§ 16. Осмос. Плазмоліз і деплазмоліз. Вакуолі

• До змісту відповідей

ПОМІРКУЙТЕ Й ОБГОВОРІТЬ СИТУАЦІЮ

Чому посолена їжа смачніша за несолену?

Йони Натрію активують смакові рецептори на язиці й одночасно підсилюють сприйняття інших ароматичних сполук та пригнічують гіркоту. Організм інстинктивно сприймає натрій як життєво необхідний елемент для нервової системи та м’язів, тому така їжа здається смачнішою.

Чому, якщо тонкі зрізи картоплі фрі занурити в розчин солі, вони стають меншими за довжиною?

Сольовий розчин є гіпертонічним, тобто концентрація солі в ньому вища, ніж усередині клітин картоплі. Через осмос вода виходить із клітин назовні в розчин, клітини втрачають тургор і зморщуються, тому самі смужки картоплі зменшуються та стають млявими.

РОБОТА В ГРУПІ

Чому більшість рослин не можуть рости на засолених ґрунтах?

У засоленому ґрунті концентрація речовин вища, ніж у кореневих волосках рослини. За таких умов вода не може заходити в клітини за осмосом, а навпаки витягується з кореня в ґрунт, через що рослина швидко в’яне і гине від зневоднення.

Як ви вважаєте, як рослини-галофіти (рослини, пристосовані до зростання на ґрунтах із високим умістом легкорозчинних солей) пристосувались до життя на дуже засолених ґрунтах?

Галофіти накопичують у своїх вакуолях велику кількість солей та органічних сполук, завдяки чому осмотичний тиск усередині клітин стає вищим, ніж у солоному ґрунті, і вода спокійно надходить у корінь. Зайву сіль вони виводять на поверхню листя через спеціальні видільні залози або накопичують її в старих листках і скидають їх.

Чому овочі (наприклад, огірки) стають м’якими, якщо їх посипати сіллю?

Кристали солі розчиняються у волозі на поверхні й утворюють концентрований гіпертонічний розчин. Вода з клітин огірка виходить назовні, клітини втрачають свій тургорний тиск, і тканина овоча втрачає пружність та розм’якшується.

Куди подінеться вода з клітин огірка?

Вода виходить із вакуолей і цитоплазми крізь напівпроникні мембрани назовні — у простір між клітинами та на поверхню овоча, змішуючись із сіллю та утворюючи огірковий розсіл.

Чому засолювання та зацукровування — способи консервування продуктів?

Концентровані розчини солі чи цукру створюють згубне гіпертонічне середовище для бактерій і спор цвілі. Вода осмотичним шляхом виходить із мікробних клітин, вони втрачають тургор, зазнають плазмолізу, зневоднюються і втрачають здатність ділитися чи повністю гинуть.

ДОСЛІДЖЕННЯ «СПОСТЕРЕЖЕННЯ ПЛАЗМОЛІЗУ ТА ДЕПЛАЗМОЛІЗУ В КЛІТИНАХ РОСЛИН»

1. Обережно зніміть тонкий шар шкірки з внутрішнього боку луски цибулі. Розмістіть його на предметному склі, накрийте покривним склом. Додайте краплину води. Розгляньте клітини під мікроскопом: цитоплазма щільно прилягає до стінки, мембрана не відшарована. Замалюйте, які на вигляд клітини в початковому стані.

У водному середовищі клітини насичені водою і перебувають у стані нормального тургору. Цитоплазма разом із забарвленою вакуолею щільно прилягає до клітинної оболонки зсередини, контури клітин чіткі, витягнуті та прямокутні.

2. Плазмоліз. Видаліть воду з препарату, промокнувши серветкою. Додайте 5-10 %-й сольовий розчин під покривне скло. Зачекайте 5–10 хвилин. Розгляньте в мікроскоп та замалюйте зміни.

Під впливом гіпертонічного розчину солі вода виходить із вакуолі та цитоплазми назовні. Вміст клітини (протопласт) помітно зменшується в об’ємі, стискається в округлу грудочку й відшаровується від жорстких клітинних стінок. Вільний простір між стінкою та протопластом заповнюється розчином солі.

ДОСЛІДЖЕННЯ «СПОСТЕРЕЖЕННЯ ПЛАЗМОЛІЗУ ТА ДЕПЛАЗМОЛІЗУ В КЛІТИНАХ РОСЛИН»

3. Деплазмоліз. Видаліть сольовий розчин, промокнувши серветкою. Додайте краплину дистильованої води. За кілька хвилин знову погляньте в мікроскоп.

Після додавання чистої води протопласт клітини знову набрякає, забарвлена вакуоль збільшується в об’ємі, а цитоплазма повертається на своє місце й щільно притискається до клітинної стінки. Клітина повністю повернулася до свого початкового стану.

4. Чому в сольовому розчині цитоплазма відокремилася від стінки клітини?

Концентрація солі ззовні була вищою, ніж усередині клітини, тобто розчин був гіпертонічним. Вода за законами осмосу почала виходити з клітини назовні, вакуоль зменшилася, а живий вміст клітини стиснувся та відійшов від оболонки.

Що сталося після додавання води? Чому?

Відбувся деплазмоліз: протопласт знову розправився й зайняв увесь внутрішній об’єм. Дистильована вода є гіпотонічним середовищем, тому молекули води попрямували всередину клітини, відновлюючи тургор.

Який вид транспорту речовин є основою цих змін?

Основою цих змін є пасивний транспорт, а саме осмос — вільна дифузія молекул води крізь напівпроникну мембрану в зону вищої концентрації розчинених речовин.

