植物细胞的质壁分离和渗透势的测定

实验一、植物组织渗透势的测定（质壁分离法）一、实验原理：将植物组织分别投入一系列浓度梯度的溶液中，使细胞将要产生初始质壁分离的浓度，就等于细胞液的浓度，根据浓度可计算出渗透势。

【注：：典型植物细胞水势(Ψw)组成为：ψw=ψs+ψp+ψm （ψs 为渗透势，ψp为压力势，ψm为衬质势）。

渗透势（osmotic potential，ψs）：由于溶质的存在而使水势降低的值称为渗透势或溶质势（solute potential，ψs），以负值表示。

渗透势值按公式ψs=-iCRT来计算（C为溶液的摩尔浓度；T为绝对温度，即实验温度+273；R为气体常数，R=0.0083；i为渗透系数，表示电解质溶液的渗透压非电解质溶液渗透压的倍数，如蔗糖i=1，NaCl i=1.8）。

压力势（pressure potential，ψp）：由于细胞吸水膨胀时原生质向外对细胞壁产生膨压（turgor），而细胞壁向内产生的反作用力——壁压使细胞内的水分向外移动，即等于提高了细胞的水势。

由于细胞壁压力的存在而引起的细胞水势增加的值叫压力势，一般为正值。

当细胞失水时，细胞膨压降低，原生质体收缩，压力势则为负值。

当刚发生质壁分离时压力势为零。

衬质势（matrix potential, ψm）：衬质势是细胞胶体物质亲水性和毛细管对自由水的束缚而引起的水势降低值，如处于分生区的细胞、风干种子细胞中央液泡未形成。

对已形成中心大液泡的细胞含水量很高，ψm只占整个水势的微小部分，通常一般忽略不计。

因此一个具有液泡的成熟细胞的水势主要由渗透势和压力势组成,即ψw=ψs+ψp 】。

将细胞置于纯水或稀溶液中，外液水势高于细胞水势，外侧水分向细胞内渗透，细胞吸水，体积变大；外液水势等于细胞水势，水分进出平衡，细胞体积不变；将植物置于浓溶液中，外液水势低于细胞水势，水从细胞内向外渗透，细胞失水，体积变小。

将植物材料（带色洋葱表皮组织）置于浓溶液中，由于细胞壁的伸缩性有限，而原生质层的伸缩性较大，当细胞继续失水时，原生质层便和细胞壁慢慢分离开来，这种现象被称为质壁分离。

实验 3 植物细胞渗透势的测定（质壁分离法）植物细胞的渗透势主要取决于液泡的溶质浓度，因此又称溶质势。

渗透势与植物水分代谢、生长及抗逆性等有密切关系。

已知在干旱、盐渍等条件下，一些植物常在细胞内主动积累溶质，以降低其渗透势，增加吸水能力，而在一定程度上维持细胞膨压，保障细胞的生长和气孔的开放，这种现象叫做渗透调节作用。

渗透调节能力的大小可以用逆境条件下细胞的渗透势的降低值来表示，在水分生理与抗逆性生理研究中经常需要测定。

一、原理将植物组织放入一系列不同浓度的蔗糖溶液中，经过一段时间，植物细胞与蔗糖溶液间将达到渗透平衡状态。

如果在某一溶液中细胞脱水达到平衡时刚好处于临界质壁分离状态，则细胞的压力势（Ψ p ）将下降为零。

此时细胞液的渗透势（Ψs ）等于外液的渗透势Ψs 0 。

此溶液称为该组织的等渗溶液，其浓度称为该组织的等渗浓度，即可计算出细胞液的渗透势（Ψs ）。

实际测定时，因为临界质壁分离状态难以在显微镜下直接观察到，所以一般均以初始质壁分离作为判断等渗浓度的标准。

处于初始质壁分离状态的细胞体积，比吸水饱和时略小，故细胞液浓缩而渗透势略低于吸水饱和状态时的渗透势称基态渗透势。

二、实验材料、试剂与仪器设备（一）实验材料洋葱鳞茎、紫鸭跖草、苔藓、红甘蓝或黑藻、丝状藻等。

（二）试剂1 ． 1 mol/kg 蔗糖水溶液：称取预先在 60 ～ 80 ℃下烘干的蔗糖 34.2 g 溶于 100 g 蒸馏水中，即为 1 质量摩尔浓度的蔗糖溶液。

2 ． 0.03 ％中性红溶液。

3 ．蔗糖系列标准液：取干燥洁净的小试剂瓶 9 支编号，用 1 mol/kg 蔗糖水溶液依据 C 1 V 1 =C 2 V 2 公式配制 0.30 mol/kg 、 0.35 mol/kg 、 0.40 mol/kg 、 0.45 mol/kg 、 0.50 mol/kg 、 0.55 mol/kg 、 0.60 mol/kg 、 0.65 mol/kg 、 0.70 mol/kg 等一系列不同浓度的蔗糖水溶液（具体范围可根据材料不同而加以调整），贮于试剂瓶中，瓶口加塞以防蒸发浓缩。

[实验目的]：观察植物组织在不同浓度溶液中细胞质壁分离的产生过程及其用于测定植物组织渗透势的方法。

[实验原理]：当植物组织细胞内的汁液与其周围某种溶液处于渗透平衡状态，植物细胞内的压力势为零时，细胞汁液的渗透势就等于该溶液的渗透势，这种渗透势相等的溶液称为等渗溶液。

该溶液的浓度称为等渗浓度。

当用一系列梯度浓度溶液观察细胞质壁分离时，细胞的等渗浓度将界于刚刚引起初始质壁分离的浓度和尚不能引起质壁分离的浓度之间的溶液浓度。

代入公式即可计算出其渗透势。

[器材与试剂]：实验仪器：显微镜，载玻片及盖玻片，镊子，刀片；实验试剂：100ml 浓度为1mol/L 蔗糖溶液：用蒸馏水配成0.10、0.15、0.20、0.25、0.30、0.35、0.40、0.45、0.50mol/L 的蔗糖溶液各50mL ；实验材料：洋葱鳞茎[实验步骤]：1.取带有色素的洋葱鳞茎，迅速投入各种浓度的蔗糖溶液中，使其完全浸入，约5—10min 。

2.从0.50mol/L 开始依次取出表皮薄片放在滴有同样溶液的载玻片上，盖上盖玻片，于低倍显微镜下观察，并记录质壁分离的相对程度。

3.在实验中确定一个引起半数以上细胞原生质刚刚从细胞壁的角隅上分离的浓度，和不引起质壁分离的最高浓度。

4.在找到上述浓度极限时，用新的溶液和新鲜的叶片重复进行几次，直到有把握确定为止。

在此条件下，细胞的渗透势与两个极限溶液浓度之平均值的渗透势相等。

将结果记录于表中。

测出引起质壁分离刚开始的蔗糖溶液最低浓度和不能引起质壁分离的最高浓度平均值之后，可按下列各式计算在常压下该组织细胞质液的渗透势。

-Φs=RTiC1式中：-Φs 为细胞渗透势；R 为气体常数=0.083×105L ·Pa/mol ·K ；T 为热力学温度，单位K ；i 为解离常数，蔗糖为1；C 1为等渗溶液的质量摩尔浓度，单位是mol/kg ；则-Φs==0.083×105×(273+t)×1×C由于实验用的蔗糖溶液浓度单位为mol/L ，因此需要按下式对其浓度进行修正。

