Osmose dans des cylindres de pomme de terre

À propos de cette expérience

Placez un cylindre de pomme de terre idéalisé dans un grand bain de solution sucrée et observez l’évolution de sa masse. L’eau réagit à la différence entre le potentiel hydrique extérieur et intérieur. Le modèle conserve les solutés internes et la matière sèche, tandis que la pression de la paroi cellulaire s’oppose au gonflement. Il illustre les tendances de l’osmose plutôt que de prédire des mesures pour une variété particulière de pomme de terre.

Objectifs pédagogiques

Prévoir l’entrée ou la perte d’eau à partir des différences de potentiel hydrique
Relier la concentration du bain au sens et au pourcentage de variation de masse
Distinguer les effets sur la vitesse de variation des effets sur la masse à l’équilibre
Planifie l’expérience classique des cylindres de pomme de terre et trouve le point isotonique à partir d’un graphique du pourcentage de variation de masse.

Comment l’utiliser

1Commencez avec un bain à 0,10 mol/L et jouez pendant les premières minutes. Comparez le potentiel hydrique intérieur et extérieur.
2Choisissez le préréglage isotonique à 0,30 mol/L. Expliquez pourquoi la courbe de masse est plate.
3Essayez un bain à 0,60 mol/L et comparez le sens du mouvement de l’eau et la variation de masse.
4À une concentration de bain donnée, modifiez la conductance hydraulique et comparez le temps nécessaire pour s’approcher de la même masse d’équilibre prévue.
5Mesure la variation de masse après 60 minutes pour des bains de 0, 0,1, 0,2, 0,3, 0,4 et 0,6 mol/L. Trace le pourcentage de variation en fonction de la concentration et trouve le point où la courbe coupe zéro.

Le modèle

Ψ_{bath} = - A C_{b}, A = R T /1000

Potentiel hydrique du bain en MPa en fonction de la concentration en mol/L, à 298 K

Ψ_{in} = - \frac{A C _{0}}{r} + 2 max (0, r - 1)

Potentiel intérieur avec soluté conservé et un coefficient d’élasticité de la paroi de 2 MPa

\frac{d r}{d t} = L (Ψ_{bath} - Ψ_{in})

Variation relative du volume d’eau due à la différence de potentiel hydrique

m = m_{0} (0.2 + 0.8 r)

La matière sèche reste constante et l’eau initiale représente 80 % de la masse.

Hypothèses

Le bain est suffisamment grand pour maintenir une concentration constante. Le soluté ne traverse pas la membrane ; seule l’eau modifie la masse de l’échantillon.
La concentration initiale de la sève cellulaire est de 0,30 mol/L, la température est de 298 K et le rapport initial du volume d’eau r est égal à 1.
La pression de la paroi augmente linéairement au-dessus du volume d’eau initial et est nulle en dessous. Les dommages tissulaires, le métabolisme, la géométrie détaillée des cellules et le transport actif ne sont pas pris en compte.
Le modèle utilise RK4 avec un pas d’intégration de 0,05 minute. La conductance hydraulique est relative, et les effets de la surface liés à la taille de l’échantillon ne sont pas pris en compte.
Les paramètres sont donnés à titre illustratif. Les courbes réelles de concentration isotonique et de variation de masse doivent être mesurées sur le tissu concerné.

À essayer en classe

Q1Pourquoi l’eau pénètre-t-elle dans un échantillon même si la solution qui l’entoure contient du sucre ?
Q2Pourquoi une modification de la conductance influe-t-elle sur la vitesse d’approche, mais pas sur la condition d’équilibre ?
Q3Pourquoi la pression élastique de la paroi peut-elle arrêter le gonflement avant que les concentrations en solutés à l’intérieur et à l’extérieur ne deviennent égales ?
Q4Pourquoi, dans les expériences scolaires, mesure-t-on le pourcentage de variation de masse plutôt que la variation en grammes ?
Q5Pourquoi une feuille de laitue devient-elle molle dans une vinaigrette salée, mais reste-t-elle croquante dans de l’eau froide ?

Foire aux questions

La concentration isotonique de toutes les pommes de terre est-elle de 0,30 mol/L ?

Non. Il s’agit de la concentration initiale choisie pour ce modèle idéalisé. Les pommes de terre réelles varient selon la variété, les conditions de culture et le stockage ; une expérience réelle est donc nécessaire.

Pourquoi le fait de doubler la masse initiale ne modifie-t-il pas la variation en pourcentage ?

Ce modèle utilise la même conductance hydraulique relative et la même fraction d’eau pour chaque échantillon. Il omet volontairement l’influence de la surface réelle et des dimensions du cylindre sur le transport de l’eau.

Pourquoi faut-il éponger les cylindres de pomme de terre avant de les peser ?

L’eau qui adhère à la surface augmenterait la masse sans avoir jamais pénétré dans les tissus. En épongant chaque échantillon de la même manière, on s’assure que la variation mesurée correspond à l’eau qui s’est réellement déplacée par osmose.