От чего зависит скорость движения цитоплазмы в клетке 7 класс кратко

Обновлено: 02.07.2024

Обнаружить движеппе цитоплазмы в клетках листа элодеи.

Материалы и оборудование.

Веточки элодеи (валлисне- рии, мха мниум или волоски с тычипочных питей траде-сканции), микроскоп, термометр, химические стаканы на 200 мл, электролампа в 200 Вт.

Краткое теоретическое пояснение.

Одним из свойств цитоплазмы является ее движение. Оно обеспечивает взаимодействие всех органелл клетки. Скорость движения зависит от возраста клетки и температуры. Обнаружить движение цитоплазмы можно по перемещению в ней хлоропластов. Обычно трудно наблюдать движение цитоплазмы в клетках элодеи, если она содержится в аквариумах при недостаточном освещении и низкой температуре воды, так как в этих условиях все жизненные процессы в клетках идут замедленно. Чтобы опыт прошел успешно, следует его заранее подготовить. Для этого веточку элодеи надо выдержать в воде при температуре +25 . +28°С на ярко освещенном окне или под электролампой в 200 Вт в течение 30 мин.

Для наблюдения за движением цитоплазмы берут лист элодеи, выдержанный на ярком свету, помещают его в каплю теплой воды на предметное стекло, накрывают покровным и рассматривают препарат под микроскопом. Выбирают участок листа около средней жилки, так как в расположенных здесь клетках содержится меньше хлоропластов, что облегчит наблюдение за их движением.

Цитоплазма в клетках движется, что видно по перемещепию хлоропластов.

Контрольный вопрос.

Почему в старых клетках хлоропласты двигаются постепно, а в молодых — по всем направлениям?

Движение цитоплазмы можно увидеть в клетках листа элодеи под микроскопом. Зеленые пластиды (хлоропласты) плавно перемещаются вместе с цитоплазмой в одном направлении вдоль клеточной оболочки. По их перемещению можно судить о движении цитоплазмы.

Вопрос 2. Какое значение для растений имеет движение цитоплазмы в клетках?

Движение цитоплазмы способствует перемещению в клетках питательных веществ и воздуха. Чем активнее жизнедеятельность клетки, тем больше скорость движения ее цитоплазмы.

Вопрос 3. Из чего состоят все органы растения?

Все органы растения состоят из тканей, а ткани состоят из клеток.

Вопрос 4. Почему не разъединяются клетки, из которых состоит растение?

Между оболочками соседних клеток находится особое межклеточное вещество, которое не дает клеткам разъединиться. Клетки разъединяются, если межклеточное вещество разрушается.

Вопрос 5. Как поступают вещества в живую клетку?

Вещества, необходимые для жизнедеятельности клеток, поступают в них через клеточную оболочку в виде растворов из других клеток, межклетников, окружающей среды. Оболочка живой клетки проницаема для одних веществ и непроницаема для других. Это свойство полупроницаемости оболочка сохранит, пока клетка жива.

Вопрос 6. Как происходит деление клеток?

Перед делением клетки происходит удвоение хромосом в ее ядре. Затем ядрышко(и) исчезает(ют), ядерная оболочка разрушается. Удвоенные хромосомы становятся хорошо заметными. В ходе деления копии хромосом расходятся к разным полюсам клетки. В каждой из двух новых клеток хромосом оказывается столько же, сколько было в материнской клетке. Все содержимое также равномерно распределяется между двумя новыми клетками. Деление завершается восстановлением ядерных оболочек, ядрышек в молодых клетках и образованием оболочки между ними.

Вопрос 7. Чем объясняется рост органов растения?

Органы растения растут в результате деления и роста клеток.

Вопрос 8 . В какой части клетки находятся хромосомы?

Хромосомы находятся в ядре клетки.

Вопрос 9. Какую роль играют хромосомы?

Хромосомы передают наследственные признаки от родительской клетки к дочерней.

Вопрос 10. Почему клетки имеют постоянное число хромосом?

Клетки имеют постоянное число хромосом, потому что перед ее делением каждая хромосома удваивается (строит себе копию). Хромосомы-близнецы по одной из каждой пары расходятся к полюсам клетки. Затем клетка делится на две части, и в результате обе дочерние клетки имеют вновь первоначальное число хромосом.