实验一植物细胞渗透势的测定（质壁分离法）一、原理将植物组织放入一系列不同浓度的蔗糖溶液中，经过一段时间后，植物细胞与蔗糖溶液之间将达到平衡状态。

如果在某一溶液中细胞脱水达到平衡时刚好处于临界质壁分离状态，则细胞的压力势ψp将下降为零，此时细胞液的渗透势ψπ等于外液的渗透势ψπ′，即ψπ＝ψπ′。

此溶液称为该组织的等渗溶液，其浓度称为该组织的等渗浓度，即可计算出细胞液的渗透势。

实际上临界质壁分离状态镜下很难看到，一般以初始质壁分离作为判断等渗浓度的标准。

（细胞水势=渗+压+衬，其中渗=外渗=-iCRT）（注：内外浓度差不一定质壁分离，因为外高内低才会分离）二、器材、试剂与材料1、器材：显微镜，小培养皿（60mm），载盖玻片，温度计，试剂瓶，吸水纸等。

2、试剂：1mol/L蔗糖溶液，蔗糖系列标准溶液。

3、材料：洋葱。

三、操作步骤1、取干燥、洁净培养皿9套，顺序编号，顺序加入蔗糖系列标准溶液，呈一薄层，盖好皿盖。

（为什么？）2、用镊子撕取材料内表皮（0.5cm见方即可），吸去表面水分，迅速浸入上述培养皿中，每皿4—5片。

3、经20～30min（为什么等这么长时间？因为达渗透平衡）记录室温，同时从高浓度开始依次取出材料放于载片上，滴一滴同浓度的蔗糖溶液，盖上盖片，显微镜下观察。

若所有细胞都发生质壁分离现象，则取相邻低浓度的材料观察，并记录质壁分离的相对程度。

若有50％左右细胞发生初始质壁分离(即原生质体刚从细胞壁的角隅处分离)，则该浓度就是等渗浓度。

若两个相邻浓度的材料中，一个未发生质壁分离，另一个发生质壁分离数超过50％，则两浓度平均值即为等渗浓度。

4、由所得的等渗浓度和室温计算细胞液的渗透势：ψπ＝ψπ′＝－iCRT(MPa)，其中：ψπ——细胞的渗透势，MPa；ψπ′——供试溶液的渗透势，MPa；C——供试溶液的浓度，moL/L；R——气体常数，0.008314·L·MPa／(moL·K)；T——绝对温度，(273十t℃)K；i——等渗系数，蔗糖为1。

实验1 植物组织渗透势的测定一、质壁分离法【实验目的】掌握用质壁分离法测定植物组织渗透势的原理，学会观察质壁分离现象，并进行细胞渗透势的计算。

【实验原理】将植物组织细胞浸泡在某种外界溶液中时，植物细胞内汁液与外液之间因渗透势存在差异会发生渗透作用。

当细胞汁液的浓度大于外界溶液时，细胞失水，会发生质壁分离；当细胞汁液的浓度小于外界溶液时，细胞吸水；当细胞汁液与外液之间处于渗透平衡状态时，植物细胞内的压力势为零，细胞汁液的渗透势等于该溶液的渗透势。

该外界溶液的浓度成为等渗浓度。

【实验仪器与材料、用品】显微镜载玻片盖玻片镊子刀片 1mol/L的蔗糖母液（称取34.23g的蔗糖用蒸馏水配置成100ml的溶液）移液器带有色素的洋葱或紫鸭趾草【主要内容】设计并配制一系列浓度梯度的蔗糖溶液，通过实验找出使细胞发生初始质壁分离的浓度，计算植物组织的渗透势。

【实验步骤】1、按下表配制一系列浓度的蔗糖溶液，放入小烧杯中。

2、取一层洋葱鳞片（或紫鸭趾草叶片、蚕豆、玉米等作物的叶片表皮），在外表皮上用刀片切成约0.5-0.8×0.5-0.8的小方快，用小镊子从一角开始撕取表皮，迅速分别投入各种浓度的蔗糖溶液中，使其完全浸入5-10分钟。

