«Процесс осмоса в клетках растений и крови человека»
проект по биологии (9 класс)

Тезисы

Наименование проекта:«Процесс осмоса в клетках растений и крови человека»

Секция: Химия- биология

Байцаева София Эдуардовна, обучающаясямуниципального общеобразовательного учреждения (МАОУ СОШ 11) город Долгопрудный (13 лет)

Иванова Лидия Александровна, учитель биологиимуниципального общеобразовательного учреждения (МАОУ СОШ 11) город Долгопрудный

Электронный адрес:ila-67@mail.ru

Цель работы: изучить процесс осмоса в клетках растений и крови человека.

Основная идея: явление осмоса в клетках живых организмов. Без осмоса невозможна жизнь на Земле.

Пути решения: сбор и изучение источников информации по проблеме, применение следующих методов: описательный (связан с наблюдением и описанием явлений, определением их свойств), сравнительно-биологический (определение сходств и различий разных систематических групп, сообществ организмов) и лабораторный эксперимент (опыт).

Результаты: установлено, чтоосмос происходит в сторону большей концентрации вещества; осмос имеет большое значение для организмов, способствуя достаточному снабжению водой и необходимыми веществами клеток и межклеточных структур; осмос мембраны клетки – основа жизнедеятельности растений; нарушение проводимости клеточных мембран ведет к гибели растения.

Обсуждение:явление осмоса –это одностороннее перемещение воды через полупроницаемую мембрану в более концентрированный раствор. Осмос обеспечивает необходимое потребление влаги и питательных веществ клетками. Мембрана растягивается до определенной степени, что не позволяет клетке лопнуть. Это происходит в связи с тем, что она развивает противодавление, равное осмотическому, направленное в противоположную сторону.

Поддержание осмотического давления в клетках крови человека достаточно сложный процесс, который обеспечивает постоянство внутренних сред и тем самым слаженную работу всех систем и организма в целом.

Понимание и контроль осмотических процессов формируют умение оказывать целенаправленное влияние на их протекание. Все это имеет большое значение в биологии и медицине, химии и физике.

УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ АДМИНИСТРАЦИИ

ГОРОДСКОГО ОКРУГА ДОЛГОПРУДНЫЙ

МУНИЦИПАЛЬНОЕ АВТОНОМНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ГОРОДСКОГО ОКРУГА ДОЛГОПРУДНЫЙ СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА № 11

(МАОУ СОШ № 11)

Научно-исследовательская работа

«Процесс осмоса в клетках растений и крови человека»

Секция

«Химия - биология»

Выполнила:

Байцаева София Эдуардовна

учащаяся __7__ класса

МАОУ СОШ 11

Руководитель:

Иванова Лидия Александровна

Учитель биологии

МАОУ СОШ 11

Долгопрудный–2022 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. Введениестр.4-6
2. Основная часть. Процесс осмоса в клеткестр. 6-13

2.1. Явление осмоса стр. 6-7
2.2. Величина осмотического давлениястр. 7
2.3.  Осмос растенийстр. 8
2.4. Водный потенциал и понятие транспирациястр. 8-10
2.5. Моделирование опытов по осмосу в растениях                стр. 10-11

2.6. Осмотическое давление в клетках крови человека                                      стр. 12-13

3. Заключениестр. 14
4. Библиографический список стр. 15
5. Приложения                                                     стр. 16-20

Приложение 1. Рисунки стр. 16-18

Приложение 2. Фото                                                                                     стр. 19-20

I.Введение

Гипотеза: Осмос поддерживает жизнь в растительном и животном организме.

Актуальность темы:

Данная тема является актуальной. Ведь она не случайно интересует учёных разных стран мира. Всё, что касается поддержания жизни, является важным для Человека. Актуальность выбранной темы заключается и в том, что осмос является важнейшим биологическим процессом. Он способствует достаточному снабжению клеток и межклеточных структур водой и необходимыми веществами, противостоит вирусным и бактериальным инфекциям. Осмос не только выполняет защитную функцию, но и укрепляет иммунитет.

