С какими свойствами цитоплазмы и вакуоли

Материалы. Листья элодеи канадской (Elodea canadensis); 6-8% раствор селитры ( KNO 3 ).

Жизнедеятельность клетки характеризуется непрерывно протекающими в ней процессами обмена веществ, причем цитоплазма избирательно реагирует на воздействие разных факторов внешней среды. В поглощении и выделении веществ большую роль играют процессы диффузии и осмоса. Осмотическими называют явления, происходящие в системе, состоящей из двух растворов, разделенных полупроницаемой мембраной. В растительной клетке роль полупроницаемых пленок выполняют пограничные слои цитоплазмы: плазмалемма и тонопласт.

Плазмалемма – наружная мембрана цитоплазмы, прилегающая к клеточной оболочке. Тонопласт – внутренняя мембрана цитоплазмы, окружающая вакуоль. Вакуоли представляют собой полости в цитоплазме, заполненные клеточным соком – водным раствором углеводов, органических кислот, солей, белков с низким молекулярным весом, пигментов.

Концентрация веществ в клеточном соке и во внешней среде (в почве, водоемах) обычно не одинаковы. Если внутриклеточная концентрация веществ выше, чем во внешней среде, вода из среды будет диффундировать в клетку, точнее в вакуоль, с большей скоростью, чем в обратном направлении, т. е. из клетки в среду. Чем больше концентрация содержащихся в клеточном соке веществ, тем сильнее сосущая сила – сила, с которой клетка. При увеличении объема клеточного сока, вследствие поступления в клетку воды, увеличивается его давление на цитоплазму, плотно прилегающую к оболочке. При полном насыщении клетки водой она имеет максимальный объем. Состояние внутреннего напряжения клетки, обусловленное высоким содержанием воды и развивающимся давлением содержимого клетки на ее оболочку носит название тургора (рис. 10, А). Тургор обеспечивает сохранение органами формы (например, листьями, неодревесневшими стеблями) и положения в пространстве, а также сопротивление их действию механических факторов. С потерей воды связано уменьшение тургора и увядание.

Если клетка находится в гипертоническом растворе, концентрация которого больше концентрации клеточного сока, то скорость диффузии воды из клеточного сока будет превышать скорость диффузии воды в клетку из окружающего раствора. Вследствие выхода воды из клетки объем клеточного сока сокращается, тургор уменьшается. Уменьшение объема клеточной вакуоли сопровождается отделением цитоплазмы от оболочки – происходит плазмолиз.

В ходе плазмолиза форма плазмолизированного протопласта меняется. Вначале протопласт отстает от клеточной стенки лишь в отдельных местах, чаще всего в уголках. Плазмолиз такой формы называют уголковым (рис. 10, Б).

Затем протопласт продолжает отставать от клеточных стенок, сохраняя связь с ними в отдельных местах, поверхность протопласта между этими точками имеет вогнутую форму. На этом этапе плазмолиз называют вогнутым (рис. 10, В).

Постепенно протопласт отрывается от клеточных стенок по всей поверхности и принимает округлую форму. Такой плазмолиз носит название выпуклого (рис. 10, Г ).

Если у протопласта связь с клеточной стенкой в отдельных местах сохраняется, то при дальнейшем уменьшении объема в ходе плазмолиза протопласт приобретает неправильную форму. Протопласт остается связанным с оболочкой многочисленными нитями Гехта. Такой плазмолиз носит название судорожного (рис. 10, Д).

При длительном нахождении клеток в растворе нитрата калия (15 мин. и более) цитоплазма набухает в удлиненных клетках, там, где протопласт не касается клеточных стенок, образуются так называемые колпачки цитоплазмы. Такой плазмолиз носит название колпачкового (рис. 10, Е).

Рис. 10. Плазмолиз растительной клетки:

А – клетка в состоянии тургора; Б – уголковый; В – вогнутый; Г – выпуклый; Д – судорожный; Е – колпачковый.

1 – оболочка, 2 – вакуоль, 3 – цитоплазма, 4 – ядро, 5 – нити Гехта.

Если плазмолизированную клетку поместить в гипотонический раствор, концентрация которого меньше концентрации клеточного сока, вода из окружающего раствора будет диффундировать внутрь вакуоли. В результате увеличения объема вакуоли повысится давление клеточного сока на цитоплазму, которая начинает приближаться к стенкам клетки, пока не примет первоначальное положение – произойдет деплазмолиз.

Ход работы

Задание 1. Рассмотреть клетки листа элодеи, находящиеся в состоянии тургора и зарисовать.

