Dissoziatiollsgrad berechnet aU8 Dissoziationsgrad von K2S04 mit den Cuphea-Haaren bestimmt Dis8oziationsgrad von NaCl
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410 Co van Wisselingh,
Bestirnrnung des Molekulargewichts von
Isotonische Losungen
Bestirnmung des Molekulargewichts von
Isotonisehe Losungen
II i
Untersuchungen liuer OEmose. 411
Saccharose mit Chlornatrium)osungen:
Dissoziationsgrad von NaCl Molekulargewicht von Saccharose mit den
berechnet aus Cuphea-Haaren bestimmt
Dissoziationsgrad von NaCl blJrechnet
= I aus
Dissoziationsgrad von NaCl Molekulargewicht von Glyzerin mit den
berechnet aus Cuphea-Haaren bestimmt
I
Dissoziationsgrad von N aCi berechnet= aus
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412
c.
van" Wisselingh,Saccharosemolekiile wie Molekfile und lonen Chlornatrium vorhanden sind. Wenn man beriicksichtigt, daB das Molekulargewicht der Saccha-rose 342,2 ist, so muB man gestehen, daB das obenerwahnte Resultat eigentlich fiber EI:warten gfinstig ist, und daB sehr wahrscheinlich das Resultat von 10 anderen Bestimmungen weniger genau sein wfirde.
Berficksichtigt man jede Bestimmung an und fUr sich, so sieht man, daB einige einige Prozente, von 5-8, zu hoch oder zu niedrig sind, abel" bei der Bestimmung des Durchschnittswertes heben die Fehler einander auf.
Bei der Bestimmung des Molekulargewichtes des Glyzerins erzielte ich als Durchschnittswert von sechs Werten 93,3 anstatt 92,1, also auch einsehr befriedigendes Ergebnis, besonders wenn man berficksichtigt, daB das Protoplasma GIyzerin merklich durchgehen HiBt und man des-halb ein zu hohes Ergebnis erwarten konnte. Unter letzteren Be~
stimmungen gibt es solche, die 5 oder 6 Prozent zu hoch oder zu niedrig sind, aber auch in diesem Fall heben die Fehler einander fast ganz auf.
Wenn man bei der Berechnung des Molekulargewichtes von der Annahme ausgeht, daB in gleichen Volumina isotonischer Losungen gleichviel Molekiile oder Molekiile und lonen sind, so weichen die Ergebnisse mehr von den wirklichen Molekulargewichten ab und das gleiche ist der Fall, wenn der Dissoziationsgradaus der Gefrierpunkts-erniedrigung und der SiedepunktserhOhung berechnet wird (s. TabelIen).
Bei der Bestimmung des Dissoziationsgrades von Elektrolyten kam ich im allgemeinen zu ahnlichen Resultaten; nur Kaliumnitrat macht eine Ausnahme (s. TabelIen).
1m allgemeinen kann man die mit den Cuphea-Samenhaaren er-zielten Resultate sehr befriedigend nennen. Diese neue biologische Methode zur Bestimmung des Molekulargewichtes und des Dissoziations-grades kann mit physikalischen Methoden in Genauigkeit wetteifern.
Die Ergebnisse der physikalischen Methoden fiir die Bestimmung des Molekulargewichtes und des' Dissoziationsgrades weichen manchmal be-deutend mehr voneinander ab als die Ergebnisse der oben beschriebe-nen biologischen Methode von debeschriebe-nen, welche man aus den Werten des elektrolytischen Leitvermogens herleiten kann. Von den verschiedenen physikalischen Methoden· ist letztere wohl die genaueste. Nach meiner Meinung kann die neue biologische Methode in zweifelhaften Fallen ebensowohl zur Kenntnis des Molekulargewichtes beitragen wie die plas-molytische Methode von Hug 0 de V r i e s zur Bestimmung des Mole-kulargewichtes der Raffinose beigetragen hat.