Вопрос 11. Чем отличается молодая клетка от старой?

Молодые клетки содержат много мелких вакуолей. Ядро молодой клетки располагается в центре. В старой клетке обычно имеется одна большая вакуоль, поэтому цитоплазма, в которой находится ядро, прилегает к клеточной оболочке. Молодые клетки, в отличие от старых, способны делиться.

Движение цитоплазмы, происходящее в клетках в естественных условиях, называют первичным. Движение же, индуцированное каким-либо фактором внешней среды (светом, температурой, химическим или механическим воздействием и т. п.), - вторичным. Скорость движения цитоплазмы увеличивается с повышением температуры до определенного предела последней (чаще 27 - 37°С). При дальнейшем увеличении температуры движение замедляется, а затем прекращается. Свет может либо ускорить движение (фотодинез), либо замедлить и остановить его. Характер реакции зависит от количества световой энергии и качественного состава света. Различные химические агенты, физические факторы также влияют на движение цитоплазмы.

В организации движения цитоплазмы участвуют белки, образующие цитоскелет клетки.

Механизм, приводящий в движение цитоплазму, находится на поверхности раздела эктоплазмы и эндоплазмы. Источником энергии для движения протоплазмы является АТФ. Поэтому свет может влиять на скорость этого движения,, изменяя уровень АТФ, образованной в процессе фотосинтетического фосфорилирования.

Различные ингибиторы и разобщители дыхания тормозят движение цитоплазмы во многих растительных клетках, что также свидетельствует об энергозависимости процесса. Так, 2,4-динитрофенол (ДНФ) - широко применяемый разобщитель дыхания и фосфорилирования - тормозит движение цитоплазмы в концентрациях 10 -4 – 10 -3 М. Его действие обратимо: после удаления реагента скорость движения восстанавливается.

Движение цитоплазмы можно охарактеризовать, определив его скорость. Однако нельзя забывать о том, что последняя зависит не только от движущей силы, но и от вязкости цитоплазмы. Скорость движения цитоплазмы можно измерить под микроскопом, наблюдая за передвижением ее частиц.

Цель работы. Показать зависимость скорости движения цитоплазмы с уровнем жизнедеятельности клетки, с затратой её энергии. Изучить влияние различных концентраций фитогормонов (цитокининов, фузикокцина) или синтетических регуляторов роста на скорость движения цитоплазмы.

Объект исследования. Листья элодеи Elodea canadensis или валлиснерии Vallisneria spiralis

Материалы и оборудование. 5×10 - 3 М раствор АТФ; 5×10-4 М раствор ДНФ; 6-бензиламинопурин (6-БАП) в концентрациях 10 и 100 мг/л; ножницы; лезвия; секундомеры; капилляры; предметные и покровные стекла; пробирки; термостат с температурой 37°С; микроскопы.

Порядок работы.

1. У валлиснерии отрезать кусочек листа, у элодеи отделить лист недалеко от верхушечной почки.

2. Поместить на предметное стекло в капле воды, взятой из сосуда, в котором находилось растение.

3. Через 10 мин когда установится стационарный уровень движения цитоплазмы, рассмотреть клетки листа под микроскопом. Выбрать наиболее легко просматриваемые участки (у элодеи это чаще всего клетки средней жилки) и по движению хлоропластов проследить движение цитоплазмы.

4. Определить скорость движения хлоропластов, измерив путь, который проходит органелла в единицу времени. Для большей точности измерения нужно взять относительно короткий участок пути, например, равный десяти делениям окуляр-микрометра. Провести подсчет для пяти органелл в пяти клетках, полученные данные обработать статистически, вычислив среднее арифметическое М, среднее квадратичное σ и среднюю ошибку т:

где - сумма отдельных измерений, п — число измерений.

5. Каплю раствора АТФ поместить с одной стороны покровного стекла и одновременно оттянуть фильтровальной бумагой воду из-под стекла с другой стороны. Через 10 мин определить скорость движения цитоплазмы.

6. Проделать подобный опыт с раствором ДНФ.

7. Веточку элодеи (или лист валлиснерии) опустить в стакан с водой, находящийся в термостате при 37° С, и оставить на 20 мин.

8. Отделить лист, положить на предметное стекло в каплю воды, быстро определить скорость движения цитоплазмы.

9. Контрольное определение скорости движения цитоплазмы (без обработки) провести так же, как описано в пунктах 1-4.

10. Оттянуть воду фильтровальной бумагой и прилить раствор 6-БАП в концентрации 10 мг/л. Через 10 мин определяют скорость движения цитоплазмы.

11. Определить действие другой концентрации 6-БАП - 100 мг/л на новом кусочке листа, также предварительно определив скорость движения цитоплазмы в контроле.

12. Представить результаты в виде таблиц.

Таблица 3. Влияние АТФ и ДНФ на скорость движения цитоплазмы

Таблица 4. Зависимость скорости движения цитоплазмы от концентрации 6-БАП

Течение цитоплазмы (циклоз) лучше всего выражено в растительных клетках, но его можно наблюдать и у простейших, в плазмодии миксомицетов, в некоторых клетках высших животных, особенно в тканевых культурах. Впервые циклоз в клетках растений был описан 200 лет назад исследователем Корти, с тех пор накопился большой экспериментальный материал об этом интересном явлении.

О течении цитоплазмы судят по движению многочисленных гранул, включенных в протоплазму и пассивно увлекаемых ею. Характер движения цитоплазмы разнообразен. В одних клетках оно неустойчивое по скорости и случайное по направлению; в других — упорядоченное и постоянное. Часто можно наблюдать в одной и той же клетке обратимый переход одного типа движения в другой. В некоторых растительных клетках (нителла, спирогира, эвглена) при определенных условиях движение цитоплазмы приобретает ритмический характер. Ритмичным является и движение цитоплазмы в плазмодии миксомицета слизевика, представляющего собой комок голой протоплазмы со множеством ядер, не отделенных друг от друга клеточными перегородками; движение то ускоряется, то замедляется, причем направление его изменяется на противоположное при постоянных внешних условиях. На рисунке 39 приведен пример самопроизвольного изменения скорости движения цитоплазмы слизевика.


Рис. 39. Самопроизвольные изменения скорости движения цитоплазмы в тяжах плазмодия миксомицета (Камия, 1962)

Скорости движения цитоплазмы у разных объектов различаются в широких пределах, от едва обнаруживаемой до значительной (табл. 16).

Таблица 16. Скорость движения цитоплазмы в различных объектах
Объект Скорость, мкм/с Температура, °C
Плазмодий миксомицета 1350 28
Гифы ризопуса 55 28
Междоузлие хары 42 20
Лист элодеи канадской 10 20
Эпидермис лука репчатого 4 20
Корневой волосок овса посевного 5,4 20
Пыльцевая трубка бобов конских 2,9 20
Ризоид нителлы 21 23
Междоузлие нителлы 78 28

Самая высокая скорость движения наблюдалась в плазмодии миксомицета — 1350 мкм/с. Скорость движения может меняться в зависимости от температуры и от сезона года. Так, на колеоптилях овса в ноябре она была равна 12,4 мкм/с, а в августе — 17,6 мкм/с.

Движение цитоплазмы характеризует уровень жизнедеятельности клетки и зависит от процессов дыхания и гликолиза; при движении протоплазмы, так же как и при мышечном сокращении, расходуется энергия. Чувствительность к недостатку кислорода у разных типов клеток весьма различна. Разнообразные внешние воздействия — нагрев, повышенное гидростатическое давление, механические воздействия, электрический ток — останавливают движение протоплазмы. При освещении ультрафиолетовыми и рентгеновскими лучами, при действии эфира, хлороформа, хинина, гербицидов и гетероауксина (индолил-3-уксусная кислота) были описаны двухфазные изменения — вначале движение ускорялось, а затем замедлялось и останавливалось. Ток действия в растительных клетках всегда сопровождается резкой остановкой или замедлением движения цитоплазмы, наступающих с некоторым запозданием (на 1—2 с) по сравнению с появлением тока действия.

