Osmose bij aardappels

Theorie

Bij dit onderzoek zijn verschillende begrippen van groot belang. In de theorie gaan we hier op in.

Het belangrijkste begrip is osmose. Osmose zorgt ervoor dat het zoutgehalte in de cel in goede verhouding staat tot het zoutgehalte in zijn omgeving. Door speciale eiwitpoorten in het celmembraan kan water in en uit de cel.

 Als de osmotische waarde, de hoeveelheid opgeloste zouten, hypotoon is, betekent dit dat er buiten de cel procentueel gezien minder opgeloste zouten zijn dan in de cel. Water gaat dan, via de eiwitpoorten, de cel in. Zo verdunt de oplossing in de cel, waardoor er dus procentueel minder zouten in de cel zijn, en versterkt de oplossing buiten de cel omdat er water uit gaat. Doordat er meer water in de cel komt, wordt de cel steeds groter. Om te voorkomen dat de cel knapt, zit er om het membraan een stevige wand: de celwand. De inhoud van de plantencel duwt dan tegen de binnenkant van de celwand aan. Dit verschijnsel heet turgor. Doordat er geen lucht meer tussen het celmembraan en de celwand in zit, is er weinig mogelijkheid tot bewegen. Bij een hypotone oplossing buiten de cel, is de plant dus erg stevig en de plantencellen op hun grootst. De osmose gaat door tot het zoutgehalte in de celomgeving isotoon is. Hier wordt mee bedoeld dat er in verhouding evenveel zouten in de cel zijn als buiten de cel.

Bij een isotone oplossing is er ook osmose. Er gaat dan evenveel water in als uit de cel. Het zoutgehalte in de omgeving staat dan in goede verhouding met de cel, dus het is niet nodig om binnen of buiten de cel de oplossing te verdunnen of versterken. Er zit dan ook zoveel water in de cel dat het celmembraan net tegen de celwand aanduwt. Dit heet grensplasmolyse. De plant  heeft dan ook een gemiddelde grote, hangt niet slap, maar is ook niet bijzonder stevig.

Bij een hypertone oplossing buiten de cel zijn er in verhouding in de omgeving van de cel meer opgeloste zouten dan in de cel. Dit betekent dus dat de oplossing buiten de cel verdunt moet worden en de oplossing in de cel versterkt. Dit gebeurt doordat er water uit de cel naar de omgeving gaat. Hierdoor klopt de verhouding weer. Doordat er water uit de cel gaat, krimpt deze. Hij wordt steeds kleiner, zelfs als het celmembraan van de celwand loslaat. Dit heet plasmolyse. Doordat er dan veel lucht tussen het membraan en de celwand zit, kan de plant ver om worden gebogen. De plant is dan dus niet stevig meer en gaat slap hangen. De plantencellen zijn dan op hun kleinst.

Ook in dierlijke cellen heb je osmose. Dan is een hypo- of hypertone oplossing buiten de cel soms echter gevaarlijk. Dit komt omdat een dierlijke cel geen cel wand heeft. Hij kan dus uiteindelijk knappen, wat erg gevaarlijk is voor het organisme. Een dierlijke cel heeft dan ook geen turgor, plasmolyse en grensplasmolyse.

Onderzoeksvraag

Onze onderzoeksvraag was:

Hoe veranderen de lengte, het gewicht en de stevigheid van aardappelstaafjes als je ze in oplossingen legt met verschillende zoutgehaltes?

Hypothese

Wij dachten dat de aardappelstaafjes die in de oplossingen lagen met een relatief laag (≤ 1% NaCl) zoutgehalte aan het einde van de proef slapper, lichter en korter zouden zijn dan de staafjes die in een oplossing lagen met ee relatief hoog ( 2% of meer NaCl ) zoutgehalte.

