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Plasmolyse in Zwiebelzellen

MittelschuleBiologieOsmotisches Gleichgewicht mit nicht permeierendem Solut, nichtlinearer Zellwandspannung und exponentieller Volumenrelaxation

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Über dieses Experiment

Wechseln Sie die Lösung um einen virtuellen Zwiebelschalen-Zellquerschnitt und beobachten Sie, wie sich der Protoplast von der Zellwand zurückzieht oder erholt. Vergleichen Sie die Wasserpotenziale und unterscheiden Sie zwischen der unveränderten Zellwand und dem sich verändernden Zellinhalt.

Lernziele

  • Vergleichen Sie die Wasserpotenziale anhand der Solutkonzentration und des Drucks.
  • Erkennen Sie Plasmolyse als Verlust des Membrankontakts und des Turgors.
  • Erklären Sie, warum beim Spülen das Ausgangsvolumen einer geschrumpften Zelle erhalten bleiben muss.

Anleitung

  1. 1Führen Sie den Versuch mit dem anfänglich konzentrierten Bad zehn Minuten lang durch.
  2. 2Erfassen Sie Protoplastenvolumen, Turgor und Membrankontakt.
  3. 3Spülen Sie mit Wasser und prüfen Sie, ob das Volumen im Moment des Lösungswechsels kontinuierlich bleibt.
  4. 4Setzen Sie die Erholung fort und vergleichen Sie die Wasserpotenziale von Zelle und Bad nahe dem Gleichgewicht.

Das Modell

Druck und die Gesamtosmolarität bestimmen das vereinfachte Wasserpotenzial.
Ein Badwechsel verändert das Zielgleichgewicht, während das Ausgangsvolumen erhalten bleibt.

Annahmen

  • Das Wandvolumen ist fest. Der Modell-Lösungsstoff bleibt innerhalb der Membran, während Wasser hindurchtreten kann. Die Steuerung verwendet die Gesamtosmolarität, nicht die Molarität der Salzformeleinheiten.
  • Das Lösungspotenzial folgt der idealen van-’t-Hoff-Beziehung. Unterhalb eines Volumens von 0,7 ist die Wandspannung null; oberhalb dieses Schwellenwerts steigt sie gemäß k(V-0.7)/(1-V).
  • Das Gleichgewicht wird durch den Ausgleich von osmotischem Druck und Wanddruck bestimmt. Das Übergangsvolumen nähert sich exponentiell diesem Gleichgewicht an. Dies ist eine phänomenologische Näherung und kein aufgelöstes Gesetz für den Membranfluss.
  • Unterhalb des Referenzvolumens von 0,7 zieht sich die Membran zurück. Oberhalb dieses Werts liegt die Membran weiterhin an der Wand an, während sich das Innenvolumen und der Turgor verändern.
  • Beim Ändern des Bads bleibt das aktuelle Volumen erhalten und die verstrichene Austauschzeit wird zurückgesetzt. Änderungen der Zellparameter starten einen neuen Versuch mit einer frisch wasseräquilibrierten Zelle.

Im Unterricht ausprobieren

  1. Q1Warum wird der Turgor null, bevor die feste Wand verschwindet?
  2. Q2Warum kann Wasser in eine Zelle eintreten, deren Solutkonzentration bereits niedriger ist als vor dem Spülen?

Häufig gestellte Fragen

Ist die Osmolaritätskontrolle identisch mit der NaCl-Molarität?

Nein. Die Osmolarität zählt gelöste Teilchen. Durch die Dissoziation des Salzes ist die Molarität der Formeleinheiten eine andere Größe.

Warum schrumpft die Membran nicht weg, solange der Turgor positiv ist?

Die Geometrie hält die Membran in Kontakt mit der Zellwand, bis der festgelegte Schwellenwert des entspannten Volumens überschritten wird.