BIOLOGIE
Osmotické jevy
aneb Proč se „potí“ lilek?
V rámci laboratorního cvičení se
studenti seznámí s projevy a s důsledky
osmotických jevů pro rostlinnou buňku.
S osmotickými jevy a jejich viditelnými
projevy se u rostlin setkáváme téměř
každodenně.
Gymnázium Frýdlant, Mládeže 884, příspěvková organizace
autor: Ing. Věra Přikrylová, PhD.
BIOLOGIE
Obsah
Obsah . . . 2
Úvod . . . 3
Cíle . . . 3
Teoretická příprava (teoretický úvod) . . . 4
Motivace studentů . . . 6
Doporučený postup řešení . . . 7
Materiály pro studenty . . . 7
Záznam dat . . . 8
Analýza dat . . . 8
Syntéza a závěr . . . 8
Hodnocení . . . 8
Internetové odkazy a další rozšiřující informační zdroje . . . 8
Pracovní návod . . . 9
Zadání úlohy . . . 9
Pomůcky . . . 9
Teoretický úvod . . . 9
Bezpečnost práce . . . 10
Příprava úlohy (praktická příprava) . . . 10
Postup práce . . . 10
Pracovní list (řešená učitelská varianta) . . . 12
Vysvětlete pojmy . . . 12
Výpočet osmotického potenciálu . . . 15
Doplňující otázky . . . 15
Závěr . . . 15
Pracovní list (žákovská varianta) . . . 16
Vysvětlete pojmy . . . 16
Vypracování . . . 17
Výpočet osmotického potenciálu . . . 18
Doplňující otázky . . . 18
Závěr . . . 19
3
Cíle
Studenti by měli zvládnout:
•Vysvětlit pojmy osmóza, plazmolýza, hypertonický, izotonický, hypotonický roztok
•Připravit podle návodu roztoky o zadané koncentraci
•Zhotovit mikroskopické preparáty, správně manipulovat s mikroskopem, použít odpovídající zvětšení
•Zakreslit pozorované objekty a vhodně popsat
•Vypočítat osmotický potenciál
Materiály pro učitele
Časová náročnost
Dvě hodiny (2 × 45 min).
Čas včetně přípravy, úvodní diskuze
a vyhodnocení výsledků skupin se
závěrečnou diskuzí.
V rámci laboratorního cvičení se studenti seznámí s projevy a s důsledky osmotických jevů pro rostlinnou buňku. S osmotickými jevy a jejich
viditelnými projevy se u rostlin setkáváme téměř každodenně. Studenti
budou mít možnost pozorovat, jak se buňky chovají v jednotlivých typech prostředí (hypotonickém, izotonickém a hypertonickém). Sami si
vyzkouší přípravu mikroskopických preparátů a roztoků o zadané koncentraci, zakreslí změny objemu živých těl buněk z pokožky cibule v
jednotlivých prostředích, stanoví osmotický potenciál buněk metodou
hraniční plazmolýzy a vyvodí závěry.
Osmotické jevy
Tip
Lze použít i jiné druhy rostlinného
materiálu (např. listy vodního moru
kanadského (Elodea canadensis).
Při nedostatku času lze provést
pouze zjednodušené pozorování
osmotických jevů bez výpočtu osmotického potenciálu (mikroskopujeme pouze rostlinný materiál
v připraveném hypotonickém, izotonickém a hypertonickém prostředí); případně mohou studenti
pracovat už s připravenými roztoky
o zadané koncentraci.
Úvod
biologie
Zařazení do výuky
Pozorování osmotických jevů
v rostlinné buňce je vhodné zařadit
v rámci fyziologie rostlin po probrání kapitoly věnované vodnímu
režimu rostlin a významu vody pro
organismy. Lze s ním také vhodně
propojit učivo fyziky o difúzi a osmóze. Praktická ukázka by měla
přispět k propojení a prohloubení
teoretických informací získaných
v běžných vyučovacích hodinách.
4
Převzato z http://www.wikiskripta.eu/index.php/Osmoza
převzato z http://media.daz.ni.cz/
photos/2011/09/30/14253-cervenacibule.jpg
Chemikálie: NaCl (c = 1 mol.dm-3)
V rostlinných buňkách vytváří polopropustnou (semipermeabilní) membránu plazmalema (cytoplazmatická membrána), případně tonoplast
(biomembrána obklopující vakuolu). Plazmalema obklopující protoplast
je velmi málo propustná pro volně difundující ionty, ale dostatečně propustná pro molekuly vody. Rostlinná buňka má zároveň relativně tuhou
celulózní buněčnou stěnu, která omezuje roztahování elastické plazmalemy.
