Водный обмен растений - Жолкепич В.Н.
ISBN 5-02-003977-2
Скачать (прямая ссылка):
ИЗОТОПНЫЙ АНАЛИЗ ВОДЫ
Анализ содержания стабильных изотопов сводится к определению избытка содержания данного изотопа в пробе по сравнению с природным.
Большинство методов анализа воды на содержание в ней дейтерия основано на различии физических свойств окиси про-тия Н2О и окиси дейтерия D2O (табл. 19). В принципе для изотопного анализа можно использовать измерение любой из констант воды. Преимущество имеют те константы, которые сильно различаются у D^O и Н20 и могут быть измерены просто и точно. Поэтому наибольшее распространение получили денсим-метрические методы изотопного анализа воды. Плотность D20 выше плотности обычной воды на 10% и измеряется при помощи доступной аппаратуры с точностью, доходящей до ±2-10-5% от измеряемой величины, что позволяет определять концентрацию дейтерия с очень высокой точностью (до ±2-10~4 ат.%).
Для изотопного анализа воды широко применяют также измерения показателя преломления, несмотря на то что показатели преломления D20 и Н20 различаются только на 0,35% • Это обусловлено тем, что при помощи интерферометра, прибора, довольно распространенного и не сложного в обращении, разность показателей преломления легко измеряется с точностью до седьмого десятичного знака, и, следовательно, концентрация дейтерия определяется с ошибкой, не превышающей тысячных долей процента.
Ряд очень важных преимуществ имеет метод изотопного анализа при помощи масс-спектрометра: исключается необходимость предварительной очистки воды от загрязнений, требуются очень небольшие количества образца (~0,01 мл), анализ выполняется быстро. В настоящее время в работах, выполненных
этим методом, достигнута высокая точность измерений. Например, концентрацию дейтерия в природных водах определяют с точностью ±2-10“4 ат.%.
Прямой масс-спектрометрический анализ воды затруднителен вследствие быстрой обмениваемости водорода воды анализируемых образцов с водородом воды, которая содержится в масс-спектрометре, а также из-за медленной откачки водяного пара при смене образцов. Поэтому сначала водород воды посредством реакции воды с нагретым до 400° цинком переводят в молекулярный водород. Схема установки для превращения водорода воды в газ представлена на рис. 17. Образец воды по-
РИС. 17. Схема установки для превращения водорода воды в газ [601 Обозначения см. текст
мещают в пробирку (1), затем пробирку охлаждают жидким азотом и из нее откачивают воздух. После этого сосуд Дюара с жидким азотом убирают. Пары воды через кран (2) проходят в реакционный сосуд (3), наполненный стружками цинка и имеющий температуру около 400°. При этом протекает реакция:
400°
HDO + 2 Zn -f Н20 - 2 ZnO + Н2 + HD.
Непрореагировавшая вода вымораживается в ловушке (4), охлаждаемой жидким азотом, а водород попадает в ампулу для образцов (5), давление водорода в которой измеряется ртутным манометром (6). Ампула для образцов после получения достаточного количества дейтероводородной смеси присоединяется к системе напуска и газ подвергается анализу на масс-спектрометре.
Содержание Н*80 в воде также определяется при помощи масс-спектрометра [59, 168, 199].
При работе с Т20 для измерения радиоактивности используют различные приборы — счетчики Гейгера—Мюллера и сцинтилляционные счетчики с жидкими сцинтилляторами, которые показывают число импульсов за определенный промежуток времени. Это не абсолютная, а относительная величина. Прибор показывает, сколько импульсов возникло в датчике прибора, будь то счетчик Гейгера—Мюллера или сцинтиллятор. В большинстве случаев исследователь довольствуется относительным измерением, т. е. числом импульсов в секунду или минуту, заре-
гистрированным данным прибором в испытываемой радиоактивной пробе [200].
Практические указания по применению метода меченых атомов в биологии, особенности лабораторной работы со стабильными и радиоактивными изотопами, методические основы применения их в биологическом эксперименте подробно излагаются в известном руководстве И. И. Верховской и др. [201].
ПУТИ МЕЖКЛЕТОЧНОГО ТРАНСПОРТА ВОДЫ
Исследование путей межклеточного водообмена в методическом отношении является одним из наиболее трудных. Возможны два пути: 1) через плазмалемму клеток с выходом воды в свободное пространство (трансмембранный транспорт), 2) через плазмодесмы, объединяющие протопласты клеток в единую систему— симпласт (симпластный транспорт). Обычно в эксперименте наблюдают суммарный водообмен (без разграничения этих путей). Причиной этого прежде всего являются методические трудности разграничения. Кроме того, стало традиционным представление о незначительности симпластного транспорта, основывающееся на том, что суммарная площадь плазмодесм очень мала: в среднем около 1% общей поверхности плазма-леммы. Но такое представление неверно, прежде всего потому, что суммарную площадь плазмодесм нужно сравнивать не с общей поверхностью плазмалеммы, а с суммарной поверхностью «водных пор» (долго- и кратковременно существующих), составляющей лишь часть поверхности плазмалеммы. Таким образом, нужно было не только найти методику, позволяющую разграничить два пути транспорта воды, но и доказать физиологическое значение симпластного транспорта. Подход к решению этих задач найден лишь недавно и оказался возможным с помощью метода спинового эха ЯМР с импульсным градиентом магнитного поля [80, 202]. На основании полученных результатов сделано заключение, что эффективный коэффициент самодиффузии /)эфф (характеризующий диффузию воды в тканях растений, заторможенную барьерным действием мембран) определяется всем межклеточным транспортом воды (т. е. суммой трансмембранного и симпластного транспорта). Для разграничения путей транспорта воды нужно было показать, что метод импульсного ЯМР достаточно чувствителен для оценки транспорта ее через поверхность, не превышающую 1% площади плазмалеммы (средняя величина суммарной площади плазмодесм). Для этого в плазмалемме исследуемых клеток создавались дополнительные водные поры при помощи полиенового антибиотика нистатина (который, комплексируясь со стеринами, образует в мембранах сквозные долгоживущие поры радиусом 0,4 нм) и учитывалось усиление транспорта воды за счет этого. Площадь дополнительных пор, рассчитанная по уравнению Хольца и Финкель-
