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质壁分离(生物学词汇)

植物细胞由于液泡失水而使原生质层与细胞壁分离的现象,叫做质壁分离。

质壁分离是植物生活细胞所具有的一种特性(细胞体积大,成熟的细胞才能发生质壁分离)。当外界溶液的浓度比细胞液的浓度高时,细胞液的水分就会穿过原生质层向细胞外渗出,液泡的体积缩小,由于细胞壁的伸缩性有限,而原生质体的伸缩性较大,所以在细胞壁停止收缩后,原生质体继续收缩,这样细胞膜与细胞壁就会逐渐分开,原生质体与细胞壁之间的空隙里就充满了外界浓度较高的溶液。

如果把发生了质壁分离现象的细胞再浸入浓度很低的溶液或清水中,外面的水就进入细胞,液泡变大,整个原生质层又慢慢恢复到原来的状态,这种现象叫做质壁分离复原

液泡内细胞液的渗透压可通过下式计算:

π=-g×c×R×T

g 为渗透系数

c 外界渗透浓度

R 气体常数,8.31 J/MolK

T 绝对温度

负值表示细胞液向外渗出,π的绝对值越大,表示泡液往外渗出的趋势越强。

科学家通过对洋葱作质壁分离的实验,可以了解到两个事实,一是细胞泡液的浓度(洋葱细胞为0.55-0.8mol/L左右),二是细胞壁具有全渗透性,而细胞质、细胞膜和液泡膜组成的原生质膜是半渗透的。

由于原生质层比细胞壁的伸缩性大,当细胞不断失水时,原生质层就会与细胞壁逐渐分离开来,也就是逐渐发生了质壁分离。

在质壁分离不损坏细胞的前提下,细胞可通过去质壁分离回复原样,即让细胞脱离高渗环境,进入等渗或低渗环境,而且功能无损。

质壁分离 plasmolysis 把液泡发育良好的植物细胞浸在高渗溶液中时,原生质收缩而和细胞壁分离,此现象称为质壁分离。由于细胞膜与液胞膜的半透性,在高渗液中细胞液脱水而膨压下降,不久就呈现质壁分离的临界状态(此时膨压为0)。若进一步脱水,原生质体收缩同细胞壁分离,当细胞液的渗透压与外液相等时,便停止收缩。把此时所用的溶液称为质壁分离液。作为分离液,细胞膜对其溶质必须具有半透性,分子量较大的非电解质(如糖)或溶解度高的中性盐常被用作分离液。如用对细胞膜和细胞壁吸附力强的Ca2+作为分离液,则整个原生质体轮廓向内凹陷而引起凹形质壁分离。如果用吸附力弱的K 和Na 作为分离液,则向外凸出而出现凸形质壁分离,通常把细胞浸入分离液中就出现凹形分离,随着时间推移则凹形部位减弱,最后整个原生质体呈现凸形分离状态,至此所需的时间称为质壁分离时间。此外用K+ ,Na+ 、Li+,则细胞膜的透性增高,由于离子渗入细胞质的结果,细胞质膨胀而粘性减少,细胞壁与液胞被压迫,而原生质集中于细胞分离的一端,有如着冠状态,这种现象称为冠状质壁分离。利用质壁分离,可以测出水与溶质的透性(原生质测定法),此外如把质壁分离的细胞壁切断,可取出原生质体。

渗透压:因为半透膜内外液体的浓度不同而产生压强的不同。

注:质壁分离时原生质层和细胞壁之间的液体是实验所用的液体和细胞内渗透出的水。

质壁分离有凸形和凹形之分。

实验原理

当外界溶液浓度大于细胞液浓度时,根据扩散作用原理,水分子会由细胞液中渗出到外界溶液中,通过渗透作用失水;由于细胞壁和原生质层的伸缩性不同,细胞壁伸缩性较小,而原生质层伸缩性较大,从而使二者分开;反之,外界溶液浓度小于细胞液浓度,则细胞通过渗透作用吸水,分离后的质和壁又复原。

目的要求

1.初步学会观察植物细胞质壁分离和复原的方法;

2.理解植物细胞发生质壁分离和复原的原理。

重点难点

1.初步掌握植物细胞质壁分离和复原的实验方法;2.临时装片的制作;3.低倍显微镜的使用。实验器材:紫色洋葱的鳞片叶、刀子、镊子、滴管、载玻片、盖玻片、吸水纸、显微镜;质量浓度为0.3g/mL的蔗糖溶液或质量分数为30-的蔗糖溶液、清水。

方法步骤

一 临时装片制作:1选材:(1)选用紫色特别深的洋葱外表皮;说明:Ⅰ:在实验之前,最好将洋葱放在水中浸泡一下,可以使洋葱吸水多一些,而且代谢也比较旺盛,实验效果明显。Ⅱ:将洋葱的外层剥去两层,因为处于最外的可能已经死亡。(2)取表皮:在洋葱的外表皮上,用刀片划“井”字,用镊子轻轻撕取一小块;关键:最好撕取单层细胞,如果撕的太厚,则会使细胞重叠,严重影响实验效果;2制片:在载玻片中央滴上一滴清水,然后将取下的洋葱表皮放在水中,平展开来;加上盖玻片。注意:Ⅰ:洋葱表皮不能卷曲起来;Ⅱ:不能带有气泡;Ⅲ加盖玻片时,要从一侧大约45°角放下,在载玻片和盖玻片之间充满了清水,以便挤出空气。

处理

取下临时装片,在一侧滴入清水,另一侧再用吸水纸重复几次吸引,以确保洋葱表皮细胞完全浸在几乎是清水中;

观察

先在低倍镜找到一个质壁分离现象比较明显的细胞,然后观察,可见和刚才相反的现象,中央液泡渐渐变大,颜色变浅,最后原生质层又和细胞壁紧紧地贴在一起;若质壁分离没有复原,则证明外界溶液浓度过高,导致细胞死亡。三 总结:细胞液浓度小于外界溶液浓度时,细胞通过渗透作用失水,发生质壁分离现象;细胞液浓度大于外界溶液浓度时,细胞通过渗透作用吸水,发生质壁分离复原现象。

如果外界溶液是葡萄糖、硝酸钾氯化钠、尿素、乙二醇等,质壁分离后因细胞主动或被动吸收溶质微粒而使细胞液浓度增大,植物细胞会吸水引起质壁分离后的自动复原。

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