Значение осмоса в жизни растений

Осмос, осмотическое давление и его биологическая роль (стр. 1 из 2)

1. Осмос

2. Осмотическое давление

3. Осмометр – прибор для измерения осмотического давления

4. Биологическая роль осмоса и осмотического давления

5. Осмотическая электростанция

6. Обратный осмос

7. Литература

Глава 1. Осмос

Осмос (греч. osmos толчок, проталкивание, давление) — самопроизвольный переход вещества, обычно растворителя, через полупроницаемую мембрану, отделяющую раствор от чистого растворителя или от раствора меньшей концентрации.

История

Впервые осмос наблюдал Жан-Антуа Нолле в 1748, однако исследование этого явления было начато спустя столетие.

Суть процесса

Осмос обусловлен стремлением системы к термодинамическому равновесию и выравниванию концентраций растворов по обе стороны мембраны путем односторонней диффузии молекул растворителя.

Важным частным случаем осмоса является осмос через полупроницаемую мембрану. Полупроницаемыми называют мембраны, которые имеют достаточно высокую проницаемость не для всех, а лишь для некоторых веществ, в частности, для растворителя.

(Подвижность растворённых веществ в мембране стремится к нулю). Если такая мембрана разделяет раствор и чистый растворитель, то концентрация растворителя в растворе оказывается менее высокой, поскольку там часть его молекул замещена на молекулы растворенного вещества (см.

Рис. 1). Вследствие этого, переходы частиц растворителя из отдела, содержащего чистый растворитель, в раствор будут происходить чаще, чем в противоположном направлении.

Соответственно, объём раствора будет увеличиваться (а концентрация уменьшаться), тогда как объём растворителя будет соответственно уменьшаться.

Например, к яичной скорлупе с внутренней стороны прилегает полупроницаемая мембрана: она пропускает молекулы воды и задерживает молекулы сахара.

Если такой мембраной разделить растворы сахара с концентрацией 5 и 10 % соответственно, то через нее в обоих направлениях будут проходить только молекулы воды. В результате в более разбавленном растворе концентрация сахара повысится, а в более концентрированном, наоборот, понизится.

Когда концентрация сахара в обоих растворах станет одинаковой, наступит равновесие. Растворы, достигшие равновесия, называются изотоническими.

Осмос, направленный внутрь ограниченного объёма жидкости, называется эндосмосом, наружу — экзосмосом. Перенос растворителя через мембрану обусловлен осмотическим давлением.

Оно равно избыточному внешнему давлению, которое следует приложить со стороны раствора, чтобы прекратить процесс, то есть создать условия осмотического равновесия.

Превышение избыточного давления над осмотическим может привести к обращению осмоса — обратной диффузии растворителя.

В случаях, когда мембрана проницаема не только для растворителя, но и для некоторых растворённых веществ, перенос последних из раствора в растворитель позволяет осуществить диализ, применяемый как способ очистки полимеров и коллоидных систем от низкомолекулярных примесей, например электролитов.

Глава 2. Осмотическое давление

Осмотическое давление (обозначается р) — избыточное гидростатическое давление на раствор, отделённый от чистого растворителя полупроницаемой мембраной, при котором прекращается диффузия растворителя через мембрану. Это давление стремится уравнять концентрации обоих растворов вследствие встречной диффузии молекул растворённого вещества и растворителя.

Раствор, имеющий более высокое осмотическое давление по сравнению с другим раствором, называется гипертоническим, имеющий более низкое — гипотоническим.

Осмотическое давление может быть весьма значительным. В дереве, например, под действием осмотического давления растительный сок (вода с растворёнными в ней минеральными веществами) поднимается по ксилеме от корней до самой верхушки.

Одни только капиллярные явления не способны создать достаточную подъёмную силу — например, секвойям требуется доставлять раствор на высоту даже до 100 метров.

При этом в дереве движение концентрированного раствора, каким является растительный сок, ничем не ограничено.

Взаимодействие эритроцитов с растворами в зависимости от их осмотического давления.

Если же подобный раствор находится в замкнутом пространстве, например, в клетке крови, то осмотическое давление может привести к разрыву клеточной мембраны.

Именно по этой причине лекарства, предназначенные для введения в кровь, растворяют в изотоническом растворе, содержащем столько хлорида натрия (поваренной соли), сколько нужно, чтобы уравновесить создаваемое клеточной жидкостью осмотическое давление.

Если бы вводимые лекарственные препараты были изготовлены на воде или очень сильно разбавленном (гипотоническом по отношению к цитоплазме) растворе, осмотическое давление, заставляя воду проникать в клетки крови, приводило бы к их разрыву.

