关于此实验
将一个理想化的马铃薯圆柱体放入大量糖溶液浴液中，并观察其质量变化。水会响应内外水势差而移动。模型保留内部溶质和干物质，同时细胞壁压力会抵抗膨胀。它展示的是渗透趋势，而非预测某个特定马铃薯品种的测量结果。
学习目标
- 根据水势差预测水分流入或流失
- 将浴液浓度与质量变化的方向和百分比联系起来
- 区分对变化速率的影响与对平衡质量的影响
- 设计经典的马铃薯圆柱实验，并根据质量变化百分比图找出等渗点。
使用方法
- 1从 0.10 mol/L 的溶液开始，观察最初几分钟。比较内外的水势。
- 2选择 0.30 mol/L 的等渗预设。解释质量曲线为何是平的。
- 3尝试 0.60 mol/L 的溶液，并比较水的移动方向和质量变化。
- 4在溶液浓度不变的情况下，改变水力传导率，并比较达到相同预测平衡质量所需的时间。
- 5记录样品在浓度为0、0.1、0.2、0.3、0.4和0.6 mol/L的溶液中浸泡60分钟后的质量变化。绘制质量变化百分比随浓度变化的图，并找出曲线与零相交的位置。
模型
假设
- 溶液量足够大，浓度保持不变。溶质不能穿过膜；只有水会改变样品质量。
- 初始细胞液浓度为 0.30 mol/L，温度为 298 K，初始水体积比 r 为 1。
- 细胞壁压力在初始水量之上呈线性变化，在其之下为零。模型未考虑组织损伤、代谢、细胞的详细几何结构以及主动运输。
- 模型采用 RK4，积分步长为 0.05 分钟。水力传导率为相对值，且未纳入样本大小造成的表面积效应。
- 这些参数仅供说明。实际的等渗浓度和质量变化曲线必须针对实际组织进行测量。
在课堂上试试这个实验
- Q1为什么周围溶液含有糖，水仍会进入样本？
- Q2为什么改变传导率会影响趋近平衡的速率，却不影响平衡条件？
- Q3为什么弹性细胞壁压力能在细胞内外溶质浓度相等之前阻止膨胀？
- Q4为什么学校实验记录的是质量变化百分比，而不是以克为单位的质量变化量？
- Q5为什么生菜叶在咸味调料中会变软，而在冷水中却会变脆？
常见问题
0.30 mol/L 是所有土豆的等渗浓度吗？
不是。这是这个理想化模型选定的起始浓度。实际土豆会因品种、生长条件和储存状态而异，因此需要进行实际实验。
为什么初始质量加倍后，百分比变化仍保持不变？
该模型对每个样本都使用相同的相对水力传导率和含水率。它有意忽略实际表面积和圆柱尺寸对水输运的影响。
称重前为什么需要把土豆圆柱体吸干？
附着在表面的水会增加质量，但这些水并没有进入组织。以相同的方式吸干每个样本，才能使测得的变化反映真正通过渗透作用移动的水分。