Protokoll zur Bestimmung des Osmotischen Potentials mithilfe der Grenzplasmolyse in StruFu PDF

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Protokoll zur Bestimmung des osmotischen Potentials mithilfe der Grenzplasmolyse in StruFu...

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30.10.13 Tisch 4

Bestimmung des osmotischen Potentials mittels der Grenzplasmolyse 1. Einleitung Mithilfe der Plasmolye soll der osmotische Wert in verschiedenen Pflanzenzellen ermittelt werden, untersucht werden hierbei Allium cepa und Tradescantia spathacea, diese werden in unterschiedliche molare Zuckerlösungen eingelegt und dann unter einem Mikroskop ausgezählt um die Grenzplasmolyse zu ermitteln. Die Plasmolyse wird verwendet, da der osmotische Wert von Pflanzenzellen nicht direkt bestimmt werden kann. Es werden hypertone Lösungen verwendet, deren osmotisches Potential leicht zu bestimmen ist. Folgende Formel wird dabei zur Ermittlung des osmotischen Potentials verwendet: 𝛹 = 𝑝 − 𝛱𝛱 = 𝑐 ⋅ 𝑅 ⋅ 𝑇, dabei ist Ψ das Wasserpotenzial, p, der hydrostatische Druck im Turgor, Π der osmotische Wert, - Π das osmotische Potential, c die Konzentration der Lösung in mol/ l, T die absolute Temperatur und R die universelle Gaskonstante (8,314 J/kmol· K). In einem hypertonen Medium verliert der Protoplast mittels Osmose Wasser durch die Membran und schrumpft. Dabei löst sich die Plasmamembran von der Zellwand, ist sie nur teilweise abgelöst spricht man von Konkav-, ist sie ganz abgelöst von Konvexplasmolyse. In einigen Fällen bleibt der Protoplast über die Hecht'schen Fäden mit den Plasmodesmen der Zellwand verbunden. Wenn in einem Medium die Hälfte aller Zellen einen plasmolytischen Zustand zeigen, liegt eine Grenzplasmolyse vor, das Medium besitzt somit den gleichen osmotischen Wert wie die untersuchte Zelle. Das Medium ist also isoton. Die Grenzplasmolyse ist das Anfangsstadium der Plasmolyse, der Protoplast beginnt sich von der Zellwand zu lösen. Bringt man die plasmolysierte Zelle in hypotonische Lösung setzt die Deplasmolyse ein, Wasser diffundiert in die Vakuole und der Protoplast legt sich wieder an die Zellwand an. Die vollturgeszente Stelle ist bei Pflanzen die stabilste, da sie kein Wasser mehr aufnehmen kann.

2. Material und Methoden Material: Blockschälchen mit jeweils 2 ml der Saccharosekonzentrationen: für Allium cepa von 0,25 bis 0,7 M (0,25; 0,3; 0,35; 0,4; 0,45; 0,5; 0,55; 0,6; 0,65; 0,7) und für Tradescantia spathacea von 0,05 bis 0,5 M (0,05; 0,1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,3; 0,35; 0,4; 0,45; 0,5), Lichtmikroskop, Deckglas, Objektträger , Abdeckgläser für die Blockschälchen, Pinzette, Stücke der unteren Epidermis von Allium Cepa ( Alliaceae, Asparagales) und Tradescantia spathacea (Commelinaceae, Commelinales). Versuchsaufbau und Durchführung:

Es wurden oberflächenparalle Schnitte der unteren

Blattepidermis angefertigt und 20 -30 min in die in den Blockschälchen befindliche Zuckerlösung 1

eingelegt. Um Verdunstung zu verhindern werden die Schälchen mithilfe eines Abdeckglas abgedeckt. Nach Ablauf der Zeit werden mikroskopische Präparate angefertigt und unter dem Mikroskop betrachtet. Nun werden unter dem Lichtmikroskop plasmolysierte Zellen (von 50) ausgezählt und in Prozent angegeben um die Konzentration zu finden, bei der 50% der Zellen Plasmolyse zeigen. Der Versuch wurde parallel in den Tischgruppen durchgeführt und die Mittelwerte berechnet (s. Abbildung 3 & 6).

