Вакуоли и клеточный сок

Вакуоли. Клеточный сок образуется в процессе жизнедеятельности протопласта. Полости, заполненные клеточным соком и ограниченные тонопластом, называются вакуолями. Для большинства зрелых клеток характерна крупная центральная вакуоль, которая занимает 70...90 % объема клетки.

Клеточный сок. Это слабоконцентрированный водный раствор минеральных и органических соединений, образующих истинные и коллоидные растворы. При обезвоживании вакуолей они переходят в форму кристаллов или кристаллоидов.

Клеточный сок имеет в основном слабокислую реакцию (рН 2...5). Химический состав его зависит от вида растения, его возраста и состояния: Физиологические функции вещества клеточного сока различны. В нем накапливаются и запасные питательные вещества (простые белки, углеводы), и вещества, регулирующие взаимовлияние растений, растений и животных (гликозиды, пигменты, алкалоиды), и осмотически деятельные соединения (соли органических и неорганических кислот).

Гликозиды – эфироподобные соединения моносахаридов со спиртами, с альдегидами и другими веществами. Роль их в растениях неясна. Возможно, горький вкус (синигрин, амигдалин), резкий запах (кумарин) и ядовитость в больших дозах для животных предохраняют растения от поедания.

К гликозидам относятся пигменты клеточного сока – флавоноиды. Они окрашивают клеточный сок в лепестках цветков и плодах и тем самым способствуют привлечению насекомых-опылителей и распространению плодов.

Флавоны – желтые пигменты. Антоцианы – пигменты, меняющие свою окраску в зависимости от реакции клеточного сока. В нейтральной среде антоцианы имеют лиловатую окраску, в щелочной – синюю, в кислой – красную. Красный цвет у антоцианов в цветках пионов, гераней, маков, роз; синий – в цветках дельфиниумов, васильков; малиново-лиловый – в корнеплодах свеклы, плодах слив, винограда.

Антоцианы окрашивают осенние листья в ярко-красный цвет. Они образуются в холодную солнечную погоду и проявляются по мере разрушения хлорофилла. Наиболее ярко окрашены листья холодной ясной осенью.

Дубильные вещества – эфиры фруктозы и ароматических кислот, предохраняющие растения от загнивания. Соединяясь с белками, они дают нерастворимые соединения, поэтому широко применяются для дубления кож. После дубления кожа делается мягкой, прочной и не пропускает воду. Больше всего дубильных веществ содержат дуб (в его коре 10...20 %), чай (в листьях 15...20 %), лиственница, бадан.

Алкалоиды – органические основания, содержащие азот. В растениях находятся в виде солей органических кислот, они жгучие и ядовитые, что делает их косвенно полезными для растений.

Как правило, проявляют большую физиологическую активность и оказывают сильное влияние на организм человека и животных. Алкалоиды широко используют в качестве лекарств разнообразного действия (хинин, атропин, кофеин, эфедрин, стрихнин, морфин) и инсектицидных (против насекомых) средств (никотин, анабазин).

Функции вакуолей. Они заключаются, с одной стороны, в накоплении запасных и изоляции эргастических веществ (отбросов, конечных продуктов обмена), с другой – в поддержании тургора и регуляции водно-солевого обмена.

Между клеточным соком, протопластом и клеточными стенками постоянно передвигаются вещества и вода. Тонопласт легкопроницаем для воды и, обладая избирательной проницаемостью, замедляет выход из вакуоли ионов и сахаров. Поэтому при достаточном обводнении клеточных стенок вода будет поступать в вакуоль в результате диффузии.

Диффузия – движение молекул или ионов из области их высокой концентрации в область меньшей концентрации, т. е. по градиенту концентрации. Процесс направленного передвижения молекул продолжится до тех пор, пока концентрация растворенного вещества не станет одинаковой.

Осмос – это особый вид диффузии, диффузия воды через полупроницаемую мембрану по градиенту концентрации. Путем осмоса молекулы воды перемещаются из гипотонического раствора (концентрация воды велика, вещества – мала) в гипертонический (концентрация воды мала, вещества – велика). Это происходит до тех пор, пока не наступит равновесие – растворы станут изотоническими (равными по концентрации).

Основная роль в осмосе растительных клеток принадлежит вакуолям. Если клеточный сок имеет более высокую концентрацию, то вода будет проникать в вакуоль. Увеличиваясь при этом в объеме, вакуоль будет давить на цитоплазму, прижимая ее к клеточной стенке и создавая тургорное давление.

Клеточная стенка в силу своей упругости будет оказывать обратное давление на протопласт. Это противодавление клеточных стенок называется тургорным натяжением. По мере поступления воды в клетку оно возрастает.

Поступление воды в клетку хотя и происходит на основе осмоса, но лимитировано присутствием ограниченно растяжимой клеточной стенки. Когда будет достигнут предел растяжимости клеточной стенки, всасывание воды прекратится.

Концентрация клеточного сока будет наименьшей, тургорное натяжение – максимальным, клетка имеет наибольший возможный объем. Напряженное состояние клеточной стенки, создаваемое гидростатическим давлением внутриклеточной жидкости, называется тургором.

Тургор – нормальное физиологическое состояние растительной клетки. Благодаря тургору поддерживается упругость клеток и тканей, растение сохраняет свою форму, занимает определенное положение в пространстве, противостоит механическим воздействиям.

Если клетку в состоянии тургора поместить в раствор, осмотическое давление которого выше, чем клеточного сока (гипертонический раствор), то вода устремится в сторону более концентрированного раствора и будет выходить из клетки.

Сокращение объема вакуоли приведет к уменьшению давления ее на цитоплазму, а цитоплазмы – на клеточные стенки. Клеточные стенки в силу своей эластичности станут менее растянутыми, а объем клетки уменьшится. Если объем клетки достигнет минимума, а уменьшение объема цитоплазмы будет продолжаться, то, сжимаясь, она начнет отставать от стенок и постепенно соберется в центре клетки. Наступает плазмолиз – состояние, обратное тургору.

Если плазмолизированную клетку поместить в чистую воду или в раствор с меньшей концентрацией веществ, чем в клеточном соке (гипотонический раствор), то тургор восстановится, произойдет деплазмолиз. Длительный и сильный плазмолиз может вызвать гибель клетки, при частичном плазмолизе растение увядает. Большинство растительных клеток существует в гипотоническом растворе.

Осмотические свойства клеток необходимо учитывать при внесении удобрений. Нельзя допускать избытка питательных солей вокруг корневых волосков. Если образуется гипертонический раствор, то вода будет выходить из клеток корня, а не всасываться ими. В результате растение засохнет и погибнет. Спасти его сможет только очень обильный полив, который снизит концентрацию почвенного раствора и обеспечит поступление воды в растение.

Поиск по сайту: