FIZIOLOGIA CELULEI VEGETALE

Embed Size (px)

Citation preview

FIZIOLOGIA CELULEI VEGETALE1.1. FENOMENE FIZICO - CHIMICE CE STAU LA BAZA METABOLISMULUI CELULAR1.1.1. AdsorbtiaPrin adsorbtie se ntelege cresterea concentratiei unei substante la interfata a doua faze (solid - lichid, lichid - lichid, solid - gazos etc.). Aceasta apare sub influenta diferentei de intensitate a fortelor care se exercita ntre particulele ce formeaza interfata. Natura acestor forte variaza de la forte slabe de natura fizica care provoaca o adsorbtie slaba, adsorbtie fizica, pna la forte care prin intensitate se apropie de legatura chimica - chimiosorbtie. Adsorbtia este cu att mai mare cu ct suprafata materialului adsorbant este mai mare (dimensiunile particulelor mai mici). Adsorbtia mai depinde si de ncarcarea electrica att a particulei de adsorbant ct si a moleculelor substantelor adsorbite. Ca medii adsorbante se pot folosi: praful de carbune, diferite soluri fin pulverizate, precum si geluri coloidale, cum este hrtia de filtru.Procesul de nutritie a celulelor n parte sau a sistemului radicular n ntregime ncepe prin acumularea substantelor nutritive lnga suprafata fiziologic activa si se realizeaza prin doua mecanisme: prin deplasarea activa a organului de absorbtie n substrat si prin procese fizico-chimice de adsorbtie, care determina directia difuziunii.La tesuturile plantelor se nregistreaza o saturatie cu ioni datorita procesului de adsorbtie, aproximativ dupa o ora de la scufundarea tesuturilor n solutie. S-a observat ca n curs de 10 minute de la introducerea tesuturilor n solutie, ele absorb aproximai 70% din cantitatea de ioni adsorbita pe suprafata sistemului radicular.Experienta nr. 1Adsorbtia Pb(NO3)2pe praful de carbuneSe iau ntr-o eprubeta 2 ml solutie Pb(NO3)20,07% peste care se toarna 1 ml solutie K2Cr2O7ntre 2 si 5%. Se obtine un precipitat galben de PbCr2O7. ntr-o alta eprubeta se ia solutie de Pb(NO3)2de aceeasi concentratie si se adauga un vrf de briceag de negru animal. Se agita cteva minute, apoi se filtreaza. n filtratul obtinut se face proba cu K2Cr2O7. Reactia este negativa, deoarece Pb(NO3)2a fost fixat adsorbtiv pe suprafata particulelor de carbune.Experienta nr. 2Adsorbtia violetului de metil de catre solSe foloseste un tub de sticla ngustat la partea inferioara, care se umple pna la jumatate cu sol fin (fig. 1). Deasupra solului se toarna o solutie diluata (1/10000) de violet de metil. n vasul de culegere se va scurge un filtrat complet decolorat, deoarece violetul de metil a fost adsorbit total de catre sol.Experienta nr. 3Adsorbtia albastrului de metilen si a eozinei de catre gelurile coloidaleCapacitatea diferita de adsorbtie a substantelor se poate demonstra prin adsorbtia albastrului de metilen si a eozinei pe hrtia de filtru, care este un gel coloidal de celuloza, ale carui micele sunt ncarcate cu electricitate negativa.Se iau 3 eprubete perfect uscate. Cu pipeta se introduce n fundul primei eprubete 1 ml de albastru de metilen 0,1%, n a doua eprubeta 1 ml eozina 0,1% si n a treia eprubeta 1 ml de amestec n parti egale de albastru de metilen si eozina n concentratiile mentionate. n fiecare eprubeta se introduce cte o fsie de hrtie de filtru de 1/20 cm, astfel nct sa intre cu un capat n lichid.Dupa 2-3 ore se observa urmatorul aspect: n toate eprubetele apa s-a urcat prin capilaritate pna la o anumita naltime; n prima eprubeta, albastrul de metilen, fiind un colorant bazic (electropozitiv), se adsoarbe puternic la baza hrtiei de filtru; n eprubeta a 2-a, eozina, colorant acid (electronegativ), care nu poate fi adsorbita de micelele coloidale ale hrtiei de filtru, urca aproape pna la acelasi nivel cu apa; n eprubeta cu amestec se observa separarea colorantilor conform proprietatilor lor adsorbtive (pe fsia de hrtie de filtru albastrul de metilen ramne adsorbit la baza hrtiei, iar eozina urca mpreuna cu apa).Experienta nr. 4Adsorbtia si elutiuneaFenomenul invers adsorbtiei se numeste elutiune (=substantele fixate adsorbtiv pot fi reluate de pe suprafata materialului adsorbant, folosind solventi convenabili).Se iau ntr-o eprubeta 3 ml solutie de fuxina acida 1/10000 peste care se adauga putin negru animal. Se agita eprubeta cteva minute, apoi se filtreaza. Filtratul obtinut va fi incolor. Pe hrtia de filtru vor ramne particule de carbune pe suprafata carora s-a adsorbit fuxina. Se toarna n plnie, peste hrtia de filtru cu carbune, alcool etilic 95%. Acesta elutioneaza fuxina, iar filtratul va fi colorat n rosu.Experienta nr. 5Adsorbtia elementelor minerale de catre complexul coloidal al soluluin solurile fertile se gaseste o cantitate apreciabila de coloizi organici si minerali (humati, hidrat feric, silicati, etc.), cu o mare putere de adsorbtie fata de diferiti cationi si anioni din solutia solului.Se iau doua plnii egale (de aproximativ 10 cm) si se pune n ele aceeasi cantitate de pamnt de gradina, pna la trei sferturi din naltimea lor, dupa ce n prealabil s-a pus la baza lor putina vata, ca sa mpiedice caderea particulelor de pamnt n jos.Peste pamntul din prima plnie se toarna ncet o solutie de fosfat acid de potasiu sau de sodiu 0,125 %, astfel ca sa nu se scurga din ea nimic n vasul colector. Dupa 1-2 ore se adauga peste pamntul din plnie apa distilata, care se colecteaza n vasul de sub plnie. Se iau din aceasta solutie 1-2 ml ntr-o eprubeta si se toarna peste ea solutie de molibdat de amoniu 10%. Prin ncalzire se obtine un precipitat galben caracteristic de fosfomolibdat de amoniu, care comparat cu fosfomolibdatul de amoniu obtinut din solutia initiala (nainte de trecerea prin sol), se prezinta mult mai slab, deoarece coloizii solului au adsorbit o parte din anionii fosfatului cu care s-a lucrat. Cnd solul este mai bogat n coloizi, ionii pot fi retinuti complet.Peste solul din plnia a doua se toarna ncet, pentru a avea timp sa se adsoarba, o solutie de KNO31%. Cu lichidul colectat n vasul de sub plnie se face proba cu difenilamina. Se va obtine o coloratie albastra, care n comparatie cu cea obtinuta ntr-o portiune din solutia initiala va fi mult mai deschisa.-Definiti adsorbtia!-Care sunt substantele adsorbante din experientele efectuate?-Ce particule au fost adsorbite pe praful de carbune?-Dati exemple de fixari adsorbtive care au loc la nivelul solului!-Care este procesul fiziologic major n care intervine adsorbtia?1.1.2. ImbibitiaImbibitia este capacitatea coloizilor macromoleculari de a absorbi lichid, marindu-si volumul. Prin imbibitie apa patrunde n diferite substante, dar si n organele plantelor. n imbibitie, viteza de difuziune a moleculelor de lichid fiind mai mare, ele patrund si se repartizeaza printre macromoleculele substantei care se mbiba. Patrunderea lichidului determina ndepartarea macromoleculelor ntre ele, iar volumul coloidului creste. Se cunosc doua tipuri de imbibitie: imbibitie nelimitata, cnd coloidul macromolecular trece total n solutie, si imbibitie limitata, cnd corpul mbibat ramne n stare de gel, pastrndu-si forma initiala. Fenomenul de imbibitie este reversibil. Ca urmare, un corp scos din apa, prin pierderea ei, revine dupa un anumit timp la greutatea si volumul initiale.Imbibitia substantelor n apa difera mult, fiind influentata de mai multi factori: natura substantelor, temperatura, valoarea pH-ului.n imbibitie se observa urmatoarele fenomene caracteristice:cresterea volumului coloiduluicontractia volumului total: WKCl>H2O.Explicarea mecanismului imbibitiei n electroliti se bazeaza pe consideratia ca ionii care se fixeaza pe micela coloidala aduc si apa lor de hidratare (dipolii de apa) si astfel imbibitia este mai redusa.Experienta nr. 10Influenta electrolitilor asupra imbibitiei substantelor mucilaginoase din testa semintelor de inSe introduc n patru eprubete aceleasi cantitati de seminte de in (care au testa bogata n mucilagii) si se marcheaza nivelul lor initial. Se adauga apoi n eprubete, n aceleasi cantitati, n prima apa, n a doua solutie de KCl 2M, n a treia NaCl 2M, iar n a patra LiCl 2M (fig. 6). Se va costata ca semintele se vor mbiba n mod diferit. Dupa 24 de ore se masoara diferentele de nivel la care au ajuns semintele mbibate si se noteaza rezultatele obtinute. n apa, imbibitia este mai mare dect n electroliti, care formeaza seria: KCl>NaCl>LiCl.Fig. 6. Influenta electrolitilor asupra imbibitiei substantelormucilaginoase din testa semintelor de inSpre deosebire de substantele proteice, substantele hidrocarbonate se mbiba mai mult cu apa dect cu solutii de electroliti. Aici, ionii dizolvati n apa au retinut apa cu putere. Efectul ionilor fixati pe micela este mai mic dect efectul celor ramasi n solutie, care retin apa.

-Definiti imbibitia!-Ce relatie exista ntre volumele substantelor implicate n imbibitie?-Ce importanta prezinta eliminarea de energie mecanica n timpul imbibitiei semintelor?-Cum variaza intensitatea imbibitiei cu diferiti electroliti n functie de natura substantelor ce se mbiba?1.1.3. DifuziuneaDifuziunea este fenomenul prin care doua sau mai multe tipuri de particule (ioni sau molecule) se amesteca n cazul n care vin n contact, datorita miscarilor lor cinetice. Sensul miscarii este ntotdeauna de la substanta mai concentrata catre cea mai diluata, chiar mpotriva gravitatiei.n cazul radacinii, absorbtia activa a substantelor prin plasmalema, n celule, determina diluarea solutiei din apoplast si, ca urmare, difuzia substantelor din solutia solului spre acesta. Transportul pasiv al ionilor prin membranele plasmatice are loc fara consum de energie si se realizeaza prin difuziune simpla sau difuziune facilitata, care se produce prin canalele proteice.O definitie mai precisa este urmatoarea: difuziunea este miscarea unei substante dintr-o zona cu un nalt potential chimic spre o zona cu un scazut potential chimic, care este determinata de energia cinetica a moleculelor, ionilor si atomilor.Directia de difuziune a unei substante este determinata doar de diferenta de potential chimic a acelei substante si este independenta de difuziunea altor substante.Viteza de difuziune a substantelor depinde de masa particulelor care difuzeaza, de concentratie, vscozitatea, temperatura mediului ncunjurator, precum si de alti factori.Dupa legea lui Fick, cantitatea de substanta difuzata (dm) exprimata n grame, n timpul dt se exprima prin formula:dm=D.A. (dc/dx)xdt,n care A este aria sectiunii transversale prin care se face difuziunea, D este coeficientul de difuziune, iar dc/dx este gradientul de concentratie (scaderea concentratiei pe unitatea distantei). Legea lui Fick este valabila si n cazul particulelor dizolvate si al solventului.Daca exista n solutie un gradient de potential electric, sarcinile pozitive si negative se misca n directii opuse (electrodifuziune).n sistemele biologice, unde difuziunea substantelor are loc prin membrane cu permeabilitate redusa (membrane lipidice), legea lui Fick este valabila cu aproximatie. n acest caz, particulele care difuzeaza au nevoie de energie cinetica pentru a nvinge barierele de potential electric n trecerea lor de la o fata a membranei la cealalta fata. O anumita particula poate sa se miste de la o pozitie la alta daca ea cstiga suficienta energie de activare din ciocnirile sale cu particulele vecine. n acest caz, difuziunea are un coeficient mai ridicat la temperatura si astfel mai multe particule pot sa-si procure energia necesara pentru difuziune.Experienta nr. 11Influenta masei moleculare asupra vitezei de difuziuneLa cele doua capete ale unui tub de sticla se introduce cte un tampon de bumbac. Daca se mbiba simultan cele doua tampoane, unul cu hidroxid de amoniu si celalalt cu acid clorhidric, n interiorul tubului se vor gasi doua gaze care difuzeaza: NH3si HCl. Locul unde cele doua gaze se ntlnesc este indicat de inelul alb de clorura de amoniu. Se observa ca inelul este mai aproape de capatul mbibat cu HCl (deoarece gazul cu masa moleculara mai mica - NH3- a avut o viteza de difuziune mai mare).Experienta nr. 12Difuziunea cristaloidelor n apantr-o eprubeta se introduce cu o pipeta o solutie de CuSO420%. Deasupra se toarna cu o pipeta un strat de apa, avnd grija ca cele doua lichide sa nu se amestece initial. Se marcheaza cu un creion gras limita de separare ntre cele doua lichide, apoi se lasa eprubeta n repaus. Dupa un timp (3-48 ore) se observa difuziunea CuSO4prin colorarea treptata a stratului de apa.Experienta nr. 13Difuziunea cristaloidelor n geluri coloidaleSe dizolva ntr-un flacon plasat ntr-o baie de apa fierbinte, 10 g de gelatina n 100 ml de apa distilata si, dupa ce s-a racit putin, se amesteca cu 10 ml de solutie de AgNO30,1n. Solul obtinut se toarna apoi, pna la aceeasi naltime, n 5 eprubete izodiametrice. Dupa gelificare se marcheaza meniscul lor si se adauga apoi n eprubete cte 3 ml din urmatoarele solutii: n prima eprubeta KCl, n a doua NaCl, n a treia CaCl2, n a patra MgCl2, n a cincea AlCl3, toate n concentratie de 1n. Se eticheteaza eprubetele si se aseaza n stativ, la ntuneric, pentru a mpiedica reducerea argintului la argint metalic. Difuziunea ionilor este nsotita de formarea clorurii de argint, de culoare alba, astfel ca frontul de naintare a curentului de difuzie se delimiteaza perfect. Dupa 24 de ore se observa rezultatele masurnd lungimea coloanei de precipitat(fig. 7).

Fig. 7. Difuziunea cristaloidelor n geluri coloidaleViteza de miscare a electrolitului este determinata de marimea nvelisului de apa pe care ionii sai au legat-o prin forte electrostatice. Marimea acestei capacitati de hidratare depinde de valenta cationului; la valente egale depinde de raza ionului, adica de numarul de straturi de electroni care nconjoara nucleul. Cu ct raza este mai mare, cuatt cantitatea de apa extrasa de ioni este mai mica. Astfel, dupaviteza de difuziune a cationilor se poate ntocmi seria: K+>Na+>Li+>Ca++>Mg++>Al+++.Experienta nr. 14Difuziunea coloidelor n geluri coloidaleViteza de difuziune a coloidelor n geluri coloidale este invers proportionala cu masa lor moleculara.Se prepara un sol de gelatina 10%, care se toarna, pna la acelasi nivel, n 7 eprubete izodiametrice. Dupa gelificare se adauga n fiecare eprubeta cte 2 ml din urmatoarele solutii coloidale: n prima eprubeta rosu neutru (M = 225,279) 1/10000, n a doua albastru de metilen (M = 284,410) 1/10000, n a treia albastru de anilina (M = 516,671), n a patra eozina (M =647,948) 1/10000, n a cincea tus negru, n a sasea rosu de Congo (M = 667,666) 1/10000 si n a saptea clei de amidon 0,1% (M ~ 1000000). Dupa 24 - 48 de ore se observa ca primele 4 substante patrund la niveluri diferite n gelul coloidal, formnd o scara descrescatoare, iar celelalte 3 substante nu difuzeaza deloc (fig 8).

Fig. 8. Difuziunea coloidelor n geluri coloidale-Definiti difuziunea!-Cum variaza viteza de difuziune n functie de masa moleculara?-Explicati distantele de difuziune diferite ale ionilor n geluri coloidale!-Explicati procesul de difuziune care are loc la iesirea vaporilor de apa din camera substomatica n mediu (n transpiratie)!1.1.4. OsmozaOsmoza este un caz special de difuziune, adica de ntrepatrundere a doua solutii de concentratii diferite separate printr-o membrana. n fenomenul de osmoza deplasarea solutiilor se face n sens opus difuziunii, adica are loc trecerea dizolvantului prin membrana catre mediul mai concentrat, ducnd astfel la uniformizarea concentratiilor.Membranele separatoare pot fi permeabile si semipermeabile.Prin membranele permeabile naturale si artificiale, trec apa si sarurile minerale dizolvate si foarte greu sau deloc substantele coloidale cu micele mai mari.Membranele semipermeabile pot fi naturale si artificiale. Semipermeabilitatea membranei artificiale de ferocianura de cupru este absoluta deoarece permite numai trecerea apei, spre deosebire de membranele plasmatice de la celulele vii, care au o semipermeabilitate relativa, adica permit trecerea apei, a ionilor minerali si a altor substante.Osmoza este un proces pasiv, generat de potentialul osmotic, dar realizarea si mentinerea acestui potential necesita consum de energie. Din aceasta cauza, blocarea procesului de respiratie si lipsa energiei biochimice mpiedica absorbtia apei n celule.n cazul osmozei, sensul si viteza de trecere a apei prin membrane sunt determinate nu numai de gradientul de concentratie sau de gradientul de presiune, ci de suma celor doua forte. Aceasta observatie a condus la dezvoltarea conceptului de forta totala conducatoare, denumita n fiziologie gradientul potentialului apei sau potentialul apei. Rezulta deci ca potentialul apei din plante reprezinta suma potentialului de turgescenta, a potentialului osmotic si a potentialului matricei celulare.Sensul de transport al apei este determinat de diferentele de concentratie dintre solutia intracelulara si solutia solului. n cazul n care solutia solului si solutia intracelulara au aceeasi concentratie, adica sunt izotonice, nu are loc transport de apa prin membranele plasmatice.n cazul n care solutia solului este mai diluata, adica este hipotonica fata de solutia intracelulara (sucul vacuolar), apa patrunde n celula prin endosmoza, trecnd prin bistratul de fosfolipide al plasmalemei. Ajunsa n citoplasma, apa trece prin tonoplast si intra n vacuola unde se gaseste cea mai mare cantitate de substante osmotic active. Acest fapt determina cresterea volumului vacuolei, care exercita o presiune asupra citoplasmei, iar aceasta preseaza, la rndul ei, asupra peretelui celular. Celula saturata cu apa se afla n stare de turgescenta. presiunea hidrostatica care ia nastere dupa saturarea celulei cu apa este cunoscuta sub denumirea de presiune de turgescenta, iar starea de saturare a celulelor cu apa reprezinta starea normala de turgescenta.Osmoza prin membrane permeabileExperienta nr. 15Osmometrul DutrchetAcest osmometru poarta numele botanistului francez R.H.Joachim Dutrchet (1776 - 1847), ntemeietorul osmometriei.Osmometrul Dutrchet este alcatuit dintr-un tub de sticla alungit si largit la un capat (fig. 9). La capatul lui largit, cu ajutorul unui fir de ata, se fixeaza o membrana degresata si umectata de tub de intestin de porc. Cu ajutorul unei pipete se introduce n el prin capatul opus, o cantitate de solutie de NaCl 10% pna la un anumit nivel, care se marcheaza cu un creion gras. Partea inferioara, la care a fost legata membrana, se scufunda ntr-un cristalizor cu apa distilata si apoi osmometrul se fixeaza la un stativ. Se constata, destul de repede, ca nivelul solutiei din intestin se ridica treptat pna la un nivel maxim. Dupa cteva ore nivelul ncepe sa scada pna cnd lichidele din osmometru si din cristalizor ajung la aceeasi naltime. n acest moment se stabileste izotonia ntre cele doua solutii.La nceput solutia din osmometru era hipertonica n raport cu apa din cristalizor si, ca urmare, apa patrunde prin osmoza n osmometru datorita curentului endosmotic. Concomitent si substanta dizolvata traverseaza membrana printr-un curent exosmotic. Astfel, solutia din osmometru se dilueaza treptat, iar cea din cristalizor se concentreaza. Predominarea initiala a curentului endosmotic se explica prin faptul ca la nceput moleculele de apa din cristalizor sunt n numar mai mare, la unitatea de volum, dect cele din osmometru, n care se gasesc si ioni de Na+si Cl-. Ca urmare, energia cinetica a moleculelor de apa din cristalizor este mai mare, si, loviturile lor pe membrana fiind mai dese, ele strabat mai repede membrana.Experienta nr. 16Hipotonie, izotonie si hipertonieSe iau 3 cristalizoare: n primul se introduce apa, n al doilea si al treilea NaCl 20% (fig. 10). De asemenea, se iau 3 tuburi de intestin de porc lungi de cte 10 cm. Se leaga cu o sfoara la cte un capat. Dupa aceasta operatie, se introduce ntr-unul din tuburi o solutie de NaCl 20% si se leaga apoi la celalalt capat. Se clateste apoi tubul cu apa si se introduce n primul cristalizor. n al doilea cristalizor se introduce al doilea tub de intestin plin cu NaCl 20%, iar n al treilea cristalizor se introduce al treilea tub de intestin plin cu apa. Se lasa n repaus 1 - 2 ore, dupa care se iau rezultatele.

Fig. 10. Hipotonie, izotonie si hipertonieLa cristalizorul 1, apa din exterior va fi atrasa printr-un curent endosmotic de NaCl 20% din interiorul "celulei" (aceasta se va umfla si va ajunge n stare de turgescenta). Apa se considera a fi o solutie hipotonica fata de solutia din interiorul tubului, care este hipertonica fata de apa.n cristalizorul 2, "celula" va ramne n starea initiala, cele doua solutii fiind izotonice (de aceeasi concentratie).n cristalizorul 3, apa din interiorul tubului de intestin va iesi afara, "celula" se zbrceste, ajunge n stare de plasmoliza.Osmoza prin membrane semipermeabileExperienta nr. 17Celula artificiala a lui Traubea) Se pune ntr-o eprubeta o solutie de CuSO40,5n. Cu ajutorul unei pipete se introduce, prelingnd pe perete, o picatura de solutie de ferocianura de potasiu 1n. Picatura de ferocianura de potasiu se va nconjura imediat de o membrana semipermeabila de precipitare, fragila, de ferocianura de cupru:K4[ Fe (CN)6] + 2CuSO4= Cu2[ Fe (CN)6] + 2K2SO4Prin formarea membranei, solutie de ferocianura de potasiu se va delimita de solutia de CuSO4, sub forma unei "celule". Concentratia celor doua solutii va fi diferita, ntre ele se va stabili un intens curent osmotic. Apa din solutia de CuSO4, care este mai putin concentrata, va trece osmotic prin membrana semipermeabila spre solutia mai concentrata de ferocianura de potasiu din interiorul "celulei". Membrana "celulei" se va umfla, va crapa, iar cele doua solutii, intrnd n contact direct, vor reface membrana. Procesul va continua pna la uniformizarea concentratiilor (fig. 11).

b) ntr-o eprubeta cu solutie de ferocianura de potasiu se da drumul unui cristal de CuSO4. Cristalul se nconjoara imediat cu precipitatul de ferocianura cuprica, cu aspect de membrana, care creste cu timpul sub forma unui deget de manusa. Mecanismul de crestere a precipitatului este acelasi, intrarea endosmotica a apei din solutia de ferocianura de potasiu fiind cauzata de hipertonia solutiei interne de CuSO4.Acelasi rezultat se obtine si n cazul cnd se inverseaza ordinea substantelor, adica prin adaugarea unui cristal de ferocianura de potasiu ntr-o solutie de CuSO43%.Experienta nr. 18Pregatirea de membrane semipermeabile rezistenteSe ia un osmometru scurt, se leaga la partea inferioara cu o hrtie de celofan care s-a nmuiat n apa calduta. Se pregateste o solutie de gelatina 10%. n osmometrul legat cu celofan, care se mentine cald deasupra unei bai, se toarna solutia de gelatina fierbinte, att ct sa formeze un strat uniform, gros de 2 - 3 mm, pe toata suprafata celofanului (fig. 12). Osmometrul fixat n stativ se lasa n repaus pentru a se raci. Cnd gelatina s-a ntarit, se toarna n osmometru circa 5ml de CuSO43% si apoi se introduce cu membrana ntr-o solutie de ferocianura de potasiu 3%. Osmometrul fixat n stativ se lasa sa stea n solutie timp de 24 de ore. Solutiile de CuSO4si ferocianura de potasiu vor difuza n gelatina. La locul de ntlnire se va forma un precipitat de ferocianura de cupru, de culoare bruna, care se depune uniform, formnd o membrana semipermeabila rezistenta, deoarece a luat nastere pe un schelet de gelatina. Dupa 24 de ore se spala osmometrul la exterior si interior cu apa distilata apoi se poate monta cu o solutie osmotic activa.Experienta nr. 19Substante osmotic active si osmotic inactiveSucul vacuolar este o solutie apoasa n care sunt dizolvate particule (ioni si molecule) de substante minerale si de substante organice (zaharuri simple, acizi organici, taninuri, glucozizi, acizi aminici etc.), care, avnd dimensiuni mici, maresc concentratia solutiei si ca urmare "atrag" apa. Ele sunt substante osmotic active. Substantele organice cu molecula mare, cum sunt proteinele si amidonul, contribuie putin la concentratia solutiei si nu "atrag" apa. Ele sunt substante osmotic inactive.Se iau 2 morcovi sau 2 cartofi egali si se scobesc ctiva cm. n scobitura unuia din morcovi se introduce NaCl cristalizat, iar n scobitura celuilalt amidon. Dupa 1-2 zile se va observa ca morcovul n care s-a pus NaCl s-a zbrcit, n timp ce celalalt ramne n starea initiala de turgescenta. Clorura de sodiu, fiind o substanta osmotic activa, atrage apa din tesuturi, plasmolizndu-le. Amidonul este o substanta osmotic inactiva si nu va provoca plasmoliza tesuturilor.Experienta nr. 20Echilibrul DonnanSolutiile cristaloide ajung, prin dializa, la un echilibru osmotic de o parte si de alta a membranei (Dializa este fenomenul de trecere a unei substante dizolvate printr-o membrana permeabila, care desparte solutia de dizolvantul pur.). Coloidele nsa, desi dezvolta presiuni osmotice foarte mici, pot influenta starea de echilibru osmotic, provocnd hipertonia mediului intern prin stabilirea echilibrului Donnan, denumit astfel dupa numele descoperitorului sau, F. Donnan.Pentru evidentiere se leaga o membrana dializanta la capatul unui tub de sticla mic si se introduce n el o solutie de rosu de Congo 0,1 M, adica sarea de sodiu a unui anion coloidal nedializabil. Se astupa tubul cu un dop, care este strabatut de un tub capilar, astfel nct colorantul sa se urce n capilar putin deasupra dopului pna la nivelul0(fig. 13), dupa care se introduce cu membrana ntr-o solutie de NaCl 0,1 M, aflata ntr-un cristalizor.Fig. 13. Echilibrul Donnanntruct ionii de Na+si Cl-pot dializa, solutia din tub devine hipertonica fata de cea externa, prin acumularea din exterior n special a cationilor, stabilindu-se un echilibru electrostatic de o parte si de alta a membranei: este echilibrul Donnan sau echilibrul de membrana. Fenomenul se explica astfel: datorita masei moleculare diferite a celor doua substante (rosul de Congo are masa moleculara de 696,67 si contine numai doi atomi de Na care pot disocia n ioni Na+, iar NaCl are masa moleculara de 58,44), initial sunt mai multi ioni de Na+n solutia externa si ei dializeaza, dupa legea difuziei, patrunznd n tub; n procesul difuziei ionii de semn contrar nu se despart, astfel ca, odata cu ionii de sodiu dializeaza si cei de clor, care, fiind nsa respinsi de ionul coloidal nedializabil R-al substantei din tub, ajung n solutia interna n cantitate mult mai mica. Stabilirea echilibrului Donnan se constata prin urcarea solutiei interne la nivelulh.-Definiti osmoza!-Definiti termenii: hipotonie, izotonie, hipertonie!-Explicati procesul de osmoza care are loc n cazul absorbtiei apei la nivelul radacinii!-Explicati echilibrul Donnan!1.2. CELULA VEGETALA CA SISTEM OSMOTICCelula vegetala contine sucul vacuolar - solutie apoasa n care sunt dizolvate diferite substante minerale si substante organice cu molecula mica (zaharoza, acizi organici etc.) care manifesta o anumita tonicitate, iar prezenta acestor substante osmotic active face posibila atragerea apei. Celula vegetala poseda membrane semipermeabile selective (plasmalema si tonoplastul) care separa medii de concentratii diferite.Experienta nr. 21Turgescenta, plasmoliza si deplasmolizan cazul n care o celula vegetala vie se afla ntr-un mediu hipotonic, apa din mediu patrunde n ea printr-un curent endosmotic si celula si mareste volumul. Elasticitatea membranei este nsa redusa, fapt ce face ca ea sa exercite o contrapresiune din ce n ce mai mare asupra continutului celular. Aceasta este presiunea membranei, care imprima o stare de rigiditate, de tensiune, care se numeste turgescenta. Aceasta este starea normala a celulelor vegetale bine aprovizionate cu apa, care ofera o mare rigiditate tesuturilor, permitnd portul erect al plantelor ierboase si portul caracteristic al frunzelor si ramurilor tinere de la plantele lemnoase. Modificarile de turgescenta explica efectuarea unor miscari la plante.n cazul n care celulele vegetale sunt plasate ntr-un mediu hipertonic, apa iese din ele printr-un curent exosmotic, turgescenta lor dispare, apoi plasmalema ncepe sa se desprinda de peretii celulari, mai nti la colturile celulei (plasmoliza incipienta), apoi si n alte zone (plasmoliza concava) si apoi aproape total (plasmoliza finala sau convexa). n stadiul de plasmoliza convexa protoplasma este contractata n jurul vacuolei, ramnnd n contact cu peretii celulari prin niste filamente fine (firele lui Hecht). Vacuola este puternic deshidratata si adesea se fragmenteaza n vacuole mici (fig. 14).

