матеріал 16

Урок 35. Мембранний транспорт – плазмоліз і деплазмоліз

Матеріал

Для вчителя

Для учня

Завантажити матеріал (PDF)

Урок 35. Мембранний транспорт – плазмоліз і деплазмоліз

Очікувані результати навчання

добирає самостійно або у співпраці з іншими методи дослідження, зважаючи на умови його проведення – [12 ПРО 1.3.1-1 П]
здійснює самостійно або у співпраці з іншими дослідження, фіксує результати – [12 ПРО 1.4.1-3 П]
спостерігає/досліджує самостійно або у співпраці з іншими об’єкти і явища за складеним планом із використанням моделей – [12 ПРО 1.4.2-1 П]
аналізує результати, формулює висновки, презентує результати дослідження – [12 ПРО 1.4.2-3 П]
формулює самостійно або у співпраці з іншими висновки за результатами досліджень та обґрунтовує їх – [12 ПРО 1.5.2]
використовує самостійно або у співпраці з іншими здобуту інформацію для оцінювання природних об’єктів, явищ і процесів, розв’язання життєвої/навчальної проблеми – [12 ПРО 2.1.1-6 П]
прогнозує самостійно або у співпраці з іншими зміни об’єктів, явищ і процесів на основі базових знань про взаємозв’язки в природі і дослідницьких навичок – [12 ПРО 3.3.1-4 П]

Місце уроку в темі: Після ознайомлення з типами транспорту в попередньому уроці, фокус зосереджується на поведінці клітин (в першу чергу рослинних) у зміненому тонічному середовищі та на механізмах, що пояснюють плазмоліз/деплазмоліз.

Проблема уроку: Як фізична будова рослинної клітини (наявність клітинної стінки, вакуолі) змінює наслідки осмотичних процесів і які біологічні наслідки це має для організму й практичних застосувань (зберігання, маринування, сільовий стрес)?

Очікувані результати для вчителя:

Учнівство пояснило біофізичні основи плазмолізу/деплазмолізу та виділило роль клітинної стінки і вакуолі.
Учнівство коректно провело мікроскопічне спостереження, зібрало дані і побудувало простий графік залежності від концентрації розчину.
Учнівство вміє зважувати практичні наслідки осмотичних процесів (сільовий стрес, харчова консервація, зрошення) та висловлювати аргументовані висновки.

Очікувані результати для учнівства:

Я пояснюю механізм плазмолізу та деплазмолізу в рослинній клітині, вказуючи роль вакуолі та клітинної стінки.
Я прогнозую напрямок та наслідки руху води для рослинної клітини в гіпертонічному та гіпотонічному середовищі й інтерпретую мікроскопічні спостереження.
Я збираю, фіксую та аргументовано інтерпретую результати експерименту.

Ключові слова:

плазмоліз
деплазмоліз
вакуоля
протопласт
клітинна стінка
тонічність (гіпо/гіпер/ізо)
осмос
тургор
гіпертоничний стрес

План уроку

Мотивація (5 хв)
Тобі може знадобитися (10 хв)
Життєва ситуація (15 хв)
Попрактикуймо самостійно (10 хв)
Рефлексія (5 хв)

1. Мотивація

Дружня порада для вчителя

Тривалість: 5 хв.

🛠 Як провести:

Запитання для початку дискусії:

Чому овочі довго зберігаються у розсолі?

Що стається з клітинами рослин, коли ґрунти надто засолені?

Як буде відрізнятись поведінка рослинних і тваринних клітин у солоній воді?

Головна ідея:

Той самий біологічний процес може бути інструментом для збереження продуктів і водночас серйозною проблемою для сільського господарства. Розуміння механізмів плазмолізу і деплазмолізу – ключ до розуміння клітинної фізіології і прикладного використання біології.

Рис 1. Мариновані огірки. Джерело: Klopotenko

🥒 Уявіть собі банку домаших огірків чи помідорів. Чому вони зберігаються місяцями без холодильника, тоді як свіжий огірок псується за кілька днів?
Відповідь прихована у тому, що відбувається з клітинами овочів у концентрованому сольовому розчині.

Коли огірки чи капуста потрапляють у розсіл, вода з клітин починає виходити назовні. Усередині клітини мембрана відділяється від клітинної стінки, а сама клітина втрачає тургор.
Цей процес має навіть назву плазмоліз. Якщо ж після цього овоч потрапить у чисту воду, відбудеться зворотний процес – деплазмоліз.