Тем самым понимание и контроль осмотических процессов формируют умение оказывать целенаправленное влияние на их протекание. Все это имеет большое значение в биологии и медицине, химии и физике.Сегодня учёные биологи, врачи, экспериментаторы, занимаясь острой проблемой проникновения патогенных бактерий, вирусов и грибов в клетку, создают безопасные вакцины, укрепляющие иммунитет и, антигены, которые защищают от болезней.

Живая природа охраняется и защищается Человеком.

Цельисследования:изучить процесс осмоса в клетках растений и крови человека.

Задачи исследования:

1. Изучить справочную литературу и интернет ресурсы по избранной теме.

2.Выяснить значение осмотических явлений в природе.  
3. Смоделировать схему явления осмоса, провести эксперименты по самопроизвольному переходу растворителя в раствор и подтвердить наличие явления осмоса.
4. Сформулировать выводы по процессу – осмос в живой природе.

Объект исследования:явление осмоса.

Предмет исследования: явление осмоса в растительной и животной клетке.

Методы исследования:

1.Сбор и изучение источников информации (статей в журнальном и электронном видах) по проблеме.

2. Описательный метод, который связан с наблюдением и описанием объектов или явлений, определением их свойств.

3.Сравнительно-биологический метод. Определение сходств и различий разных систематических групп, сообществ организмов.

4. Экспериментальный метод (опыт) состоит в изменении исследователем условий существования объекта опыта, его строения и наблюдение по результатам изменений. Мы в работе использовали лабораторный эксперимент. Этот метод позволяет гораздо глубже исследовать сущность поведения, строение и особенности организмов.

Значимость работы:

Материалы могут быть использованы обучающимися 7 – 9 классов в своих докладах, в лабораторных на уроках биологии (в школе), в различных проектах 7 – 11 классы, а также при подготовке к ЕГЭ по биологии или к занятиям в ВУЗе (спец-факультеты).

Сроки работы: 1 месяц.

Выполнила работу:ученица 7А класса – Байцаева София Эдуардовна при участии родителей.

Литературный обзор: электронные ресурсы.

Процессы осмоса в клетке

Все биологические организмы состоят из клеток. Внутри них в цитоплазме находится жидкость, которая содержит воду и полезные вещества, растворённые в ней. Вода необходима живой клетке для нормального протекания различных процессов.Она – превосходный растворитель для веществ. В водной среде протекают все реакции обмена веществ. Вода является средой, в которой происходит диффузия (проникновение) растворенных соединений в клетки и ткани.

Изучая справочную литературу, я узнала, что способность воды поступать из окружающей среды в клеточные растворы называется –осмос. Это явление помогает растворителю перейти из внешней среды в клетку. Этим осуществляется поддержание водного режима живых организмов. Осмос обеспечивает поступление воды и питательных веществ внутрь живых клеток, что необходимо для нормального течения различных процессов.Содержание воды в организме является видоспецифичным признаком и варьирует в зависимости от возраста и физиологического состояния, а также типа ткани. Осмос — это основа водного обмена в живых существах. Без осмоса невозможна жизнь на Земле.

К примеру, в большинстве тканей растений содержание воды составляет 80–95%. В то время как в некоторых сухих семенах уровень воды не превышает 10%. Однако для того, чтобы они стали метаболически активными, содержание воды в них должно существенно увеличиться.

На уроках биологии мы изучали строение клетки, выполняли различные её модели, разбирали общие характеристики растений, одноклеточных и многоклеточных животных и многое другое. Слово «осмос» я впервые прочитала в кандидатской диссертации у мамы. Она – врач. Изучая на уроках биологии строение и функции клеткиданное явление меня заинтересовало.

Слово «ОСМОС» имеет греческое происхождение и означает «толчок», «давление».

II. Основная часть. Процесс осмоса в клетке

2.1. Явление осмоса

Попробуем разобраться, что представляет собой данное явление.
Нам известно, что если бросить в сосуд с пресной водой горсть соли или сахара, вещество в воде равномерно распределится по объёму жидкости.

