Osmotické jevy a membránový přenos

1         Úkol

1.1       Základní úkoly

1.1.1        Pozorujte vliv změny koncentrace iontů solí v prostředí na buňky kořene mrkve.

1.1.2        Definujte děje probíhající při uvedených pokusech (pokus s mrkví a solí nebo cukrem, pokus s olistěným stonkem rostlin a roztokem soli). Děje popište, pojmenujte a zdůvodněte.

2         Časová dotace

2.1       Základní časová dotace

1–2 hodiny

3         Pomůcky a materiál

3.1       Vliv změny koncentrace iontů solí v prostředí na turgor buněk – pokus s mrkví 1

Mrkev, sůl nebo cukr, preparační sada, kádinka, nůž

3.2       Vliv změny koncentrace iontů solí v prostředí na turgor buněk – pokus s mrkví 2

Mrkev, sůl nebo cukr, korkovrt, šroubová matice, kádinka (obr. 1)

3.3       Vadnutí stonku s listy

Stonek rostliny s listy (např. Tradescantia albiflora), sůl, zkumavka, papírové měřítko, laboratorní stojan se svorkami, kádinka

4         Hlavní a dílčí cíle

4.1       Základní cíle

4.1.1        Na základě znalosti osmotických jevů doplnit vědomosti o pozorování praktického projevu plazmolýzy (tkáňového napětí – turgoru).

5         Mezipředmětové vztahy a přesahy

Tento materiál svým obsahem přesahuje předmět biologie, propojuje znalosti z oborů chemie (principy práce v laboratoři, příprava nasycených roztoků) a fyziky (princip osmózy).

6         Obecný úvod k tématu

Jestliže srovnáme dva roztoky s různou koncentrací látek, je roztok s vyšší koncentrací látek tzv. hypertonický. Roztok s nižší látkovou koncentrací je hypotonický. Roztoky o stejné látkové koncentraci jsou izotonické. Osmóza představuje pasivní transport vody přes membránu, voda proudí ze strany, kde je roztok hypotonický, na stranu, kde je roztok hypertonický.

Rovnováha vody mezi buňkou a jejím prostředím a pohyb vody přes buněčné membrány je pro organismy zásadní. Buňky rostlin mají buněčné stěny a ty pomáhají udržovat buněčnou vodní rovnováhu, pokud je buňka v hypotonickém roztoku (při dešti). Rostlinná buňka osmoticky přijímá vodu a bobtná. Pružná buněčná stěna se rozpíná tak dlouho, než dojde k vyvolání zpětného tlaku na buňku, tím se zabrání dalšímu příjmu vody. V této situaci je buňka ve stavu tzv. turgoru, tedy napětí (normální stav rostliny buněk). Pokud je rostlinná buňka v hypertonickém prostředí, odevzdává vodu svému okolí. Dochází k odtahování její plazmatické membrány od buněčné stěny. Tento jev se nazývá plazmolýza. V počátečních fázích je plazmolýza vratným dějem (nastává deplazmolýza při znovunastolení hypotonického prostředí), později může vést plazmolýza až ke smrti buňky.

Osmotické jevy u rostlin lze dobře prokazovat při sledování např. lístků měříku nebo pokožky cibule (nejlépe červené) mikroskopem při jejich vložení do nasyceného (hypertonického) roztoku soli (dochází k plazmolýze). Pokud chceme ukázat osmózu bez mikroskopu (makroskopická demonstrace), můžeme použít další způsoby.

7         Pracovní postup

7.1       Vliv změny koncentrace iontů solí v prostředí na turgor buněk – pokus s mrkví 1

• Odřízněte vršek kořene mrkve a vydlabejte pletiva středního válce.
• Zasypejte vzniklou dutinu solí nebo cukrem.
• Postavte mrkev do kádinky tak, aby se sůl z vydlabané dutiny nevysypala.
• Po 20–40 minutách pozorujte a hodnoťte výsledek (obr. 1).

Pozn. Dutina v kořeni mrkve se plní tekutinou. Současně dochází ke snižování vnitrobuněčného napětí buněk (turgoru) ve stěně dutiny.

Obr. 1 Vliv změny koncentrace iontů solí v prostředí na turgor buněk na začátku a konci pokusu. Foto RNDr. Stanislava Mayerová

7.2       Vliv změny koncentrace iontů solí v prostředí na turgor buněk – pokus s mrkví 2

• Připravte tyčinku pletiv vyříznutou korkovrtem z části kořene čerstvé mrkve (obr. 2).
• Nasaďte 5–10 cm dlouhou vyříznutou tyčinku do šroubové matice a postavte ji do kádinky s nasyceným roztokem soli nebo cukru (obr. 3).
• Po 40–60 minutách pozorujte a zhodnoťte výsledek (obr. 4).

Pozn. Tyčinka je po vložení do roztoku nejprve vzpřímená, později se ohýbá, uvolňuje se z matice. Dochází ke ztrátě turgoru buněk. Turgor se výrazně podílí na pevnosti pletiv.

Obr. 2 Pomůcky k pokusu s mrkví 2: šroubové matice, korkovrt, kořen mrkve. Foto RNDr. Stanislava Mayerová

Obr. 3 Umístění vyříznutých pletiv kořene mrkve do matice (na fotografii tyčinka kořene mrkve a celeru). Foto RNDr. Stanislava Mayerová

Obr. 4 Vyříznutá pletiva kořene mrkve po uplynutí doby pokusu. Foto RNDr. Stanislava Mayerová

7.3       Vadnutí stonku s listy

• Čerstvě uříznutý stonek s listy vložte do zkumavky s vodou tak, aby hrot listu směřoval ke stupnici papírového měřítka (obr. 5).
• Do zkumavky přidejte sůl, aby ve zkumavce došlo k vytvoření hypertonického prostředí.
• Po přidání soli si zapište číslo stupnice, ke kterému směřoval vrcholek listu, po deseti minutách zapisujte čísla stupnice podle polohy špičky listu.
• Zaznamenávejte výsledky do protokolu, poté nakreslete schéma pokusu a stanovte závěr.

Pozn. Pokus lze provádět i bez měření na stupnici vložením stonku s listy do kádinky s roztokem soli a pozorujte vadnutí (obr. 6).

Obr. 5 Schéma aparatury pro stanovení vadnutí listů. Foto RNDr. Stanislava Mayerová

Obr. 6 Vadnutí rostliny poděnka světlá (Tradescantia albiflora) v hypertonickém prostředí. Foto RNDr. Stanislava Mayerová

7.4       Odpovězte na následující otázky.

Doprovodné otázky:

1. Jaký výraz použijeme pro odvodňování buňky?

a)      hydrolýza

b)      hydroptýza

c)      plazmolýza

d)      plazmoptýza

1. Osmotické jevy v buňce jsou podmíněny:

a)      energetickým potenciálem buňky

b)      polopropustností plazmatické membrány

c)      úrovní metabolismu v buňce

d)      žádná z odpovědí není správná

1. Vyberte správné tvrzení.

a)      V hypertonickém prostředí buňka ztrácí vodu.

b)      V hypertonickém prostředí buňka přijímá vodu.

c)      Hypotonické prostředí způsobuje např. bobtnání rostlinných buněk.

d)      Hypotonické prostředí způsobuje smršťování rostlinných buněk.

1. Vysvětli kandování ovoce.
2. Co se děje při déle trvajícím dešti se zralými třešněmi?
3. Jaké znáte způsoby vyrovnávání osmózy u sladkovodních prvoků (adaptace osmoregulace)?
1. Doplňte do tabulky, o jaké typy buněk (rostlinná/živočišná) se jedná, uveďte typ prostředí a pojmenujte děj, který zde probíhá.

Řešení:

8         Metodické poznámky

• Použití korkovrtu umožňuje přesné měření rozměru velikosti tyčinky pletiv před zahájením pokusu a po skončení pokusu. Vyříznutou část mrkve je potřeba pevně našroubovat do matice, průměr korkovrtu a matice si musí odpovídat.
• Nasycený roztok soli si připravíte rozpuštěním 26,4 g NaCl v 73,6 ml vody, nasycený roztok cukru rozpuštěním 64 g cukru v 36 ml vody.
• K pokusům je vhodná pouze čerstvá mrkev.
• Rostlina vhodná pro pokus vadnutí je například poděnka (Tradescantia sp.).

9         Použitá literatura a další zdroje

Campbell, N. 2006. Biologie. 1.vyd. Computer Press,a.s., Brno.

Hadač, E. a kol. 1967. Praktická cvičení z botaniky. SPN. Praha.

Jelínek, J. 2007. Biologie pro gymnázia. 9. vyd. Nakladatelství Olomouc. Olomouc.