Рис 2. Мікрофотографія явища плазмолізу у клітинах цибулі. Джерело: Reddit

🍅 Саме завдяки таким явищам соління також стають безпечними для вживання людьми. Більшість бактерій у гіпертонічному середовищі не виживають, тому продукти не псуються. Але для вирощування сільськогосподарських культур надлишок солі у ґрунті чи полив солоною водою означає загибель клітин через втрату тургору і призведе до зниження чи взагалі втрати врожайності.

Поміркуйте:

Чому один і той самий процес – вихід води з клітин – може бути «корисним» у харчовій промисловості і «шкідливим» для рослин у полі?
Чи можна підібрати концентрацію солі, за якої процес плазмолізу ще може регулюватись рослинними клітинами?
Як знання про осмос може допомагти агрономам і біотехнологам?

Сьогодні на уроці ми:

розберемось, як саме відбувається плазмоліз і деплазмоліз у клітинах рослин;
проведемо власний експеримент із клітинами цибулі;
навчимось пояснювати наслідки осмотичних процесів у реальному житті.

2. Тобі може знадобитися

Дружня порада для вчителя

Тривалість: 10 хв.

🛠 Як провести:

Використайте порівняльну схему (Рис. 3): рослинна і тваринна клітина у різних розчинах.

Покажіть мікрофотографії цибулевих клітин у гіпо- та гіпертонічному середовищах (Рис. 4).

Використайте приклади з життя, розкажіть про вплив на рослини солі у ґрунті, маринування, пересихання листків.

Запитання для обговорення:

Чому для тваринних клітин наслідки осмосу можуть бути летальними, а для рослинних – Є більш контрольованими?

Як клітинна стінка робить можливим повний тургор рослинних клітин?

Що означає «зворотність» процесу деплазмолізу?

✅ Головна ідея:

Клітинна стінка визначає, як рослинна клітина виживає в мінливому середовищі. Осмос у тварин і рослин – однаковий процес, але наслідки для клітин принципово різні.

Що таке осмос і тонічність?

Осмос – рух молекул води через напівпроникну мембрану з області меншої концентрації розчинених речовин у бік більшої.
Тонічність – порівняння середовища довкола клітини із внутрішнім вмістом:
- гіпотонічне: менше розчинених речовин отже вода входить у клітину;
- гіпертонічне: більше розчинених речовин (солей) – вода виходить з клітини;
- ізотонічне: баланс, вода рухається в обидва боки з однаковою швидкістю.

Рис 3. Осмос у рослинних і тваринних клітинах. Джерело: Shutterstock

Чому рослинні клітини поводяться інакше, ніж тваринні?

У тваринних клітин мембрана – єдиний бар’єр. У гіпотонічному середовищі вони можуть луснути (гемоліз еритроцитів).
У рослинних клітин є клітинна стінка. Вона не дає клітині розірватися, зате створює тургорний тиск – завдяки йому листки стоять пружними.
Коли вода виходить із рослинної клітини (гіпертонічний розчин), мембрана відходить від стінки. Це називається плазмоліз.
Якщо потім повернути клітину в гіпотонічне середовище, вода знову входить – і рослинна клітина відновлює тургор (деплазмоліз).

Рис 4. Нормальні клітини рослин (зліва) і клітини у яких відбувся плазмоліз (зправа). Джерело: Adobe Stock

Круті факти:

У солоному ґрунті рослини страждають, оскільки вода виходить з клітин, листки в’януть, ріст рослин зупиняється.
Ці знання використовує харчова промисловість застосовуючи технології маринування, соління, сушіння. Бактерії теж втрачають воду у гіпертонічних розчинах, що зупиняє їх ріст.
Селекція стійких до солоного середовища культур спрямовані на оптимізацію мембранних транспортерів і накопичення речовин-осмопротекторів у клітинах.

Поміркуйте:

Чому огірок у банці зморщується, але не розчиняється?
Чому рослини у засоленому ґрунті швидко в’януть навіть при наявності частих дощів?
Якби тваринна клітина мала стінку, чи був би можливим осмотичний лізис? Але чи могли б клітини тварин виконувати свої функції?

3. Життєва ситуація

Дружня порада для вчителя

Тривалість: 15 хв.

Як провести:

Використовуйте класичний препарат цибулевої епідерми: доступний і наочний.

Надайте учням попередньо розчини NaCl різних концентрацій (5%, 10%, 15%) – це дає змогу порівняти силу плазмолізу.

Попросіть учнів рахувати клітини в полях зору мікроскопа, щоб отримати прості кількісні дані.

Питання для дискусії:

Чи всі клітини реагували однаково? Чому?

Чому після певного рівня плазмоліз стає незворотним?

Як цей процес пов’язаний із проблемами засолених ґрунтів?

✅ Головна ідея:

Плазмоліз і деплазмоліз видимий доказ того, як вода «керує» життям клітини. Через мікроскоп учні спостерігають процеси, що пояснюють процеси в галузях харчових технологій, агрономії та екології рослин.

Сьогодні ви побачите на власні очі, як рослинна клітина реагує на зміну середовища. Не у вигляді схеми з підручника, а на власні очі ви побачите, як клітинна мембрана відходить від стінки, а потім може повернутись на місце. Можна провести експеримент із цибулевою шкіркою (епідермою) або водною квітковою рослиною роду Elodea.

Завдання:

Отримайте зразок клітин епідерми цибулі (тонкий прозорий шар).
Приготуйте препарат у краплі дистильованої води – розгляньте під мікроскопом, замалюйте нормальну клітину з вакуолею.
Додайте краплю гіпертонічного розчину (10% NaCl). Через 2–3 хв спостерігайте як цитоплазма «відходить» від клітинної стінки. Це і є плазмоліз.
Акуратно промийте препарат дистильованою водою. Спостерігайте, як мембрана повертається на місце. Це явище деплазмолізу.
Порахуйте, у скількох клітинах видно плазмоліз (з 20–30 у полях зору світлового мікроскопа). Запишіть результати у таблицю.
Побудуйте просту діаграму: % клітин у стані плазмолізу залежно від середовища.

Таблиця результатів:

Умови середовища	% клітин у стані плазмолізу	Стан клітин
Дистильована вода	_______ %	Тургор
10% NaCl	_______ %	Плазмоліз
Після промивання водою	_______ %	Деплазмоліз

Порівняйте розчини NaCl різних концентрацій (5%, 10%, 15%) – це дає змогу порівняти силу плазмолізу. Підрахуйте клітини в полях зору мікроскопа, щоб отримати прості кількісні дані для побудови графіка.

Обговорення:

Що відбулося з вакуолями під час плазмолізу?
Чому клітинна стінка зберегла форму, навіть коли мембрана відійшла?
Чому процес деплазмолізу можливий не завжди (наприклад, при дуже високих концентраціях солі)?

4. Попрактикуймо самостійно

Дружня порада для вчителя

Тривалість: 5 хв.

Завдання 1:

Очікувані відповіді учнівства:

Завдання 1:

Тут учнівство має показати своє розуміння процесу осмосу вивченого на цьому та минулому уроках

Завдання 2:

Очікувані відповіді учнівства:

Завдання 2:

Тут учнівство має показати своє розуміння того, що плазмоліз інтенсивніший при вищій концентрації солі у розчини, пояснивши результати дослідження у блоці «Життєва ситуація», та описати явище розривів (гемолізу) тваринних клітин і деплазмолізу в рослинних у гіпотонічних розчинах, та роль клітинної стінки у відмінності впливу розчинів на клітини.

Завдання 3 – повторення:

Очікувані відповіді учнівства:

Завдання 3:

Тут учнівство має згадати вивчене на минулому уроці про види транспорту.

Рефлексія

Дружня порада для вчителя

Тривалість: 5 хв.

Формати рефлексії:

«Швидкі нотатки»: учні пишуть одну тезу на стікері й кріплять на дошку, разом формується «карта ризиків і користі».

Обговорення в групах: кожна група формулює один приклад користі та один приклад ризику плазмолізу.

Питання для стимулювання дискусії:

Чи завжди плазмоліз є шкідливим для рослин?

Чому плазмоліз можна вважати «сигналом небезпеки» для клітини?

Якби ви були агрономом, що б вас більше хвилювало: плазмоліз у посівів чи деплазмоліз у зрошенні?

Закінчіть речення:

Найцікавішим для мене було:

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Я не очікував/очікувала, що плазмоліз пов’язаний з:

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Питання, яке мені ще хотілося б дослідити:

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Оцініть свій рівень розуміння:

👍 – Все зрозуміло, можу пояснити однокласнику/ці.
🤔 – Дещо зрозумів(ла), але залишились питання.
👎 – Мені було складно, хочу розібратись глибше.

💬 Обговорення:

Чи є користь від явища плазмолізу для рослини?
Які ризики для рослини він створює?
Як знання про деплазмоліз можна використати у практичних сферах (сільське господарство, зберігання продуктів)?

У вільний від відпочинку час

Відео для допитливих:

Плазмоліз у рослинних клітинах (червона цибуля):
https://www.youtube.com/watch?v=Iv7eGCPVaAk
Ефект гіпер- і гіпотонічного розіину на рослинні клітини (YouTube Shorts): https://www.youtube.com/shorts/heEaRwsfQr4

Явище дифузії – інтерактивна модель Phet:
https://phet.colorado.edu/uk/simulations/diffusion

Завантажити матеріал (PDF)

Урок 35. Мембранний транспорт – плазмоліз і деплазмоліз

Очікувані результати навчання

Місце уроку в темі: Після ознайомлення з типами транспорту в попередньому уроці, фокус зосереджується на поведінці клітин (в першу чергу рослинних) у зміненому тонічному середовищі та на механізмах, що пояснюють плазмоліз/деплазмоліз.

Проблема уроку: Як фізична будова рослинної клітини (наявність клітинної стінки, вакуолі) змінює наслідки осмотичних процесів і які біологічні наслідки це має для організму й практичних застосувань (зберігання, маринування, сільовий стрес)?

Очікувані результати для учнівства:

Я пояснюю механізм плазмолізу та деплазмолізу в рослинній клітині, вказуючи роль вакуолі та клітинної стінки.
Я прогнозую напрямок та наслідки руху води для рослинної клітини в гіпертонічному та гіпотонічному середовищі й інтерпретую мікроскопічні спостереження.
Я збираю, фіксую та аргументовано інтерпретую результати експерименту.

Ключові слова:

плазмоліз
деплазмоліз
вакуоля
протопласт
клітинна стінка
тонічність (гіпо/гіпер/ізо)
осмос
тургор
гіпертоничний стрес

План уроку

Мотивація (5 хв)
Тобі може знадобитися (10 хв)
Життєва ситуація (15 хв)
Попрактикуймо самостійно (10 хв)
Рефлексія (5 хв)

1. Мотивація

🥒 Уявіть собі банку домаших огірків чи помідорів. Чому вони зберігаються місяцями без холодильника, тоді як свіжий огірок псується за кілька днів?
Відповідь прихована у тому, що відбувається з клітинами овочів у концентрованому сольовому розчині.

Коли огірки чи капуста потрапляють у розсіл, вода з клітин починає виходити назовні. Усередині клітини мембрана відділяється від клітинної стінки, а сама клітина втрачає тургор.
Цей процес має навіть назву плазмоліз. Якщо ж після цього овоч потрапить у чисту воду, відбудеться зворотний процес – деплазмоліз.

🍅 Саме завдяки таким явищам соління також стають безпечними для вживання людьми. Більшість бактерій у гіпертонічному середовищі не виживають, тому продукти не псуються. Але для вирощування сільськогосподарських культур надлишок солі у ґрунті чи полив солоною водою означає загибель клітин через втрату тургору і призведе до зниження чи взагалі втрати врожайності.

Поміркуйте:

Чому один і той самий процес – вихід води з клітин – може бути «корисним» у харчовій промисловості і «шкідливим» для рослин у полі?
Чи можна підібрати концентрацію солі, за якої процес плазмолізу ще може регулюватись рослинними клітинами?
Як знання про осмос може допомагти агрономам і біотехнологам?

Сьогодні на уроці ми:

розберемось, як саме відбувається плазмоліз і деплазмоліз у клітинах рослин;
проведемо власний експеримент із клітинами цибулі;
навчимось пояснювати наслідки осмотичних процесів у реальному житті.

2. Тобі може знадобитися

Що таке осмос і тонічність?

Осмос – рух молекул води через напівпроникну мембрану з області меншої концентрації розчинених речовин у бік більшої.
Тонічність – порівняння середовища довкола клітини із внутрішнім вмістом:
- гіпотонічне: менше розчинених речовин отже вода входить у клітину;
- гіпертонічне: більше розчинених речовин (солей) – вода виходить з клітини;
- ізотонічне: баланс, вода рухається в обидва боки з однаковою швидкістю.

Чому рослинні клітини поводяться інакше, ніж тваринні?