3、从高浓度的外液即0.5mol/L蔗糖溶液开始依次取出表皮薄片，放在滴有相同溶液的载薄片上，盖上盖玻片于低倍显微镜观察，并记录质壁分离的相对程度。

4、确定使细胞发生初始质壁分离的浓度，即一个引起半数以上细胞原生质体刚刚从细胞壁角隅处分离的浓度，和不引起质壁分离的最高浓度。

两个极限溶液浓度的平均值即与细胞的渗透势相等。

配制新鲜溶液和撕取新鲜叶的表皮，重复将以上步骤，直至有把握确定为止，结果记录在表-2中。

表-2 实验结果记录表实验人日期材料名称实验室室温 oC 蔗糖的终浓度（mol/L）渗透势（巴，bar） 0.5 0.45 0.40 质壁分离的相对程度（作图表示） 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.105、计算细胞质液的渗透势测出以上两个极限溶液浓度的平均值后，代入以下公式，计算出常压下该组织细胞质液的渗透势。

植物细胞质壁分离和渗透势的测定一．实验目的1、了解植物细胞的结构。

2、学会制作临时玻片标本。

3、了解植物细胞质壁分离的原理。

4、学会用质壁分离的方法测定植物组织的渗透势。

5、观察植物细胞在不同种溶液或不同浓度溶液中质壁分离后的现象。

6、了解植物细胞质壁分离的两种形式；7、通过植物细胞能否发生质壁分离复原来判定植物细胞是否因为失水过多而死亡。

二．实验原理1.细胞壁主要由纤维素分子组成，是水和溶质都可以通过的透性膜，而细胞质膜是半透性膜，有选择性，具有流动性，由于质膜对水的可透性，水会从低溶质浓度一侧(高水浓度)向高溶质浓度一侧(低水浓度)运动，即渗透作用。

2.成长的植物细胞是一个渗透系统，活细胞的细胞质及其表层（质膜和液泡膜）有分别透性，细胞内部含有一个中央液泡，构成液泡的细胞液具有一定的溶质势。

3.植物细胞常因原生质和细胞壁结合的紧密程度或原生质的粘性大小而表现不同的质壁分离形式。

质壁分离主要有两种形式：凸形和凹形，有时把严重的凹形质壁分离叫做“痉挛形”质壁分离。

4.质壁分离最初由凹形开始，以后或保持这一形式或逐渐转为凸形。

保持凹形质壁分离的时间长短与原生质的粘性关系很大，凡是原生质粘性大的，能维持较长时间的凹形，甚至成为“痉挛形”，而原生质粘性很低的，则较快地转为凸形质壁分离。

5.把植物组织放在一定浓度的外液中，组织内外的水分便可通过原生质膜根据水势梯度的方向而发生水分的迁移，当外液浓度较高时（高渗溶液），细胞内的水分便向外渗出，引起质壁分离；而在外液浓度低时（低渗溶液），外液中的水则进入细胞内。

6.渗透势:由于溶质颗粒的存在，降低了水的自由能，因而其水势低于纯水的水势,这种水势差即为渗透势。

因为纯水水势被定为零，所以渗透势为负值。

某溶液渗透势的绝对值与该溶液渗透压的绝对值相等。

渗透势与植物水分代谢、生长及抗性等有密切关系.7.细胞的质壁分离和复原是植物细胞由于溶液适应浓度变化而进行调节方式。

实验一植物组织渗透势的测定（质壁分离法）一、原理成长的植物细胞是一个渗透系统，当把细胞置于一定浓度溶液中时，当植物组织细胞内的汁液与其周围的某种溶液处于渗透平衡状态，且此时植物细胞内的压力势为零时，那么细胞汁液的渗透势就等于该溶液的渗透势。

该溶液的浓度称之为等渗浓度。

当用一系列梯度浓度溶液观察细胞质壁分离现象时，细胞的等渗透浓度将界于刚刚引起初始质壁分离的浓度和与其相邻的尚不能引起质壁分离的浓度梯级之间的溶液浓度。

代入公式即可计算出其渗透势二、仪器药品显微镜载玻片及盖玻片镊子刀片培养皿8套滤纸1M蔗糖溶液滴管三、实验步聚1．梯度浓度溶液的配制：用1M蔗糖溶液为母液，分别吸取8，7，6，5，4，3，2ml溶液于试管中，各加入蒸馏水至10ml，即成0.8，0.7，0.6，0.5，0.4，0.3，0.2M的梯度溶液。

