810

Эту операцию повторяют 7-10 раз, чтобы на бумаге образовалась яркая зеленая полоска, содержащая достаточное количество пигментов. В заключение нижний конец бумажной полоски на несколько секунд опускают в чистый ацетон, чтобы все пигменты поднялись на 1,5см. У верхней границы образуется яркая зеленая полоса. В этой полосе сконцентрирована смесь пигментов, которую предстоит разделить.

Зона с вытяжкой пигментов не должна быть шире 0,5см. После нанесения вытяжки противоположный край хроматографической бумаги загибают на 2-2,5 см и закрепляют лист на нитке. Подготовленную таким образом бумагу опускают в цилиндр высотой 25 см, диаметром 7 см, со смесью растворителей следующего состава, мл: бензин – 50, бензол – 35, хлороформ – 10, ацетон – 0,5 и изопропиловый спирт – 0,17.

Цилиндр плотно закрывают пробкой или деревянной крышкой, оставив оба конца нитки на его внешней стороне. При помощи концов нитки лист хроматографической бумаги устанавливают в цилиндре так, чтобы его нижний конец был опущен в смесь растворителей на 1см, а края не касались стенок. После этого цилиндр закрывают темным чехлом из плотной бумаги или ткани. Через 45 мин. наблюдается полное разделение пигментов, которые располагаются следующим образом (от места нанесения вытяжки): хлорофилл b, хлорофилл а, ксантофилл, каротины.

Хроматограмму вынимают из цилиндра и просушивают при помощи вентилятора или фена и вклеивают в тетрадь.

Вопросы для самоконтроля

1.Кто впервые применил метод хроматографии?

2.Принцип метода разделения веществ хроматографически?

3.Что такое одно- и двухмерная хроматография?

4.Какая последовательность расположения пигментов на хроматографической бумаге?

111

Работа 41. Зависимость фотосинтеза от интенсивности света

Вводные пояснения. Факторы, влияющие на фотосинтез и его скорость. Скорость фотосинтеза – один из важных факторов, влияющих на продуктивность сельскохозяйственных культур, а значит, и на урожай. Поэтому выяснение факторов, от которых зависит фотосинтез, должно вести к усовершенствованиям в агротехнике. При низкой освещенности скорость фотосинтеза прямо пропорциональна интенсивности света. При увеличении количества света постепенно лимитирующими факторами становятся другие, и увеличение скорости фотосинтеза замедляется. В ясный летний день освещенность составляет примерно 80-100 тыс. люкс, а для светового насыщения фотосинтеза светолюбивых растений хватает 40 тыс. люкс. Поэтому свет может быть важным лимитирующим фактором только в условиях затенения. При очень большой интенсивности света начинается обесцвечивание хлорофилла, и это замедляет фотосинтез. Однако в природе растения, находящиеся в таких условиях, обычно тем или иным способом защищены от этого (толстая кутикула, опушенные листья и т.п.).

Цель работы. Выяснить зависимость фотосинтеза от интенсивности света.

Материалы и оборудование: элодея или другое водное растение; сода двууглекислая; вода; лезвие или скальпель; часы или секундомер; цилиндр простой; мягкая нитка; стеклянная палочка; электрическая лампа (250—300 ватт), если нет солнца.

Ход работы. Зависимость фотосинтеза от интенсивности света рассмотрим методом счета пузырьков. Этот метод состоит в следующем, побег водного растения (Elodea canadensis, Elodea densa, Myriophyllum или Ceratophyllum) дли-

ной 3-4 см с неповрежденной почкой помещается в узкий цилиндр с водой срезанным концом вверх. Вода берется из водопровода и обогащается углекислотой (перед погруже-

112

нием побега бросить в воду немного двууглекислой соды NaHСО3 и взболтать).

Чтобы побег не всплывал, его привязывают тонкой ниткой к стеклянной палочке. Уровень воды в цилиндре должен быть выше побега на 2—3 см. Перед началом опыта верхний срезанный конец еще раз подрезается под водой лезвием.

Выставляя подготовленную таким образом веточку на свет, можно заметить через 2-3 минуты выделение пузырьков газа из срезанного конца. Быстрота выделения пузырьков будет меняться в зависимости от различных условий: от силы и качества, света, температуры и т. п.

Выделение газа из надрезанных частей водных растений можно объяснить так: кислород,

образующийся в процессе фотосинтеза в равном объеме с поглощенным углекислым газом, диффундирует в окружающую растение воду значительно медленнее, чем поступает углекислота, и потому скапливатся в межклетниках. При срезывании стебля избыток газа начинает выделяться в виде непрерывного тока пузырьков, быстрота образования которых зависит от энергии процесса ассимиляции.

При изучении влияния силы света на процесс ассимиляции веточку помещают на различном расстоянии от источника света (берется обычно электролампа мощностью 200-300 ватт) и сравнивают количество выделенных пузырьков за один и тот же промежуток времени (за 1 мин). Порядок наблюдения можно принять следующий (рис. 17):

113

1) 1-е положение, 2) 2-е положение, 3) снова 1-е положение, 4) 3-е положение, 5) снова 1-е положение. Расстояние между первым и третьим положениями различно и колеблется в зависимости от интенсивности источника освещения.