Если же ввести в кровь слишком концентрированный раствор хлорида натрия (3-5-10 %, гипертонические растворы), то вода из клеток будет выходить наружу, и они сожмутся. В случае растительных клеток происходит отрыв протопласта от клеточной оболочки, что называется плазмолизом. Обратный же процесс, происходящий при помещении сжавшихся клеток в более разбавленный раствор, — соответственно, деплазмолизом.

Величина осмотического давления, создаваемая раствором, зависит от количества, а не от химической природы растворенных в нём веществ (или ионов, если молекулы вещества диссоциируют), следовательно, осмотическое давление является коллигативным свойством раствора. Чем больше концентрация вещества в растворе, тем больше создаваемое им осмотическое давление. Это правило, носящее название закона осмотического давления, выражается простой формулой, очень похожей на некий закон идеального газа:

p= i CRT

где i — изотонический коэффициент раствора; C — молярная концентрация раствора, выраженная через комбинацию основных единиц СИ, то есть, в моль/м3, а не в привычных моль/л; R — универсальная газовая постоянная; T — термодинамическая температура раствора.

Это показывает также схожесть свойств частиц растворённого вещества в вязкой среде растворителя с частицами идеального газа в воздухе. Правомерность этой точки зрения подтверждают опыты Ж. Б. Перрена (1906): распределение частичек эмульсии смолы гуммигута в толще воды в общем подчинялось закону Больцмана.

Осмотическое давление, которое зависит от содержания в растворе белков, называется онкотическим (0,03 — 0,04 атм.).

При длительном голодании, болезни почек концентрация белков в крови уменьшается, онкотическое давление в крови снижается и возникают онкотические отёки: вода переходит из сосудов в ткани, где рОНК больше.

При гнойных процессах рОНК в очаге воспаления возрастает в 2-3 раза, так как увеличивается число частиц из-за разрушения белков. В организме осмотическое давление должно быть постоянным ( 7,7 атм.). Поэтому пациентам вводят изотонические растворы (растворы, осмотическое давление которых равно р плазмы 7,7 атм.

– 0,9 % NaCl — физиологический раствор, 5 % раствор глюкозы). Гипертонические растворы, у которых р больше, чем осмотическое давление плазмы, применяются в медицине для очистки ран от гноя (10 % NaCl), для удаления аллергических отёков (10 % CaCl2, 20 % глюкоза), в качестве слабительных лекарств (Na2SO4•10H2O, MgSO4•7H2O).

Закон осмотического давления можно использовать для расчёта молекулярной массы данного вещества (при известных дополнительных данных).

Осмотическое давление измеряют специальным прибором

Глава 3. Осмометр – прибор для измерения осмотического давления

Осмометр – (осмо- + греч. metreo измерять) прибор для измерения осмотического давления или концентрации осмотически активных веществ; применяется при биофизических и биохимических исследованиях.

Принципиальная схема осмометра: А — камера для раствора; Б — камера для растворителя; М — мембрана. Уровни жидкости в трубках при осмотическом равновесии: а и б — в условиях равенства внешних давлений в камерах А и Б, когда rА = rБ, при этом Н — столб жидкости, уравновешивающий осмотическое давление; б — в условиях неравенства внешних давлений, когда rА — rБ = p.

Осмометры давления пара

Этот тип приборов отличается тем, что для измерения требуется минимальный объем пробы (единицы микролитров), что имеет большое значение, когда из объекта исследования нельзя взять больший объем. Однако по причине малости объема пробы осмометры давления пара имеют большую погрешность по сравнению с другими. Кроме того, результат измерения зависит от изменения атмосферного давления.

Основное применение эти приборы нашли в научных исследованиях и педиатрической практике для исследований крови новорожденных, взятой из пальчика или пяточки. Диапазон измеряемых концентраций ограничивается 2000 ммоль/кг Н2О. В российских ЛПУ они не нашли широкого применения. В Европейском союзе осмометры давления пара производит фирма Dr .Knauer, Gonotec (Германия), в США – фирма Wescor .

Мембранные осмометры

На свойстве осмоса строятся осмометры, называемые мембранными. В их конструкции могут использоваться как искусственные мембраны (например, целлофан), так и природные (например, кожа лягушки).

Приборы этого типа используются для измерения так называемого коллоидно-осмотического давления крови (КОД), которое создается высокомолекулярной (более 30000 Д) составляющей общей концентрации осмотически активных частиц, содержащихся в плазме крови.