У тваринних клітин мембрана – єдиний бар’єр. У гіпотонічному середовищі вони можуть луснути (гемоліз еритроцитів).
У рослинних клітин є клітинна стінка. Вона не дає клітині розірватися, зате створює тургорний тиск – завдяки йому листки стоять пружними.
Коли вода виходить із рослинної клітини (гіпертонічний розчин), мембрана відходить від стінки. Це називається плазмоліз.
Якщо потім повернути клітину в гіпотонічне середовище, вода знову входить – і рослинна клітина відновлює тургор (деплазмоліз).

Круті факти:

У солоному ґрунті рослини страждають, оскільки вода виходить з клітин, листки в’януть, ріст рослин зупиняється.
Ці знання використовує харчова промисловість застосовуючи технології маринування, соління, сушіння. Бактерії теж втрачають воду у гіпертонічних розчинах, що зупиняє їх ріст.
Селекція стійких до солоного середовища культур спрямовані на оптимізацію мембранних транспортерів і накопичення речовин-осмопротекторів у клітинах.

Поміркуйте:

Чому огірок у банці зморщується, але не розчиняється?
Чому рослини у засоленому ґрунті швидко в’януть навіть при наявності частих дощів?
Якби тваринна клітина мала стінку, чи був би можливим осмотичний лізис? Але чи могли б клітини тварин виконувати свої функції?

3. Життєва ситуація

Сьогодні ви побачите на власні очі, як рослинна клітина реагує на зміну середовища. Не у вигляді схеми з підручника, а на власні очі ви побачите, як клітинна мембрана відходить від стінки, а потім може повернутись на місце. Можна провести експеримент із цибулевою шкіркою (епідермою) або водною квітковою рослиною роду Elodea.

Завдання:

Отримайте зразок клітин епідерми цибулі (тонкий прозорий шар).
Приготуйте препарат у краплі дистильованої води – розгляньте під мікроскопом, замалюйте нормальну клітину з вакуолею.
Додайте краплю гіпертонічного розчину (10% NaCl). Через 2–3 хв спостерігайте як цитоплазма «відходить» від клітинної стінки. Це і є плазмоліз.
Акуратно промийте препарат дистильованою водою. Спостерігайте, як мембрана повертається на місце. Це явище деплазмолізу.
Порахуйте, у скількох клітинах видно плазмоліз (з 20–30 у полях зору світлового мікроскопа). Запишіть результати у таблицю.
Побудуйте просту діаграму: % клітин у стані плазмолізу залежно від середовища.

Таблиця результатів:

Умови середовища	% клітин у стані плазмолізу	Стан клітин
Дистильована вода	_______ %	Тургор
10% NaCl	_______ %	Плазмоліз
Після промивання водою	_______ %	Деплазмоліз

Порівняйте розчини NaCl різних концентрацій (5%, 10%, 15%) – це дає змогу порівняти силу плазмолізу. Підрахуйте клітини в полях зору мікроскопа, щоб отримати прості кількісні дані для побудови графіка.

Обговорення:

Що відбулося з вакуолями під час плазмолізу?
Чому клітинна стінка зберегла форму, навіть коли мембрана відійшла?
Чому процес деплазмолізу можливий не завжди (наприклад, при дуже високих концентраціях солі)?

4. Попрактикуймо самостійно

Завдання 1:

Завдання 2:

Завдання 3 – повторення:

Рефлексія

Закінчіть речення:

Найцікавішим для мене було:

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Я не очікував/очікувала, що плазмоліз пов’язаний з:

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Питання, яке мені ще хотілося б дослідити:

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Оцініть свій рівень розуміння:

👍 – Все зрозуміло, можу пояснити однокласнику/ці.
🤔 – Дещо зрозумів(ла), але залишились питання.
👎 – Мені було складно, хочу розібратись глибше.

💬 Обговорення:

Чи є користь від явища плазмолізу для рослини?
Які ризики для рослини він створює?
Як знання про деплазмоліз можна використати у практичних сферах (сільське господарство, зберігання продуктів)?

У вільний від відпочинку час

Відео для допитливих:

Плазмоліз у рослинних клітинах (червона цибуля):
https://www.youtube.com/watch?v=Iv7eGCPVaAk
Ефект гіпер- і гіпотонічного розіину на рослинні клітини (YouTube Shorts): https://www.youtube.com/shorts/heEaRwsfQr4

Явище дифузії – інтерактивна модель Phet:
https://phet.colorado.edu/uk/simulations/diffusion

Завантажити матеріал (PDF)

Ділись та обговорюй важливе