При электролампе в 200 ватт расстояние между каждым положением равно, примерно, 50 см. Результаты опыта записать в таблицу и сделать выводы о влиянии интенсивности освещения на фотосинтез.

Влияние освещенности на фотосинтез

Вопросы для самоконтроля

1.Что такое интенсивность фотосинтеза?

2.От каких факторов она зависит?

3.Для чего добавляют соду в воду с растением?

4.Откуда берется О2 и от чего зависит быстрота выделения его пузырьков?

Работа 42. Влияние различных лучей спектра на процесс фотосинтеза

Качество света или его спектральный состав можно оценить по спектру действия для фотосинтеза (см. рис. 10 и

11).

Цель работы. Выяснить влияние качества света на интенсивность фотосинтеза.

Материалы и оборудование те же, что и для работы 41;

растворы: 1%-ный двухромовокислого калия (К2Сr207); 4%- ный медного купороса (CиSO4•5Н2О), насыщенный аммиаком; пробирки; три широкогорлые банки с пробками; термометр.

Ход работы. Чтобы показать, в каких лучах спектра процесс ассимиляции идет энергичнее, цилиндр с веточкой помещают на расстояние 50 см от источника света (см. рабо-

114

ту № 40) и на пути луча ставят экраны различной окраски. Такими экранами могут служить: 1) 1%-ный раствор двухромовокислого калия, который поглощает сине-фиолетовую часть спектра и пропускает красную, и 2) 4%-ный раствор серноаммиачномедной соли (раствор медного купороса насыщается аммиаком до сине-фиолетовой окраски), поглощающий красную половину спектра и пропускающий синефиолетовую. Эти растворы наливают в широкие цилиндры или широкогорлые банки, в которые затем погружают цилиндр или пробирку с веточкой (рис. 18).

нельзя закрывать раствором верхнюю часть внутреннего цилиндра, иначе пузырьки не будут видны.

Фотосинтез происходит только на свету, однако продолжительность освещения не влияет на скорость этого процесса.

Результаты опыта записывают в таблицу и делают выводы о влиянии качества света на фотосинтез.

Влияние качества света на фотосинтез

115

Работа 43. Влияние углекислоты на фотосинтез

Вводные пояснения. Для темновых реакций нужна двуокись углерода, которая включается в органические соединения. В обычных полевых условиях именно СО2 является главным лимитирующим фактором. Концентрация СО2 в атмосфере варьирует в пределах от 0,03 до 0,04%. При ее повышении увеличивается и скорость фотосинтеза. При действии высокой концентрации СО2 (около 0,5%), возможно повреждение растений, поэтому оптимумом концентрации в этом случае является концентрация ниже – около 0,1%. Уже сейчас некоторые тепличные культуры, например, томаты, стали выращивать в атмосфере, обогащенной СО2.

Цель работы. Путем проведения опытов выяснить влияние концентрации углекислоты на фотосинтез.

Опыт 1 Материалы и оборудование: растение с листь-

ями, лишенными крахмала, например комнатная герань (Pelargonium); источник света, например, настольная лампа; вата; 20%-ный раствор гидроокиси калия; коническая колба на 250 мл; штатив и зажимы к нему; известковая вода.

Ход работы. Одна из методик, пригодная для изучения потребности растений в СО2, показана на рис. 19.

Растение или его часть помещают в атмосферу, лишенную СО2. Для поглощения СО2 в колбу с растением добавляют 10мл 20% раствора КОН и оставляют на свету. Ватную пробку смачивают в известковой

воде для поглощения СО2.

116

натрий для обогащения воды углекислотой. Через 3 минуты сделать подсчет количества пузырьков в трехкратной повторности. Затем заменить водопроводную воду в пробирке с элодеей на кипяченую, из которой углекислота удалена. Сделать подсчет пузырьков.

Температура воды в опыте 25 - 30°С, расстояние от источника света 20см.

Результаты опыта записать в таблицу и сделать выводы о влиянии СО2 на фотосинтез.

Влияние углекислоты на фотосинтез

Растения находятся в 20 см от источника света

1 Вода, обогащенная СО2

2 Кипячѐная вода

Вопросы для самоконтроля

1.Как влияет интенсивность освещения на фотосинтез?

2.Какие лучи спектра света больше используются растением в процессе фотосинтеза?

3.Какое влияние оказывает высокая концентрация СО2 на интенсивность фотосинтеза?

Работа 44. Влияние температуры на фотосинтез

Вводные пояснения. Темновые, а отчасти и световые реакции фотосинтеза, контролируются ферментами, активность которых зависит от температуры. Оптимальная температура для растений умеренного климата обычно составляет около 25°С. При каждом повышении температуры на 10° (вплоть до 35°С) скорость реакций удваивается, но из-за влияния ряда иных факторов растения лучше всего растут при 25°С. При повышении температуры выше 35°С скорость фотосинтетических реакций снижается.

Цель работы. Выяснить влияние температуры на процесс фотосинтеза элодеи, выдерживая ее в разных температурных условиях.

117

Ход работы. Пробирку с элодеей помещают в стаканы

сводой разной температуры

1)20°С; 2) 30-35°С; 3) 4-5°С на расстоянии 2 см от источника света.

Затем ведут подсчет выделяющихся пузырьков в трехкратном повторении за 1 минуту.

Результаты опыта записывают в таблицу и делают выводы о влиянии температуры на фотосинтез.

Влияние температуры на фотосинтез

Растения находятся в 20 см от источника света

1.20°С

2.30-35°С

3.4-5°С

Вопросы для самоконтроля

1.Какова оптимальная температура для фотосинтеза у растений умеренного климата?

2.Как влияет высокая температура (35 С и более) на интенсивность фотосинтеза?

3.Что означает показатель Q10?

Работа 45. Определение интенсивности фотосинтеза методом Олвика – Целлера

Вводные пояснения. Интенсивность фотосинтеза определяется по количеству углекислого газа, поглощаемого в процессе фотосинтеза одним кв. м листьев за 1 час. Принцип метода состоит в следующем: раствор бикарбоната имеет свойство приходить в равновесие с содержанием СО2 в воздухе, находящемся над ним. Если содержание его в воздухе станет меньше, то раствор отдает СО2 в воздух, и наоборот. В связи с отдачей или поглощением раствором СО2 изменяется его рН. Устанавливающееся равновесие в системе можно выразить следующим химическим уравнением:

118

Воздух СО2

СО2+Н2О =Н2СО3

Раствор NaНСО3=Nа+ + НСО3=Н++СО32- Н2О=ОН - + Н+

Из приведенного уравнения следует, что при уменьшении содержания СО2 в воздухе происходит отдача СО2 из раствора. Вследствие этого концентрация Н2СО3 и ее ионов уменьшается. При уменьшении же ионов Н+ накапливаются ионы ОН-, и раствор становится более щелочным. Из этого видно, что каждому давлению СО2 в воздухе соответствует определенная концентрация ионов Н+ в растворе бикарбоната натрия. Величину рН раствора NaНСО3 определяют колориметрически в сравнении со шкалой, для приготовления которой служит буферная смесь растворов буры, борной кислоты и хлористого натрия.

Приготовление буферной смеси

1Раствор соды NaHCO3 – 0,001N (0,084г на 1л Н2О)

2Шкала - приготовить + КСI 0,099N

3Индикатор кризол-рот 0,2% (0,2г на 50 мл спирта до 100 мл

Н2О)

Шкалу готовят из перекристаллизованных компонентов: стандартный буферный раствор для рН 7,0-9,0

а – m/20 (0,05 м) бура (19,108 Na2B4O7 •10H2O)

b – m/5 (0,2 м) борной кислоты + m/20 (0,05 м) NaCI (12,45

H3BO3 + 2,925 г NaCI в 1л Н2О)

или так: раствор «а» (бура на 250 мл 4,777 г)

«b» (борная кислота на 250 мл 3,112г + NaCI 0,731г)

119

К смеси «а» и «b» прибавляют по 3 капли на пробирку индикатор крезол-рот кристаллик тимола. Цвет изменяется от желтого до фиолетового.

Затем по соответствующей таблице, в которой представлена зависимость между давлением С02 над 0,001 N раствором бикарбоната натрия, температурой и рН раствора, определяют содержание С02 в литре воздуха в мг (см. приложение 2).

Цель работы. Определить интенсивность фотосинтеза по количеству углекислого газа, поглощаемого 1м2 листьев за 1час.

Материалы и оборудование: срезанная ветвь какого-

либо растения или лист (молодой, старый); раствор 0,001N NaHCO3; буферная шкала, индикатор крезоловый красный; стеклянная колба емкостью 500-700 мл; пробка к колбе со вставленной стеклянной трубкой; термометр; электролампа на 200-300 вт; темная ткань; пипетка на 3 мл; электронные весы; калька.

Ход работы. 1. В колбу емкостью 500-700 мл вводят 3 мл 0,001 N раствора NaHCO3 и 2 капли 0,2%-ного раствора индикатора крезолового красного.

Рис.20. Ассимиляционная колба (по М.С. Миллер):

1 – стеклянная палочка; 2 – пробка; 3 – растение (лист); 4 – термометр; 5 – раствор бикарбоната натрия (NaHCO3)

2.Колбу оставляют открытой на 5 минут для установ-

ления равновесия между содержанием С02 в воздухе и растворе. Затем по шкале определяют рН раствора NaHCO3.

3.Для определения площади листа обводят его контур

на кальке, взвешивают на электронных весах. Взвешивают 100 см2 кальки и по пропорции рассчитывают площадь листа.

120