Převzato a upraveno z http://www.usborne-quicklinks.com/usa/usa_entity_pages/
usa_ download_image.asp?lib=683&linkid=746908
Rozdílný osmotický tlak vyrovnávaný přemísťováním rozpouštědla se
projeví tehdy, nachází-li se buňka v prostředí s odlišnou osmotickou hodnotou, tj. v prostředí s odlišnou koncentrací látek, než je koncentrace látek v buňce.
Je-li vně buňky tzv. hypotonický roztok (tj. roztok o nižší koncentraci
osmoticky aktivních látek než roztok protoplastu), dochází nejdříve k tzv.
deplazmolýze: nasávání vody do buňky, zvětšování vakuol a ke zvyšování
hydrostatického tlaku (turgorového tlaku) na vnitřní stranu buněčné
stěny. Buňka přijímá vodu až do plného vodního nasycení (= turgescentní
Materiály pro učitele
Osmóza je specifickým příkladem difúze, tzn. typu pasivního transportu,
při kterém přestupuje rozpouštědlo (v rostlinách voda) přes polopropustnou membránu z prostoru s méně koncentrovaným roztokem do prostoru s více koncentrovaným roztokem. K difuzi rozpouštědla (vody) do
prostoru s rozpuštěnou látkou (roztokem) bude docházet tak
dlouho, až zvyšující se hydrostatický tlak způsobí, že toky rozpouštědla
přes membránu ven i dovnitř budou stejné. Takový hydrostatický tlak je
číselně roven tzv. osmotickému tlaku roztoku. Polopropustná membrána
je v tomto případě propustná pro rozpouštědlo a méně propustná nebo
nepropustná pro rozpuštěné látky. Velikost osmózy je dána rozdílem osmotických tlaků na obou stranách polopropustné membrány.
Osmotické jevy
Přehled pomůcek
•Cibule kuchyňská (Allium cepa),
nejlépe odrůda Karmen, obsahující v epidermálních buňkách
antokyany
•Mikroskop
•Podložní a krycí sklíčka
•Preparační jehla
•Žiletka
•Skalpel
•Kapátko, nebo skleněná tyčinka
•Destilovaná voda
•Kádinky
•Petriho misky
•Lihový popisovač
•Automatická pipeta, odměrný válec
•Pracovní návod
•Pracovní list
•Ochranné pracovní pomůcky
Teoretická příprava (teoretický úvod)
biologie
Slovníček pojmů
OSMÓZA
PLAZMOLÝZA (CYTOLÝZA)
PLAZMOPTÝZA
Viz pracovní list (učitel).
5
π = - RT . c . i
π = osmotický potenciál (v kPa)
R = univerzální plynová konstanta (8,31447 dm3 kPa mol-1 K-1);
T = absolutní teplota, za níž experiment provádíme (K);
(T = 273,15 + t (teplota roztoku [°C])
i = disociační koeficient, zohledňuje disociaci osmotika, pro NaCl je roven 2
c = koncentrace roztoku, při níž nastává hraniční plazmolýza (mol.dm-3)
Osmotický potenciál, který je daný rozpuštěnými látkami v buněčné šťávě, má značný význam pro vodní bilanci pletiv i celých rostlin a pro směr
pohybu vody.
Praktické provedení
Stanovení osmotického potenciálu buňky je založeno na zjištění osmotické hodnoty buněčné šťávy. Její osmotickou hodnotu můžeme stanovit
Materiály pro učitele
Osmotický tlak je definován jako tlak, kterým musíme působit na roztok,
abychom zabránili samovolnému pronikání molekul rozpouštědla, které
je v čistém stavu odděleno od roztoku polopropustnou membránou. Osmotický potenciál odpovídá záporné hodnotě osmotického tlaku a chápeme jím potenciální schopnost tento tlak za vhodných podmínek manifestovat. Jeho hodnotu lze stanovit podle Van´t Hoffa z rovnice:
Osmotické jevy
Buňka v hypertonickém, izotonickém (hraniční plazmolýza) a hypotonickém prostředí,
převzato z http://cs.wikipedia.org/wiki/Turgor
biologie
buňka), kdy dalšímu přijímání vody klade odpor buněčná stěna - potom
se příjem vody zastavuje. Dalšímu příjmu vody a rozpínání buňky brání
i tlak okolních buněk. Protržení cytoplazmatické membrány a buněčné
stěny (tzv. plazmoptýza, případně cytolýza) hrozí rostlinným buňkám
pouze v extrémních případech, protože pevná buněčná stěna snáší určitý
přetlak. K cytolýze dochází, pokud buňka nasaje vody mnoho a náhle
(např. popraskání plodů po vydatných deštích, jimž předcházelo sucho
provázené syntézou osmoticky aktivních sacharidů, nebo případ pylových
zrn suchozemských rostlin na vodní hladině).
Ocitne-li se naopak buňka v prostředí, které je vůči jejímu obsahu (resp.
obsahu její vakuoly) hypertonické, tedy v roztoku, který má vyšší koncentraci rozpuštěných látek, je buňce voda odnímána a protoplast se zmenšuje (plazmolýza). V silně hypertonickém prostředí dochází k odloučení
protoplastu od pevné buněčné stěny. Plazmolýza je v počátečních fázích
vratným dějem (po přesunutí do hypotonického prostředí dochází k deplazmolýze), může však vést až ke smrti buňky a pletiva.
Při koncentraci plazmolytika, která přibližně odpovídá koncentraci buněčné šťávy, (tj. oba roztoky jsou přibližně izotonické), se začíná cytoplazmatická membrána v rozích buněk odchlipovat od buněčné stěny. Tento
stav označujeme jako hraniční plazmolýza.
6
Shrneme stručně princip osmózy a zeptáme se studentů, kde lze osmotické jevy pozorovat v běžném životě.
Poukážeme na rozdíly ve stavbě rostlinných a živočišných buněk a položíme otázku, zda může být pacientům nitrožilně podána čistá voda. Dále
vyvodíme, jaký jev by při podání čisté vody nastal a poukážeme na používání fyziologického roztoku.
Využijeme praktických znalostí studentů z kulinářství a zeptáme se, proč
se nechávají různé druhy zeleniny tzv. vypotit a co se přitom děje.
Materiály pro učitele
Motivace studentů
Osmotické jevy
Rozšiřující doporučení a tipy:
K nejrychlejší výměně roztoků dochází v okolí poraněných buněk, sledujeme nejprve stav buněk v okolí narušení pletiva.
Stanovení koncentrace roztoku, který vyvolává hraniční plazmolýzu lze
ještě upřesnit, a to tak, že zaznamenáváme i počet buněk, u kterých právě nastala hraniční plazmolýza. Průměrný osmotický potenciál potom
odpovídá osmotické hodnotě takového roztoku, v němž hraniční plazmolýza nastala u 50 % pozorovaných buněk (zpravidla lze nalézt u některých
dvou sousedních roztoků nejblíže nižší a nejblíže vyšší hodnoty – izotonická koncentrace pak leží mezi koncentracemi těchto dvou roztoků).
Pokud potřebujeme zjistit koncentraci izotonického roztoku ještě s větší přesností, připravíme si v rozmezí obou těchto zjištěných koncentrací
řadu roztoků odstupňovaných po 0,01 mol a měření opakujeme s identickým materiálem.
Lze také sestavit graf a z něj provést odečet koncentrace a to tak, že na
osu y vyneseme počet plazmolyzovaných buněk v procentech a na osu x
danou koncentraci. Hledanou koncentraci potom odečteme z křivky závislosti počtu plazmolyzovaných buněk na koncentraci plazmolytika pro
50 % plazmolyzovaných buněk.
biologie
buď pomocí osmotické hodnoty roztoku, který vyvolává hraniční plazmolýzu buňky nebo např. kryoskopicky. Metoda kryoskopická je dnes
v praxi často používaná, měříme při ní snížení bodu tuhnutí roztoku
(např. buněčných šťáv vylisovaných z rostliny). V tomto cvičení využijeme ke stanovení osmotického potenciálu metodu hraniční plazmolýzy.
Principem této metody je, že pozorujeme chování buněk v roztocích o
známé koncentraci a hledáme takovou koncentraci roztoku, která vyvolává hraniční plazmolýzu – v rozích buňky dochází k odchlipování cytoplazmatické membrány od buněčné stěny. Roztok této koncentrace je
přibližně izotonický s buněčnou šťávou. Stav buněk zjišťujeme mikroskopováním po inkubaci v roztoku o známé koncentraci.
Hraniční plazmolýzu vyvoláme plazmolytikem (lze použít např. roztok
sacharózy nebo NaCl), jehož koncentrace je jen o málo vyšší než koncentrace buněčné šťávy. Jako plazmolytika je nutno použít roztoků takových
látek, které nepůsobí na pletivo jedovatě a pro něž je protoplast impermeabilní.
Hodnotu osmotického tlaku a potažmo osmotický potenciál roztoku buněčné šťávy potom vypočítáme z rovnice podle Van´t Hoffa, kam dosadíme zjištěnou hodnotu koncentrace roztoku, který vyvolává hraniční
plazmolýzu.
7
1.Studenti se rozdělí do dvou až tříčlenných pracovních skupin.
2. Každá pracovní skupina dostane „Pracovní návod“ a každý student obdrží „Pracovní list“, kam si bude zaznamenávat výsledky pozorování.
Studenti si nejprve přečtou návod, případně vypracují slovníček pojmů (pokud nebyl součástí domácí přípravy) a teprve potom začnou
přípravou vlastní laboratorní práce.
3. Během laboratorní úlohy budou studenti pracovat s identickým materiálem, který bude pouze uložen v roztocích o různé koncentraci, tento rozdíl je ovšem okem neviditelný, proto je třeba důsledně dbát na
označování koncentrací (označení Petriho misek; pozorovat a připravovat vždy jen jeden mikroskopický preparát), aby nedošlo k záměně
vzorků a zkreslení výsledků.
Teoretická příprava úlohy
Studenti si vyplní na začátku laboratorního cvičení slovníček pojmů (pokud jeho vyplnění nebylo součástí domácí přípravy).
Materiály pro studenty
Pracovní návod (obsahuje postup pokusu)
Pracovní list (studenti sem zaznamenávají získané hodnoty, analyzují je
a vyvozují závěry)
Materiály pro učitele
Doporučený postup řešení
Osmotické jevy
Co dělat pokud bychom uvízli na širém moři?
Pokud bychom zůstali na moři bez dostatečných zásob pitné vody, tak
v žádném případě nesmíme pít mořskou vodu. Raději se trápit žízní.
S mořskou vodou vypijeme i velké množství soli, které naše tělo začne
okamžitě ředit. Sladkou vodu mu nedáme, a tak k tomu použijeme zásoby vody z buněk, které nemohou bez vody fungovat. Současně ledviny, aby nás soli zbavily, začnou vylučovat velké množství moči a tím
odvádět vodu z těla. Důsledkem je rychlá a maximální dehydratace. Za
pár hodin následuje poškození mozku, halucinace, křeče, bezvědomí …
Mnohdy vše končí již při halucinacích, člověk se vydá za vidinami na
mořskou hladinu.
biologie
Zajímavosti:
Proč je maso většiny druhů žraloků téměř nepoživatelné?
Žraloci a ostatní paryby totiž jako ostatní mořští živočichové se museli přizpůsobit životu ve slané vodě, prostředí značně hypertonickém.
Mořské ryby mají tkáně a tělní tekutiny sladké a tedy s nižší hustotou,
než je okolní mořská voda, která má značně vyšší hustotu, a tak z ryb
stále odchází přes kůži sladká tekutina do slaného moře. Ryby proto
musí neustále polykat hodně slané vody a následně sůl z těla vylučovat žábrami. Paryby tento problém vyřešily jinak. Tělní tekutiny mají
zahuštěny močovinou, jejich tkáně jsou proto hustější, než jsou tkáně
mořských ryb. Díky tomu je také maso paryb většinou nepoživatelné.
Možná jste si v hypermarketu koupili maso žraloka a těšili se, jak si
doma pochutnáte, protože to nebude jen ten „obyčejný“ kapr. Možná
jste potom byli zklamaní jeho chutí, připomínající trochu moč. A to je
právě ono. Je velmi málo druhů žraloků, jejichž maso se dá jíst a to
ještě až po správné přípravě.
8
Analýza dat
Syntéza a závěr
Po vyplnění pracovních listů společně shrneme získané poznatky o osmotických jevech a jejich důsledcích v praktickém životě.
Hodnocení
Připravili studenti správně roztoky o zadané koncentraci?