Последовательность работы. Целый лист элодеи (Elodea canadensis) положить на предметное стекло в каплю воды, накрыть его покровным стеклом. На препарате найти тонкий участок, где хорошо видны клетки. Препарат рассмотреть при малом и большом увеличениях микроскопа. Обратить внимание на то, что цитоплазма прижата к клеточным стенкам. Клетки находятся в состоянии полного насыщения водой – состояние тургора. Зарисовать отдельную клетку, обозначив основные компоненты (рис. 10, А).

Задание 2. Пронаблюдать явление плазмолиза в клетках листа элодеи. Определить формы плазмолиза. Сделать рисунки.

Последовательность работы. Сняв препарат (из задания 1) со столика микроскопа, вплотную к покровному стеклу нанести на предметное стекло каплю 6-8% раствора селитры (KNO3) – более концентрированного, чем раствор веществ, содержащихся в вакуолях. С другой стороны на предметное стекло вплотную к покровному стеклу положить полоску фильтровальной бумаги, которую нужно держать до тех пор, пока раствор селитры не войдет под покровное стекло, заменив воду. Через 5-10 минут обратить внимание на отрыв цитоплазмы от оболочки клеток, т.е. плазмолиз. Колпачковый плазмолиз наступает через 15 и более минут. Зарисовать формы плазмолиза (уголковый, вогнутый выпуклый, судорожный, колпачковый) (рис. 10, Б-Е). Объяснить явление плазмолиза и его значение в жизни растений.

Задание 3. Пронаблюдать явление деплазмолиза в клетках элодеи, т.е. вернуть в первоначальное состояние плазмолизированную клетку.

Последовательность работы. Следует заменить раствор селитры водой, оттянув раствор фильтровальной бумагой. Отметить возвращение цитоплазмы к оболочке клетки, т.е. в ее нормальное состояние. Деплазмолиз происходит медленнее, чем плазмолиз. Объяснить явление деплазмолиза.

Контрольные вопросы

1. С какими свойствами цитоплазмы и вакуоли связаны осмотические явления клетки?

2. Что такое тургор, плазмолиз, деплазмолиз?

3. Может ли происходить плазмолиз в мертвой клетке?

4. Как можно вызвать плазмолиз в клетках листа элодеи?

5. Дать определения понятиям осмос и диффузия.

Жизнедеятельность клетки характеризуется непрерывно протекающими в ней процессами обмена веществ, причем цитоплазма избирательно реагирует на воздействие разных факторов внешней среды. В поглощении и выделении веществ большую роль играют процессы диффузии и осмоса. Осмотическими называют явления, происходящие в системе, состоящей из двух растворов, разделенных полупроницаемой мембраной. В растительной клетке роль полупроницаемых пленок выполняют пограничные слои цитоплазмы: плазмалемма и тонопласт.

Плазмалемма – наружная мембрана цитоплазмы, прилегающая к клеточной оболочке. Тонопласт – внутренняя мембрана цитоплазмы, окружающая вакуоль. Вакуоли представляют собой полости в цитоплазме, заполненные клеточным соком – водным раствором углеводов, органических кислот, солей, белков с низким молекулярным весом, пигментов.

Концентрация веществ в клеточном соке и во внешней среде (в почве, водоемах) обычно не одинаковы. Если внутриклеточная концентрация веществ выше, чем во внешней среде, вода из среды будет диффундировать в клетку, точнее в вакуоль, с большей скоростью, чем в обратном направлении, т. е. из клетки в среду. Чем больше концентрация содержащихся в клеточном соке веществ, тем сильнее сосущая сила – сила, с которой клетка<всасывает воду>. При увеличении объема клеточного сока, вследствие поступления в клетку воды, увеличивается его давление на цитоплазму, плотно прилегающую к оболочке. При полном насыщении клетки водой она имеет максимальный объем. Состояние внутреннего напряжения клетки, обусловленное высоким содержанием воды и развивающимся давлением содержимого клетки на ее оболочку носит название тургора (рис. 10, А). Тургор обеспечивает сохранение органами формы (например, листьями, неодревесневшими стеблями) и положения в пространстве, а также сопротивление их действию механических факторов. С потерей воды связано уменьшение тургора и увядание.

Если клетка находится в гипертоническом растворе, концентрация которого больше концентрации клеточного сока, то скорость диффузии воды из клеточного сока будет превышать скорость диффузии воды в клетку из окружающего раствора. Вследствие выхода воды из клетки объем клеточного сока сокращается, тургор уменьшается. Уменьшение объема клеточной вакуоли сопровождается отделением цитоплазмы от оболочки – происходит плазмолиз.

В ходе плазмолиза форма плазмолизированного протопласта меняется. Вначале протопласт отстает от клеточной стенки лишь в отдельных местах, чаще всего в уголках. Плазмолиз такой формы называют уголковым (рис. 10, Б).

Затем протопласт продолжает отставать от клеточных стенок, сохраняя связь с ними в отдельных местах, поверхность протопласта между этими точками имеет вогнутую форму. На этом этапе плазмолиз называют вогнутым (рис. 10, В).

Постепенно протопласт отрывается от клеточных стенок по всей поверхности и принимает округлую форму. Такой плазмолиз носит название выпуклого (рис. 10, Г ).

Если у протопласта связь с клеточной стенкой в отдельных местах сохраняется, то при дальнейшем уменьшении объема в ходе плазмолиза протопласт приобретает неправильную форму. Протопласт остается связанным с оболочкой многочисленными нитями Гехта. Такой плазмолиз носит название судорожного (рис. 10, Д).

При длительном нахождении клеток в растворе нитрата калия (15 мин. и более) цитоплазма набухает в удлиненных клетках, там, где протопласт не касается клеточных стенок, образуются так называемые колпачки цитоплазмы. Такой плазмолиз носит название колпачкового (рис. 10, Е).

Рис. 10. Плазмолиз растительной клетки:

А – клетка в состоянии тургора; Б – уголковый; В – вогнутый; Г – выпуклый; Д – судорожный; Е – колпачковый.

1 – оболочка, 2 – вакуоль, 3 – цитоплазма, 4 – ядро, 5 – нити Гехта.

Если плазмолизированную клетку поместить в гипотонический раствор, концентрация которого меньше концентрации клеточного сока, вода из окружающего раствора будет диффундировать внутрь вакуоли. В результате увеличения объема вакуоли повысится давление клеточного сока на цитоплазму, которая начинает приближаться к стенкам клетки, пока не примет первоначальное положение – произойдет деплазмолиз.

Жизнедеятельность клетки характеризуется непрерывно протекающими в ней процессами обмена веществ, причем цитоплазма избирательно реагирует на воздействие разных факторов внешней среды. В поглощении и выделении веществ большую роль играют процессы диффузии и осмоса. Осмотическими называют явления, происходящие в системе, состоящей из двух растворов, разделенных полупроницаемой мембраной. В растительной клетке роль полупроницаемых пленок выполняют пограничные слои цитоплазмы: плазмалемма и тонопласт.Плазмалемма – наружная мембрана цитоплазмы, прилегающая к клеточной оболочке. Тонопласт – внутренняя мембрана цитоплазмы, окружающая вакуоль. Вакуолипредставляют собой полости в цитоплазме, заполненные клеточным соком – водным раствором углеводов, органических кислот, солей, белков с низким молекулярным весом, пигментов.Концентрация веществ в клеточном соке и во внешней среде (в почве, водоемах) обычно не одинаковы. Если внутриклеточная концентрация веществ выше, чем во внешней среде, вода из среды будет диффундировать в клетку, точнее в вакуоль, с большей скоростью, чем в обратном направлении, т. е. из клетки в среду. Чем больше концентрация содержащихся в клеточном соке веществ, тем сильнее сосущая сила – сила, с которой клетка<всасывает воду>. При увеличении объема клеточного сока, вследствие поступления в клетку воды, увеличивается его давление на цитоплазму, плотно прилегающую к оболочке. При полном насыщении клетки водой она имеет максимальный объем. Состояние внутреннего напряжения клетки, обусловленное высоким содержанием воды и развивающимся давлением содержимого клетки на ее оболочку носит название тургора .Тургор обеспечивает сохранение органами формы (например, листьями, неодревесневшими стеблями) и положения в пространстве, а также сопротивление их действию механических факторов. С потерей воды связано уменьшение тургора и увядание.Если клетка находится в гипертоническом растворе, концентрация которого больше концентрации клеточного сока, то скорость диффузии воды из клеточного сока будет превышать скорость диффузии воды в клетку из окружающего раствора. Вследствие выхода воды из клетки объем клеточного сока сокращается, тургор уменьшается. Уменьшение объема клеточной вакуоли сопровождается отделением цитоплазмы от оболочки – происходит плазмолиз.В ходе плазмолиза форма плазмолизированного протопласта меняется. Вначале протопласт отстает от клеточной стенки лишь в отдельных местах, чаще всего в уголках. Плазмолиз такой формы называют уголковым .Затем протопласт продолжает отставать от клеточных стенок, сохраняя связь с ними в отдельных местах, поверхность протопласта между этими точками имеет вогнутую форму. На этом этапе плазмолиз называют вогнутым .Постепенно протопласт отрывается от клеточных стенок по всей поверхности и принимает округлую форму. Такой плазмолиз носит название выпуклого .Если у протопласта связь с клеточной стенкой в отдельных местах сохраняется, то при дальнейшем уменьшении объема в ходе плазмолиза протопласт приобретает неправильную форму. Протопласт остается связанным с оболочкой многочисленными нитями Гехта. Такой плазмолиз носит название судорожного .При длительном нахождении клеток в растворе нитрата калия (15 мин. и более) цитоплазма набухает в удлиненных клетках, там, где протопласт не касается клеточных стенок, образуются так называемые колпачки цитоплазмы. Такой плазмолиз носит название колпачкового 

