§15. Су потенциалы
Бұл тақырыптың оқу мақсаты: су потенциалы ұғымын түсіндіру.
Осмос, диффузия, ерітіндідегі заттардың концентрациясы дегеніміз не?
Тақырыпты табысты меңгеру үшін 7-сыныпқа арналған оқулықтан 13-; 8-сыныптан 54-параграфты қайталау керек.
Биологияда өсімдік жағдайының су көрсеткіштерін зерттеу себептері тек ғылыми қызығушылықпен шектелмей, практикалық маңызында қамтиды. Физика курсынан сұйықтық және газ молекулалары әрдайым диффузия заңы бойынша үлкен концентрация аймағынан аз концентрация аймағына енжар орын ауыстыратынын білесіңдер. Су барлық тірі ағзалар үшін маңызды екені белгілі. Бірақ оның өсімдікте диффузия заңы бойынша жылжуы іргелі физиологиялық көрсеткіштердің бірі болып табылады. Нәруыздар да, ДНҚ молекуласы да тіпті сахароза ерітіндісі де өсімдік ағзасында су және оның тұзды ерітінділері сияқты қашықтыққа (тамырдан жапыраққа, гүлге, жеміске және т.б.) жылжи алмайды. Әдетте, едәуір ірі органикалық молекулалар (тіпті ерітінді түрінде де) диффузия жолымен емес, белсенді тасымал жолымен жүзеге асады. Бұл кезде су көпжасушалы өсімдік ағзалары бойынша үнемі жүреді. Өсімдіктер физиологтарының шамамен бағалауы бойынша тамыр арқылы сіңірілген судың 99%-дайы транспирация барысында буланады екен. Тек өсімдіктер сіңірген 1% су ғана олардың жасушаларының құрамына кіреді. Бірақ бұл кезде тіпті су молекуласы цитоплазмаға немесе вакуольдің жасуша сөліне түссе, ол жерде «ұзақ уақыт» қалмайтынын түсіну керек. Қандай да бір уақыт аралығында (басқа тірі жасушаға қарағанда жапырақ мезофилінің жас, жасыл жасушалары үшін тезірек) ол жасушааралық кеңістікке (апопласт) шығып, транспирация барысында булануы мүмкін. Демек, өсімдік ағзасында су молекуласы және бейорганикалық ерітінділер физика заңдары: диффузия, осмос, беттік керілу, когезия бойынша үнемі орын ауыстырады. Ол үшін осы параграфта оқып білетін тірі өсімдік жасушасындағы судың физикалық күйінің маңызды көрсеткіштері қолданылады.
Су потенциалы, бұл – биологиялық жүйеде осмосты тудыратын, яғни су молекулаларының (немесе су ерітіндісінің) белгілі бір жартылай өткізгіш, мысалы, жасуша мембранасының кедергісін жоятын күш. Су потенциалы әсерінен молекула концентрациясы әртүрлі ерітінділерді бөлетін шегара арқылы енуге ұмтылады.
Су потенциалы ψ немесе ψВ таңбасымен белгіленеді. Бұл – ХХ ғасырдың соңында енгізілген салыстырмалы түрде жаңа биологиялық термин. Өсімдіктер физиологиясының заманауи әдебиеттерінде су молекуласының бір орыннан басқа орынға ауысу үрдісін сипаттау үшін «су потенциалы» деген термин қолданылады.
Жүйеде су концентрациясы неғұрлым көп болса, оның молекулалары су аз бағытқа соғұрлым тез жылжитын болады. Сәйкесінше су ең жоғары су потенциалына ие. Таза судың су потенциалы қалыпты жағдайда (25°С және қалыпты атмосфералық қысымда) максимал және 0-ге тең деп қабылданған. Су 100% емес, одан аз болатын барлық жүйенің су потенциалы аз, ол теріс мәнмен белгіленеді – 0-ден аз (3-кесте).
3-кесте. Тірі жүйедегі судың күйін сипаттау
14-сурет. Өсімдік жасушасы күйінің жасуша шырынының су потенциалы, цитоплазма және қоршаған орта мәндеріндегі айырмашылыққа тәуелділігі.