Это давление называется также онкотическим и создается преимущественно белками. КОД составляет менее 3 ммоль/кг Н2О и поэтому незначительно влияет на общее осмотическое давление, но имеет определяющее значение для процессов транскапиллярного обмена.

Эта составляющая общего давления имеет важное диагностическое значение. Мембранные осмометры производят фирмы Dr. Knauer , Gonotec , Германия (Osmomat 050), в США – фирма Wescor.

Интересно, что фирма доктора Кнауэра предлагает всю линейку осмометров, перекрывая, таким образом, весь диапазон частиц с молекулярной массой, включая миллионные.

Источник: https://smekni.com/a/325766/osmos-osmoticheskoe-davlenie-i-ego-biologicheskaya-rol/

Осмос

Осмос (рус. Осмос, англ. Osmosis, нем. Osmose f) — спонтанный переход, односторонняя диффузия через полупроницаемую перегородку (мембрану), отделяющую раствор от чистого растворителя или раствора меньшей концентрации.

Обусловлен стремлением системы к термодинамическому равновесию и выравниванию концентраций раствора с обеих сторон мембраны. Характеризуется осмотическим давлением, равным избыточному внешнему давлению, которое нужно приложить со стороны раствора, чтобы прекратить осмос.

Играет важную роль в физиологических процессах, используется при исследовании полимеров, биологических структур.

Осмос является одним из примеров Коллигативные свойств растворов, то есть такой которые зависят только от количества растворенных частиц, но не зависят от их природы.

Сущность процесса

Явление осмоса наблюдается в тех средах, где подвижность растворителя больше от подвижности растворенных веществ. Важным частным случаем осмоса является осмос через полупроницаемую мембрану.

Полупроницаемыми называют мембраны, которые имеют достаточно высокую проницаемость не для всех, а лишь для некоторых веществ, в частности, для растворителя.

Если такая мембрана разделяет раствор и чистый растворитель, то концентрация растворителя в растворе оказывается ниже, поскольку там часть его молекул замещена на молекулы растворенного вещества.

Вследствие этого, переходы частиц растворителя из отдела, содержащего чистый растворитель, в раствор будут происходить чаще, чем в обратном направлении. Соответственно, объем раствора будет увеличиваться (а концентрация — уменьшаться), тогда как объем растворителя будет соответственно уменьшаться.

Например, к яичной скорлупы с внутренней стороны прилегает полупроницаемая мембрана: она пропускает молекулы воды и задерживает молекулы сахара.

Если такой мембраной разделить растворы сахара с концентрацией 5 и 10% соответственно, то через нее в обоих направлениях будут проходить только молекулы воды. В результате в более разбавленном растворе концентрация сахара повысится, а в более концентрированном, наоборот, снизится.

Когда концентрация сахара в обоих растворах станет одинаковой, наступит равновесие. Растворы, которые достигли равновесия, называются изотоническими.

Осмос, направленный внутрь ограниченного объема жидкости, называется эндосмосом, наружу — экзосмосом. Перенос растворителя через мембрану обусловлено осмотическим давлением.

Он равно избыточному внешнему давлению, которое следует приложить со стороны раствора, чтобы прекратить процесс, то есть создать условия осмотического равновесия.

Превышение избыточного давления над осмотическим может привести к направлению процесса в противоположную сторону — обратной диффузии растворителя.

В случаях, когда мембрана проницаема не только для растворителя, но и для некоторых растворенных веществ, перенос последних из раствора в растворитель позволяет осуществить диализ, употребляется как способ очистки полимеров и коллоидных систем от низкомолекулярных примесей, например электролитов.

Значение осмоса

Воздействия осмоса на живые клетки на примере эритроцитов, находящихся в гипо-, изо- или гипертоническом растворах

В живых организмах

Осмос — это явление, существенно влияет на существование живых клеток. Клеточные мембраны более проницаемы для воды чем для большинства ионов, малых гидрофильных молекул и макромолекул. Такая разница во многом возникает вследствие наличия в мембранах белков аквапоринов, что пропускают только молекулы воды.

Если клетка находится в изотоническом растворе (0,9% хлорида натрия или 5% глюкозы для человеческих клеток), она не теряет и не приобретает воды.

В гиперотоничому среде, то есть в среде с большим осмолярностью, клетка сморщивается вследствие обезвоживания, а в гипотоничому наоборот — набухает, и если поступления воды не удается остановить, это приводит к разрыва, осмотического лизиса, клетки.

В естественных условиях клетки преимущественно сталкиваются с проблемой пребывания в гипотонических растворах. Чтобы предотвратить осмотическому лизису они выработали ряд приспособлений. Например бактериальные, грибные и растительные клетки имеют жесткую клеточную стенку, которая может препятствовать избыточному поступлению воды.