Цели урока:

• Углубить общие представления о строении
  эукариотической клетки.
• Сформулировать знания о свойствах и функциях
  цитоплазмы.
• На практической работе убедиться, что
  цитоплазма живой клетки эластична и
  полупроницаема.

Ход урока

• Записываем тему урока.
• Повторяем пройденный материал, работаем с
  тестами.
• Читаем и комментируем вопросы тестов. (См. Приложение 1).
• Записываем домашнее задание: п.5.2., записи в
  тетрадях.
• Изучение нового материала.

Это основное вещество цитоплазмы.

Это сложная коллоидная система.

Состоит из воды, белков, углеводов,
нуклеиновых кислот, липидов, неорганических
веществ.

Имеется цитоскелет.

Цитоплазма всё время перемещается.

Функции цитоплазмы.

• Внутренняя среда клетки.
• Объединяет все клеточные структуры.
• Определяет местоположение органоидов.
• Обеспечивает внутриклеточный транспорт.

Свойства цитоплазмы:

• Эластичность.
• Полупроницаемость.

Благодаря этим свойствам клетка переносит
временное обезвоживание и поддерживает
постоянство своего состава.

Необходимо вспомнить такие понятия как тургор,
осмос, диффузия.

Для того чтобы ознакомиться со свойствами
цитоплазмы, учащимся предлагается выполнить
практическую работу: “Изучение плазмолиза и
деплазмолиза в растительной клетке. (См. Приложение 2).

В процессе работы необходимо нарисовать клетку
кожицы лука (Пункт 1. Клетку в пункте 2 и 3).

Сделать вывод о происходящих в клетке
процессах (устно)

Ребята пытаются объяснить, что в пункте 2
наблюдается плазмолиз-отделение
пристеночного слоя цитоплазмы, в пункте 3
наблюдается деплазмолиз – возврат цитоплазмы
к нормальному состоянию.

Необходимо объяснить причины этих явлений.
Чтобы снять затруднения перед уроками даю трём
ученикам учебные пособия: “Биологический
энциклопедический словарь”, 2 том биологии
Н.Грин, ” Эксперимент по физиологии растений”
Е.М.Васильева, где они самостоятельно находят
материал о причинах плазмолиза и деплазмолиза.

Выясняется, что цитоплазма эластична и
полупроницаема. Если бы она была проницаемой, то
происходило бы выравнивание концентраций
клеточного сока и гипертонического раствора
путём диффузного перемещения воды и
растворённых веществ из клетки в раствор и
обратно. Однако цитоплазма, обладая свойством
полупроницаемости, не пропускает внутрь клетки
растворённые в воде вещества.

Напротив, только вода, согласно законам осмоса,
будет высасываться гипертоническим раствором из
клетки, т.е. передвигаться через полупроницаемую
цитоплазму. Объём вакуоли уменьшится. Цитоплазма
в силу эластичности следует за сокращающейся
вакуолью и отстаёт от оболочки клетки. Так
происходит плазмолиз.

При погружении плазмолизированной клетки в
воду наблюдается деплазмолиз.

Обобщение знаний, полученных на уроке.

1. Какие функции присущи цитоплазме?
2. Свойства цитоплазмы.
3. Значение плазмолиза и деплазмолиза.
4. Цитоплазма – это
   а) водный раствор солей и органических веществ
   вместе с органоидами клетки, но без ядра;
   б) раствор органических веществ, включающий ядро
   клетки;
   в) водный раствор минеральных веществ,
   включающий все органоиды клетки с ядром.
5. Как называется основное вещество цитоплазмы?

Во время практической работы учитель проверяет
правильность её выполнения. У кого всё
получилось, можно поставить оценки. Оценки
выставляются за правильные выводы.