3. Ergebnisse Die Zwiebelepidermis lässt im Vergleich zu Tradescantia spathacea erst bei höherer Saccharose Konzentration Anzeichen von Plasmolyse erkennen. Bei einem Wert von 0,25 mol/l beginnt die Plasmolyse bei Allium Cepa erst, wohingegen bei Tradescantia spathacea schon ein großer Teil der Zellen Plasmolyse zeigen. Die Zahl der Zellen, welche Plasmolyse zeigen, steigt bei Allium Cepa kontinuierlich an (mit einem Ausreißer bei 0,45 bzw. 0,5 mol/l) (Tab. 1). Werden diese Werte nun in ein Koordinatensystem eingezeichnet, ergibt sich daraus die Konzentration von 0,43 M, bei der, die Hälfte der Zellen Anzeichen von Plasmolyse besitzen (Abb.1). Mithilfe dieser Daten lässt sich nun der Osmotische Wert berechnen, dabei gehen wir von einen Zimmertemperatur 𝛱 = 0,4

𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑚3

von

24°C

aus

(Beispielrechnung

𝐽

⋅ 8314 𝑘𝑚𝑜𝑙𝐾 ⋅ (273 + 24)𝐾 = 987703,2 𝑁𝑚

𝑁

. = 987703,2 𝑁𝑚3 = 987703,2 𝑚2 →

𝑁 𝑚2

𝐽 𝑚3

= 𝑃𝑎

für

0,4

mol/l):

→ 𝐽 = 𝑁𝑚 , dies entspricht einem Druck

6

. = 987703,2𝑃𝑎 → 10 𝑃𝑎 = 𝑀𝑃𝑎 . = 0,99𝑀𝑃𝑎 von ungefähr 9,9 bar (Tab.2).

Tabelle 1: Plasmolysegrad (in %) von Allium Cepa in Abhängigkeit der Saccharose Konzentration Saccharose Konzentration in M

Zahl der Zellen mit Plasmolyse in Prozent

0,25

11

0,3

14

0,35

16

0,4

44

0,45

94

0,5

74

0,55

100

2

0,6

100

0,65

100

0,7

100

Allium Cepa 100 90 plasmolysierte Zellen [%]

80 70 60 50 40 30 20 10 0 -0,05

0,05

0,15

0,25

0,35

0,45

0,55

0,65

0,75

Saccharosekonzentration [M]

Abbildung 1: Plasmolyse in Abhängigkeit der Saccharose Konzentration bei Allium Cepa (Tisch 4)

Tabelle 2: Ermittlung des mittleren osmotischen Wertes der Zwiebelschuppen Epidermis Tischgruppe Konzentration der Osmotischer Wert (MPa) Osmotischer Wert (bar) Saccharoselösung (M) bei der 50% aller Zellen Plasmolyse zeigen 1

0,4

0,99

9,9

2

0,47

1,16

11,6

3

0,46

1,14

11,4

4

0,43

1,06

10,6

Mittelwert

0,44

1,09

10,9

Tradescantia spathacea zeigt schon bei einer niedriegeren Saccharose Konzentration als Allium Cepa Anzeichen von Plasmolyse, auch sind hier schon bei einer Konzentration von 0,25 M die Hälfe aller 3