用移液管，从0.2M依次取一定量的溶液（3ml），盛于培养皿内，盖上盖，贴上标签待用。

2．将带有色素的植物组织（叶片），一般选用有色素的洋葱鳞片的外表皮，紫鸭跖草，苔藓，红甘蓝及黑藻，丝状藻等水生植物，也可用乔豆，玉米、小麦等作物叶的表皮。

用镊子撕取下表皮，迅速分别投入各种浓度的蔗糖溶液中，使其完全浸入，3．5—10分钟后，从0.5M开始依次取出表皮薄片放在滴有同样溶液的载玻片上，盖上盖玻片，于显微镜下观察是否所有细胞都产生质壁分离的现象，实验中必须确定一个引起半数以上细胞原生质刚刚从细胞壁的角隅上分离的浓度，和不引起质壁分离的最高浓度。

取二者的平均值为等渗透势。

4．按照公式把等渗浓度换算成渗透势，以MPa表示之。

ψπ=－RTiCψπ表示欲测渗透势，MPa；R表示气体常数：0.008314( MPa ·L/M·K)；T表示绝对温度，即(273+t℃) K；i 表示解离系数，蔗糖等于1。

C表示等渗溶液的浓度，则：ψπ=－0.008314×(273+ t℃)×1×C测出引起质壁分离刚开始的蔗糖溶液浓度和与其相邻的不引起质壁分离最高浓度之后，可按下列公式计算在常压下该组织细胞质液的渗透势。

实验1 植物组织渗透势的测定（质壁分离法）一、实验目的观察植物组织在不同浓度溶液中细胞质壁分离的产生过程及其用于测定植物组织渗透势的方法。

二、实验原理当植物组织细胞内的汁液与其周围的某种溶液处于渗透平衡状态，植物细胞内的压力势为零时，细胞汁液的渗透势就等于该溶液的渗透势。

该溶液的浓度称为等渗浓度。

当用一系列梯度浓度溶液观察细胞质壁分离现象时，细胞的等渗浓度将介于刚刚引起初始质壁分离的浓度和尚不能引起质壁分离的浓度之间的溶液浓度。

代入公式即可计算出渗透势。

三、实验仪器、试剂、材料等显微镜；载玻片及盖玻片；镊子；刀片配成0.5—0.1mol/L梯度浓度的蔗糖溶液各50ml。

称34.23g蔗糖用蒸馏水配成100ml，其浓度为1m0le/L（母液）。

再配制成下列各种浓度：0.50mol/L：吸母液25ml+水25ml0.45mol/L：吸母液22.5ml+水27.5ml0.40mol/L：吸母液20.0ml+水30.0ml0.35mol/L：吸母液17.5ml+水32.5ml0.30mol/L：吸母液15.0ml+水35.0ml0.25mol/L：吸母液12.5ml+水37.5ml0.20mol/L：吸母液10.0ml+水40.0ml0.15mol/L：吸母液7.5ml+水42.5ml0.10mol/L：吸母液5.0ml+水45.0ml四、实验方法将带有色素的植物组织（叶片），一般选用有色素的洋葱鳞片的外表皮、紫鸭跖草、苔藓、红甘蓝或黑藻、丝状藻等水生植物，也可用蚕豆、玉米、小麦等作物叶的表皮。

撕取下表皮，迅速分别投入各种浓度的蔗糖溶液中，使其完全浸入，5—10分钟后，从0.5mol/L开始依次取出表皮薄片放在滴有同样溶液的载玻片上，盖上盖玻片，于低倍显微镜下观察，如果所有细胞都产生质壁分离的现象，则取低浓度溶液中的制片作同样观察，并记录质壁分离的相对程度。

实验中必须确定一个引起半数以上细胞原生质刚刚从细胞壁的角隅上分离的浓度，和不引起质壁分离的最高浓度。