В исследовательском проекте по биологии на тему "Роль воды в формировании и жизнедеятельности живой клетки" автор изучает роль воды в процессах эволюции организмов для того, чтобы убедиться в ёё непосредственной значимости для жизнедеятельности живых организмов.

Подробнее о проекте:

В рамках работы над исследовательским проектом по биологии "Роль воды в формировании и жизнедеятельности живой клетки" было изучено движение цитоплазмы в клетках листа элодеи, проведена методика приготовления временных препаратов растительных клеток. Обучающийся 11 класса школы овладел навыками работы со световым микроскопом, вследствие чего убедился в огромном значении воды для живых организмов.

Оглавление

Введение

1. Роль воды в процессах эволюции организмов
2. Изучение движения цитоплазмы в клетках листа элодеи
3. Осмотические явления в растительных клетках: плазмолиз и деплазмолиз

Заключение
Список использованных источников

В последние десятилетия количество пресной воды во всём мире заметно снижается, образуются новые пустыни, исчезают реки и моря, изменяются биоценозы. Большинство высших растений нуждается в получении достаточного количества воды для поддержания жизнедеятельности.

Как мы знаем, пищевые цепочки начинаются с организмов - автотрофов, а в большинстве своём это фототрофы, коими являются растения.

Человек также использует в разных целях большое количество воды – питание, сельское хозяйство, промышленность, строительство и так далее. В настоящее время учёные экологи работают над проблемами обеспечения всего человечества водой. Для этого необходимо бережное отношение к этому ресурсу.

Задачи:

1. Убедиться в огромном значении воды для живых организмов
2. Овладеть навыками работы со световым микроскопом
3. Овладеть методиками приготовления временных препаратов растительных клеток

Можно без преувеличения говорить о центральной роли воды в процессах эволюции и жизнедеятельности организмов. Свыше 90% всей массы клеток приходится на долю воды, однако её значимость заключается не только в количественных характеристиках.

В воде растворены многие биологически активные вещества, и, будучи растворителем, вода определяет их свойства, например, реакционно способность. В условиях Земли нет такого вещества, физические свойства которого были бы так идеально приспособлены для нужд живых систем, как вода.

Для молекул воды характерно взаимное притяжение, обусловленное особенностями их строения.
Вода является идеальным растворителем для биологических структур по сравнению с другими жидкостями. Такие вещества, как моно- и полисахариды, спирты, альдегиды и кетоны прекрасно растворяются в воде, но практически нерастворимы в органических растворителях.

Это обусловлено высокой диэлектрической полярностью воды, состоящей из ассоциированных друг с другом диполей. Биологическая роль воды не ограничивается растворением биологических структур.

Вода в клетках и тканях выполняет также транспортную функцию, участвует в образовании высших структур биологических макромолекул, является донором протонов и электронов в энергетическом обмене, в процессе фотосинтеза.

Клеточный метаболизм зависит от баланса свободной и связанной воды. Нарушение этого соотношения приводит к тяжёлым последствиям вплоть до гибели клетки.
Во всех клетках, и в растительных, в частности, основой цитоплазмы, кариоплазмы и клеточного сока является вода. В цитоплазме находятся все органоиды клетки.
 
Экспериментальная работа №1

Оборудование:
Оптический микроскоп (окуляр 15; объектив малого увеличения 8; объектив большого увеличения 40), предметные и покровные стёкла, ножницы, химические стаканы с водой (температура 20 градусов С), препаровальные иглы, скальпель, пипетки, фильтровальная бумага.
Исследуемым материалом служили листья элодеи, выдержанные в тёплой воде (20-25 С) в течение 30 минут.

Ход работы и наблюдения:
Для приготовления временного препарата листа элодеи от веточки элодеи, помещённой в стакан с тёплой водой, отделили лист и ножницами отрезали от него кусочек размером 4 на 5 мм. На предметное стекло нанесли каплю воды и положили в неё кусочек листа элодеи. Затем прикрыли покровным стеклом и рассмотрели препарат на малом, а затем большом увеличении.

Лист элодеи состоит из двух слоёв клеток, поэтому, изучая его, мы перемещали микрометрический винт, чтобы чётко увидеть верхний и нижний слои клеток. Последние имеют почти прямоугольную форму и окружены плотной клеточной стенкой. Между оболочками отдельных клеток заметны узкие прозрачные полости – межклетники.

В цитоплазме клеток находятся органеллы, свойственные растительной клетке и среди них большое кол-во хлоропластов. Хлоропласты маскируют ядро, поэтому его трудно обнаружить. Более светлое пространство в цитоплазме - это вакуоли, заполненные клеточным соком.

При температуре выше 10 С можно заметить движение цитоплазмы (циклоз) по передвижению хлоропластов, особенно активное в области средней жилки и у основания листа. Поскольку цитоплазма прозрачна, так как основой её является вода, то её циклоз можно понять по передвижению хлоропластов вдоль стенок клетки.