Připravili studenti správně mikroskopické preparáty?
Zakreslili a vhodně popsali pozorované objekty?
Vypočítali osmotický potenciál buňky?
Internetové odkazy a další rozšiřující informační zdroje
http://cs.wikipedia.org/wiki/Difuze
http://cs.wikipedia.org/wiki/Osm%C3%B3za
http://www.wikiskripta.eu/index.php/Osm%C3%B3za
http://botany.upol.cz/atlasy/anatomie/anatomieCR09.pdf
http://www.ifauna.cz/clanek/ruzne/morske-ryby-sul-osmoza-a-my/5756/
Materiály pro učitele
Studenti metodou hraniční plazmolýzy určí izotonický roztok a z jeho
koncentrace vypočítají osmotický potenciál roztoku buněčných vakuol.
Studenti zodpovědí doplňující otázky z pracovního listu.
Osmotické jevy
Studenti provedou zakreslení stavu několika buněk z mikroskopického
preparátu pro prostředí hypotonické, izotonické (hraniční plazmolýza)
a hypertonické, případně si pozorované preparáty vyfotografují. Součástí protokolu potom budou popsané fotografie s vysvětlenými ději, které
probíhaly.
biologie
Záznam dat
BIOLOGIE
Osmotické jevy aneb Proč se „potí“ lilek?
Pracovní návod
Zadání úlohy
Připravte si odpovídající roztoky o vzestupné koncentraci chloridu sodného, do každého vložte kousek
pokožky ze suknice cibule a po 20 minutách preparáty pozorujte pod mikroskopem. Zakreslete stav
buněk v jednotlivých typech prostředí (hypotonickém, hypertonickém a izotonickém) a určete koncentraci roztoku, ve kterém dochází k hraniční plazmolýze. Tuto koncentraci potom využijte pro výpočet
osmotického potenciálu.
Pomůcky
•Mikroskop
•Krycí a podložní sklíčka pro přípravu preparátů
•Preparační jehla
•Skalpel
•Kapátko
•Destilovaná voda
•Žiletka
•Cibule kychyňská (Allium cepa), nejlépe odrůda Karmen, obsahující antokyany
•Kádinky
•Skleněná tyčinka
•Petriho misky
•Odměrný válec, pipeta
•Lihový popisovač
CHEMIKÁLIE
•NaCl (c = 1 mol.dm-3)
Teoretický úvod
Osmóza je specifickým příkladem difuze, při kterém prostupuje rozpouštědlo (nejčastěji voda) přes polopropustnou membránu z prostoru s méně koncentrovaným roztokem do prostoru s více koncentrovaným
roztokem. V rostlinných buňkách vytváří tuto polopropustnou (semipermeabilní) membránu plazmalema (cytoplazmatická membrána), případně tonoplast. Plazmalema obklopující protoplast je velmi málo
propustná pro volně difundující ionty, ale dostatečně propustná pro molekuly vody. Rostlinná buňka má
zároveň relativně tuhou celulózní buněčnou stěnu, která do určité míry omezuje roztahování elastické
plazmalemy. Oboje vede k tomu, že je-li vně buňky tzv. hypotonický roztok (tj. roztok o nižší koncentraci
osmoticky aktivních látek než roztok v protoplastu), dochází k difúzi vody do buňky, ke zvyšování hyd-
10
Bezpečnost práce
Během laboratorní práce je nutné dodržovat laboratorní řád učebny.
Příprava úlohy (praktická příprava)
Nejprve si důkladně prostudujte pracovní návod, případně zpracujte slovníček pojmů a teprve potom začněte s prací v laboratoři.
Postup práce
Příprava roztoků a preparátů
1.Naředěním zásobního roztoku chloridu sodného (c = 1 mol.dm-3) si připravte roztoky o sestupné koncentraci chloridu sodného tak, aby se u následujícího roztoku snižovala koncentrace o 0,1 mol.dm-3,
využijte následující tabulku.
Vzorek
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
NaCl (ml)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Destilovaná
voda (ml)
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
c (roztoku)
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
2.Roztoky dobře promíchejte a nalijte do Petriho misek, nezapomeňte na víčko misky označit koncentraci
roztoku.
3.Ze svrchní epidermis dužnatého listu cibule odpreparujte malé vzorky (cca 5 x 5 mm) a přeneste je do
označených Petriho misek. Do každé misky vložte dva řezy. Vzorky musí být v roztocích ponořené. Misky
přikryjte, abyste zabránili výparu vody a tím i změnám koncentrace roztoku.