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Untersuchungen iiber Osmose. 413
Vorteile der Methode mit den Cupheasamen sind erstens die ge-ringe Zeit, welche sie beansprucht, zweitens ihre gege-ringen technischen Schwierigkeiten und drittens die leichte Weise, auf welche man das Untersuchungsmaterial aufbewahren kann, so daB man es jederzeit zur Verfiigung hat. Vorzugsweise bewahrte ich es in einer Konservierungs-flasche unter ungelOsch~em Kalk.
Versuche fiber Permeabilitat.
Die Permeabilitat des Protoplasmas fiir verschiedene Stoffe hat man bei den Pflanzenzellen besonders mittels der plasmolytischen Methode studiert. Aus der Tatsache, daB eine eingetretene Plasmolyse nach einiger Zeit wieder verschwindet, schloB man auf die Permeabilitat des Protoplasmas fUr die in der Lasung sich befindenden Stoffe. Auch erklart man mittels der Permeabilitat, wie es kommt, daB die Lasungen vieler Stoffe, urn Plasmolyse hervorzurufen, konzentrierter sein muBten als diejenigen anderer Stoffe, die das Protoplasma nicht durchgehen laBt. Von Overton, der besonders ausfiihrliche Untersuchungen fiber die Permeabilitat des Protoplasmas angestellt hat, riihren die so-genannten Permeabilitatsregeln her. Er bringt die Stoffe, je nachdem sie schneller oder langsamer durch das Protoplasma gehen, in verschie-dene Kategorien. AIle erdenklichen FaIle kommen nach 0 v e r ton vor.
Es gibt Stoffe, die sehr schnell durch das Protoplasma gehen und Stoffe, die das Protoplasm a nicht oder unmerkbar durchgehen laBt. Zu den letzteren rechnet 0 v e r tOll die neutralell Alkali- und Erdalkalisalze.
Diese Stoffe schein en wohl die graBten Schwierigkeiten zu He fern und die meisten Meinungsverschiedenheiten veranlaBt zu haben, sofern es die Frag~ betrifft, ob sie durch das Protoplasma gehen . kannen oder nichtl). Dies veranlaBte mich auc)! mit einigen dieser Salze Versuche anzustellen. Die Permeabilitat der Protoplasmaschicht in den Epidermis-' zellell und Haaren der Cupheasamen zeigt sich dadurch, daB sich die Haare, nachdem man mit einer hypertonischen Lasung die Umstfilpung derselben zum Stillstand gebracht und eine geringe Zusammenziehung hervorgernfen hat, nach kiirzerer oder langerer Zeit wieder verlangern und die Umstiilpnng, sei es denn auch langsam, weiter geht.
Bei der verhiiitnismaBig kleinen Anzahl von Stoffen, mit welchen ich experimentiert habe, konnte ich aIle erdenklichen Ubergange von sehr permeabel bis fast impermeabel auffinden. Ffir Alkohol, U reum 1) R. HB ber. Physikalische Chemie der Zelle und der Gewebe, 1914,4. Auf.,
pag. 359f. .
414 C. van Wisselingh,
und Antipyrin ist das Protoplasma del' Epidermiszellen sehr permeabel.
Erst mit Spiritus von 40 undo 50 Vol.-Proz., was mit 6,9 und 8,6 Mol Alkohol in 11 des Gemisches iibereinstimmt, gelang es, die Umstiilpung del' Haare zum Stillstand zu bringen und Zusammenziehung her vor-zurufen, wahrend in anderen Fallen, wenn das Protoplasma fill' den gelOsten Stoff nahezu impermeabel ist, gewohlllich eine Konzentration von 1 Mol per Liter geniigt. Nach einiger Zeit verllingerten die Haare sich wieder.
In Ureumlosungell von 1 und 2 Mol Ureum per Liter Losung fand Znsammenziehung del' Haare statt, abel' nach einigen Minuten trat wieder Verllingerung und Umstiilpung ein. In einer UreumlOsung von 1 g Ureum auf 1 g Wasser, deshalb gut 8,3 Mol auf 1000 g Losung odeI' 16,6 Mol auf 1000 g Wasser, fand starke Zusammenziehung statt, abel' nach einer Viertelstunde verllingerten die Haare sich wieder und nach einer Stunde' ging die Umstiilpung wieder regelmliBig weiter.