Zellen plasmolysiert, bei 0,25 bzw. 0,4 M schon alle Zellen, wohingegen bei Allium Cepa bei diesen Werten erst eine Grenzplasmolyse vorliegt. Die Anzahl der Zellen die Plasmolyse zeigen, steigt zwar mit zunehmender Saccharose Konzentration an, jedoch stark schwankend (Tab. 3). Mithilfe der graphischen Auswertung ergibt sich für Tradescantia spathacea ein Wert von 0,25 M, bei welchem 50% der Zellen Plasmolyse zeigen. Der Anstieg der Plasmolysegrad ist hierbei leider nicht so deutlich zu sehen wie bei Allium Cepa (Abb.2). Die Werte der verschiedenen Tischgruppen liegen aber auch hier nah beieinander und es ergibt sich ein osmotischer Wert von 0,57 MPa, dies entspricht 5,7 bar. Die Rechnung erfolgt analog zu Allium Cepa (Tab.4). Tabelle 3: Plasmolysegrad (in %) von Tradescantia spathacea in Abhängigkeit der Saccharose Konzentration Saccharose Konzentration in M

Zahl der Zellen mit Plasmolyse in Prozent

0,05

0

0,1

28

0,15

8

0,2

2

0,25

100

0,3

77

0,35

84

0,4

100

0,45

92

0,5

88

4

Tradescantia spathacea 100 90 Plasmolysierte Zellen [%]

80 70 60 50 40 30 20 10 0 0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

Saccharose Konzentration [M]

Abbildung 2: Plasmolyse in Abhängikeit der Saccharose Konzentration bei Tradescantia spathacea (Tisch 4)

Tabelle 4: Ermittlung des mittleren osmotischen Wertes (MPa) der Blattepidermis von Tradescantia spathacea Tischgruppe Konzentration der Osmotischer Wert (MPa) Osmotischer Wert (bar) Saccharoselösung (M) bei der 50% aller Zellen Plasmolyse zeigen 1

0,23

0,57

5,7

2

0,3

0,74

7,4

3

0,25

0,62

6,2

4

0,25

0,62

6,2

Mittelwert

0,2575

0,64

6,4

4. Diskussion Die Ergebnisse von Tradescantia spathacea (6,4 bar) und Allium Cepa (11 bar) für den Osmotischen Wert liegen auseinander, Tradescantia spathacea zeigt schon bei einer niedrigeren Konzentration von Saccharose Anzeichen von Plasmolyse. Dies hat vorallem mit der Lage der Epidermis aus welcher die untersuchten Zellen stammen zu tun. Allium Cepa ist die Küchenzwiebel, die untersuchten Zellen stammten aus der Haut der Zwiebel, welche normalerweise in der Erde liegt und als Speicherorgan und für die vegetative Fortpflanzung der Pflanze dient. Wohingegen die untersuchten Zellen von Tradescantia spathacea aus dem Blatt 5

stammen, welches der Photosysnthese dient. Die Konzentration energiereicher Stoffe ist in der Zwiebel höher als im Blatt, da sie dort als Reserve gespeichert werden. Der osmotische Druck innerhalb der Zwiebelzellen ist also von Natur aus höher, daraus erklärt sich auch die erst später einsetzende Plasmolyse in höher konzentrierten Lösungen (0,44 M). Tradescantia spathacea zeigt aufgrund der geringeren Stoffkonzentration im Blatt schon bei geringerer Konzentration (0,25 M) diesen Effekt. Da Allium Cepa trockene und sonnige Standorte bevorzugen, müssen sie mithilfe einer höheren Solutkonzentration für einen stetigen Wassereinfluss sorgen. Tradescantia spathacea hingegen bevorzugt eher tropische Gebiete,wo Wasser zur Genüge vorhanden ist, sodass eine höhere Solutkonzentration nicht notwendig ist, um Wasser in die Zellen zu bekommen. Die unterschiedlichen Werte der einzelnen Tische zeigen, dass für den osmotischen Druck nur durch Mittelwertberechnung zuverlässige Werte zu ermitteln sind. Die subjektive Beobachtung der Ergebnisse führt daher bei den einzelnen Tischen zu Ausreißern. Trotz allem zeigen die Mittelwerte der Tische keine allzu große Diskrepanz.

6...