Введение в курс ботаники. Основы ботанической микротехники. Строение и осмотические свойства растительной клетки.

Основная структурная единица растений – клетка. Клетка – открытая, саморегулирующаяся самовоспроизводящаяся открытая система. Растительная клетка в отличие от животной клетки имеет в своём составе неживые компоненты: клеточную стенку и вакуоль, которые являются производным протопласта.

Осмотические свойства растительной клетки.

Из внешней среды вещества могут поступать в клетку, а также в теле растения переходить из одной клетки в другую, только в растворенном состоянии. При этом растворам приходится проходить через клеточную оболочку и через плазмалемму, которые по своим свойствам подобны полупроницаемой перегородке. При прохождении растворов из цитоплазмы в вакуоль им также приходится проходить через мембрану, отделяющую вакуоль от протопласта.

Полупроницаемыми перегородками называют такие, которые пропускают через себя одни вещества (мелкие молекулы растворителя – воды) и не пропускают или медленно пропускают другие (молекулы растворенного вещества). Таким образом, полупроницаемые перегородки обладают свойством избирательной проницаемости и могут задерживать находящиеся в клетке растворенные вещества. Кроме того, проницаемость плазмалеммы, оказывается, различной для разных веществ.

 В явлении прохождения растворов из внешней среды в клетку большое значение имеют физические законы осмоса, т. е. законы прохождения растворов через полупроницаемые перегородки. В экспериментах в качестве полупроницаемой перегородки используют стенки животного пузыря или пергамент. Если с обеих сторон полупроницаемой перегородки будут водные растворы солей одинаковых концентраций, то через перегородку прохождение растворов совершаться не будет. Если водные растворы будут разных концентраций, то вода раствора более низкой концентрации скорее будет проходить через перегородку в раствор более высокой концентрации, и это прохождение будет продолжаться до тех пор, пока концентрации растворов по обе стороны перегородки не станут одинаковыми. Одновременно с прохождением воды будет проходить, но намного медленнее, растворенное вещество через перегородку, в раствор более низкой концентрации.

Так, согласно законам осмоса, проходят в клетки растворы разных веществ из окружающей клетки среды. Если концентрация клеточного сока в вакуоле выше концентрации раствора, окружающего клетку, то вода будет поступать в клетку через её оболочку и плазмалемму. И, наоборот, если концентрация раствора выше концентрации клеточного сока, вода будет выходить из клетки наружу.

Это легко проверить под микроскопом. Если содранный кусочек кожицы с чешуи луковицы лука положить в каплю воды на предметное стекло, и рассматривать через микроскоп, то будут видны клетки кожицы в их обычном состоянии, а именно: цитоплазма клетки помещается по стенкам клеточной оболочки, центральная часть клетки занята большой вакуолью. Заменив постепенно воду на предметном стекле 5% раствором поваренной соли (для этого надо отсасывать воду фильтровальной бумагой и нанести на предметное стекло капли раствора соли), вскоре мы заметим, что цитоплазма отделится от клеточной оболочки и начнёт съеживаться. Отставание цитоплазмы от оболочки может происходить местами, либо по всей оболочке одновременно. Вакуоль уменьшится в объеме. Наблюдаемое явление называется плазмолизом. Плазмолиз происходит вследствие того, что вакуоль все больше и больше отдает воду во внешнюю среду и потому уменьшается в объеме. Эластичная цитоплазма со всем содержимым сокращается до размеров небольшого шарика.

 Можно вызвать обратное явление. Для этого следует в нашем эксперименте заменить таким же способом каплю крепкого раствора на предметном стекле водой. Тогда вода, согласно законам осмоса, станет поступать через цитоплазму в вакуоль, которая будет увеличиваться в объеме, растягивать цитоплазму и прижимать ее к оболочке, давя на нее изнутри. Это явление, обратное плазмолизу, называется деплазмолизом. Давление, развивающееся при этом внутри клетки, называется осмотическим давлением. Осмотическое давление клеточного сока эпидермиса листьев у луговых и полевых растений равняется 5-10атм., а у пустынных растений – 60-80 и даже более чем 100атм. Величина осмотического давления в клетках растений изменяется в зависимости от содержания в клеточном соке растворенных сахаров, солей органических кислот и других веществ.

 Оболочки молодых клеток эластичны. Осмотическое давление внутри клетки воздействует на клеточную оболочку, несколько растягивает ее, придает оболочке напряженность. Напряженное состояние клеток, тканей и органов называется тургором.

Тургор придает твердость, упругость мягким клеткам и состоящим из них тканям в целом. При плазмолизе тургор снижается, клетки и ткани теряют упругость, листья и травянистые растения теряют форму, увядают.

В связи с явлением тургора и плазмолиза находится сосущая сила клетки, т. е. сила, с которой она способна присасывать воду из окружающей среды. Сосущая сила определяется формулой:  С = О – Т,

где С – сосущая сила; О – осмотическое давление в клетке; Т – тургорное давление, т. е. противодавление, которое оказывает клеточная оболочка давящей на нее изнутри цитоплазме. Из формулы вытекает, что клетка, находящаяся в состоянии полного тургора (в полном напряжении), когда сила О = Т, не проявляет сосущей силы, которая равна нулю, и вода не поступает в клетку из внешней среды. Для того чтобы вода поступала в клетку, последняя не должна быть в состоянии полной тургоресцентности.