4.Vzorky ponechejte v roztoku plazmolytika po dobu 20 minut, po této době je postupně vyjměte a pozorujte pod mikroskopem.
Pracovní návod
Jacobus Henricus van‘t Hoff (1852-1911), nizozemský chemik. Ve své době byl považován za nejlepšího chemika na světě. Mimo
jiné se zabýval výzkumem osmotických jevů. V roce 1887 prováděl pokusy s cílem určit, jak vysoko stoupne hladina v kapiláře
osmometru, vynášel do grafu hodnoty osmotického tlaku proti molární koncentraci roztoku a zjistil, že vztah mezi osmotickým
tlakem a molární koncentrací rozpuštěné látky je podobný stavové rovnici ideálního plynu. V roce 1901 se stal prvním nositelem
Nobelovy ceny za chemii. Toto ocenění získal za objev zákonů chemické dynamiky a osmotického tlaku v roztocích.
Osmotické jevy
Poznámka:
biologie
rostatického tlaku na vnitřní strany buněčné stěny. V opačném případě, je-li vnější roztok hypertonický,
difunduje voda ven z buňky. V určitém okamžiku, který nazýváme hraniční plazmolýza, dojde k odtržení
plazmalemy od buněčné stěny.
V této úloze se zaměříme na pozorování osmotických jevů na úrovni jednotlivých živých buněk. Nejvhodnější jsou buňky, které obsahují velké vakuoly s antokyany nebo buňky obsahující chloroplasty. My využijeme vzorky pokožky z červeně zbarvené cibule odrůdy Karmen. Budeme si všímat změn v buňkách,
které probíhají, pokud jsou buňky umístěny do prostředí o různé, předem známé, koncentraci osmoticky
aktivních látek. Vzorky epidermis po dvacetiminutové inkubaci v roztoku plazmolytika budeme pozorovat
pod mikroskopem a hledat roztok, ve kterém dochází k hraniční plazmolýze – tj. začíná se odchlipovat
cytoplazma od buněčné stěny. Tento roztok má přibližně stejnou (mírně vyšší) koncentraci osmoticky aktivních látek jako je koncentrace látek v buňce. Hodnotu koncentrace tohoto roztoku potom využijeme pro
výpočet osmotického potenciálu buňky dosazením do rovnice podle Van´t Hoffa.
11
Výpočet osmotického potenciálu
Nastavení HW a SW
Připravte si mikroskop, zapojte do sítě a podle typu mikroskopu a způsobu zaznamenávání dat jej připojte
k PC nebo vložte paměťovou kartu pro zaznamenání fotografií jednotlivých preparátů.
Vlastní pozorování (záznam dat)
Pozorujte vzorky od nejvyšší koncentrace ke koncentraci nejnižší. Dbejte na důkladné označování pozorovaného materiálu. Zakreslete stav buněk v roztoku o nejvyšší a nejnižší koncentraci a v roztoku, kde dochází k hraniční plazmolýze, a obrázky popište.
Analýza naměřených dat
Dosazením do vzorce vypočítejte osmotický potenciál buňky.
Odpovězte na otázky v pracovním listu.
Pracovní návod
Osmotický potenciál vypočtěte z uvedeného vzorce:
π = - RT c i
π = osmotický potenciál (v kPa)
R...univerzální plynová konstanta (8,31447 dm3 kPa mol-1 K-1);
T = absolutní teplota, za níž experiment provádíme (K) (T = 273,15 + t (teplota místnosti [°C])
i = disociační koeficient, zohledňuje disociaci osmotika, pro NaCl je roven 2
c = koncentrace roztoku, při níž nastává hraniční plazmolýza (mol.dm-3)
Osmotické jevy
1. Pozorujte od nejvyšší koncentrace a nezapomeňte, že vzorky musí být pozorovány ve stejném roztoku,
ve kterém byly inkubovány.
2. Do tabulky zaznamenejte, zda ve vzorku pozorujete plazmolyzované buňky (ano, ne, případně částečně)
3. Do protokolu zakreslete tvar buněk a jejich protoplastů u vzorku č. 0, č. 10 a u vzorku, kde dochází k
hraniční plazmolýze. Zjistěte, při jaké koncentraci dochází k hraniční plazmolýze (odtrhnutí protoplastu
v rozích buněk) a tento roztok považujte za přibližně izotonický.
biologie
Vlastní pozorování
BIOLOGIE
Osmotické jevy aneb Proč se „potí“ lilek?
Pracovní list (řešená učitelská varianta)
Úkoly:
1. Vyplňte slovníček pojmů.
2. Podle pracovního návodu připravte roztoky o zadané koncentraci NaCl a vložte do nich vzorky epidermis
cibule kuchyňské.
3. Pozorujte vzorky pod mikroskopem a zakreslete stav buněk v prostředí o zadané koncentraci.
4. Určete koncentraci roztoku, při kterém dochází k hraniční plazmolýze, a vypočítejte osmotický potenciál.
1. Vysvětlete pojmy:
Osmóza: jednostranná difuze molekul rozpouštědla (vody) přes semipermeabilní (polopropustnou) membránu do roztoku. V rostlinné buňce je semipermeabilní membránou plazmalema (cytoplazmatická membrána) a tonoplast.
Plazmolýza: jev, který nastává, ocitne-li se rostlinná buňka v hypertonickém prostředí, prostředí buňce
odnímá vodu, smršťuje se protoplast a cytoplazmatická membrána se odchlipuje od buněčné stěny. V počátečních fázích vratným dějem, může však vést až ke smrti buňky a pletiva.
Tvar, který zaujme protoplast v plazmolýzované buňce, závisí na koncentraci hypertonického roztoku i na
použitém plazmolytiku. Nejběžnější je plazmolýza konvexní, kdy protoplast zaujímá kulovitý tvar. V protáhlých buňkách se protoplast obvykle rozdělí na několik částí. Při vysoké koncentraci hypertonického
roztoku dochází ke konkávní plazmolýze, kdy protoplast zůstává v některých místech spojen s buněčnou
stěnou, v jiných místech se od ní značně oddaluje. V některých buňkách může být protoplast spojen s buněčnou stěnou cytoplazmatickými vlákny (Hechtova vlákna).
Typy plazmolýzy: hraniční, konvexní, konkávní
a spazmatická v buňkách epidermis cibule kuchyňské,
převzato z http://botany.upol.cz/atlasy/anatomie/
anatomieCR09.pdf
13
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
c (roztoku)
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
plazmolýza
ne
ne
ne
hraniční ano
ano
ano
ano
ano
ano
ano
1.
Zvětšení:
Koncentrace roztoku: 1M roztok NaCl
Prostředí: hypertonické
Buňky epidermis cibule kuchyňské v hypertonickém prostředí,
převzato z http://www.sci.muni.cz/~anatomy/cytology/html/allium_4.htm
Buňka epidermis cibule kuchyňské v hypertonickém prostředí, šipkami naznačeno smršťování protoplastu
(upraveno podle Kincl L. a kol., 1993)
Prostředí s vyšší koncentrací osmoticky aktivních látek, prostředí odčerpává vodu z buňky, protoplast se odchlipuje od buněčné stěny a smršťuje se.
Pracovní list (řešená učitelská varianta)
Vzorek
Osmotické jevy
2. Vypracování:
biologie
Plazmoptýza: jev, který nastává naopak v hypotonickém prostředí (koncentrace látek v prostředí je menší než koncentrace látek v buňce), buňka nasává vodu a zvětšuje svůj objem, v krajním případě může
dojít až k prasknutí buněčné stěny.
14
Zvětšení:
Prostředí: izotonické
Zvětšení:
Koncentrace roztoku:
Prostředí: izotonické
Buňky epidermis cibule kuchyňské v izotonickém prostředí, počínající hraniční plazmolýza,
šipky označují místa, kde dochází k odtržení cytoplazmatické membrány od buněčné stěny
(upraveno podle Kincl L. a kol., 1993)
Dochází k hraniční plazmolýze, cytoplazmatická membrána se začíná odchlipovat od buněčné stěny v rozích buňky.
3.
Zvětšení:
Koncentrace roztoku: pouze destilovaná voda
Prostředí: hypotonické
Buňky epidermis cibule kuchyňské v hypotonickém prostředí,
převzato z http://www.sciencephoto.com/media/10543/enlarge
Je-li buňka v hypotonickém prostředí, dochází k příjmu vody do buňky. Buňka je plně nasycená vodou
(turgescentní buňka).
