Зависимость осмотического давления от внешних условий

Тургорное и осмотическое давление, сосущая сила. Механизм поглощения воды клеткой.

Общие представления о диффузии и осмосе.

Вся жизнедеятельность клетки связана с тем, что клетка постоянно поглощает из окружающей среды вещества и выделяет в нее продукты обмена. При этом важную роль играют осмос и диффузия.

Диффузия – это спонтанный процесс перетекания в системе или процесс выравнивания концентраций, не требующий затраты энергии и происходящий за счет броуновского движения. Для осуществления диффузии нужен объем и разность концентраций. Объемом в клетке является пространство (поры, межклетники, каналы), а разность концентраций создают вещества.

Осмос – передвижение растворителя через полупроницаемые мембраны и непрохождение через них растворенного вещества, если это идеально полупроницаемая мембрана.

Растительная клетка окружена клеточной оболочкой, которая может растягиваться. Вакуоль содержит большое количество сахаров, органических кислот, солей – осмотически активных веществ. В упрощенной модели клетки полупроницаемой мембраной считается плазмолемма и тонопласт одновременно. Вода через нее проходит легко, а вещества клетки – нет. При помещении клетки в воду, вода начинает в нее поступать.

Сила, с которой вода входит в клетку, называется сосущей силой S. Величина сосущей силы определяется осмотическим давлением клеточного сока П* и тургорным давлением в клетке Р.

Тургор – это напряженно состояние клеточной стенки, вызванное давлением клеточного содержимого, а противодавление оболочки на протопласт – это тургорное давление.

S = П* - Р

Когда клетка полностью насыщена водой (тургесцентна), ее сосущая сила равна нулю, а тургорное давление равно потенциальному осмотическому: S = 0, Р = П* (правая часть графика) – полное насыщение клетки водой. Состояние полного тургора наблюдается в клетках при достаточной влажности почвы и воздуха, когда вода не входит и не выходит из клетки (водоросли).

Клетки наземных растений никогда не бывают полностью насыщены водой из-за потери воды листьями. Возникает водный дефицит в клеточных стенках, затем в клеточных вакуолях, что приводит к перемещению из них воды в клеточные стенки, снижается тургорное давление в клетках и увеличивается их сосущая сила: S = П*, Р=О (левая часть графика) – клетка испытывает водный дефицит. При длительном недостатке влаги клетки теряют тургор и растение подвядает.

Зависимость между тургорным давлением (Р), осмотическим давлением (П*), и сосущей силой (S):

По отношению к концентрации клеточного сока внешние растворы могут быть:

1. Гипертоническими, осмотическое давление которых больше осмотического давления клеточного сока.

2. Изотоническими, осмотическое давление которых равно осмотическому давлению клеточного сока.

3. Гипотоническими, у которых давление меньше, чем давление клеточного сока.

При помещении живой клетки не в воду, а в гипертонический раствор тургор будет стремиться к нулю, а сосущая сила к величине полного осмотического давления. При этом раствор оттянет воду из клетки, клеточная стенка и цитоплазма сократятся, тургор изчезнет, цитоплазма будет отходить от клеточной стенки – наступит плазмолиз. Он бывает уголковый, вогнутый, выпуклый. Обратный процесс называется деплазмолизом.

Внешние условия в природе существенно влияют на показатели осмотического давления и сосущей силы. Они низки у растений пресных вод, и высоки у растений соленых водоемов и у растений засушливых мест. Избыток минеральных удобрений, особенно при посадке растений может вызвать плазмолиз клеток корня, жаркая погода и ветер – циторриз, клеточные стенки при котором вместе с цитоплазмой впячиваются внутрь и деформируются, стремясь разорвать цитоплазму.

Осмотические свойства клеток определяют поглощение воды растением, лежат в основе многих физиологических процессов в клетках:

1. Они определяют различные виды движений у растений (движения устьиц и др.).

2. От них зависит рост клеток.

3. Они определяют упругое состояние тканей и органов растений.

4. Они влияют на внешний вид и форму растений.

5. Они определяют передвижение воды и растворенных веществ.

6. Они влияют на устойчивость растений к неблагоприятным условиям.

7. Они регулируют в целом процесс фотосинтеза.