Раздел 3. Водообмен растений Занятие 3. Изучение водного режима растений (4 ч)

Вода – обязательная составная часть живой материи. Роль воды в жизни растений проявляется во всех аспектах их жизнедеятельности. В тканях растений содержание ее колеблется в широких пределах – от 5 % до 95% от сырой массы тканей. Для процессов жизнедеятельности важным условием является не только общее содержание воды, но и ее состояние. Вода является и средой, и непосредственным участником большинства биохимических реакций.

Водный режим растений состоит из трех элементов: поглощения воды, ее передвижения и расходования главным образом в процессе транспирации. Нормальная обеспеченность клеток водой необходима для поддержания их оболочек в упругом состоянии, в состоянии тургора. Благодаря этому поддерживается форма органов растений со слабо развитой механической тканью. С изменением тургорного давления связаны и некоторые движения частей растений. Вода способна переносить по растению как минеральные, так и органические соединения. Испарение воды (транспирация) служит основным средством терморегуляции у растений, так как удельная теплота испарения воды очень велика. Высокое поверхностное натяжение способствует передвижению воды по капиллярам.

Метаболизм и продуктивность растений в сильной степени зависит от состояния воды и ее баланса в тканях. Поэтому различные показатели водообмена часто служат предметом исследования. Настоящий раздел включает некоторые из них.

Задание 8. Определение форм воды в растительных тканях

Содержащаяся в растительных тканях вода (общая вода) условно подразделяется на две формы – свободную (или рыхло связанную) и связанную (или прочно связанную). Под связыванием подразумевается возникновение взаимодействий между молекулами воды и неводного компонента, ведущих с снижению подвижности молекул воды, отчего изменяются и другие её свойства. Свободной, по существу, является более подвижная фракция воды, которая может составлять до 90 % общего количества воды в клетке. Она активно участвует в физиологических процессах.

Определяют свободную воду в растительных объектах при помощи дилятометра. Он представляет собой стеклянный сосуд, который в верхней части снабжен длинной капиллярной трубкой с делениями. Дилятометр дает возможность найти количество льда, которое образуется в тканях растений при температуре -3^оС … -7^оС . Определение при помоща этого прибора основано на измерении увеличения объема воды при переходе ее в лёд.

Ход работы: Сначала необходимо проградуировать дилятометр. Для этого необходимо налить в него 5 мл дистиллированной воды и бензин (или петролейный эфир), который не смешивается с водой и не замерзает при низких температурах. Закрыть пробку с капиллярной трубкой так, чтобы мениск бензина высоко поднялся по трубке.

Прибор поместить в смесь льда (или снега) с поваренной солью. Сначала дать возможность бензину и воде переохладиться до температуры криогидратного раствора, при этом уровень бензина в трубке упадет, а затем станет постоянным. В этот момент сделать первый отсчет, после чего потряхиванием дилятометра вызвать замерзание воды. Объем воды увеличится, что приведет к подъему уровня бензина в трубке. Когда вода замерзнет полностью и движение мениска бензина прекратится, сделать второй отсчет.

После градуировки взять навеску растительной ткани, например 5 г мелко нарезанного картофеля, поместить в дилятометр и залить бензином. Прибор поместить в охладительную смесь, при этом уровень бензина в трубке начнет падать и затем останется постоянным. Сделать первый отсчет. После этого потряхиванием дилятометра вызвать замерзание воды, находящейся в тканях растения. Сделать второй отсчет. По результатам опыта рассчитать содержание свободной воды в процентах к сырому веществу.

Пример расчета содержания свободной воды:

При замерзании 5 мл воды бензин поднялся в трубке на 7 делений, при замерзании 5 г картофеля – на 4 деления. Составить пропорцию и определить количество свободной воды в навеске в мл:

5 мл – 7 делений

Х мл – 4 деления X = 5 ^. 4 / 7=2,89 мл

Далее рассчитать содержание свободной воды в процентах к сырому веществу :

5 г – 100 %

2,89 г – Х % X = 2,89 ^. 100 / 5=57,8%

Для определения общего количества воды необходимо взять навеску из того же клубня картофеля 5-10 г, поместить в алюминиевый бюкс и высушить в сушильном шкафу при температуре 100^оС – 105^оС до постоянной массы.

Вычитанием из взятой навески массы, полученной после ее сушки, найти вес испарившийся воды. Рассчитать процент от сырого вещества тканей:

навеска – 100 %

испарившаяся вода – X % X= испарившаяся вода ^. 100/навеска %.

Процент связанной воды к сырому веществу найти по разности между общим содержанием и количеством свободной воды:

%связанной воды (к сырому веществу) =% общ. воды - % своб. воды (5)

Для определения доли свободной и связанной воды в общем ее количестве надо провести следующий расчет:

количество общей воды (в % к сырому веществу) - 100%,

количество свободной воды (в % к сырому веществу) – X %,

X = свободная вода (%)*100/общая вода (%) = % свободной воды от общего содержания воды.

Вычитанием от 100% количества свободной воды определить содержание связанной воды в % от общего ее содержания.

Таблица 6.

Схемы записи опыта. Определение общего содержания воды

Масса пустого бюкса, г	Масса бюкса с сырой навеской, г	Масса сырой навески, г	Масса бюкса с навеской после сушки, г	Количество испарившейся при сушке воды, г	Содержание общей воды к сырому веществу, %

Таблица 7.

Определение свободной и связанной воды

Количество делений, на которое поднялся бензин при замерзании		Кол-во свободной воды в тканях		Общее содержа-ние воды к сырому веществу, %	Коли-чество связан-ной воды к сырому вещес-тву, %	Содержание воды от общей, %
5 мл воды	ткани растен.	мл в 5 г ткани	в % к сыр. веществу			свободной	связанной

Сделать вывод о содержании воды в ткани клубня картофеля.