Grzegorz Niedoba, Maciej Komaszyło, Grzegorz Kowalczyk BIOTECHNOLOGIA gr. 2
GOSPODARKA WODNA KOMÓRKI ROŚLINNEJ
1. Przepuszczalność żywej i martwej cytoplazmy komórkowej.
a) Przebieg ćwiczenia
Pokrojono buraka na identycznej wielkości kostki, po czym umieszczono je w zlewce, której wlot obłożono bandażem i wzmocniono gumką. Następnie wstawiono pod kran i pod odpowiednim ciśnieniem puszczono wodę. Zlewkę pozostawiono pod bieżącą wodą na okres 30 minut. Po upływie tego czasu odprowadzono wodę ze zlewki i pobrano pincetą 5 kostek i umieszczono każdą w osobnej probówce. Pierwszą, oraz drugą probówkę zalano 10 ml wody wodociągowej, trzecią zalano 10 ml wody wodociągowej oraz dodano 5 ml chloroformu, do czwartej dodano 10 ml roztworu 30% kwasu octowego, do piątej dodano 10 ml roztworu alkoholu etylowego. Drugą probówkę gotowano przez ok. 30 sekund. Wszystkie probówki odstawiono na 1 godzinę. Po upływie tego czasu przeanalizowano wyniki.
b) Analiza wyników
Probówka nr 1 – nie zaobserwowano pojawienia się barwnika w roztworze, z czego wynika iż sama woda nie powoduje niszczenia struktur błon elementarnych (barwnik nie wydostaje się na zewnątrz)
Probówka nr 2 – zaobserwowano pojawienie się barwnika w roztworze. Temperatura wrzenia ścina (denaturuje) białko i zabija komórki, co powoduje zniszczenie struktur błon elementarnych i uwolnienie barwnika.
Probówka nr 3 – zaobserwowano powstanie dwóch warstw: chloroformu (niższej) oraz wody (wyższej) kostka buraka znajdowała się na styku obu warstw. Chloroform uszkodził komórki przylegające do jego warstwy. Ponieważ chloroform nie rozpuszcza barwnika, zaobserwowano jego wydzielenie się do wody.
Probówka nr 4 – zaobserwowano pojawienie się barwnika w roztworze. Kwas zniszczył komórki buraka z każdej strony, dlatego wylała się znaczna ilość barwnika zabarwiając cały roztwór
Probówka nr 5 – zaobserwowano pojawienie się barwnika w roztworze. Alkohol ściął białko w komórkach i spowodował ich śmierć, co zaowocowało wydostaniem się barwnika z komórek.
2. Wpływ jonów K+ i Ca2+ na przepuszczalność cytoplazmy.
Do dwóch szalek Petriego wlano po 5 ml 0,01% roztworu błękitu metylenowego. Do pierwszej szalki dodano 5 kropel KNO3, do drugiej dodano 5 kropli Ca(NO3)2. Do każdej szalki dodano po prostokątnym skrawku komórek z wklęsłej strony łuski cebuli, wielkości ok. 1cm-1cm. Szalki odstawiono na 20 minut. Po upływie tego czasu przeanalizowano wyniki.
Po porównaniu zabarwienia skrawków okazało się, że bardziej zabarwiły się skrawki gdzie dodano 5 kropel KNO3. Związane jest to z tzw. antagonizmem jonowym. Jony K+ powodują zwiększenie się przepuszczalności błony, dlatego ta próbka zabarwiła się intensywniej – jony K+ działają spęczniająco na pory cytoplazmy w warstwie lipidowej błony pazmatycznej. Natomiast jony Ca2+ działają odpęczniająco na pory cytoplazmy w warstwie lipidowej błony plazmatycznej, przez co zmniejsza się przepuszczalność tej błony (ten proces nazywa się plazmolizą wypukłą).
3. Pomiar potencjału wody komórek parenchymy bulwy ziemniaka.
Przy użyciu korkoboru z dużego ziemniaka wycina się 6 walców o jednakowej długości. Po zważeniu na wadze elektronicznej walce umieszczono w 6 probówkach z roztworami sacharozy. Po 2 godzinach Walce wyjęto, osuszono bibułą i ponownie zważono. Przeanalizowano wyniki.
