Адсорбция катионов корневой системой растений.
Первым этапом поглощения веществ из внешней среды является адсорбция их поверхностью корневой системой растений.
Адсорбция ионов (полярная адсорбция) обладает характерными особенностями:
- протекает очень быстро (почти мгновенно);
- значительная часть адсорбированных ионов может быть вытеснена с поверхности корня ионами минеральной питании наружного раствора того же знака;
- существует определенная зависимость поглощения ионов от их концентрации в наружном растворе.
Исследования адсорбционных свойств корней, проведенные Д. Сабининым и И. Колосовым, позволили обосновать явление адсорбции как первый этап поглощения веществ корнями растений. Считалось, что в основном она происходит на поверхности цитоплазмы.
Установлено, что в растительной ткани имеется определенный объем, доступный для свободной диффузии ионов и молекул, названный свободным пространством клетки. Стенки этого пространства адсорбируют ионы и молекулы. Но некоторым данным, до 95% адсорбируемых в свободном пространстве отдельных ионов задерживается на оболочке и только около 5% - на поверхности цитоплазмы.
Если допустить, что ионы и молекулы при адсорбционном насыщении поверхности располагаются в один слой, то можно определить площадь, на которой они адсорбируются.
В качестве адсорбируемого вещества используют метиленовую синь, которая не содержится в корнях. Количество поглощенною корнем красителя определяют по изменению его концентрации в опытном растворе. Площадь, занимаемая одним миллиграммом метиленовой сини, равна 1,1 м2. Количество метиленовой сини, адсорбируемой корнем по достижении адсорбционного насыщения, характеризует поглощающую, или рабочую, адсорбирующую поверхность корня.
Цель работы: изучить адсорбцию катионов метиленовой сини из растворов разной концентрации и доказать, что адсорбция катионов корневой системы является обменной.
Ход работы
I. а) В три стакана на 100 мл налить одинаковое количество 0,000hi раствора метиленового синего (объем раствора в стакане должен в 10 раз превышать объем корневой системы), а в четвертый стакан - столько же 0,3н раствора СаС12. На фотоэлектроколориметре определить исходную концентрацию каждого раствора. Затем связать в пучок 10-15 растений, просушить корни фильтровальной бумагой и на 2 минуты погрузить пучок последовательно в стаканы с метиленовым синим. При переносе пучка из одного стакана в другой, остатки раствора промокнуть фильтровальной бумагой. После погружения пучка в третий стакан с метиленовым синим, корни промыть дистиллированной водой, промокнуть фильтровальной бумагой и погрузить в раствор СаС12. Происходит десорбция метиленового синего.
Оптическую плотность растворов измеряют на ФЭК, по калибровочной кривой определяют количество красителя, адсорбированного (три стакана с метиленовым синим) и де- сорбированного (стакан с СаС12) корнями растений. Умножая количество метиленового синего (мг) на 1.1, рассчитывают площадь адсорбции (в м2). Результаты опыта записывают в таблицу:
№ | Объем раствора (мл) | Количество метиленового синего | Площадь адсорбции (м2) | |||||
оптич. плотность | мг/мл | |||||||
до погружения | после погружения | до погружения | после погружения I | Активная | Пассивная | 3 VO О | ||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
- б) В четыре химических стакана залить из бюреток 0,0001н раствор метиленовой сини:
- а) 50 мл исходного раствора метиленовой сини;
- б) 25 мл исходного раствора и 25 мл воды;
- в) 12,5 мл исходного раствора и 37,5 мл воды;
- г) 6,25 мл исходного раствора и 43,75 мл воды.
Определить на ФЭК оптическую плотность (Д) каждого раствора, при этом 1-й и 2-й растворы разбавить в 20 раз (0,5 мл раствора + 9,5 мл воды); третий раствор разбавить в 10 раз (1 мл раствора + 9 мл воды); четвертый раствор - в 5 раз (0,5 мл раствора + 9,5 мл воды).
Во все 4 химических стакана прилить по 50 мл 0,3 н. раствора СаСЬ. Приготовить 4 пучка по 15-20 растений проростков пшеницы, кукурузы. До начала опыта корни растений (пучки) держать на сильно увлажненной фильтровальной бумаге. Каждый пучок опустить на 2 минуты корнями в раствор метиленовой сини определенной концентрации (для перемешивания и аэрации продувать через растворы воздух), затем вынуть из раствора, промыть корни большим количеством воды (промывать 2-3 минуты) и опустить их минут на 10 в стакан с хлористым кальцием. Определить на ФЭК оптическую плотность метиленовой сини после адсорбции и оптическую плотность растворов СаСЬ после вытеснительной десорбции (выше было указано, как следует разбавить растворы металеновой сини).
Результаты исследований занести в таблицу:
№ | Объем раствора (мл) | Оптическая плотность (Д) | Конц. метиленового синего десорбция (м2), активная, пассивная, общая адсорбция | ||
до погружения | после погружения | 1 Раствора СаСЬ | |||
1 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
Рассчитать:
- а) концентрацию растворов метиленовой сини перед опытом;
- б) концентрацию растворов метиленовой сини после адсорбции;
- в) концентрацию метиленовой сини в растворах СаСЬ после вытеснительной десорбции (А).
А х разделение " мг /мл.
Сделать выводы:
- а) о зависимости адсорбции от концентрации внешнего раствора;
- б) о природе адсорбции;
- в) о зависимости вытеснительной десорбции от количества адсорбированного вещества.
Оборудование и реактивы:
Бюретки на 50 мл в штативах, химические стаканы на 100-150 мл, пипетка на 10 мл, песочные часы на 2 мин, кристаллизатор маленький, метиленовая синь (128 мг/л), СаС12 0,3 н, ФЭК-2.
Вопросы для повторения:
- На чем основывается метод Д. Сабинина и И. Колосова для определения общей адсорбирующей поверхности?
- В чем состоит механизм активного транспорта веществ?