А теперь представим, что тот же сахар мы опустили в воду в особом «мешочке». Для такого опыта можно использовать, например, пакетик из пергамента. В лабораториях для наблюдения за осмосом используют осмометр Дютроше — представляет собой мешочек из полупроницаемой пленки (коллодия или целлофана), наполненный раствором сахара или соли и погруженный в сосуд с водой.

Зададимся вопросом, что же произойдёт? «Мешочек» свободно пропускает воду, но не пропускает растворённый сахар. Раз сахар не может выйти из границ «мешочка», очевидно, что вода из сосуда, «желая растворить сахар», устремиться в пакетик. Он моментально расправится, наполнится водой, увеличится в объёме.

И наоборот, если мы опустим пакетик с пресной водой в солёную воду, он быстро опустеет.

Это процесс и есть осмос – это односторонняя диффузия воды через полупроницаемую мембрану в более концентрированный раствор (Приложение 1, рисунок 1).

2.2.Величина осмотического давления

Осмотическое давление — это минимальное давление, которое необходимо приложить к раствору, чтобы предотвратить попадание чистого растворителя внутрь через полупроницаемую мембрану. Это важная величина, при которой процесс осмоса завершается.

Величина осмотического давления обусловлена концентрацией раствора. Измеряется в единицахдавления – чаще всего в паскалях (символ Па) или барах. Около 60% осмотического давления создается солями натрия (NаСl).

Благодаря осмотическому давлению становится возможным минеральное питание растений, поскольку именно оно обеспечивает восходящий ток воды от корня к листу и нисходящий ток жидкости для возвращения минеральных веществ опять в круговорот веществ.

2.3.Осмос растений

Растения (как, впрочем, и остальные живые существа) приспособились использовать явление осмоса себе во благо. Растительная клетка является осмотической системой, в которой роль раствора осмотически активных веществ играет клеточный сок, а роль полупроницаемой перегородки – цитоплазматические мембраны. Клеточный сок обладает определенным осмотическим давлением, которое прямо пропорционально числу частиц (молекул, ионов) в единице объема, т. е. концентрации растворенных веществ. Достигнув определенной степени растяжения, мембрана далее не растягивается, что не позволяет клетке лопнуть. Так как она развивает противодавление, равное осмотическому, которое направлено в противоположную сторону. Осмос обеспечивает необходимое потребление влаги и питательных веществ растениями, благодаря чему возможен фотосинтез; способствует выделению избытка солей из клетки, чтобы поддержать ее жизнеспособность.

Осмотическое давление зависит от концентрации растворённого вещества. Распирая изнутри каждую клетку, осмотическое давление поддерживает растение в упругом, напряжённом состоянии. В жаркие дни, когда воды не хватает, это давление падает – растение вянет.

Благодаря осмосу растение может двигаться, «расслабляя» или «напрягая» отдельные свои части. Для этого ему надо лишь увеличить или уменьшить в них концентрацию растворённых веществ. Например, одуванчик так открывает и закрывает свои соцветия.

2.4.Водный потенциал и понятие транспирация

Водныйпотенциал– этопотенциальнаяэнергияотводынаединицуобъемапоотношениюкчистойводевстандартныхусловиях.Осмос можно определить, как движение молекул воды через полупроницаемую мембрану по градиенту водного потенциала. Водный потенциал отражает тенденцию молекул воды двигаться в определённом направлении. Вода всегда движется по градиенту: оттуда, где водный потенциал выше, туда, где он ниже.

Водный потенциал максимален у чистой воды, но условно принят за нуль (равен 0, в «стандартных» условиях, т. е. при нормальном атмосферном давлении и 25 градусов по Цельсию).
У всех растворов водный потенциал ниже, чем у чистой воды, т. е. в стандартных условиях выражается отрицательной величиной.