Растения используют осмос для достижения механической устойчивости и упругости: высокая концентрация растворенных веществ в центральных вакуолях приводит к затягиванию воды в клетки, но это влечет НЕ набухания, а увеличение давления мембран на клеточные стенки, то есть возникновения тургора.

В результате клетки, и все тело растения, становятся твердыми и упругими. Обезвоживание приводит к увяданию растений. Растительные клетки могут регулировать тургорного давление путем изменения концентрации осмотически активных веществ, таких как сахароза и неорганические ионы, в центральной вакуоли и цитоплазме.

С этим связано много аспектов жизни растения: закрывания-открывания устьиц, создания давления в ситовидных трубках флоэмы, который необходим для транспортировки продуктов фотосинтеза, фитогормонов и других веществ, создание корневого давления, необходимого для переноса воды и минеральных веществ, осуществления движений, таких как открывания-закрывания лепестков, подъема-опускания листьев и т.

Некоторые пресноводные простейшие, которые живут в гипотоническому растворе, имеют специальные органеллы — сократительные вакуоли, выкачивают лишнюю воду из клеток. Многоклеточные животные поддерживают осмолярность плазмы крови и тканевой жидкости такой же, как в цитоплазме клеток. Для этого клетки активно скачивают ионы Na + и некоторые другие в тканевую жидкость.

Осмотические свойства растворов также влияют и на формы запасания энергии живыми клетками. Так они сохраняют углеводы в виде полисахаридов (крахмала и гликогена), а не моно- или олигосахаридов.

Поскольку осмос растет пропорционально количеству частиц растворенного вещества, а не к их массы, 1 г гилкогену, молекулы которого содержат по 1000 остатков глюкозы, увеличивать омолярнисть цитоплазмы в такой же степени, как и 1 мг глюкозы.

Осмос также играет важную роль в экологии водоемов. Если концентрация соли и других веществ в воде поднимается или падает — жители этих вод погибают через губительное действие осмоса.

В лабораторной практике

Осмос широко используют в лабораторной технике при определении молярных характеристик полимеров, концентрирования растворов, исследовании разнообразных биологических структур. Осмотические явления иногда используются в промышленности, например при получении некоторых полимерных материалов, очистке высоко-минерализованной воды методом «обратного» осмоса жидкостей.

Протоколы выделения клеточных фракций, обогащенных митохондриями, пластидами или лизосомами, учитывают тот факт, что эти органеллы окружены полупроницаемую мембрану. Поэтому фракционирования проводят в буферах с достаточным концентрацией сахарозы или иной инертного вещества для предотвращения осмотическому лизису.

Диализ, основанный на осмотических свойствах растворов, используют для очистки высокомолекулярных веществ от низкомолекулярных примесей. Для этого раствор макромолекул с примесями помещают в мешочек из полупроницаемого материала, пропускающего только маленькие молекулы.

Этот мешочек погружают в растворитель и оставляют на некоторое время, за которое низкомолекулярные вещества диффундируют в растворитель.

Метод диализа также используют для изучения связывания макромолекул с маленькими молекулами, например ферментов с ингибиторами, нуклеиновых кислот с антибиотиками и т.

Источник: https://info-farm.ru/alphabet_index/o/osmos.html

Осмотическое давление, еще раз о поливе

Уважаемые, друзья, тема ухода за антуриумом поднимается, на нашем сайте, регулярно и сегодняшний пост не исключение. Казалось, бы мы уже все знаем, что еще нового можно сказать?

«Новое, это хорошо забытое старое», давайте начнем вспоминать.
Антуриумы не любят переувлажнения грунта, это правило давно известно.

Поэтому, одни устанавливают себе определенные рамки: «Полив раз в неделю», забывая о температуре помещения, в котором находятся растения, о климатических условиях (количество солнечных и пасмурных дней на неделе) другие считают, что лучше повременить с поливом, просушить грунт, а затем полить. Забывая о том, что пересушивание грунта так же опасно для антуриума, как и переувлажнение.

Почему, давайте разберёмся, для этого рассмотрим два варианта полива

Полив растения осуществляется регулярно, по мере высыхания верхнего слоя. При таком поливе, корневая система, здорового растения работает в обычном режиме, без резких перепадов.

При каждом поливе вносится минимальная доза питательных веществ (0,25-0,5гр на 1 литр поливочной воды). Мы пролили грунт, корни растения впитали влагу, она поступила к листьям.

И здесь начинается, самое интересное, здесь начинаю работать законы осмоса и осмотического давления.