Чому форма клітини збереглася навіть після виходу води?

Форма зберігається завдяки міцній зовнішній оболонці — клітинній стінці, яка складається з целюлози. Вона виконує роль жорсткого каркаса і не змінює своїх меж навіть тоді, коли внутрішній вміст клітини зневоднюється і стискається.

5. Сформулюйте стисло, що ви дізналися та зрозуміли із цього експерименту.

Експеримент наочно показує дію осмосу в живих клітинах: у концентрованому сольовому розчині вони втрачають воду (плазмоліз), а в прісній воді швидко її відновлюють (деплазмоліз). Цей процес оборотний, що доводить напівпроникність плазматичної мембрани та важливу роль клітинної стінки як опорного каркаса.

6. Поділіться своїми висновками з однокласницями / однокласниками. Що у вас є спільного й відмінного стосовно висновків?

Спільним є спостереження самого явища: у всіх плазмоліз призвів до стискання цитоплазми, а чиста вода відновила її форму. Відмінності полягали у швидкості процесу — у когось деплазмоліз тривав одну-дві хвилини, а в когось довше через більшу товщину зрізу луски або різну кількість доданої води.

ВІДКРИТИЙ МІКРОФОН

Розгляньте табл. 6 на с. 82. Які з речовин, що містяться в клітинній вакуолі, використовує людина? Наведіть конкретні приклади.

Людина активно споживає вуглеводи з вакуолей: сахарозу цукрового буряка й тростини в кулінарії, а також фруктозу і глюкозу соковитих плодів та ягід. Крім поживних речовин, ми використовуємо вакуолярні рослинні пігменти як натуральні харчові барвники, а таніни та алкалоїди (кофеїн, хінін) — у виробництві чаю, кави та ліків.

РОБОТА В ПАРІ

Проведіть мінідослідження. Дізнайтеся, які речовини є у вакуолях кавових зерен і листків чаю.

У вакуолях кавових зерен і листків чаю накопичуються алкалоїди (кофеїн у каві, кофеїн і теофілін у чаї), які слугують захистом від комах-шкідників і діють як природні стимулятори нервової системи. Також там міститься значна кількість дубильних речовин (танінів), що надають напоям характерного терпкого присмаку, фенольні сполуки й антиоксиданти (хлорогенова кислота в каві, катехіни в чаї), органічні кислоти, мінеральні солі та вода.

ЗАПИТАННЯ І ЗАВДАННЯ

1. Поясніть, що станеться з клітиною, якщо її помістити в розчин із концентрацією NaCl 10 %.

Розчин 10 % NaCl є гіпертонічним щодо цитоплазми, тому вода за законами осмосу почне швидко виходити з клітини назовні. У рослинній клітині це викличе плазмоліз — протопласт зневодниться, зменшиться в об’ємі та відшарується від жорсткої клітинної стінки, а тваринна клітина просто зморщиться й деформується.

2. Чому, коли ставлять крапельниці в лікарнях, ліки для введення розчиняють не у воді, а у фізіологічному розчині?

Фізіологічний розчин (0,9 % NaCl) є ізотонічним до плазми крові, тобто має такий самий осмотичний тиск, як і всередині клітин нашого тіла. Якщо ввести чисту дистильовану воду (гіпотонічний розчин), вода миттєво почне надходити в еритроцити, спричинить їхнє надмірне набрякання й розрив (гемоліз), що небезпечно для життя пацієнта.

3. Запропонуйте біотехнологічне використання вакуолей рослин у фармацевтичній або харчовій промисловості. Доберіть рослини, визначте їхні корисні речовини, створіть схему виробництва.

Вакуолі рослин слугують природними резервуарами цінних хімічних сполук. Для харчової промисловості з вакуолей столового буряка виділяють природний червоний барвник бетанін (харчова добавка E162), а з чорноплідної горобини чи чорниці — антоціани для вітамінних екстрактів. У фармацевтиці з вакуолей барвінку рожевого видобувають протипухлинні алкалоїди (вінбластин і вінкристин), а з наперстянки — серцеві глікозиди.

Схема промислового отримання речовин із рослинних вакуолей:

4. У рослинних клітинах центральна вакуоля є аналогом тваринних лізосом. Порівняйте лізосоми й вакуолі за будовою та функціями, створивши діаграму Венна.

Лізосоми тварин і центральні вакуолі рослин є одномембранними структурами з кислим умістом і набором гідролітичних ферментів, які розщеплюють біополімери та утилізують старі структури клітини. При цьому центральна вакуоля займає більшу частину клітини рослин і відповідає за тургор та накопичення запасних речовин, тоді як лізосоми є дрібними спеціалізованими травними пухирцями тваринних клітин.

5. У клітинному соку часто трапляються дубильні речовини — таніни. Вони надають в’язкого смаку. Особливо багаті на дубильні речовини клітини кори дуба, листків чаю, кавові боби. Дізнайтеся, навіщо ці речовини потрібні рослинам і як їх використовує людина.

⚠️

Рослинам таніни потрібні для захисту від поїдання травоїдними тваринами й комахами завдяки неприємному терпкому смаку, а також для пригнічення розмноження бактерій і грибків, що запобігає гниттю тканин.

Людина використовує дубильні властивості танінів у легкій промисловості для обробки шкіри тварин, щоб зробити її міцною та стійкою до розкладання. У медицині ці речовини застосовують як протизапальний, в’яжучий і антисептичний засіб для загоєння опіків і зупинки діареї, а в харчовій промисловості та кулінарії вони створюють характерний терпкий смак чаю, кави та виноградного вина.