Понятие «водный потенциал» позволяет определить направление движения воды между любыми двумя системами — не только из одной клетки растения в другую, но, например, из почвы в корень, из листа в атмосферу и т. п. Если две системы, содержащие воду (например, почва и атмосфера или клетка и окружающий её раствор), вступают в контакт, то беспорядочное движение её молекул приведёт к их результирующему движению - туда, где их меньше. Из области с более высоким водным потенциалом (с более высокой энергией) туда, где он ниже (ниже энергия). Это продолжается до тех пор, пока их концентрации в обеих системах не уравновесятся (Приложение 1, рисунок 2).

Можно сказать, что вода движется через растение по градиенту водного потенциала из почвы в воздух. Почти вся поглощаемая растением вода поступает в него через корни. Лишь незначительная часть поглощается надземной частью растения. Водообмен растений складывается из неразрывно связанных процессов(Приложение 1, рисунок 3): 1) поглощения воды, 2) ее передвижения по растению и 3) транспирации. Вода поступает в растения, главным образом, за счет осмотических сил, перемещаясь от участков с высоким водным потенциалом почвы к участкам с более низким водным потенциалом корня. К клеткам надземной части растения вода доставляется благодаря восходящему току по ксилеме. Восходящий водный ток обуславливается работой верхнего (транспирация) и нижнего (корневое давление) концевых двигателей.

Понятиетранспирация

Транспирация – это регулируемый физиологический процесс движения воды по органам растительного организма(подобие встроенного водяного насоса), завершающийся её потерей через испарение.

В ходе этого процесса жидкость проходит через растение от корней до мелких пор на нижней стороне листьев (Приложение 1, рисунок 4), там она испаряется и попадает в воздух в виде водяного пара. По мере испарения воды в верхней части растения в результате осмоса от корней поднимается дополнительная влага — по системе трубок, состоящих из рядов специальных клеток — ксилем.

Таким образом,явление осмоса - это одностороннеесамопроизвольное перемещение воды через полупроницаемую мембрану в более концентрированный раствор.Осмотическое давление — это минимальное давление раствора необходимое для предотвращения попадания чистого растворителя внутрь клеткичерез полупроницаемую мембрану. Величина осмотического давления обусловлена концентрацией раствора.

Осмос обеспечивает необходимое потребление влаги и питательных веществ растениями. Достигнув определенной степени растяжения, мембрана далее не растягивается, что не позволяет клетке лопнуть. Так как она развивает противодавление, равное осмотическому, которое направлено в противоположную сторону.

Водный потенциал отражает тенденцию молекул воды двигаться в определённом направлении.Вода всегда движется по градиенту: оттуда, где водный потенциал выше, туда, где он ниже.Осмос можно определить, как движение молекул воды через полупроницаемую мембрану по градиенту водного потенциала.

2.5. Моделирование опытов по осмосу в растениях

Рассмотрим несколько опытов.

Опыт первый «Плачущий лимон»  

Взяли лимон и порезали его на тонкие дольки. Затем посыпали лимонные дольки сахаром и пронаблюдали. Через несколько минут из долек потек сок (Приложение 2, фото 1).

Вывод:действует осмос: сок потек из лимона наружу, стремясь как можно сильнее разбавить образовавшийся на его поверхности концентрированный раствор сахара.

Опыт второй «Своенравный картофель»

Мы вырезали из сырого картофеля одинаковые кубики (Приложение 2, фото 2).Далее их опустили в стаканы с водой: один кубик поместили в пресную воду, второй - в чуть подсоленную воду (до 1 чайной ложки поваренной соли), третий – в сильно соленую воду (добавили 3-5 чайных ложек поваренной соли и размешали).
Картофель: 1 - в пресной воде, 2 – в мало соленой, 3 – в сильно соленой (Приложение 2, фото 3).

Через 2 часа заметили, как картофельные кубики изменились (Приложение 2, фото 4).

• 1 образец, который находился в пресной воде, набух; молекулы воды с малой концентрацией проникли в клетки картофеля со слабо соленым соком;
• 2 образец остался без изменений; установилось равновесие веществ, сравнялось осмотическое давление;
• 3 образец деформировался, уменьшился; так произошло из-за извлечения овощного сока в сторону соленого концентрированного раствора.

Вывод: действует осмос, произошло проникновение молекул растворителя (воды) через полупроницаемую мембрану в сторону большей концентрации вещества (поваренной соли).