Осмос (от греч. ὄσμος — толчок, давление) — процесс односторонней диффузии через полупроницаемую мембрану молекул растворителя в сторону большей концентрации растворённого вещества из объёма с меньшей концентрацией растворенного вещества. (Википедия).

Роль полупроницаемой мембраны, в данном случае, играет оболочка клеток растения. Полупроницаемой мембраной, так как она проницаема только для воды, которая через нее проходит значительно легче, чем, растворенные в ней вещества.

Осмотическое давление (обозначается π) — избыточное гидростатическое давление на раствор, отделённый от чистого растворителя полупроницаемой мембраной, при котором прекращается диффузия растворителя через мембрану (осмос). Это давление стремится уравнять концентрации обоих растворов вследствие встречной диффузии молекул растворённого вещества и растворителя. (Википедия).

Осмотическое давление у растений от 5 до 20 атм. Это большая сила. Корневая система имеет более низкое осмотическое давление, чем стебли и листья, цветы самое высокое давление, именно это способствует продвижению влаги вверх по растению.

Какие процессы происходит в растении, при таком поливе?

Процесс постоянного осмоса воды в клетки, создает давление, благодаря, которому листья имеют тургор (упругость, прочность). Антуриум обладает низким осмотическим давлением, поэтому и концентрация удобрений мала (0,25-0,5 гр на 1 литр поливочной воды), только раствор, имеющий одну концентрацию, одно осмотическое давление с клетками растения, способен сохранить объём клеток неизменным.

Подобрав, правильную концентрацию удобрений, можно добиться идеального результата, растение будет быстро развиваться, расти, цвести.

Растение поливается не регулярно, частое пересушивание земляного кома, а затем обильный полив.

В сухом грунте, концентрация солей высока и осмотическое давление так же высоко, корням растения трудно взять влагу, и они вынуждены прилагать для этого определенные усилия.

При поливе чистой (дистиллированной, дождевой, водой из фильтра обратного осмоса), корни начинают втягивать сильнее, им легче взять влагу, так как осмотическая сила раствора резко уменьшилась, из-за уменьшения концентрации солей.

Корни растения нагнетают влагу, а листья ее не успевают испарять.

Клетки растения набухают, происходит разрушение хлорофилла, отсюда обесцвечивание листовой пластины, некротические пятна, хлороз (нарушение образования хлорофилла, снижение процесса фотосинтеза), некроз (отмирание ткани).

Избыток влаги проникает через кожицу растений на поверхность, появляются капли влаги, что может привести к развитию грибков и болезнетворных бактерий.

Исходя, из сказанного, чтобы облегчить состояния растения после пересушки грунта, необходимо в поливочную воду добавить удобрения, чтобы уровнять осмотические силы. Казалось бы, вопрос решен, добавили удобрение, и все проблемы решили, но не так все просто.

Мы рассчитали, что при каждом поливе мы вносим 0,25-0,5 гр удобрений на литр, но это при условии, не пересушенного грунта.

В противном случае, надо внести чуть большее количество питательных веществ и главное не перестараться. Иначе, пойдет обратный процесс, вода из клеток растения уйдет, они сморщатся, потеряют тургор.

Требуется правильно рассчитать необходимую дозировку питательных веществ. Боюсь, что этот расчет будет нам не под силу.

Поэтому лучше не доводить до пересушивания грунта, тем более, что оба состава, рекомендованные нами, быстро просыхают и залить в них, здоровое растение, невозможно. А равномерно пролить пересушенный ком земли, довольно проблематично.

Осмос играет важную роль в жизни живых организмов, способствует обновлению клеток, сохранению тургора. Осмотическое давление, это огромная сила, которая способна поднять влагу, к кронам самых высоких деревьев, а это несколько десятков метров, это сила, которая способна вращать гидростанцию. Это законы природы, пренебрегать которыми мы не можем, силы, которые надо брать во внимание.

Примечание: Все рекомендации относительно дозировки и частоты применения, удобрений даны из расчета, тех препаратов, которые применяем мы и участники нашей группы Телеграмм.

При использовании препаратов других производителей, дозировку рассчитывайте самостоятельно, она может не совпадать с нашей рекомендацией.

Все виды растений имеют свое осмотическое давление, поэтому удобрения с названием «Для всех видов цветущих растений», помимо громкого названия, должны содержать подробную инструкцию, с указанием дозировки препарата, для каждого конкретного вида растений. В противном случае, это уловка производителя.

Оцените пожалуйста материал:

Источник: https://anturiumi.ru/uhod/osmoticheskoe-davlenie-eshhe-raz-o-polive.html