Practicum: Waterchemisch potentiaal en turgordruk – Biologie Klas 6 VWO

In dit practicum voor klas 6 VWO onderzoek je waterbeweging in plantenweefsel vanuit het concept van het waterchemisch potentiaal (ψ). Je bepaalt experimenteel de osmotische waarde van aardappelcellen en koppelt de meetresultaten aan turgordruk en deplasmolyse. Dit practicum sluit aan bij de eindexamenstof over transport op celniveau en homeostase.

Leerdoel

Na dit practicum kun je het waterchemisch potentiaal (ψ) definiëren en de bijdragen van de osmotische component (ψ_s) en de drukcomponent (ψ_p) uitleggen, de richting van waterbeweging tussen twee compartimenten voorspellen op basis van ψ-waarden, de isotone concentratie van plantenweefsel experimenteel bepalen en omrekenen naar een osmotische waarde, turgor en deplasmolyse verklaren in termen van waterchemisch potentiaal, en de biologische betekenis van turgordruk voor plantencellen beschrijven.

Cursusniveau en vakgebied

Niveau: VWO klas 6 | Vak: Biologie | Domein: B – Transport op celniveau, homeostase | Begrippen: waterchemisch potentiaal (ψ), osmotische component (ψ_s), drukcomponent (ψ_p), turgordruk, plasmolysepunt, deplasmolyse, isotone concentratie, osmotische waarde

Achtergrondinformatie

Waterchemisch potentiaal

Het waterchemisch potentiaal (ψ, uitgesproken als “psi”) is een maat voor de vrije energie van water in een systeem. Water beweegt altijd van een hoog naar een laag waterchemisch potentiaal — net zoals water van hoog naar laag stroomt. Het waterchemisch potentiaal van zuiver water bij standaarddruk is per definitie 0. Opgeloste stoffen verlagen het waterchemisch potentiaal; druk verhoogt het.

Het waterchemisch potentiaal bestaat uit twee componenten:

• Osmotische component (ψ_s): altijd negatief of nul. Hoe meer opgeloste stoffen, hoe negatiever ψ_s. Verlaagt ψ.
• Drukcomponent (ψ_p): positief bij turgor (druk van celwand op cel), nul bij plasmolysepunt, negatief in xyleem (zuigspanning). Verhoogt ψ.

De totale formule: ψ = ψ_s + ψ_p

Water beweegt van hoog ψ naar laag ψ — dus van minder geconcentreerd naar meer geconcentreerd, of van hogere druk naar lagere druk.

Turgor en plasmolysepunt

In een turgescente plantencel is de vacuole gevuld met celoplossing. De cel neemt water op totdat de turgordruk (ψ_p, positief) het dalende ψ_s compenseert en ψ van de cel gelijk is aan ψ van de omgeving. In een hypertonische omgeving verliest de cel water: ψ_p daalt naar nul — dit is het plasmolysepunt, waarbij celmembraan en celwand net loskomen. Bij verdere wateruitstroom treedt plasmolyse op.

Deplasmolyse: wanneer een geplasmolyeerde cel in een hypotonische oplossing wordt geplaatst, neemt ze water op en keert turgor terug. Dit is reversibel zolang het celmembraan intact is.

Benodigdheden

• Aardappelen (rauw), appelboor of kurketrekker
• NaCl-oplossingen: 0,0 / 0,1 / 0,2 / 0,3 / 0,4 / 0,5 mol/L
• 8 bekerglazen (100 mL)
• Analytische balans (0,001 g nauwkeurig)
• Liniaal, papieren tissues
• Lichtmicroscoop, objectglaasjes en dekglaasjes
• Rode ui of rode kool (voor microscopieppart deplasmolyse)
• Grafiekpapier of spreadsheet voor regressielijn

Werkwijze

Deel A – Isotone concentratie bepalen via massaverandering

1. Snijd 6 aardappelcilinders van gelijke afmeting (≈3 cm lang). Dep droog en weeg nauwkeurig: m₀.
2. Leg elk stukje in een NaCl-oplossing van andere concentratie (0,0 t/m 0,5 mol/L). Volledig onderdompelen, minimaal 50 mL oplossing.
3. Laat 45 minuten staan bij kamertemperatuur zonder roeren.
4. Dep droog (niet wrijven) en weeg direct: m₁.
5. Bereken: Δm% = (m₁ − m₀) / m₀ × 100%
6. Teken een grafiek: concentratie NaCl (x-as) tegen Δm% (y-as). Trek een regressielijn. Lees de isotone concentratie af waar Δm% = 0.

