Опыт 1. Определение дыхательного коэффициента прорастающих семян
Лабораторная работа № 12.
Определение параметров дыхания
Цель работы: познакомиться с основами экспериментального изучения интенсивности дыхания у растений.
Опыт 1. 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. Первый фактор – химическая природа окисляемого при дыхании субстрата. Если используются углеводы, то ДК близок к единице:
C6H12O6 + 6O2 = 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 четырем.
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 – метод 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.
Прорастающими семенами пшеницы или подсолнечника заполнить 1/2–2/3 объема пробирки и плотно закрыть ее 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 минут.
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 каплю в движение. 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 поглощается больше О2, чем выделяется СО2, в пробирке возникает разряжение газов и капля передвигается внутри 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 будет 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.
Таблица 1
Схема записи опыта
| Объект | Скорость движения капли | Дыхательный коэффициент | |||||
| до введения щелочи (А) | после введения щелочи (В) | ||||||
| ср. | ср. | ||||||
Задание: Значения А и В записать в таблицу 1 и рассчитать величину дыхательного коэффициента объекта, используемого в опыте. Расчет делать по формуле: ДК = В / (В− А). Эта дробь дает величину отношения СО2 к О2, т. к. В = О2; А = О2 – СО2.
В конце работы объяснить, от чего зависит полученная величина ДК.
Опыт 2. Упрощенный метод определения интенсивности дыхания (по Бойсен-Иенсену)
Настоящий метод основан на учете количества углекислого газа, выделяемого растением в замкнутом пространстве и поглощаемого баритом.
Удобным объектом для работы служат семена. Нужно сравнить интенсивность дыхания прорастающих и покоящихся семян пшеницы.
Следует иметь в виду, что у этого метода есть недостаток: объект находится в замкнутой атмосфере, где может возникнуть дефицит кислорода, и в парах барита, ядовитого для организмов.
Материал и объекты исследования: конические колбы емкостью на 100–200 мл, пробки резиновые, марля для мешочков, нитки, бюретки для титрования, штативы, весы, 0,1 N раствор Ва(ОН)2, 0,1 N раствор щавелевой кислоты, фенолфталеин, проросшие и покоящиеся семена пшеницы, гороха, ячменя, подсолнечника и др.
Ход работы: в три конические колбы с пробками емкостью на 100–200 мл с помощью бюретки налить по 10 мл 0,1N Ва(ОН)2. Барит ядовит для человека, и пипеткой брать его небезопасно!Колбы закрыть пробками, чтобы избежать попадания в барит углекислоты из воздуха.
На технических весах взять навески по 3 г сухих и прорастающих семян и поместить их в марлевые мешочки. Мешочки подвесить в колбы над баритом с помощью крючков, вставленных в резиновые пробки.
Необходимо следить, чтобы марля не касалась раствора барита. Третью колбу (без семян) использовать в качестве контроля.
Экспозиция опыта не должна превышать одного часа, так как семена могут оказаться в анаэробных условиях. В ходе опыта колбы надо аккуратно покачивать, чтобы разрушить пленку углекислого бария, образующегося на поверхности раствора при поглощении СО2. Время опыта должно быть точно учтено.
В конце опыта барит в колбах оттитровать 0,1 N раствором щавелевой кислоты. Титрование лучше начать с контрольной колбы. Сначала установить мениск раствора щавелевой кислоты в бюретке, только после этого открыть пробку и вынуть мешочек с семенами. В раствор барита внести 2–3 капли фенолфталеина, который в щелочи приобретает розовую окраску. Титрование проводить по возможности быстро, чтобы барит не успел поглотить много СО2 из воздуха. Конец титрования определяется по обесцвечиванию фенолфталеина от одной капли щавелевой кислоты. Раствор становится молочно-белым, и при дальнейшем прибавлении щавелевой кислоты окраска его не меняется. Поэтому важно не пропустить конец титрования. Для проверки точности титрования в обесцвеченный раствор можно капнуть бариту: при хорошей работе от одной капли Ва(ОН)2 раствор снова порозовеет.
Расчет интенсивности дыхания сделать по формуле
J = [2,2 ⋅ 60(a – b)] / (nt), мг СО2/г/ч,
где а – количество щавелевой кислоты, пошедшей на титрование при контроле, мл; b – количество щавелевой кислоты, пошедшей на титрование в опытном варианте, мл; 2,2 – мг СО2, соответствует 1 мл 0,1 N щавелевой кислоты; n – вес сухих семян, г; t – время опыта, мин.
Результаты титрования и расчетов записать в таблицу 2.
Таблица 2
Схема записи опыта
| Объект | Навеска семян, г | Продолжи-тельность опыта, мин | Пошло на титрование 0,1N щавелевой кислоты, мл | Интенсивность дыхания семян, мг СО2/г/ч | |
| контроль | опыт | ||||
| Сухие семена | |||||
| Прорастаю-щие семена |
Задание: в конце работы сделать вывод о зависимости интенсивности дыхания от влажности семян.