кПа, раствора 12 кПа?
33. Сосущая сила клетки 0,5 МПа. Рассчитайте тургорное давление этой клетки, если ее осмотическое давление равно 1,2 МПа.
34. Клетка находится в состоянии полного завядания (начала плазмолиза). Рассчитайте осмотическое давление клеточного сока и тургорное давление этой клетки, если известно, что ее сосущая сила 0,5 МПа.
35. Как изменится длина кусочка растительной ткани, если ее опустить в раствор с осмотическим давлением 1,0 МПа. Известно, что кусочек той же ткани в растворе с осмотическим давлением 0,8 МПа не изменился в размерах. Ответ объясните.
36. В живой протоплазме растительной клетки содержится 75% воды. Раствор NaCl какой концентрации будет гипертоническим, а какой гипотоническим относительно протоплазмы этой клетки.
37. Несмотря на то, что жиры обладают гидрофобными свойствами, в воде происходит набухание семян масличных культур. Как это можно объяснить?
38. Определить сосущую силу и тургорное давление погруженной в раствор клетки после установления равновесия между клеткой и раствором, если осмотическое давление клеточного сока было 1,4 МПа, а наружного раствора — 1 МПа.
39. В 4 емкости с раствором хлористого натрия с осмотическим давлением 0,3; 0,6; 0,9 и 1,2 МПа опущены полоски клубня картофеля длиной 40 мм. Через полчаса длина полосок соответственно оказалась 41, 40, 39, 38 мм. Объясните результат.
40. Куски корня свеклы были измерены и погружены на 30 минут в растворы сахарозы разной концентрации. Оказалось, что в 0,3 М растворе длина куска не изменилась, в 0,4 М растворе уменьшилась, а в 0,2 М растворе увеличилась. Как объяснить полученные результаты?
41. Найти сосущую силу клеток, если известно, что в растворах с осмотическим давлением 0,3 и 0,5 МПа размеры клеток увеличились, а в растворе, осмотическое давление которого 0,7 МПа, объем клеток уменьшился.
42. Чему равна сосущая сила клеток, если известно, что при погружении в 0,3 М раствор сахарозы размеры клеток увеличились, а в 0,4 М растворе остались без изменения? Опыт проводился при температуре +27 ‘С.
43. Кусочки одной и той же растительной ткани погружены в ряд растворов, осмотическое давление которых равно 0,5; 0,7; 1; 1,2; 1,6; 1,8 и 2 МПа. Перед погружением в растворы клетки имели тургорное давление 0,6 МПа, а осмотическое давление клеточного сока 1,6 МПа. В каких растворах: а) клетки будут всасывать воду; б) клетки будут отдавать высока равно 1 МПа, а тургорное — 0,6 МПа, а у второй клетки соответствующие показатели составляют 1,4 и 1,1 МПа.
44. У двух соприкасающихся живых клеток осмотическое давление клеточного сока первой равно 1 МПа, а второй — 0,8 МПа. Каковы возможные направления движения воды? (Рассмотрите три случая).
45. Корни одинаковых сеянцев погружены в сосуды с растворами безвредных солей. Осмотическое давление растворов 0,1; 0,3; 0,5 и 0,7 МПа. Как будет происходить всасывание воды сеянцами, если осмотическое давление клеточного сока корневых волосков этих растений составляет 0,5 МПа?