Deel B – Deplasmolyse onder de microscoop

1. Maak een preparaat van rode ui-epidermis in 1,0 mol/L NaCl. Observeer plasmolyse (celmembraan losgetrokken van celwand). Teken. Noteer of turgor aanwezig is (ψ_p = 0 bij plasmolysepunt).
2. Vervang de NaCl-oplossing door gedestilleerd water (druppel via rand dekglaasje, tissue aan overkant). Observeer na 3–5 minuten: is de plasmolyse omgekeerd? Teken.
3. Verklaar de waarneming in termen van ψ van de cel en ψ van de omgeving.

Meettabel Deel A

Vul in de laatste kolom in: ψ omgeving > ψ cel (water stroomt in), ψ omgeving = ψ cel (isotoon), of ψ omgeving < ψ cel (water stroomt uit).

Verwerkingsvragen

1. Lees de isotone concentratie af uit je grafiek. Bereken de osmotische waarde van de aardappelcellen in osmol/L (gebruik: osmolaliteit NaCl = 2 × concentratie mol/L).
2. Een aardappelcel heeft bij normale turgor een ψ_s van −0,7 MPa en een ψ_p van +0,4 MPa. Bereken ψ van de cel. In welke richting beweegt water als de cel in zuiver water wordt geplaatst?
3. Bij het plasmolysepunt is ψ_p = 0. Leg uit wat dit betekent voor de turgordruk en de positie van het celmembraan.
4. Verklaar deplasmolyse volledig in termen van ψ van de cel en ψ van de omgeving na het toevoegen van water.
5. In het xyleem van planten is ψ_p negatief (zuigspanning). Verklaar hoe dit bijdraagt aan wateropname vanuit de bodem.

Uitwerking

V1: Stel de isotone concentratie NaCl = 0,3 mol/L. Osmolaliteit = 2 × 0,3 = 0,6 osmol/L. De osmotische waarde van het aardappelcelsap is gelijk aan 0,6 osmol/L (600 mosmol/L). Dit is de concentratie waarbij ψ van de oplossing gelijk is aan ψ van het celsap en er geen netto waterbeweging optreedt.

V2: ψ cel = ψ_s + ψ_p = −0,7 + 0,4 = −0,3 MPa. Zuiver water heeft ψ = 0 MPa. Omdat ψ water (0) > ψ cel (−0,3), beweegt water de cel in. De cel neemt water op en de turgordruk stijgt totdat ψ cel = 0.

V3: Bij het plasmolysepunt is ψ_p = 0: de celwand oefent geen druk meer uit op het protoplast en het celmembraan trekt net los van de celwand. Er is geen turgordruk. ψ cel = ψ_s (uitsluitend osmotische component). De cel heeft de maximale osmotische zuigkracht en is op het punt van plasmolyse.

V4: Na toevoeging van gedestilleerd water is ψ omgeving = 0 MPa. De geplasmolyeerde cel heeft ψ = ψ_s (negatief, want ψ_p = 0). Omdat ψ omgeving > ψ cel, stroomt water de cel in. De vacuole vult zich, het protoplast zwelt, het celmembraan legt weer aan tegen de celwand en ψ_p neemt toe. Dit proces heet deplasmolyse.

V5: In het xyleem is ψ_p negatief door de zuigspanning die via verdamping vanuit de bladeren ontstaat (cohesie-tensie-mechanisme). Hierdoor is ψ xyleem zeer negatief. In de bodem is ψ hoger (minder negatief). Water beweegt van hoog ψ (bodem) naar laag ψ (xyleem) — de plant zuigt als het ware water omhoog via een continuüm van dalende ψ-waarden van bodem naar blad.

Benodigde laboratoriumapparatuur van Labvakhandel

Labvakhandel levert analytische balansen, lichtmicroscopen, objectglaasjes en bekerglazen voor transportexperimenten in het voortgezet biologieonderwijs en hoger onderwijs.

Bekijk het assortiment voor biologie of neem contact op voor advies.

Meer practicumopdrachten

Ontdek alle practica in de Labvakhandel kennisbank — voor biologie, scheikunde en natuurkunde. Zie ook het practicum osmotische waarde voor VWO klas 3 en het basis osmose-practicum voor VWO klas 1.