Водный обмен растений - Жолкепич В.Н.
ISBN 5-02-003977-2
Скачать (прямая ссылка):
Более универсальной и точной является методика, связанная с применением так называемого зонда давления [5, 12, 41, 130, 133—137]. Разработка этой методики составила в буквальном смысле слова эпоху в изучении потенциала давлеппя (тур-горпого давления) индивидуальных клеток, которое, несмотря па чрезвычайную актуальность, сдерживалось именно из-за отсутствия доступного и надежного метода. Принцип метода заключается в следующем. Стеклянный мнкрокапилляр с очень узким кончиком заполняется силиконовым маслом до риски вблизи кончика; это исходный уровень масла. Когда кончик капилляра вводят в клетку, масло несколько отступает от кончика под действием внутриклеточного давления. При помощи микрометрического винта границу масла доводят до исходного уровня.
Именно в этот момент манометр или датчик, преобразующий давление в электрический сигнал, и регистрируют внутриклеточное давление.
Первоначально зонд давления использовали только при работе с гигантскими клетками водорослей. По мере усовершенствования метода стало возможным работать со значительно более мелкими клетками листьев и корней высших растений, а также измерять, помимо потенциала давления, целый ряд показателей водообмена. Сама установка при этом постепенно претерпевала все новые и новые весьма существенные усложнения. Однако мнкрокапилляр, вводимый в клетку (зонд), менялся сравнительно мало. Этот зонд изображен на рис. 9, а на рис. 10 — схема установки для работы с клетками тканей высших растений.
РИС. 9. Схема зонда давления, применяемого для измерении потенциала давления, гидравлической проводимости, коэффициентов эластичности и отражения у отдельных растительных клеток '[5}
I — клеточный сок; 2 — микрокапилляр; 3 — силиконовое масло; 4 — микрометрический винт; 5 — датчик давления
РИС. 10. Схема модифицированной установки для измерения с помощью зонда давления гидростатического давления и других параметров водообмена клеток высших растений [132]
/ — растительная ткань; 2 — инкубационная среда; 3—микрокапилляр; 4 — электрод сравнения; 5—датчик давления; 6 — электрод сопротивления; 7 — система обратной связи; 8 — силиконовое масло; 9 — резиновые прокладки; 10 — металлический стержень; 11 — электродвигатель; 12 — редуктор; 13 — микрометрический винт
Данная установка, предназначенная сначала лишь для измерения потенциала давления, ныне применяется также для измерения коэффициента эластичности клеточных оболочек, гидравлической проводимости и коэффициента отражения. С ее помощью пытаются измерять даже корневое давление [136].
Для определения коэффициента объемной эластичности кле-
точных оболочек вращением микрометрического винта вызывают регистрируемые колебания внутриклеточного давления и измеряют происходящие в это время изменения объема клетки. Коэффициент эластичности (е) вычисляется по формуле
e={dP/dV) V,
где Р — потенциал давления, V—объем клетки. Строго говоря, такое определение коэффициента эластичности применимо только к изолированным клеткам, которые не испытывают давления соседних, как это имеет место в ткани. Тем не менее из анализа кривой давление — объем есть возможность получить средние размеры величины коэффициента эластичности для ткани.
Вызывая с помощью зонда давления быстрые и воспроизводимые изменения тургора в клетках, одновременно регистрируют вход и выход воды при соответствующих изменениях давления и объема. На основе этих данных рассчитывают гидравлическую проводимость, а в присутствии различных растворов — и коэффициент отражения. Об этих показателях речь еще будет впереди.
В последние годы зонд давления успешно применяется при изучении водообмена корня. Метод основан на регистрации корневого давления и потоков воды через корень, индуцированных гидростатическими и осмотическими градиентами. Зонд корневого давления в принципе подобен зонду, использованному для гиганских клеток водорослей.
Помимо Циммермана и его сотрудников, некоторые другие авторы также предложили ряд устройств для определения потенциала давления в целых клетках путем применения внешней силы с одновременной регистрацией изменений измеряемых параметров [138—140].
РЕГУЛЯЦИЯ ВОДООБМЕНА КЛЕТОК
При установившемся токе воды физические условия могут быть, аналогично закону Ома, выражены следующим образом:
_ движущая сила тока
Скорость тока - ъ-'Току • ,;ли
Скорость тока = движущая сила тока х проводимость, поскольку проводимость (или проницаемость) есть величина, обратная сопротивлению.
Полагают, что главное сопротивление водному току оказывают мембраны, проводимость же оболочки и цитоплазмы значительно выше.
БАРЬЕРНОЕ ДЕЙСТВИЕ МЕМБРАН
Барьерное действие мембран в отношении транспорта воды демонстрировалось неоднократно [5, 112, 122, 141—143]. При этом плазмалемма рассматривается как главный барьер для
диффузии в клетки или из них, мембранам оргаиелл отводят аналогичную роль для различных субклеточных компартмеитов, а тонопласту — для вакуолей. Диффузия воды через мембрану происходит в 100 000 раз медленнее, чем через водный слой толщиной 750 нм {112]. В мембране способны оказывать сопротивление движению воды как оба поверхностных белковых слоя, так и состоящая из липидов внутренняя часть.
