Тема 1. Физиология растительной клетки

Живая растительная клетка представляет собой открытую гетерогенную биологическую систему, включающую в себя комплекс структур, взаимодействующих друг с другом и обменивающихся с окружающей средой веществом, энергией и информацией. В отличие от других эукариотических организмов для растительных клеток характерны: 1) пластидная система, возникающая в связи с фототрофным способом питания; 2) полисахаридная клеточная стенка, окружающая клетку; 3) центральная вакуоль в зрелых клетках, играющая важную роль в поддержании тургора.

Клеточная стенка состоит из комплекса полисахаридов и некоторых других полимеров (структурных белков, ферментов, фенольных соединений и др.), которые секретируются клеткой. Клеточная стенка растений отличается от клеточных стенок других организмов и выполняет следующие функции: внешнего скелета, защитно-изолирующую, участвует в поглощении и передвижении веществ. Вследствие гидрофильности компонентов, клеточная оболочка насыщена водой и играет роль буфера в водоснабжении клетки.

Основой структуры протопласта служат клеточные мембраны. Мембраны обуславливают все жизненно важные свойства и функции клеток: избирательную проницаемость, пространственное разобщение продуктов обмена, транспорт метаболитов внутрь клетки, особенности ферментативной активности, информационную и энергетическую деятельность. Одна из главных функций мембран — барьерная, позволяющая осуществить пространственное разграничение биохимических процессов внутри малого объема цитоплазмы, так в митохондриях происходит окисление, а в хлоропластах — восстановление.

Основными свойствами цитоплазмы являются вязкость, эластичность и движение. Они обусловливаются спецификой ее структуры — наличием микрофиламентов и микротрубочек, мембранных структур цитоплазмы.

Нормальное функционирование растительной клетки определяется согласованной деятельностью ее отдельных компонентов при обязательном участии мембран.

Поэтому целью данной темы является ознакомление с важнейшими свойствами живой цитоплазмы – вязкостью, проницаемостью, движением, раздражимостью, гетерогенностью составляющих ее белков; приобретение представлений о лабильности свойств цитоплазмы, их взаимосвязи и приспособительном значении; определение роли клеточной структуры и пограничных слоев цитоплазмы в поступлении воды и веществ в клетку.

Работа 1. Изучение вязкости цитоплазмы плазмолитическим методом

Цель: ознакомиться с важнейшими свойствами живой цитоплазмы – вязкостью и влиянием на нее различных факторов

Объекты, реактивы, оборудование: веточки элодеи или мха мниум, листья традесканции, камнеломки, бегонии, содержащие антоциан, луковицы синего лука; 0,8 М NaCl, 1M KNO_3, 0,7M Ca(NO₃)₂, 1М сахароза; препаровальные иглы, стеклянные палочки или глазные пипетки, фильтровальная бумага, пинцеты, предметные и покровные стекла, микроскопы.

Краткие сведения

Одним из важнейших показателей физико-химического состояния коллоидов цитоплазмы является ее вязкость.

Вязкость — это способность цитоплазмы оказывать сопротивление перемещению одних частиц (ионы, молекулы, органеллы) относительно других. Цитоплазма в отличие от других вязких сред обладает так называемой структурной вязкостью, степень которой определяется мерой ее оводненности и спецификой строения белков микрофиламентов, определяющей количество точек скрепления между ними. Вязкость имеет большое приспособительное значение в жизни растений. Она легко изменяется под действием внешних факторов: температуры, водообеспеченности и т.д. Обезвоживание цитоплазмы естественным путем, например при созревании семян или под действием концентрированных кислот и щелочей, увеличивает ее вязкость. Ионы кальция и алюминия, образуя дополнительные точки скрепления между отдельными молекулами белков, повышают вязкость цитоплазмы. Ионы калия, напротив, увеличивают дисперсность коллоидов цитоплазмы, оводняют, разжижают ее.

Вязкость цитоплазмы зависит также и от внутренних факторов: видовых особенностей растения, характера экотипа, возраста органов и фазы онтогенеза растения. Она может быть различна в разных органах. В целом вязкость цитоплазмы весьма лабильный показатель, тесно связанный с жизнедеятельностью растений.

Имеется несколько методов определения вязкости цитоплазмы. Один из наиболее простых и наглядных ^__ определение вязкости по времени плазмолиза. Время плазмолиза ^__ это промежуток времени от погружения клеток в гипертонический раствор до появления выпуклого плазмолиза более чем у половины клеток в поле зрения микроскопа. Время плазмолиза находится в прямой зависимости от вязкости цитоплазмы. Чем ниже вязкость, тем легче цитоплазма отстает от клеточной оболочки и промежуточный, вогнутый плазмолиз быстрее переходит в выпуклый, т.е. время плазмолиза меньше.

1 2 3 4 5

а

б

Рис. 1. Формы плазмолиза: 1 — уголковый; 2 — вогнутый; 3 — выпуклый; 4 — судорожный; 5 — колпачковый (а – цитоплазма; б — вакуоль)

Если переход от вогнутого к выпуклому плазмолизу не происходит в течение длительного времени наблюдения (20 мин.), то отмечают, что время плазмолиза данного объекта  20 мин. В качестве плазмолитика используется либо 0,8 М раствор NаСl либо 1М раствор сахарозы.