植物细胞渗透势的测定(质壁分离法)

植物细胞是一个渗透体系，当其处于高渗溶液时，细胞失水，原生质体积缩小，发生质壁分离现象。反之，如将已经发生质壁分离的细胞转至低渗溶液中，细胞会重新吸水，质壁分离复原。利用植物活细胞的质壁分离可以测定植物细胞的渗透势。植物细胞的渗透势主要取决于胞液的溶质浓度，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膨压，保障细胞的生长和气孔的开放，这种现象叫渗透调节作用。渗透调节能力的大小可以用逆境调节下细胞的渗透势的降低值来表示，在水分生理与抗性生理研究中经常需要测定。

一、原理

植物细胞吸水固然与其细胞液的渗透势有关，但并不完全决定于渗透势，而是由细胞的水势决定。因为原生质体外围还有细胞壁的限制原生质的膨胀，同时细胞内的亲水胶体又有吸水的本领，因此典型细胞水势由三部分组成：ψw=ψπ+ψp+ψM

其中 ψπ为渗透势，即溶液的水势，是由于溶质颗粒的存在导致的自有能降低，一般为负值，主要取决于溶液中溶质颗粒（离子或分子）总数； ψp为压力势，是由于细胞壁压力的存在而增加的水势，一般为正值，在特殊情况下会等于零（质壁分离时）或负值（剧烈蒸腾时）；ψM为衬质势，是细胞胶体物质亲水性和毛细管对自由水束缚而引起水势降低的值，以负值表示，为形成液泡的细胞具有一定的衬质势，但已形成液泡的细胞衬质势很小，可忽略不记。

要测定植物细胞的渗透势，可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，则细胞的压力势将下降为零。

由于衬质势忽略不计，此时细胞液的渗透势 等于外液的渗透势 ψπo，即 ψπ= ψπo。此溶液称为该组织的渗透溶液，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（ψπ ）。

实际测定时，由于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、材料、仪器设备和试剂

（一） 材料：洋葱或大葱鳞茎、小麦叶片

（二） 仪器设备：显微镜，载玻片与盖玻片各若干，温度计，尖头镊子，刀片，带塞青霉

素小瓶12个，试剂瓶，烧杯，容量瓶，量筒，吸管等，吸水纸适量

（三） 试剂：

（1）1mol/L蔗糖水溶液。称取预先在60-80℃下烘干的蔗糖34.2g，溶于70ml蒸馏水中，容量瓶定容至100ml，即为1M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/L蔗糖水溶液依C1V1=C2V2公式配制0.30 mol/L、0.35 mol/L、0.40 mol/L、0.45 mol/L、0.50 mol/L、0.55 mol/L、0.60 mol/L、0.65 mol/L、0.70 mol/L等一系列不同浓度的蔗糖水溶液（具体范围可根据不同而加以调整），贮于试剂瓶中，瓶口加塞子以防蒸发浓缩。

四、试验步骤

（1） 取干燥洁净的带塞青霉素小瓶6套编号，将配制好的不同浓度的蔗糖溶液按顺序加入青霉素小瓶，盖好盖备用。

（2） 用镊子剥去供试材料下表皮或用刀片小心刮取洋葱表皮，大小以0.5cm2为宜。吸去切片表面水分，立即浸入不同浓度的蔗糖溶液中，每一浓度4-5片。为便于观察，可先将切片于0.03%中性红内染色5min左右，吸去水分，再浸入蔗糖溶液中，但如不加染色即能区别质壁分离时，仍以不染色为宜。

（3） 切片在蔗糖溶液中浸泡20-30min，同时记录室温，取出放在载玻片上，滴一滴相同浓度的糖液，加盖玻片，在显微镜下观察，确定引起50%以上细胞发生初始质壁分离（即原生质体刚从细胞壁的角隅分离）的浓度，每一制片观察的细胞不应少于100个。如果在两个相邻浓度的切片中，一个切片没有发生质壁分离，另一个切片发生质壁分离的细胞数超过50%，则这两个浓度的平均值为等渗浓度。检查时可从中间浓度开始。

五、计算结果

由所得的等渗浓度和测定的室温，用下式计算供试溶液的渗透势

ψπ =ψπ0=-iCRT（MPa）式中： ψπ0为供试溶液的渗透势，MPa；C为供试溶液的浓度，mol/L（以水作溶剂）；R为气体常数，0.008 314〔L·MPa/（mol·K）〕；T为绝对温度，（273+t℃）K； i为解离系数，蔗糖=1，CaCl₂=2.60。