Такой тип движения называют круговым циклозом. Из этого можно сделать вывод, что вода выполняет транспортную функцию в живых клетках. При снижении температуры ниже 10 градусов С наблюдается замедление движения хлоропластов, а значит и цитоплазмы в целом – снижается уровень интенсивности метаболических процессов.
 

Вода играет огромную роль в жизнедеятельности клеток, так как она является основой цитоплазмы и клеточного сока вакуолей. Цитоплазма, находясь в постоянном движении (циклозе), обеспечивает взаимосвязь между органеллами клетки.

Вода выполняет транспортную функцию, способствуя передвижению и распределению органелл, что помогает им оптимально выполнять определённые функции. Вода, полученная из почвы, поднимается по сосудам древесины (ксилемы) вверх и переносит необходимы минеральные вещества ко всем клеткам растения.
 
Экспериментальная работа №2

Вода и растворённые в ней соли обеспечивают осмотическое давление в растительных клетках, благодаря наличию в вакуоле клеточного сока, состоящего из воды и растворённых в ней веществ. Вакуоли поддерживают тургорное и гидростатичекое давление. Тургорнуое давление в растительных клетках способствует поддержанию формы неодревеневших частей растений.

Оно служит одним из факторов роста, обеспечивая рост клеток растяжением. Потеря тургора вызывает увядание и даже гибель растения. Тургорное давление связано с избирательной проницаемостью тонопласта (мембраны вакуоли) для воды и минеральных солей.

Поступающая в клеточный сок вода оказывает давление на цитоплазму, а через неё – на стенку клетки, вызывая упругое её состояние, т. е. обеспечивая тургор. Недостаток воды в растении ведёт к плазмолизу в клетках, то есть сокращению объёма вакуоли и отделению протопласта (цитоплазмы с органоидами) от оболочки вакуоли.

Плазмолиз может быть вызван искусственно при погружении клетки в гипертонический раствор. Плазмолиз обычно обратим и может служить показателем живого состояния протопласта.
Объектом исследования послужили элодеи и мха мний (мниум). Для этого готовился временный препарат по методике, описанной в работе №1.

Оборудование:
Оптический микроскоп (окуляр 15; объектив малого увеличения 8; объектив большого увеличения 40), предметные и покровные стёкла, ножницы, химические стаканы с водой (температура 20 градусов С), препаровальные иглы, скальпель, 10% раствор хлорида натрия, фильтровальная бумага, пипетки.

Ход работы и наблюдения:
Под большим увеличением видны клетки с крупными вакуолями и множеством хлоропластов. Мы не можем видеть движение цитоплазмы в световой микроскоп, однако по перемещению хлоропластов вместе с цитоплазмой можно заметить это движение.

Для проведения плазмолиза мы приготовили 10%-ный раствор хлорида натрия и, сняв покровное стекло, нанесли его на исследуемые клетки, параллельно оттягивая в противоположную сторону чистую воду с помощью фильтровальной бумаги.

Через десять минут мы увидели, что объём вакуоли значительно (почти в 2 раза) уменьшился, а цитоплазматическая мембрана отстала от клеточной стенки. Всё это произошло благодаря изменению осмотического давления: из вакуоли ушла часть воды, тургорное давление снизилось, лист увядает.

Далее мы отмыли водой препарат от хлорида натрия – произошёл деплазмолиз: вакуоль увеличилась, цитоплазматическая мембрана отошла к клеточной стенке, то есть клетка приобрела естественное для неё тургорное давление.

Особенно хорошо это наблюдалось в листьях элодеи.
Мы проделывали опыты с взятыми объектами при температурах +20-25 град. С и при температуре +8-10 град. С. Процессы плазмолиза и, особенно, деплазмолиза происходили почти в два раза медленнее при более низких температурах.
 

Благодаря проделанным опытам мы убедились в роли воды в жизнедеятельности клеток всех живых организмов. Вода обеспечивает тургорное давление и поддерживает упругость клеток, в которых протекают обменные процессы.

Плазмолиз обычно обратим, однако, при длительном воздействии неблагоприятных для клетки факторов (в данном случае избытка хлорида натрия) или низких температур физиологические процессы замедляются и клетка может погибнуть. Плазмолиз может служить показателем живого состояния протопласта.
 

1. П.М. Бородин, Высоцкая Л.В., Дымщиц Г.М. и др. Биология. Школьный учебник для 10-11 классов. Москва. «Просвещение». 2014 год.
2. Комов В.П., Шведова В.Н. Биохимия. Учебник для студентов медицинских и фармацевтических вузов. Москва. 2004 год.
3. Северин Е.С. Биохимия. Учебник для вузов. Москва. 2006 год.
4. Тейлор Д., Грин Н., Стаут У. Биология. Т. 1. Москва.2021 год.
5. Яковлев Г.П., Челомбитько В.А. Ботаника. Учебник для вузов. СПб. 2005.
6. Яковлев Г.П. Фармакогнозия. Учебник для фармацевтических вузов. Спб. 2008.