植物細胞を低張液にひたすと…

質問

高校の生物Iの教科書には、植物細胞を低張液に浸したとき
吸水力＝浸透圧－膨圧
という式が成り立つと書いてありましたが、この浸透圧とは、細胞内液と外液の浸透圧差であると書いてありました。

しかし、参考書には
吸水力＝細胞内液の浸透圧－膨圧＝細胞外液の浸透圧
と書いてありました。

いったいどちらが正しい式なのでしょうか？

回答No.3

suiran2

平衡状態で　吸水力＝０　これがまず理解できないのかと思います。
これは文科省（正確には教科書検定官）が平衡状態ならば吸水していないのであるから　吸水力＝０　とせよという指導です。ここら辺は議論のあるところですし，現場の先生方のほとんどの方は無視して教えていらっしゃるのではと推測します。この考え方で理解しやすいのは，細胞を純水に入れた場合です。ですから現行教科書では純水に入れた場合しか取り扱わないことになっています。掲載されているグラフも純水に入れた場合です。

現行で取り扱ってはいけない純水以外の場合について考えてみましょう。吸水しようとする圧力は，純水中なら細胞内液の浸透圧は純水との比較になりますからそのままの大きさですが，外液に浸透圧がある場合に当てはめると，内液と外液の浸透圧差になります。グラフにすると純水中の場合の浸透圧の線が内液と外液の浸透圧差に変わります。ここで平衡状態ならば吸水力＝０です。その場合には参考書の式も成り立つのです。しかし式の各項を移項することはかまいませんが，あくまでも吸水しなくなった場合ですから　吸水力＝０　とおいてから移項してください。
細胞内液の浸透圧－膨圧＝細胞外液の浸透圧
細胞内液の浸透圧－細胞外液の浸透圧＝膨圧

専門家でも議論のある分野ですから，余りつっこんで考えることはお勧めできません。あくまでも純水中に入れた場合で理解したらいかがかと思います。

お礼

いつもありがとうございます。

わかりました。

ただ、学校では、圧力-細胞の体積のグラフは、細胞細胞をそれぞれの浸透圧の液につけて平衡状態になったときのものをプロットしたものだとならったのですが、平衡状態の時吸水力は常に０と考えるのだとすれば、それはちがうのですよね？

回答No.2

suiran2

sky blue Orion さんの下記の式が一番良いと思います。
　吸水力＝（細胞内液の浸透圧－細胞外液の浸透圧）－膨圧

教科書では低張液ではなく純水に植物細胞を入れた場合であると思います。この場合には，上記の式の　細胞外液の浸透圧＝０です。ですから以下のような関係が成り立ちます。
　吸水力＝細胞内液の浸透圧－膨圧　

また，体積変化が無くなった場合には　吸水力＝０と考えられますから，以下の関係が成立します。
　細胞内液の浸透圧＝膨圧

次に浸透圧を持った低張液に入れた場合を考えます。この部分は論争がありまして現場の先生で文科省の言うところの正しい教え方している先生は殆どいらっしゃらないのではと思います。混乱は今の教科書になってからのようですが…

この場合に浸透しようとする圧力は（細胞内液の浸透圧－細胞外液の浸透圧）の差ですから以下の関係が成り立ちます。
　吸水力＝（細胞内液の浸透圧－細胞外液の浸透圧）－膨圧

ここでも，変化しなくなった場合には，吸水力＝０と考えられますから，以下の関係が成立します。
　（細胞内液の浸透圧－細胞外液の浸透圧）＝膨圧

また，この式を参考書の式にしましても間違いではありません。

この問題で混乱しやすいことは，平衡状態の場合には，まず吸水力＝０と考える事です。吸水力が０だからその他の圧力の関係はどうなるかを考えるわけです。

お礼

ありがとうございます。

しかし、平衡状態のときには吸水力が０と考えるとしたら、
参考書の式が正しいとすると、外液はいつも水ということになるのですが、そうなのでしょうか？

教科書で縦軸が圧力、横軸が細胞の体積というグラフを習いましたが、それによれば、吸水力が０となるのは、水の時のみであるとのことだったのですが…。

回答No.1

sky_blue_Orion

こんばんは。

浸透圧は私も苦手だったので詳しいことは忘れてしまいましたが、どちらもほぼ同じ意味の式に直すことは出来ます。

(1)吸水力＝浸透圧－膨圧

↑この式において浸透圧＝「細胞内液と外液の浸透圧差」なのですよね？そして次に、

(2)吸水力＝細胞内液の浸透圧－膨圧＝細胞外液の浸透圧

↑この式を移項すると、次のようになりますね。

(2)´吸水力＝（細胞内液の浸透圧－細胞外液の浸透圧）－膨圧

カッコ内は(1)式においての浸透圧と同じ意味合いになるかと。

以下、蛇足です。
この(2)´式のカッコ内がマイナスの時（つまり内液が外液に比べ薄くて浸透圧が低く、外液が濃くて浸透圧が高い時）その植物細胞は吸水せず、逆に細胞外へ水分を放出します。原形質分離って奴はこの場合に出てきますよね。細胞壁と細胞膜の間が外液で満たされるってアレです。そして外液と内液の浸透圧が同じであれば、外見上の変化はほとんど見られません（実際、水分の行き来はあるのですが）。そしてカッコ内がプラスの時（今度は内液が濃く、外液が薄い時）それが膨圧より大きな値であれば吸水力が発生する、というわけです。

※参考書に載っていたという(2)式は、吸水力＝外液の浸透圧と結べるようになっていますが、この表現はいかがなものかなぁと思います。教科書通りの式をお使いになったらいかがでしょうか。

間違ったことを言ってしまっていたらごめんなさい。本当の答えはもっと専門な方々が教えて下さるかと（笑）

お礼

ありがとうございます。

しかし、

a=b-c=d

という式があったとき、dを移項すると、

a-d=b-d-c

となると思うのですが。

具体的には、

5=8-3=5

という式があったとして、上の解答と同じ変形を行うとすると、

5=8-3-5

となり、

5=0

となってしまいます。