Nr Probówki
1
2
3
4
5
6
Stężenie (w molach)
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
Ciężar początkowy (g)
2,627
2,515
2,502
2,531
2,676
2,625
Ciężar końcowy (g)
3,129
2,742
2,455
2,152
2,162
2,057
Różnica (g)
-0,502
-0,227
0,047
0,379
0,514
0,568
Potencjał wody (bary)
-5,37
-11,34
-18,03
-25,84
-35,06
Probówka nr 1 (sama woda) – zaobserwowano wzrost masy ziemniaka o 0,502g
Probówka nr 2 (0,2 mol sacharozy) – zaobserwowano wzrost masy ziemniaka o 0,227g
Probówka nr 3 (0,4 mol sacharozy) – zaobserwowano spadek masy ziemniaka o 0,047g
Probówka nr 4 (0,6 mol sacharozy) – zaobserwowano spadek masy ziemniaka o 0,379g
Probówka nr 5 (0,8 mol sacharozy) – zaobserwowano spadek masy ziemniaka o 0,514g
Probówka nr 6 (1,0 mol sacharozy) – zaobserwowano spadek masy ziemniaka o 0,568g
Najmniejszą różnicę masy ziemniaka zanotowano w probówce nr 3 – z 0,4mol roztworem sacharozy, wniosek z tego taki, że ten roztwór ma najbliższy potencjał wody (-11,34 bara) w stosunku do wnętrza komórek ziemniaka. Całe doświadczenie opisało zjawisko osmozy, kiedy komórka w różny sposób zachowywała się pod wpływem hiper/hipotonicznych roztworów, a mianowicie wchłaniała, lub usuwała ze swojego wnętrza wodę. Wraz ze wzrostem stężenia roztworu sacharozy zwiększa się ilość usuwanej wody z wnętrza komórek ziemniaka do otoczenia. Potencjał osmotyczny wody komórek parenchymy ziemniaka wynosi -5,37 bara.
4. Osmoza w układzie fizycznym – „komórka” Traubego.
Probówkę napełniono 4% roztworem siarczanu miedzi, a następnie dodano duży kryształek żelazocyjanku potasu. Probówkę odstawiono na odpowiedni stojak. Obserwowano zjawiska zachodzące w probówce. Po upływie ok. 1,5 godziny przeanalizowano wyniki.
Po ok. 15 minut od rozpoczęcia obserwacji, zanotowano powstawanie tzw. błony osadowej – rosnącej w czasie. Stało się to wskutek wchłaniania wody do wnętrza błony. Proces chemiczny zjawiska można opisać następującym równaniem:
2CuSO4 + 4Fe(CN)6 " Cu2Fe(CN)6 + K2SO4
Wewnątrz błony osadowej odkłada się K2SO4. W tej reakcji stężenie wody jest wyższe w otoczeniu błony niż wewnątrz tej struktury, a więc woda będzie dyfundować z otoczenia do środka błoniastego tworu, zgodnie z gradientem potencjału chemicznego, oraz z siłą równą różnicy potencjałów chemicznych. Objętość wewnętrznego roztworu, powoduje wzrost ciśnienia hydrostatycznego działającego na powierzchnię błony osadowej. Tak będzie się działo aż do momentu rozerwania warstwy błonowej i wymieszania się roztworów. Wewnątrz błoniastego tworu potencjał wody będzie mniejszy, natomiast potencjał chemiczny będzie wyższy. Po upływie 1,5h zaobserwowano rozerwanie błony oraz wymieszanie się składników roztworu.
ZDJĘCIE ORAZ OPIS UKŁADU OSMOTYCZNEGO:
5. Tkanka miękiszowa ziemniaka jako „żywy osmometr” – pokaz.
W bulwie ziemniaka pozbawionej tkanki okrywającej wycięto korkoborem zagłębienie oraz napełniono je 40% roztworem sacharozy. Zagłębienie zamknięto szczelnie korkiem z umieszczoną w nim rurką kapilarną, a następnie zanurzono bulwę w zlewce z wodą. Zaznaczono początkowy stan cieczy. Po upływie godziny odnotowano końcowy poziom cieczy.
Ciśnienie osmotyczne wewnątrz ziemniaka wyniosło 79 Bar. Początkowa wysokość słupa cieczy wynosiła 10mm, a pod koniec ćwiczenia 160mm. Mamy tutaj do czynienia z identycznym zjawiskiem jak w ćwiczeniu 3. Roztwór hipertoniczny substancji osmotycznie czynnej odciąga wodę z komórek. Osmoza polega na dyfuzji cząsteczek rozpuszczalnika, np. wody przez membranę półprzepuszczalną, w tym przypadku błony komórkowej oddzielającej dwa roztwory różniące się potencjałami chemicznymi. Różnica potencjałów chemicznych wynika z różnicy składu (stężenia) roztworów. Jeżeli pomiędzy takimi roztworami istnieje różnica potencjałów chemicznych, pojawia się wówczas proporcjonalne do niej ciśnienie osmotyczne, które wymusza przepływ cząsteczek przez membranę. Ciśnienie osmotyczne dąży do wyrównania potencjałów chemicznych. Z reguły dzieje się to przez dyfundowanie rozpuszczalnika z roztworu o składzie niższym, do roztworu o składzie wyższym, czyli tzw. zgodnie z gradientem stężeń, co obserwujemy w tym ćwiczeniu.
cyrylek12