Задание 23. Определение дыхательного коэффициента прорастающих семян

Дыхательный коэффициент (ДК) - это показатель газообмена живых тканей. Он означает отношение количества выделенного при дыхании углекислого газа к количеству поглощенного при этом кислорода: ДК = СО₂ / О₂.

Величина дыхательного коэффициента зависит от ряда причин. Во-первых, от химической природы окисляемого при дыхании субстрата. Если используются углеводы, то ДК близок к единице: C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ = 6 CO₂ + 6 H₂O.

Если окисляются более восстановленные вещества, жиры и белки, то кислорода потребляется больше, чем выделяется угле­кислого газа, и ДК меньше единицы. Например, при окислении стеариновой кислоты реакция идет по формуле C₁₈ H₃₆ O₂+26 O₂=18 CO₂+18 CO₂+18 H₂0 и отношение CO₂:O₂ равно 18:26, то есть 0,69.

При окислении веществ, содержащих в себе больше кислорода, чем в углеводах, дыхательный коэффициент больше единицы. Так, при дыхании за счет щавелевой кислоты по уравнению 2C₂O₂H₂ + O₂ = 4 CO₂ + 2H₂O дыхательный коэффициент равен 4.

Вторым фактором, определяющим величину ДК, являются условия аэрации. При недостатке кислорода в воздухе, то есть в анаэробных условиях, ДК повышается и в случае окисления углеводов становится выше единицы.

Наконец, величина дыхательного коэффициента свидетельствует о полноте окисления субстрата. Если при окислении углеводов процесс распада идет не до конца, а накапливаются промежуточные, более окисленные, чем углеводы, продукты, то величина ДК становится меньше единицы. Подобное явление наблюдается у интенсивно растущих объектов. В работе предлагается один из наиболее простых методов определения ДК прорастающих семян методом Рихтера.

Ход работы. В опыте используют прибор, состоящий из пробирки, которая плотно закрыта каучуковой пробкой, со вставленной в неё горизонтальной трубкой с делениями. Пробирку поместить в колбу, которая является одновременно и штативом, и термоизолятором.

Заполнить прорастающими семенами пшеницы или подсолнечника 1/2 - 2/3 объема пробирки и плотно закрыть пробирку пробкой с измерительной трубкой. Обязательное условие правильного наблюдения - постоянство температуры прибора, так как его работа связана с изменением объемов газов. Поэтому смонтированный прибор должен принять комнатную температуру, что достигается в течение 5-7 мин.

В конец измерительной трубки ввести каплю жидкости (например, подкрашенную метиленовой синью воду). Для этого, не вынимая пробирку из колбы, погрузить конец трубки в стаканчик с жидкостью. Если жидкость плохо поступает в отверстие, можно слегка постучать кончиком трубки о дно стакана или, вынув трубку из стакана, протереть кончик её фильтровальной бумагой. Если эти меры не помогают, то надо капилляр трубки промыть спиртом и водой. Капля должна подняться по трубке на расстояние 1 см. Таким образом, в приборе создается замкнутое пространство. Всякое изменение в нем объема газов приведет в движение каплю. По скорости этого движения можно судить о газообмене.

При равенстве объемов выделяющегося углекислого газа и поглощающегося кислорода общий объем газов в пробирке останется неизменным и капля не будет менять своего положения. В том случае, когда О₂ поглощается больше, чем выделяется СО₂, в пробирке возникнет разряжение газов и капля станет передвигаться внутрь по трубке. При условии более интенсивного выделения СО₂, по сравнению с поглощением кислорода, капля будет выбрасываться из трубки. Требуется пронаблюдать за поведением капли, и если она перемещается, рассчитать скорость ее движения, определяемую разностью объемов О₂ и СО₂. С этой целью, как только в кончик трубки введена капля, необходимо засечь время и ждать через сколько минут капля пройдет какой-то отрезок пути S. Зная путь S и время t, затраченное на преодоление этого пути, можно рассчитать скорость движения капли: V=S/t. Эту скорость обозначить буквой А. Определить ее 2-3 раза, для дальнейших расчетов взять среднюю величину.

Затем пробирку раскрыть и ввести в нее фильтровальную бумажку, смоченную концентрированным раствором щелочи, которая будет поглощать выделяющийся при дыхании углекислый газ. Пробирку снова закрыть пробкой, дать прибору принять комнатную температуру и 2-3 раза определить скорость движения капли после введения щелочи, обозначить её В. Она зависит от объема поглощенного при дыхании семян кислорода: В = О₂.

Значения А и В записать в таблицу и рассчитать величину дыхательного коэффициента, используемого в опыте объекта. Расчет делать по формуле:

ДК = (В-А) / B.                                             (9)

Эта дробь дает величину отношения СО₂ к О₂. так как В=О₂, А=О₂-СО₂. В конце работы дать объяснение, от чего зависит полученная в опыте величина ДК.

Таблица 18

Схема записи опыта

РАЗДЕЛ 6. ФОТОСИНТЕЗ

Фотосинтез - это процесс аккумулирования световой энергии растением и использования её для синтеза органических соединений из минеральных веществ - углекислого газа и воды. За счет фотосинтеза обеспечиваются потребности человека в запасах пищи, топлива, кислорода, а также сырья для разных отраслей промышленности.

Необходимыми компонентами фотосинтезирующих систем являются пигменты, которые служат первичными фоторецепторами. Поглощение пигментами световой энергии обусловлено наличием в их молекуле хроматофорных групп. Хроматофорные группы представляют собой систему сопряженных двойных связей, включающее большое число легко возбуждаемых светов π-электронов.

У всех эукариотных растений пигменты локализованы в хлоропластах. У прокариотных водорослей и фотосинтезирующих бактерий хлоропластов нет, их пигменты локализованы в мембранных структурах – тилакоидах и ламеллах.

Основные фотосинтезирующие пигменты – хлорофиллы, фикобилины и каротиноиды. Хлорофиллы по своей природе являются Mg – порфиринами. Наиболее распространены формы хлорофиллов– a, b и бактериохлорофилл. Хлорофилл а входит в состав пигментного аппарата всех фототрофов, кроме фотосинтезирующих бактерий, содержащих бактериохлорофиллы. Хлорофилл b находится в хлоропластах высших растений и в зеленых водорослях. Порфириновое кольцо хлорофилла поглощает красные и сине-фиолетовые лучи, пропуская значительную часть зеленых. Этим объясняется зеленый цвет хлорофиллов. Молекулы хлорофиллов входят в реакционные центры и принимают участие в преобразовании световой энергии.

Фикобилинпротеиды – водорастворимые пигменты красного или голубого цвета. По химической природе близки к желчным пигментам. Фикобилины входят в пигментный аппарат сине-зеленых и красных водорослей. Хроматофорами фикобилипротеидов являются фикоцианобилин и фикоэритробилин. Они поглощают световую энергию в зеленой и желтой областях. Поглощенную энергию они с высокой эффективностью передают к фотохимически активным формам хлорофилла а.

Каротиноиды- большая группа пигментов желтого, оранжевого, красного цвета. По химическому строению каротины – ненасыщенные углеводороды, содержащие только углерод и водород, а ксантофиллы содержат еще и кислород. Поглощают свет в сине-фиолетовой области.

Пигментный комплекс представляет собой сложную и лабильную систему, которая чутко реагирует на изменение внешней среды и приспосабливается к ним в пределах своей наследственной программы.