Во многих растительных клетках, например в клетках элодеи и валиснерии, движение цитоплазмы может начаться под влиянием внешних воздействий (α-аминокислота, гетероауксин, соли металлов, серная кислота, сапонин, гистидин, видимый свет). Такое индуцированное движение обычно называют вторичным, в отличие от спонтанного, или первичного, движения, характерного, например, для клеток хары, нителлы, корневых волосков многих растений.

Вопрос о механизме движения цитоплазмы решен пока только в самом общем виде. Большинство исследователей полагают, что в основе этого явления — лежит функционирование сократительных белков. В растительных клетках и в плазмодии миксомицета действительно имеются сократительные белки (миксомиозин, альгомиозин),. обладающие АТФ-азной активностью, т.е. способные расщеплять молекулу АТФ (АТФ + H2O→ сократительный белок АДФ + H3PO4) и освобождаемую при этом химическую энергию превращать в механическую путем изменения своей конформации. Сократимость этих фибриллярных белковых молекул составляет физическую основу движения цитоплазмы.

С помощью электронного микроскопа в растительных клетках с типичным круговым движением цитоплазмы были обнаружены фибриллярные структуры, способные к сокращениям. Их называют микрофиламентами или микронитями. Длина их может быть различной, а толщина их 4—8 нм, состоят они из глобулярных белковых единиц. Возможно, что эти микронити определенным образом ориентированы на внутренней поверхности эктоплазмы (кортикального гелевого слоя), так что движение их создает направленные токи жидкой эндоплазмы (золя). В плазмодии миксомицета фибриллярные структуры, содержащие сократительный белок миксомиозин, образуют сложную, переплетенную сеть. Весьма возможно, что сокращение и расслабление ее вызывает изменение внутреннего давления в некоторой части миксомицета, и эндоплазма пассивно протекает в область с меньшим внутренним давлением. Таким образом, движение цитоплазмы в тяжах плазмодия миксомицета может иметь не только активный, но и пассивный характер вследствие разности давлений между отдельными участками плазмодия.

Некоторые авторы полагают, что течение цитоплазмы в какой-то мере может быть обусловлено и сокращением микротрубочек — широко распространенных цитоплазматических структур. По строению они похожи на фибриллы ресничек и нити митотического веретена, обеспечивающие перемещение хромосом. Длина микротрубочек резко различна, а диаметр составляет 25 нм, на толщину стенки трубочки приходится 5—7 нм, стенки образованы тринадцатью продольными фибриллярными субъединицами, состоящими из глобулярных мономеров (рис. 40). В состав микротрубочек входит белок тубулин, обладающий АТФ-азной активностью. Такие микротрубочки обнаружены и в растительных клетках там, где наблюдается интенсивное движение цитоплазмы, около сократительных вакуолей инфузорий и рядом с цитоплазматическими пульсирующими тельцами. Много микротрубочек имеется и в клетках гладких мышц.


Рис. 40. Схема предполагаемого строения микротрубочки

Рассказывая о течении протоплазмы внутри клеток, нельзя не упомянуть о непрерывном токе аксоплазмы в отростках нервных клеток позвоночных. Это движение направлено от тела нервной клетки к периферии, и совершается оно с относительно малыми скоростями (0,5—12 мм/сутки). С движением аксоплазмы транспортируются в основном растворимые белки. Непрерывный отток цитоплазмы в аксон и дендриты обеспечивает постоянное обновление оставшейся части за счет новых синтезов. Помимо медленного течения белков существует быстрое (40—500 мм/сутки), связанное, видимо, с транспортом структурного белка внутриклеточных органелл; оно может происходить не только к периферии, но и в обратном направлении. Скорость аксотока зависит от количества АТФ и ионов кальция, регуляция его определяется уровнем метаболизма в теле нейрона. Большинство исследователей считают, что микротрубочки и нейрофиламенты, обладающие сократительными свойствами, регулируют пульсацию веществ по аксону и дендритам в том или ином направлении. Если их разрушить митотическими ядрами (колхицин, винбластин), то аксоток блокируется.

Возможно, что в течении аксоплазмы имеют значение медленные перистальтические волны, распространяющиеся по поверхности нервного волокна от центра к периферии, которые были обнаружены Вейссом (1962) с помощью микрокиносъемки.

Читайте также: