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洋葱细胞的质壁分离

初中生物不可透溶质的渗透平衡、非线性细胞壁应力与指数体积松弛

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关于此实验

更换虚拟洋葱细胞切面的周围溶液，观察原生质体从细胞壁退缩或恢复的过程。比较水势，并区分固定不变的细胞壁与不断变化的细胞内容物。

学习目标

  • 使用溶质浓度和压力比较水势。
  • 将质壁分离识别为膜接触和膨压的丧失。
  • 解释为什么冲洗时必须保持萎缩细胞的初始体积。

使用方法

  1. 1在初始高浓度溶液中进行十分钟试验。
  2. 2记录原生质体体积、膨压和膜接触情况。
  3. 3用水冲洗，并确认换液瞬间体积保持连续。
  4. 4继续观察恢复过程，并比较接近平衡时细胞和浴液的水势。

模型

压力和总渗透浓度决定简化的水势。
浴液更换会在保持初始体积的同时改变目标平衡。

假设

  • 细胞壁体积固定。模型中的溶质留在膜内，而水可以移动。控制依据是总渗透浓度，而不是盐的化学式单位摩尔浓度。
  • 溶质势遵循理想范特霍夫关系。体积低于 0.7 时，细胞壁应力为零；超过该阈值后，应力按 k(V-0.7)/(1-V) 增加。
  • 通过平衡渗透压和细胞壁压力来求得平衡状态。瞬态体积会以指数形式趋近平衡状态；这是一种现象学近似，并非对膜流动进行精确求解的定律。
  • 低于 0.7 倍参考体积时，膜会退缩。超过该值后，膜会保持贴着细胞壁，同时内部体积和膨压发生变化。
  • 更换浴液会保留当前体积，并重新开始计时交换过程。更改细胞参数则会从一个水分平衡的细胞开始新的试验。

在课堂上试试这个实验

  1. Q1为什么膨压会在固定的细胞壁消失之前变为零？
  2. Q2为什么在冲洗后溶质浓度已经低于之前的情况下，水仍可能进入细胞？

常见问题

渗透浓度控制值是否与NaCl摩尔浓度相同？

不相同。渗透浓度统计溶解粒子的数量。盐的解离使化学式单位摩尔浓度成为不同的量。

为什么膨压为正时，膜不会收缩并脱离？

在超过指定的松弛体积阈值之前，几何结构会使膜保持与细胞壁接触。