а – тургор жағдайындағы жасуша;
ә – ылғал жеткіліксіздігінен солып қалған өсімдік жасушасы.
Су потенциалын көбінесе кез келген қысым сияқты бірлікпен – паскаль, ньютон, бар, атмосфера немесе масса/бет ауданымен өлшейді.
Яғни тұз, қант немесе басқа заттардың кез келген сулы ерітіндісі дистилденген суға қарағанда аз су потенциалына ие болады. Сәйкесінше, су әрдайым едәуір жоғары су потенциалы жүйесінен едәуір төмен су потенциалы аймағына өтетін болады. Қарапайым тілмен айтқанда, су бар жерден жоқ немесе аз жерге ағады не буланады (газтәрізді заттардың молекулаларының қозғалуы). Дәл осылай топырақ үнемі атмосфераға суды буландырады. Суғарылған топырақ құрғақ топыраққа қарағанда булануды едәуір қарқынды жүзеге асырады. Бірақ көл тіпті суғарылған топыраққа қарағанда да суды едәуір белсенді буландырады.
«Су потенциалы» қолайлы, бірақ тірі жүйедегі судың күйін сипаттау үшін қолданылатын бірден-бір термин емес.
Суға қаныққан өсімдік жасушаларын тургор күйінде тұр деп айтады. Сонымен, осмостық және гидростатикалық потенциал деп аталатын ұғым да бар. Тургор – өсімдік жасушасындағы цитоплазманың гидростатикалық қысым жасайтын жасуша қабықшасының кернеулі күйі (14-сурет). Тургоры жоқ жасушалар солған, сусызданған өсімдік ұлпалары мен ағзаларына тән.
Су, осмос, гидростатикалық потенциал, диффузия, тургор.
Білу және түсіну:
1. Осмос, диффузия, тургор дегеніміз не?
2. Неліктен дистилденген судың су потенциалы 0-ге тең екенін түсіндіріңдер.
Қолдану:
1. Өсімдіктерді суғару маңызды болу себептерін атаңдар. Өсімдік ағзасындағы судың транспорты, егер оның тамыр жасушасындағы судың потенциалы жапырақ жасушасынан аз болғанда қандай өзгерістер болады?
2. Әртүрлі жүйедегі су потенциалын салыстырыңдар. Олардың шартты, гипотезалық мәндерін мынадай шкала бойынша белгілеңдер:
1) 0 – максимал;
2) максимал мәнге жақын;
3) орташадан жоғары;
4) орташа;
5) ең минимал емес;
6) минимал мәнге жақын:
а) физиологиялық ерітіндісі бар ыдыс (ашық);
ә) 2 күн бұрын ылғалданған құм;
б) дистилденген суы бар ыдыс (ашық);
в) суғарылған топырақ;
г) жаңбыр суы бар ыдыс (ашық);
ғ) массасы НЕТТО мәніне сәйкес келетін бір қалта тұз;
д) жазда шөлде бұлтсыз күнгі атмосфера ауасы;
е) дистилденген суы бар герметикалық жабық ыдыс (дәнекерленген ампула).
Талдау:
1. Берілген түсініктердің: «су потенциалы» және «тургор қысымының» өзара байланысын және олардың өзара тәуелділігін дәлелдеңдер.
2. Өсімдік жасушалары мен ұлпаларындағы судың жылжуы көрсеткіштеріне тәуелді екенін мысалдар келтіріп дәлелдеңдер.
Синтез:
1. Берілген суреттерді қараңдар.
2. Суреттердің қайсысында жасушалар максимал тургор күйінде тұрғанын талқылаңдар.
3. Барлық үш суретке тән көрсеткіштер қалай болатынын болжаңдар. «Минимал», «максимал» және «орташа» деген белгілерді қолданып,кестені дәптерге сызып алып толтырыңдар.
Бағалау:
1. Талқылаңдар. Көпжасушалы өсімдіктер мен жануарлар, жеке жасушалар үшін су потенциалының рөлін салыстыруға бола ма?
2. Қосымша ақпараттарды пайдаланып, гидростатикалық және осмостық потенциал туралы хабарлама дайындаңдар.