Nach Uberfiihrung von Praparaten mit austretenden Haaren in 50%ige AntipyrinlOsung, also in eine Losung von gut 2,65 Mol Anti-pyrin auf 1000 g Losung odeI' 5,3 Mol auf 1000 g Wasser, konnte ieh noch Umstiilpung del' Haare beobachten. Bald erschien ein Prlizipitat im Zellsaft, das aus Kiigelchen bestand, die sieh zu groBeren Kugeln vereinigten. Das baldige Entstehell dieses Prlizipitates zeigt auch, daB das Protoplasma Antipyrin leieht durehgehen laBt.
Die PermeabiIitat del' Plasmasehicht in den Epidermiszellen und Haaren fiir Glyzerin ist geringer als fiir die drei obengenannten' Stoffe, abel' sie kann· doch leicht nachgewiesen werden. Wenn man Haare in hypertonische GlyzerinlOsungen bringt, die gerade hinreichend konzentriert sind, urn eine geringe Zusammenziehung hervorzurufen, so kann man nach einigen Minuten konstatieren, daB die Haare sich wieder verIlingern.
Wenn man die Haare sukzessive in stlirkere GlyzerinlOsungen iiberfiihrt, deren Konzentrationen mit 1/20 Mol per Liter Losung aufsteigen, so kann man jedesmal bei den Haaren nach einer geringen Zusammenziehung wieder Verlangerung beobaehten.
Hier unten folgt eine Angabe del' VerIlingerung von drei Haaren in hypertonischen GlyzerinlOsungen. In del' ersten Spalte sind die-jelligen Konzentrationen in Mol per L Losung angegeben, die eben geniigten, urn eine geringe Zusammenziehung del' Haare zu verursaehen, in der zweiten Spalte diejenigen Konzentrationen del' Losungen, in welchen die Prliparate wahrend einiger Zeit aufbewahrt wurden und in . del' dritten Spalte die Lange der Haare in p, zu verschiedenen
Zeit-punkten.
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Untersuchungen tiber Osmose. 415
OIyzerin. habe ich Versuche mit Chiornatrium und Kaliumnitrat angestellt, um die Frage zu IOsen, ob das ProtopIasma genannte Saize durchgehen JaBt oder nicht. Die Praparate brachte ich in hypertonische Losungen, deren Konzentrationen gerade geniigten, urn eine geringe Zusammen-ziehung der Haare zu verursachen. Urn der Verdunstung vorzubeugen, brachte ich die Praparate mit der Losung in Rohrchen, die mit einem Kork geschlossen wurden. In den folgenden Tabellen sind die erzieIten Resultate zusammengefaBt. In der ersten Spalte sind. die Konzentta-tionen der Losungen in Mol per Liter Losung angegeben, . die noch eben eine geringe Zusammenziehung der Haare verursachten und in welchen die Praparate in den meisten Fallen aufbewahrt wurden. Wenn
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Wie aus den' beiden vorstehenden Tabellen ersichtlich ist, geht sowohl Chlornatrium als Kaliumnitrat durch das Protoplasma, was man im Zusammenhang mit der bedeutenden physiologischen Rolle, welche genannte Salze im Pflanzenreich spielen, erwal'ten konnte. Das. Ein-dringen zeigt sich bei dem einen Versuch etwas eher und deutlicher als bei dem anderen, was wahrscqeinlich auch damit zusammenhiingt, daB die angewendete SalzlOsung in dem einen Fall etwas mehr hyper-tonisch ist als im anderen. In einer ChlornatriumlOsung, die in hOherem Grade als die anderell Chlornatriumlosungen hypertonisch war, blieben die Haare wahrend des ganzen ersten Tages verkiirzt, spater verlan-gerten sie sich wieder, erreichten ihre anfangliche Lange, und danach ging die Verlangerung weiter. Wenn ich einen Versuch lange Zeit fortsetzte, sokonnte ich oft eine vollige Umstiilpung des Baares kon-statieren. Wenn die Praparate in Wasser iibergefiihrt wurden, so fand bei den Haaren bald eine vollige, ganz normale Umstiilpung statt.
Die Permeabilitat der· Protoplasten der Epidermiszellen ist fii!' Saccharose weniger leicht nach~uweisen als fiir Chlornatrium und Ka-liumnitrat, wie aus der folgenden Tabelle ersichtlich ist.
0,450
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!,'Untersuchungen iiber Osmose. 417
3 Uhr: 296, 111/. Uhr: 332, am folgenden Tage abends
Aus vorstehender Tabelle geht hervor, daB die SaccharoselOsungen nur in sehr geringem MaBe hypertonisch sein diirfen, will man noch eine Verlangerung der Haare beobachten. In stiirker.en Losungen tritt keine VerIiingerung ein, dagegen wohl eine Zusammenziehung. In Losungen, die in sehr geringem MaBe hypertonisch sind, tritt die Ver-liingerung oft erst nach geraumer Zeit ein, worauf manchmal spater eine geringe Zusammenziehung folgt. Oft habe ich konstatieren Mnnen, daB diese Zusammenziehung mit einer Streckung des noch' nicht ume gestiilpten Teiles des Haares verbunden war, der sich z. B. von 266 p.
bis auf 298 p oder von 280 p. bis auf 336 p. verlangerte. Die Zu-sammenziehung des Haares und die Streckungdes noch nicht umstiilpten Teiles zeigen beide, daB der Turgor abgenommen hat, was ge-wiB wohl mit einer geringen Permeabilitat des Protoplasmas fiir die im Zellsaft gelOste Substanz zusammenhiingt, von welcher mehr Molekiile aus dem Protoplast treten als Saccharosemolekiile in denselben ein-dringen.
Wenn die Praparate aus den ZuckerlOsungen in Wasser iiber-gefiihrt wurden, so fand immer eine vollige Umstiilpung der Haare statt, welche ganz normal verlief. Wahrend der Versuche hatten die Protoplasten offenbar nicht oder wenigstens nicht merkbar gelitten.
Aus den Versuchen mit SaccharoselOsungen schlieBe ich, daB die Protoplasten der Epidermiszellen der Oupheasamen fiir Saccharose zwar einigermaBen permeabel sind, aber in geringerem Grade als fiir Chi or-natrium und KaIiumnitrat.
AuBer mit den obenerwiihnten Stoffen halJe ich noch mit einigen anderen Versuche iiber PermeabiIitiit angestellt, wobei infoJge ihrer nachteiligen Wirkung Komplikationen eintraten.
Die naehstehende Tabelle bezieht sieh auf die Ergebnisse, die ieh mit Losungen der Weinsaure erhielt.
Flora, Bd. 113. 28
418
0,575 0,650 0,750 0,650
C. van Wisselingh,
Weinsaure.
20. Nov. 11 Uhr: 202, 21. Nov. 3 Uhr: 208, 23. Nov. 3 Uhl':
184, 24. Nov. 11 Uhr: 184.
20. Nov. 11 Uhl': 156, 21. Nov. 3 Uhr: 160, 23. Nov. 3 Uhl':
140, 24. Nov. 10 Uhr: 132.
27. Nov. 4'/. Uhr: 456, 28. Nov. 9'/. Uhr: 464, 29. Nov.
2 Uhr: 448.
0,700 20. Nov. 4 Uhr: 252, 21. Nov. 3 Uhr: 388,23. Nov. 3 Uhr:
336, 24. Nov. 10 Uhr: 324.
Aus vorstehender Tabelle ist ersichtlich, daB die Haare in hyper-tonischen WeinsaurelOsungen sich mehr odeI' weniger verlangern Mnnen, , woraus ich schlieile, daB Weinsaure durch den Protoplast geht und den osmotischen Druck in del' Zelle erhOht. SpateI' ziehen die Haare sich zusammen. Bringt man sie danach in Wasser, so verlangern sie sich wieder, abel' nur sehr langsam, und mittels WeinsaurelOsungen verschie-dener Konzentration kann man feststellen, daB del' osmotische Druck abgenommen hat. Die L5sungen, mit welchen ich Zusammenziehung hervorrief, waren bedeutend schwacher als die, welche beim Anfang des Versuches Zusammenziehung verursachten. Statt einer Konzentration von 0,575 und 0,650 Mol Weinsaure per Liter Losung geniigte eine Kon-zentration von 0,400 Mol. Del' noch nicht umgestiilpte Teil des Haares hatte sich manchmal mehr odeI' weniger gestreckt und war oft von dem umgestiilpten Teil straff umschlossen. Nie wurde nach Uberfiihrung in Wasser die Umstiilpung vollkommen. Die Weinsaure scheint auf die Dauer nachteilig auf den Protoplast einzuwirken, del' im Zellsaft gel5sten Stoff duchgehen laBt, wodurch del' osmotische Druck abnimmt.
Oxalsaure laBt del' Protoplast schneller passieren als Weinsaure.
Wenn bei einem Haar mittels einer in geringem MaBe hypertonischen OxalsaurelOsung eine geringe Zusammenziehung verursacht worden ist, so nimmt es bald wieder seine anfangliche Lange an, wonach die Ver-langerung langsam weitergeht. Die Umstiilpung wird jedoch oft nicht vollkommen, selbst nicht nach Uberfiihrung in Wasser. Ein langes Liegen in del' OxalsaurelOsung fiihrt selbst zu einer Zusammenziehung del' Haare. Auch zeigen die Haare manchmal noch andere Abweichungen.
Del' nicht umgestiilpte Teil hatte sich oft einigermaBen gestreckt. In del' folgenden Tabelle sind einige del' mit Oxalsaure erzielten Resultate angegeben.
Oxalsaure.
0,750 27. Nov. 3'/. Uhr: 152, 28. Nov. 2'/. Uhr: 760.
0,750 27. Nov. 4'/, Uhr: 312, 28. Nov. 3 Uhr: 408, 29. Nov. 3 Uhr:
384, 30. Nov., 3 Uhr: 376.
0,550 0,750 28. Nov. 5 Uhr; '210,29. Nov. 2'/~ Uhr: 808.
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'I
II'
Untersuchungen iiber Osmose. 419
NachteiIiger als Weinsaure und Oxalsaure wirJit Kupfersulfat ein.
Nur einmal habe ich in einer hypertonischen Losung Zusammenziehung der Haare feststellen Mnnen. Gewohnlich ziehen die Haare sich bald zusammen, was mit Abnahme des osmotischen Druckes verbunden ist.
Wahrend ich im Anfang mit einer Kupfersulfatlosung von 0,825 Mol per Liter Losung geringe Zusammenziehung hervorrufen konnte, gelang das spater nach vorhergehender Uberfiihrung in Wasser schon mit Lostingen von 0,525 und 0,425 Mol. Oft konnte ich eine be-deutende Streckung des noch nicht umgestiilpten Teiles des Haares beobachten, z. B. von 176 I-' bis auf 220 1-'. Die umgestiilpte Wand umschloB oft straff den nicht umgestuipten Teil des Haares. Wenn die Haare nicht langer als einige Stunden in hypertonischer Kupfer-sulfatlosung gelegen haben, sokann nach Oberfiihrung in Wasser noch vollstandige Umstiilpung stattfinden. Nach einem langeren Verweilen in der Kupfersulfatlosung kann man nach 'Oberfilhrung der Praparate
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in Wasser zwar noch eine langsame Verlangerurig der Haare kon-statieren, aber zu einer volligen Umstiilpung kommt es nicht. Die folgende Tabelle bezieht sich auf die Versuche mit den Kupfersulfat-, lOsungen.
Kupfersulfat.
0,750 11 Uhr: 160, 2'/. Uhr: 148. '
0,825 1. Tag 4 Uhr: 240, 2. Tag morgens 10 Uhr: 228.
0,850 1. Tag 4 Uhr: 712,2. Tag morgens 11 Uhr: 636.
0,925 Mittags 12 Uhr: 260, abends 10 Uhr: 232.
0,875 0,900 1. Tag 5 Uhr: 200, 8 Uhr: 204, 2. '.Fag abends 11 Uhr: 160, 3. Tag nachts 12 Uhr: 140.
