Работа 1. Проницаемость живой и мертвой протоплазмы

Проницаемость – свойство протоплазмы пропускать через себя определенные вещества. Протоплазма живых клеток обладает избирательной проницаемостью, т.е. способна пропускать в клетку лишь определенные, как правило, необходимые для жизнедеятельности вещества и выделять продукты метаболизма во внешнюю среду. Благодаря избирательной проницаемости в клетке поддерживается гомеостаз – постоянство химического состава и стабильность всех биохимических и физиологических параметров. Избирательная проницаемость обусловлена всей совокупностью физико-химических свойств цитоплазмы и мембран. Цитоплазма способна изменять свою вязкость, переходя из золя в гель и обратно. Это позволяет регулировать транспорт веществ и функциональную активность отдельных клеточных органелл в меняющихся условиях среды. Проницаемость протоплазмы зависит от температуры, водообеспеченности, кислотности среды, возраста и физиологического состояния растений, других факторов. Так при низких положительных температурах вязкость цитоплазмы повышается, а её проницаемость для воды, минеральных веществ и продуктов обмена снижается, что является причиной повреждения и гибели теплолюбивых растений.

Мембраны – ультратонкие структуры, состоящие из двух мономолекулярных слоёв периферических белков, между которыми расположен один бимолекулярный слой фосфолипидов. Мембраны имеют также интегральные и полуинтегральные белки. Интегральные белки пронизывают мембраны насквозь и выполняют функции ионных насосов или каналов с гидрофильной проводимостью. Полуинтегральные белки выполняют роль катализаторов или рецепторов.

Структура, свойства и проницаемость мембран и цитоплазмы изменяются при действии различных факторов. Например, высокие температуры, кислоты, щелочи, механическое действие вызывают денатурацию белков. Органические растворители (спирт, бензин, ацетон) вымывают из клеток гидрофобные вещества (жиры, некоторые белки).

Повреждение протоплазмы ведет к частичной или полной потере избирательной проницаемости. При этом вещества, содержащиеся в цитоплазме и в вакуолях (соли, сахара, водорастворимые пигменты и другие) свободно диффундируют из клеток, а вещества, находящиеся за ее пределами – свободно проникают в клетки. Интенсивность выхода веществ из клеток является показателем степени их повреждения.

Жизнеспособность клеток можно определить также по проявлению осмотических свойств – осмотические явления (плазмолиз, деплазмолиз, тургор) могут проявляться только в живых клетках.

Цель работы. Установить влияние высокой температуры, хлороформа, уксусной кислоты и спирта на проницаемость протоплазмы.

Ход работы. Из корнеплодов столовой свеклы вырезают пробочным сверлом пять кусочков одинаковой длины (2 см). Кусочки тщательно промывают в проточной воде, помещают в чашку с водой на 5...10 мин для полного удаления клеточного сока из порезанных клеток, а затем переносят в пять пробирок. В две из них наливают по 10 мл воды, одну оставляют в качестве контроля, а другую кипятят с кусочком свеклы в течение 3 минут, затем горячую воду сливают и наливают снова 10 мл холодной воды. В третью пробирку наливают 0,5 мл хлороформа и 9,5 мл воды, в четвертую – 10 мл 30 %-ного раствора уксусной кислоты, в пятую – 10 мл 50 %-ного раствора этилового спирта. Через час жидкости в пробирках перемешивают и сравнивают их окраску.

Т а б л и ц а 1. Влияние различных факторов на проницаемость протоплазмы

Номер про-бирки	Варианты	Степень окраски (сильная, слабая)	Наличие плазмолиза (есть, нет)	Состояние протоплазмы клеток (живая, поврежденная)
1.	Вода (контроль)
2.	Вода с прокипяченной свеклой
3.	Вода + хлороформ
4.	Уксусная кислота
5.	Спирт

Для определения жизнеспособности клеток по проявлению осмотических свойств кусочки свеклы вынимают из пробирок, делают тонкие срезы, помещают на предметные стекла в каплю 1,0 М NaCl, покрывают покровными стеклами и рассматривают под микроскопом. Результаты наблюдений заносят в табл. 1 и делают выводы о влиянии изучаемых факторов на проницаемость протоплазмы и жизнеспособность клеток.

Вопросы:

1. Что понимают под избирательной проницаемостью? Чем она обусловлена?

2. Опишите особенности строения цитоплазмы и мембран клетки, назовите их свойства и функции.

3. Как влияют высокие температуры, органические растворители, кислоты и наркотики на проницаемость протоплазмы клеток и их жизнеспособность?

4. Как можно определить жизнеспособность растительных клеток?

Материалы и оборудование: корнеплоды столовой свеклы, 30 %-ный раствор уксусной кислоты, хлороформ, 50 %-ный раствор этилового спирта, пробирки, пипетки, лезвия или ланцеты, пробочные сверла, препаровальные иглы, предметные и покровные стекла, фарфоровые чашки, микроскопы.