2025 biology talkshow:水往哪裡流?細胞滲透壓與膨壓變化之探討

雷比特生物空中講

2025-05-0800:09:17

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「各位聽眾大家好!今天的節目,我們要來探索細胞裡一個有趣的現象:滲透作用和細胞的壓力。你可能聽過『滲透壓』、『膨壓』這些詞。
簡單來說,滲透是指水分子通過半透膜的移動現象。當半透膜兩側溶液濃度不同時,水分子會從單位體積中水分子較多(濃度較低)的一側,擴散移動到水分子較少(濃度較高)的一側。這個移動會持續到兩側濃度相同為止。
而滲透壓呢,它是施加到溶液上,以阻止溶劑經半透膜內流的最低壓力。在U型管實驗中,當滲透達到平衡時,兩側液柱的高度差所產生的壓力,就是滲透壓2。在生物細胞的例子中,當細胞處在低張溶液(外界濃度低於細胞質)時,水分會不斷進入細胞。這時,細胞內部因水分增加給細胞膜一個壓力,我們可以將其視為阻止外界水分繼續進入的壓力,這也是滲透壓的一種體現。細胞的滲透壓大小與細胞質的濃度有關,濃度越高,吸水能力通常越強。
接著是植物細胞特有的膨壓(T.P.)。當植物細胞吸收水分後,細胞內部的溶液體積增加,會對細胞膜產生壓力,細胞膜再推向細胞壁,形成膨壓。植物細胞因為有堅固的細胞壁,可以支撐這個壓力,不會像動物細胞那樣破裂。細胞壁也會產生一個相對的反作用力,稱為壁壓(w.p.),來抵抗膨壓,維持細胞形狀3。膨壓對於草本植物維持挺立和生長非常重要。
植物細胞的吸水能力,其實可以看作是細胞內部滲透壓減去抵抗吸水的壁壓(或來自膨壓的壁壓)。所以公式可以表示為:植物的吸水能力 = 滲透壓(O.P.) - 膨壓(T.P.)。當植物細胞充分吸水達到平衡,不再大量進水時,細胞膜內的滲透壓會等於膨壓,同時也等於壁壓。
當植物細胞處在高濃度溶液環境時,水分會從細胞內流失,導致液泡縮小,細胞膜從細胞壁內縮,產生明顯的『質壁分離』現象。如果細胞處於與其內部滲透壓相等的溶液(等張溶液)中,水分的進出達到平衡,細胞的形態就不會改變。
這些關於滲透和壓力的原理,不僅是生物學上的重要概念,也在我們的生活中有所應用,例如在農業上需要注意灌溉水濃度對植物吸水的影響,以及利用反滲透技術進行水質淨化。
希望這段簡介,能幫助大家對滲透壓和膨壓有初步的了解!

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