Aus den vorstehenden Mitteilungen iiber die Permeabilitat des Protoplasm as der Epidermiszellen der Cupheasamen folgt, daB dasselbe alle gepriifteIi Stolfe durchgehen laBt, aber in sehr verschicdenem Matle. Demzufolge ist die Permeabilitat fiir den einen Stoff viel leichter nachweisbar als fiir den anderen.Giftig auf den Protoplast einwirkeilde Stoffe verursachen besondere Schwierigkeiten. Fur aHe gepriifte Stoffe gelang es aber die Permeabilitat des Protoplasmas nachzuweisen, auch , fur Alkalisalze und Saccharose.
,Lohnend ist es, die bei Cuphea erzielten ResuItate mit denen
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v e r ton s zu vergleichen, was zu den folgenden Bemerkungen fiihrt.1m allgemeinen stimmen meine Resultate mit denen von Overton iiberein. In einigen Punkten weichen beide voneinander ab, was ich dem U mstande zuschreibe, daB 0 v e r ton mit anderen Objekten Ver-suche angestellt hat, als ich benutzte. ,Verschiedene Protoplasten zeigen deshalb Verschiedenheiten in ihrer Permeabilitat.
28*
420 C. van Wisselingh. Untersuchungen iiber Osmose.
Wie 0 vel' to n fand ich, daB Athylalkohol und Antipyrin sehr schnell das Protoplasma passim'en. N ach 0 vert 0 n dringen Glyzerin und Ureum bedeutend langsamer in den Protoplast ein und Ureum langsamer als Glyzerin. rch fand bei den Epidermiszellen del' Cuphea-samen auch, daB Glyzerin viel langsamer den Protoplast passiert als Alkohol und Antipyrin, was abel' Ureum betrifft, so gelangte ich zu einem anderen Resultat. Diesel' Stoff dringt bei del' Samenepidermis von Cuphea auch sehr schnell in den Protoplast ein. Die Protoplasten verhaIten sich deshalb nicht nul' verschieden zu verschiedeuen StofIen, sondeI'll sie zeigen uberdies auch untereinander Verschiedenheiten.
Schon im Jahre 1888 hat Hugo de Vries 1) auf eine derartige Verschiedenheit aufmerksam gemacht. In seiner Abhandlung .,Osmotische Versuche mit lcbenden Membranen" erwahnt diesel' Forscher: "Die einzige bis jetzt bekannte Ausnahme bildet bei Tradescantia das Glyzerin, welches aus unbekannten physiologischen Grunden von den Protoplasten leicht durchgelassen wird. In den roten Zellen del' Begonia ist solches abel' nicht del' Fall; mit diesen Zellen gelang es mil' denn auch den isotonischen Koeffizienten dieses Korpers genau zu errnitteln."
Ich glaube, daB es empfehlenswert ist, bei dem Studium del' Per-meabilitat noch mehr als es bis jetzt del' Fall ist, die Verschiedenheiten del' Protoplasten zu berucksichtigen. Wahrscheinlich wird dies neues Licht auf diese Erscheinung werfen, welche man auf verschiedene Weise zu erklaren versucht hat, was zu dem Aufstellen verschiedener Theoritn Veranlassmig gegeben hat, welche Theorien die Verschieden-heiten del' Protoplasten nicht beruhren und in del' Wissenschaft neben'-einander ihre Stelle einnehmen. Die Untersuchungen nach einer Er-klarung del' Permeabilitat sind deshalb vorlaufig durchaus noch nicht abgeschlo sen.
1) 1. c. pag. 418.
Inhalt.
Spite
Einleitung . . . .. . . 359 Un sere gegenwartige Kenntnis der Epidermiszellen der Samen der Lythraceen 364 Der Bau der Epidermiszellen der Samen von Cuphea lanceolata . 365 Die Umstiilpung der Haare. . . . . . . 374 Die Erklarung der Umstiilpung . . . . 378 Bestimmung de~ MoJekulargewichts und des Dissociationsgrades von Elektroliten 397 Versuche iiber Permeabilitat . . . . . 413