 Uitvoering van het onderzoek

Gebruikt materiaal

Wij hebben voor dit onderzoek gebruikt:

• Zes schone en droge aardappelstaafjes
• Een mesje
• Zes reageerbuizen in een reageerbuis rek
• Vijf verschillende zoutoplossingen variërend van 0 %  NaCl tot 4% NaCl en een zoutoplossing met een onbekende hoeveelheid opgeloste NaCl.
• Een weegschaal
• Een geodriehoek
• Een markeerstift

Uitvoering

We begonnen met zes aardappelstaafjes van verschillende lengte. Deze hebben we eerst op gelijke lengte gesneden met het mesje. Toen hebben we de staafjes een voor een opgemeten en gewogen, en de lengte en het gewicht genoteerd in een tabel. Daarna hebben we ze in zes verschillende reageerbuizen gedaan en die genummerd van 1 tot en met 6. Hierna hebben we in elke reageerbuis 8 milliliter zoutoplossing gedaan, zodat de staafjes net onder stonden. We hebben toen een dag gewacht voordat we weer verder konden.

De volgende dag zijn we verder gegaan met ons onderzoek. We hebben de aardappelstaafjes uit de reageerbuizen gehaald en goed afgedroogd. Toen hebben we ze weer opgemeten en gewogen en dit in een nieuwe tabel genoteerd. Ook hebben we de stevigheid gemeten. Dit hebben we gedaan door aardappelstaafje horizontaal langs de kant van de geodriehoek te houden met het puntje bij de ‘0’. Het andere eind hebben we naar beneden gebogen, tot het staafje niet meer verder kon buigen. We hebben toen de hoek afgelezen waarin het staafje boog. Dit was de maat voor de stevigheid en die hebben we ook in de tabel genoteerd.

Resultaat

Aardappel staafjes in NaCl oplossing (1)

Tabellen

#

Hoeveelheid NaCl (%)

Lengte (cm)

Gewicht (gr)

 

1

0

5,6

3,2

2

0,5

5,7

3,3

3

1

5,6

2,9

4

2

5,4

2,9

5

4

5,5

2,9

6

?

5,4

3,0

 

De gegevens van de aardappelstaafjes voordat ze een dag in de NaCl oplossing hadden gestaan.

Aardappel staafjes in NaCl oplossing (2)

#

Hoeveelheid NaCl (%)

Lengte (cm)

Gewicht (gr)

Stevigheid (+-)

Stevigheid (°)

1

0

5,7

3,9

++

100

2

0,5

5,8

3,5

++

105

3

1

5,7

3,0

+

110

4

2

5,2

2,3

-

150

5

4

4,8

2,0

--

165

6

?

5,3

2,8

+-

140

De gegevens van de aardappelstaafjes nadat ze een dag in de NaCl oplossing hadden gestaan.

Conclusie

Bij aardappelstaafjes 1, 2 en 3 is er duidelijk sprake van turgor: de staafjes zijn stevig, langer en zwaarder. 4, 5 en 6, daar is duidelijk sprake van plasmolyse: de staafjes zijn erg slap, ze zijn gekrompen en lichter. Als de osmotische waarde van de oplossing hoog is, dus een hypertonische oplossing, worden de staafjes slapper, kleiner en lichter. Als de osmotische waarde van de oplossing laag is, dus een hypotonische oplossing, worden de staafjes groter en zwaarder en steviger.

Bespreking

Bij de staafjes 1, 2 en 3 is de osmotische waarde van de staafjes hoger dan de osmotische waarde van de zoutoplossingen. Het gaat hier om een hypotonische omgeving. Hierdoor stroomt het water van de oplossing naar de cellen in de aardappelstaafjes en dan komt de turgor om de hoek kijken. De staafjes worden steviger, maar ook langer en zwaarder.

Bij de staafjes 4, 5 en 6 is de osmotische waarde van de staafjes lager dan de osmotische waarde van de zoutoplossingen. Hier gaat het om een hypertonische omgeving. Daardoor stroomt het water juist uit de aardappelstaafjes. Het celmembraan gaat hierdoor loslaten van de celwand en alle stevigheid verdwijnt uit het staafje. Dit kon je vooral goed zien bij staafje nummer 5, we durfden hem bijna niet om te buigen omdat hij al bijna uit elkaar viel als we hem alleen al vasthielden.

Onze conclusie komt dus overeen met onze hypothese: de aardappelstaafjes die in een oplossing lagen met een lagere concentratie zout, waren lichter, slapper en korter dan de aardappelstaafjes die in de oplossingen met een hoge concentratie lagen.

Natuurlijke concentratie

Naast dit onderzoek moesten we nog de vraag beantwoorden of we heel precies konden aangeven met welke zoutconcentratie de osmotische waarde van het vocht in de cellen van de aardappel in natuurlijke omstandigheden overeenkomt. Onze conclusie was dat je dit niet kunt aangeven. Als bij een van de gebruikt zoutoplossingen was gebleken dat er niks was veranderd qua lengte, gewicht en slapheid, konden we de conclusie trekken dat de waarde van die oplossing overeenkwam met die van de cellen in de aardappel. Bij een isotone oplossing gaat er immers evenveel water de cel in als uit. Dan neemt de cel dus niet toe of af in gewicht, lengte of slapheid.

In onze metingen was echter bij geen een van de oplossingen te zien dat er niks veranderde in de waardes. Wij kunnen dus niet precies aangeven welke osmotische waarde het vocht in de aardappelcellen heeft. Wel kunnen we zeggen dat die waarde iets meer dan 1 % opgeloste NaCl is. Als je namelijk in de grafiek kijkt, snijden de lijnen van ‘voor de proef’ en ‘na de proef’ elkaar. Dit betekent dus dat hier, ten opzichte van de cellen van de aardappel, de oplossing van een hypotonische naar een hypertonische oplossing gaat. Precies daartussenin zit dezelfde waarde als in de aardappelcellen: een isotonische oplossing.

Om dit wel precies aan te kunnen geven zou je een ander onderzoek moeten uitvoeren. In plaats van concentraties die 1% van elkaar verschillen, zou je waardes moeten nemen die 0,1% van elkaar verschillen. Voor de rest kun je het onderzoek hetzelfde uitvoeren als wij hebben gedaan. De osmotische waarde van het staafje waarvan de waardes niet veranderen na een dag, komt dan overeen met de osmotische waarde in de cellen van de aardappel zelf.

Waarde van onbekende zoutoplossing

Naast de bekende waardes, hadden we ook nog een aardappelstaafje die we in een zoutoplossing moesten leggen met een onbekende osmotische waarde. Het is niet met ons onderzoek niet precies te zeggen welke waarde dit oplossing had. Als je echter naar de waardes in de tabel en grafiek kijkt, zie je dat de waardes van de lengte en het gewicht van dit staafje na een dag ongeveer tussen de waardes van de aardappelstaafjes zit die in 1 % en 2% opgeloste NaCl lagen. Hieruit zou je dus kunnen concluderen dat de waarde van de onbekende oplossing ongeveer 1,5 % opgeloste NaCl is.

Bronvermelding

10voorBiologie (z.d), Diffusie en osmose: voorbeelden. Geraadpleegd op 24 januari ’14. http://www.10voorbiologie.nl/index.php?cat=9&id=258&par=274&sub=276

Steven2398 (24-03-2011), De werking van osmose. Geraadpleegd op 24 januari ’14. http://dier-en-natuur.infonu.nl/biologie/70322-de-werking-van-osmose.html

Jongmans, W. et al. (2012), Nectar 3e editie biologie: 4 vwo leerboek. Groningen/Houten: Noordhoff Uitgevers Bv

Afbeelding op voorpagina: http://www.canstockphoto.nl/aardappels-2621451.html

Afbeelding in inleiding: http://bioaktivator.systime.dk/index.php?id=588