Опыт третий «Окрашивание цветка»

Поставили цветок белого цвета в окрашенную воду. Утром увидели в прожилках лепестков краску. Подкрашенная вода всосалась растением (Приложение 2, фото 5).

Вывод: осмос обуславливает поднятие воды (красителя) по стеблю растения.

Таким образом, в результате практических опытов нами было установлено:

осмос происходит в сторону большей концентрации вещества;

осмос имеет большое значение для организмов, способствуя достаточному снабжению водой и питательными веществами клеток и межклеточных структур;

осмос мембраны клетки – основа жизнедеятельности растений;

нарушение проводимости клеточных мембран ведет к гибели растения.

2.6.Осмотическое давление в клетках крови человека

В организме человека присутствует ряд жидкостей, составляющих его внутреннюю среду: лимфа, кровь, тканевая жидкость. Они обладают различным осмотическим давлением, поддерживают его на постоянном уровне вне зависимости от температуры окружающей среды и множества других факторов. Такое давление называют изоосмией (это постоянство осмотического давления жидких сред организма). Оно является составной частью общего процесса обмена веществ.

Кровь - жидкая ткань организма, выполняющая жизненно-важные функции. Различные отклонения в состоянии организма и отдельных органов приводят к изменениям в системе крови и наоборот. Именно поэтому при оценке состояния здоровья человека тщательно исследуют параметры, характеризующие кровь (гематологические показатели).

Осмотическое давление крови регулируется в основном почками.Оно обусловлено электролитами и некоторыми веществами с низкой молекулярной массой (глюкоза и др.). Чем больше концентрация таких веществ в растворе, тем выше осмотическое давление. Осмотическое давление плазмы зависит в основном от содержания в ней минеральных солей. Около 60% всего осмотического давления обусловлено солями натрия. Данная величина составляет в среднем 7.4-7.8 атм. (740 – 780 кПа).

Эритроциты – это красные клетки крови (Приложение 1, рисунок 5), которые в большинстве своем поддерживают изотонию (это относительное постоянство осмотического давления в жидких средах и тканях организма).

В отличие от клеток растений в клетках крови человека никакой «защиты» от чрезмерного разбухания нет. Поэтому, если разбавить кровь дистиллированной водой, то красные кровяные клетки (эритроциты) раздуются до шаровидной формы, а затем лопнут. Кровь станет прозрачной – «лаковой». Чтобы этого не произошло, при необходимости (например, при больших кровопотерях) врачи вводят в кровь, так называемый «физиологический»- 0,9 % раствор хлорида натрия. Помещённые в такой раствор клетки крови не сжимаются и не набухают.

Растворы, которые имеют осмотическое давление такое же, как у плазмы, называют изотоническими. В медицине изотоническими по отношению к крови являются растворы с концентрацией солей 0,9% (или физиологический раствор NaCl).При превышении установленной величины раствор признают гипертоническим, сниженное осмотическое давление наделяет раствор гипотоническим свойством.

Рассмотрим влияние тонических растворов на эритроцит(Приложение 1,рисунок 6). Если поместить клетку в гипертонический раствор с высокой концентрацией солей, то вода из клетки станет поступать в межклеточное пространство. Клетка сморщится произойдет плазмолиз. В дистиллированной воде (гипотонический раствор) вода начнет поступать в клетку и за счет возрастающего давления сможет привести к разрыву плазмолеммы.Таким образом, и в том и другом случае действует явление осмос.

В организме человека огромное множество компенсаторно-приспособительных механизмов. Если осмотическое давление крови снижается, то организм старается его воссоздать, удаляя из крови избыток растворенных частиц. Если же давление повышается, то число кинетически активных частиц значительно возрастает.

Например, в крови происходит разрушение всех оболочек, если осмотическое давление снижается до 260-300 кПа.