Fig. 14. Plasmoliza: a - incipienta; b - concava; c - convexa.Se taie o portiune mica din epiderma inferioara a unei frunze modificate dintr-un bulb deAllium cepa, se ntinde bine pe o lama de sticla ntr-o picatura de KNO31M, se acopera cu lamela si se examineaza la microscop. Se va constata ca plasmoliza totala se instaleaza dupa aproximativ 20 de minute, trecnd prin fazele descrise. Observatia este mult usurata n cazul cnd celulele sunt colorate n prealabil cu rosu neutru, sau n cazul n care se folosesc epiderme de la plante care contin antociani n vacuole (ceapa rosie, petale de Anemone etc.).Pentru evidentierea deplasmolizei celulare se procedeaza astfel: dupa observarea stadiului final de plasmoliza, daca se nlocuieste cu precautie solutia de KNO3cu apa de conducta (punnd o picatura de apa pe marginea lamelei si absorbind de cealalta parte cu hrtia de filtru), vacuola, avnd un suc celular concentrat, va suge apa, ceea ce cu timpul duce la refacerea turgescentei celulelor.Experienta nr. 22Determinarea presiunii osmotice prin procedeul plasmolizei incipiente (metoda Hugo de Vries)Cunoasterea valorii presiunii osmotice are nu numai o importanta teoretica, ci si o importanta practica ntruct ofera indicii asupra gradului de aprovizionare cu apa a plantelor, a carui cunoastere este deosebit de importanta n cazul plantelor agricole cultivate n conditii de irigare. Ideal ar fi ca determinarea presiunii osmotice a sucului celular sa se efectueze cu ajutorul osmometrului Pfeffer, dar este greu de obtinut suc celular n cantitati corespunzatoare. De aceea se recurge la procedee indirecte, care pot fi fizice sau biologice. Procedeele biologice utilizeaza material viu, iar cele fizice suc stors din plante (deci nu suc vacuolar pur), care se obtine prin mortificarea materialului si stoarcerea lui. Mortificarea este necesara pentru a se mari permeabilitatea structurilor biologice, astfel ca sa se obtina sucul celular ct mai usor si ct mai nealterat.Se pregatesc, conform tabelului 1, pornind de la o solutie de zaharoza 1 M, solutii cu concentratiile de 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9 si 1 M, care se iau n volume de cte 10 ml si se pun fiecare n cte o sticla de ceas. Se scufunda apoi n fiecare solutie cte un fragment din epiderma inferioara a frunzelor modificate ale bulbului de ceapa (segmentele de epiderma trebuie sa provina de la aceeasi frunza si de pe aceeasi paralela). Se acopera sticlele de ceas pentru a mpiedica evaporatia, se marcheaza concentratiile solutiilor si se lasa n repaus timp de o ora. Se examineaza apoi fiecare fragment din epiderma la microscop (pregatind preparate microscopice obisnuite ntre lama si lamela, pe lama punndu-se solutie n care a stat respectivul material biologic), pentru a depista n care dintre solutii cel putin 50% din celule se gasesc n stadiul de plasmoliza incipienta.Tabelul 1. Pregatirea solutiilor de zaharozaSolutie zaharoza 1 M (ml)012345678910

Apa distilata (ml)109876543210

Concentratia finala a solutiei de zaharoza (M)00,10,20,30,40,50,60,70,80,91

Se va constata ca celulele sunt turgescente n cazul solutiilor cu concentratii mai mici, deci hipotonice, n timp ce solutiile mai concentrate n zaharoza (deci hipertonice), celulele sunt plasmolizate (remarcnd plasmoliza n diferite faze, n functie de concentratia mediului n care a stat tesutul vegetal).Exista nsa o anumita concentratie la care se va observa o usoara plasmoliza (plasmoliza incipienta). Se poate aprecia prin urmare ca, concentratia interna si externa sunt egale. Aceasta concentratie sau, evident, o concentratie putin mai mica, corespunde concentratiei sucului vacuolar celular.Calcularea fortei de suctiune sau a presiunii osmotice (n cazul celulelor usor plasmolizate, valoarea fortei de suctiune este egala cu ntreaga valoare a presiunii osmotice) se realizeaza dupa rationamentul:Daca la o solutie 1 M zaharoza ... presiunea osmotica este 22,4 atmPentru o solutie 0,3 M .......................presiunea osmotica estexatmRezulta ca presiunea osmotica n acest caz este: Po= 22,4 x 0,3/1 = 6,72 atm.Experienta nr. 23Masurarea fortei