Pracovní list (řešená učitelská varianta)
Buňky epidermis cibule kuchyňské v izotonickém prostředí,
převzato z http://www.sci.muni.cz/~anatomy/cytology/html/allium_3.htm
Osmotické jevy
Koncentrace roztoku:
biologie
2. Hraniční plazmolýza
15
(pro teplotu místnosti 20°C a koncentraci roztoku plazmolytika (NaCl) 0,3 mol.dm-3, při níž nastává hraniční
plazmolýza)
π= -8,314·293,15·2·0,3
π= - 1462,35 kPa = - 1,46 MPa
1. Proč nemůže být pacientům nitrožilně podávána čistá voda, ale tzv. fyziologický roztok? K jakému jevu
by došlo, kdyby byla místo fyziologického roztoku čistá voda podána?
Čistá voda má nulovou koncentraci rozpuštěných látek, tedy nižší než je koncentrace rozpuštěných látek
v krvi. Proto by došlo k plazmoptýze (cytolýze) červených krvinek (hemolýza) v důsledku osmotického příjmu vody – popraskání červených krvinek. Pacientům je proto nitrožilně podáván tzv. fyziologický roztok,
který má obdobnou koncentraci rozpuštěných látek jako je v krvi tj. z osmotického hlediska isotonický roztok). Jakožto fyziologický roztok se používá 0,9% roztok NaCl.
2. Co se v principu děje, když se lilek nechává tzv. „vypotit“?
Lilek se posolí a sůl vytvoří na povrchu buněk hypertonické prostředí, které buňkám odnímá vodu. Na povrchu lilku objeví kapky vody.
3. Proč často usychají rostliny v pásu kolem silnic, které se v zimě solí?
Rostliny jsou schopny přijímat vodu pouze v hypotonickém prostředí. Vysoká koncentrace solí vytváří pro
rostliny hypertonické prostředí, které jim neumožňuje vodu přijímat, ale naopak je jim voda prostředím
odnímána a rostliny usychají.
5. Závěr:
• Vysvětlete, co je to hraniční plazmolýza.
Hraniční plazmolýza nastává v roztoku, který má přibližně stejnou koncentraci osmoticky aktivních látek,
jako je koncentrace osmoticky aktivních látek v buňce (izotonické prostředí). Dochází k odchlipování cytoplazmatické membrány od buněčné stěny.
Pracovní list (řešená učitelská varianta)
4. Doplňující otázky
Osmotické jevy
π = - RT c i
biologie
3. Výpočet osmotického potenciálu:
BIOLOGIE
Osmotické jevy aneb Proč se „potí“ lilek?
Pracovní list (žákovská varianta)
Úkoly:
1. Vyplňte slovníček pojmů.
2. Podle pracovního návodu připravte roztoky o zadané koncentraci NaCl a vložte do nich vzorky epidermis
cibule kuchyňské.
3. Pozorujte vzorky pod mikroskopem a zakreslete stav buněk v prostředí o zadané koncentraci.
4. Určete koncentraci roztoku, při kterém dochází k hraniční plazmolýze, a vypočítejte osmotický potenciál.
1. Vysvětlete pojmy:
Osmóza:
Plazmolýza:
Plazmoptýza:
17
Vzorek
0
biologie
2. Vypracování:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Osmotické jevy
c (roztoku)
plazmolýza
Zvětšení:
Koncentrace roztoku: 1M roztok NaCl
Prostředí:
2. Hraniční plazmolýza
Zvětšení:
Koncentrace roztoku:
Prostředí:
3.
Zvětšení:
Koncentrace roztoku: pouze destilovaná voda
Prostředí:
Pracovní list (žákovská varianta)
1.
10
18
biologie
3. Výpočet osmotického potenciálu:
Osmotické jevy
Proč nemůže být pacientům nitrožilně podávána čistá voda, ale tzv. fyziologický roztok?
K jakému jevu by došlo, kdyby byla místo fyziologického roztoku čistá voda podána?
Co se v principu děje, když se lilek nechává tzv. „vypotit“?
Pracovní list (žákovská varianta)
4. Doplňující otázky
19
biologie
Proč často usychají rostliny v pásu kolem silnic, které se v zimě solí?
Osmotické jevy
Vysvětlete, co je to hraniční plazmolýza.
Pracovní list (žákovská varianta)
5. Závěr:
Download

popis cvičení a protokol žáka