Для разных организмов величина критического снижения осмотического давления различная. Это нашло применение и в медицинской практике.
К примеру, под действием антибиотиков (например, пенициллина) ингибируется процесс биосинтеза стенок растущих стрептококков (бактериальная клетка). Они становятся непрочными и под действием внутреннего осмотического давления легко разрушаются.
Осмотическое давление способствует противостоянию бактериальных клеток, поэтому и формируют иммунитет.

Итак, поддержание осмотического давления в клетках крови человека достаточно сложный процесс, который обеспечивает постоянство внутренних сред и тем самым слаженную работу всех систем и организма в целом.

III. Заключение

1.Осмос – это явление, необходимое для нормального течения различных процессов жизнедеятельности организма.Осмос позволяет мембране клетки контролировать процесс поступления различных веществ в собственное внутреннее пространство.

2.Осмотическое давление зависит от концентрации растворённого вещества.

3.Водный потенциал позволяет определить направление движения воды между любыми двумя системами, а не только из одной клетки в другую. Вектор его направленности – от большей величины к меньшей.

4.Осмос являетсясамопроизвольным переходом растворителя в раствор, отделённым от него полупроницаемой перепонку, через которую проходит растворитель (например, вода), но не проходит растворённое вещество (например, молекулы сахара). При осмосе происходит выравнивание концентрации растворов через клеточную мембрану.

5. Внутренняя среда организма человека представлена рядом жидкостей: лимфа, кровь, тканевая жидкость. Они (жидкости) обладают различным осмотическим давлением, поддерживают его на постоянном уровне независимо от множества различных факторов, что способствует физиологической работе организма.

IV. Библиографический список

1.М. Аксёнова. Энциклопедия для детей. Том 2. Биология. – М.: «Аванта+», 1997 г.

2. В.В. Пасечник, С.В. Суматохин, Г.С. Калинова. Учебник для общеобразовательных организаций. Биология 7 класс. М.: Просвещение, 2020 г.
3. И. П. Палеев, Н. П. Бочков, А. И. Воробьев, В. А. Насонова. Справочник врача общей практики. «Нарушения метаболизма воды». Издательство «Эксмо». 2002 г.
4. Н. Ярошенко, Г. Филатова, З. Кожанова.Иммунитет. «Сила воды». «ЗАО Издательский Дом РидерзДайджест». 2006 г.

5. С. Клар. Почки и гомеостаз в норме и при патологии. М.: Медицина, 1987 г.

6. А.Н. Окороков. Диагностика болезней внутренних органов. М.: Мед. лит., 2004. – Т.7: Диагностика болезней сердца и сосудов.

7. А.П. Кудряшов, Т.И. Дитченко, Г.Г. Филипова и др. Учебное издание. Водный режим и дыхание растений. Методические рекомендации к лабораторным занятиям по курсу«Физиология растений» для студентов биологического факультета. Минск. 2013 г.

8. Р.С. Орлов, А.Д. Ноздрачев. Нормальная физиология. М.: ГЭОТАР-медиа, 2005г.

9. Mattson, D.L.Importanceoftherenal medullary circulation in the control of sodium excretion and blood pressure / D.L.Mattson // Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. – 2003. – Vol. 284. – P.13-27.

10. Интернет ресурс:https://nsportal.ru/ap/library/drugoe/2019/04/17/izuchenie-i-modelirovanie-yavleniya-osmosa-v-rasteniyah.

11. Интернет ресурс:https://wordhelp.ru/word

12. Интернет ресурсы: https://ru.wikipedia.org/wiki

V.Приложения

Приложение 1. Рисунки

Рисунок 1. Процесс осмоса

Рисунок 2. Вектор водного потенциала

Рисунок 3. Движение воды по градиенту водного потенциала между растением и почвой

Рисунок 4. Транспирация у растений

Рисунок 5. Эритроциты – красные клетки крови в норме

Рисунок 6. Влияние тонических растворов на эритроцит

Приложение 2. Фото

Фото 1. Опыт «Плачущий лимон»

Фото 2. Одинаковые кубики сырого картофеля

Фото 3. Опыт «Своенравный картофель»

Фото 4. Изменение картофельных кубиков

Фото 5. Опыт «Окрашивание цветка»