de suctiune a celulelor vegetaleApa patrunde n celulele vegetale ca si cum ar fi supta de o forta, ce a fost denumita forta de suctiune. Forta de suctiune este determinata de diferenta existenta la un moment dat ntre presiunea osmotica si presiunea de turgescenta.Determinarea fortei de suctiune a celulelor vegetale se poate face prin mai multe procedee (procedeul volumetric, procedeul gravimetric, procedeul refractometric, procedeul curentilor).Procedeul volumetricAcesta consta n plasarea unor fragmente de organe sau tesuturi ntr-o serie de solutii cu presiuni osmotice cunoscute, pentru stabilirea solutiei n care volumul materialului vegetal ramne constant. presiunea osmotica a acestei solutii este egala cu DPD al materialului vegetal si se exprima n atmosfere.Se iau sase eprubete si se toarna n fiecare din ele cte 10 ml dintr-una din urmatoarele lichide: n prima apa distilata, n a doua o solutie 0,2 M, n a treia o solutie 0,4 M, n a patra o solutie 0,6 M, n a cincea o solutie 0,8 M si n a sasea o solutie 1M zaharoza, care se pregatesc pornind de la o solutie de zaharoza 1M, dupa procedeul prezentat n tabelul 1. Dupa pregatirea solutiilor se agita continutul eprubetelor si se introduce n fiecare dintre ele cte o carota de 30-50 mm lungime, scoasa dintr-un tubercul de cartof. Toate carotele trebuie sa aiba aceeasi lungime si sa fie scoase din acelasi tubercul. Dupa 12 ore de imersie, se scot carotele din solutii, se tamponeaza usor cu hrtie sugativa si se masoara. n solutiile hipotonice lungimea carotelor va fi marita, n cele hipertonice micsorata, iar n solutia izotonica dimensiunea carotei va ramne constanta. Valoarea fortei de suctiune va fi egala cu presiunea osmotica a solutiei izotonice si se calculeaza cu ajutorul relatiei:S = CRT,n care:S - forta de suctiune a materialului vegetal (n atmosfere);C - concentratia solutiei izotonice (n moli);R - constanta gazelor perfecte (0,08207);T - temperatura absoluta (273 + temperatura de lucru n laborator).n cazul n care nu se va gasi o solutie izotonica, pentru valoarea lui C din formula se considera media concentratiei (n moli) celor doua solutii nvecinate, n care ntr-una materialul vegetal si-a marit, iar n cealalta si-a micsorat lungimea fata de cea initiala.Procedeul curentilor (sardakov)Principiul metodei consta n gasirea unei solutii izotonice cu sucul vacuolar, ceea ce se stabileste urmarind variatia concentratiilor unor solutii n care au stat fragmente de tesut vegetal.Pentru determinare se iau 10 eprubete. Dintr-o solutie de zaharoza 1 M se fac dilutii de 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8 si 0,9 M (tabelul 1). n fiecare eprubeta se pun cte 10 ml din cte una din solutiile pregatite, iar n ultima, aceeasi cantitate din solutia 1 M. Continutul fiecarei eprubete se mparte n doua, obtinndu-se astfel doua siruri de eprubete. n fiecare eprubeta a unui sir se introduce cte un fragment din acelasi tesut vegetal si se lasa 20-30 de minute, dupa care se pune cte o picatura de albastru de metilen. Apoi, cu cte o pipeta capilara se ia din fiecare eprubeta din al doilea sir cte o coloana de 14-15 cm de lichid colorat si i se da drumul cu atentie unei picaturi n centrul eprubetei corespunzatoare din primul sir. La concentratiile mari, hipertonice, care s-au diluat n urma schimbului osmotic cu tesutul si si-au micsorat densitatea, se vor observa curenti ascendenti de lichid colorat. La eprubetele cu solutii hipotonice se vor observa curenti descendenti. n eprubeta n care solutia este izotonica cu sucul vacuolar din tesut, lichidul colorat introdus n solutia initiala va ramne pe loc.Pornind de la valoarea concentratiei acestei solutii, se poate calcula forta de suctiune a tesutului dupa formula:P=CRT,unde,P= forta de suctiune, C= concentratia solutiei izotonice cu sucul celular, R= constanta gazelor perfecte (=0,08207), T= 273+ temperatura de lucru n laborator.Forta de suctiune a diferitelor tesuturi vegetale mai poate fi determinata cu ajutorulprocedeului refractometric, alprocedeului Ursprung si Blum,prinpsichrometrie,prinmetoda crioscopica, prin utilizareacamerei de presiune.