關於此實驗
將一個理想化的馬鈴薯圓柱體放入大量糖溶液浴液中，並觀察其質量變化。水會因應內外水勢差而移動。模型保留內部溶質和乾物質，同時細胞壁壓力會抵抗膨脹。它呈現的是滲透趨勢，而非預測特定馬鈴薯品種的測量結果。
學習目標
- 根據水勢差預測水分流入或流失
- 將浴液濃度與質量變化的方向和百分比連結起來
- 區分對變化速率的影響與對平衡質量的影響
- 規劃經典的馬鈴薯圓柱實驗，並根據質量變化百分比圖找出等張點。
使用方法
- 1從 0.10 mol/L 的溶液開始，觀察最初幾分鐘。比較內外的水勢。
- 2選擇 0.30 mol/L 的等張預設。說明質量曲線為何是平的。
- 3嘗試 0.60 mol/L 的溶液，並比較水的移動方向和質量變化。
- 4在溶液濃度不變的情況下，改變水力傳導率，並比較達到相同預測平衡質量所需的時間。
- 5記錄樣本在濃度為0、0.1、0.2、0.3、0.4和0.6 mol/L的溶液中浸泡60分鐘後的質量變化。繪製質量變化百分比隨濃度變化的圖，並找出曲線與零相交的位置。
模型
假設
- 溶液量足夠大，濃度維持不變。溶質無法穿過膜；只有水會改變樣品質量。
- 初始細胞液濃度為 0.30 mol/L，溫度為 298 K，初始水體積比 r 為 1。
- 細胞壁壓力在初始水量以上呈線性變化，在其以下為零。模型未考慮組織損傷、代謝、細胞的詳細幾何結構以及主動運輸。
- 模型採用 RK4，積分步長為 0.05 分鐘。水力傳導率為相對值，且未納入樣本大小造成的表面積效應。
- 這些參數僅供說明。實際的等張濃度和質量變化曲線必須針對實際組織進行測量。
在課堂上試試這個實驗
- Q1為什麼周圍溶液含有糖，水仍會進入樣本？
- Q2為什麼改變傳導率會影響趨近平衡的速率，卻不影響平衡條件？
- Q3為什麼彈性細胞壁壓力能在細胞內外溶質濃度相等之前阻止膨脹？
- Q4為什麼學校實驗記錄的是質量變化百分比，而不是以克為單位的質量變化量？
- Q5為什麼生菜葉在鹹味醬料中會變軟，卻在冷水中變得爽脆？
常見問題
0.30 mol/L 是所有馬鈴薯的等張濃度嗎？
不是。這是這個理想化模型選定的起始濃度。實際馬鈴薯會因品種、生長條件和儲存狀態而異，因此需要進行實際實驗。
為什麼初始質量加倍後，百分比變化仍保持不變？
此模型對每個樣本都使用相同的相對水力傳導率和含水率。它刻意忽略實際表面積和圓柱尺寸對水輸運的影響。
稱重前為什麼需要把馬鈴薯圓柱體吸乾？
附著在表面的水會增加質量，但這些水並沒有進入組織。以相同的方式吸乾每個樣本，才能使測得的變化反映真正透過滲透作用移動的水分。