Тема 5. Фотосинтез

5.1 Обнаружение процесса фотосинтеза

Исходя из суммарного уравнения фотосинтеза

6CO₂+12H₂O+энергия света → С₆Н₁₂O₆+ 6O₂+ 6H₂O,

Можно сделать вывод о том, что обнаружить процесс фотосинтеза можно или по поглощению СО₂, или по выделению кислорода, или по накоплению углерода в листьях.

5.1.1. Выделение кислорода водными растениями.

Цель работы: обнаружить фотосинтез у водных растений по выделению пузырьков газа и доказать, что этот газ- кислород.

Материалы и оборудование: 2 стеклянных сосуда, 2 воронки, водопроводная вода, прокипяченная и остуженная в закрытом сосуде, 0,5%ый раствор гидрокарбоната Na, приготовленный на этой воде, термометр, пробирки, спички, лучинки, водопроводная вода, электрическая лампа 100 Ватт, лезвие.

Растения:

Ход работы:

В один сосуд наливают прокипяченную воду (вода без СО₂), в другой- 0,5%ный раствор гидрокарбоната Na ( вода СО₂). Отбирают здоровые растения. Обмывают под водой срезы. На суженые концы воронок надевают пробирки, заполненные теми же растворами, что и в сосудах. Под воронки помещают растения (рис.2). сосуды с растениями устанавливают под яркий свет ( Лампа 100Ватт). Температура всех жидкостей в опыте должна достигать 26˚С. В пробирки, заполненные газом, который выделяют растения, опускают зажженную лучинку. Горение свидетельствует о присутствии кислорода. Задание6 сделать рисунки. Отметить время заполнения каждой из пробирок кислородом и сделать выводы о том, что для фотосинтеза необходим СО₂.

Рис.2 влияние СО₂ на выделение кислорода водными растениями:

5.1.2. Всплывание на свету инфильтровальных дисков из листьев.

У наземных растений выделяющийся при фотосинтезе кислород накапливается в межклеточниках листа. Если межклеточники листа наполнены газом, то плотность тканей листа мала и лист плавает на поверхности воды. Если межклеточники заполнены водой, то лист оседает на дно. Кислород, выделяющийся при фотосинтезе, вытесняет из межклеточников воду, лист становится легче и всплывает на поверхность. На этом явлении основан метод определения фотосинтеза, предложенный Сапожниковым.

Цель работы: определить интенсивность фотосинтеза по выделению кислорода в зависимости от освещенности.

Материалы и оборудование : пробные стекла, стаканчики , раствор питьевой соды 0,5% ный, медицинские шприцы с цилиндром 10 мл., стеклянные трубки.

Растения: листья любых растений.

Ход работы : пробочным сверлом из листа делают высечки и инфильтруют их водой, насыщенной СО₂. Инфильтрация- это заполнение межклеточников жидкостью , инфильтрацию проводят при помощи медицинского шприца. При этом высечки из тканей растений ( пластинка листа, среза стебля и т.д.) помещают в баллон шприца, в воду или в вещество, которое надо закачать в межклеточники. Отверстие закрывают указательным пальцем , наливают воду на 2/3 объема, закладывают высечки и вставляют поршень. Затем перевертывают шприц канюлей вверх и, убрав палец, выгоняют из баллона воздух, вдвигая поршень. После этого, плотно закрыв пальцем отверстие канюли, оттягивают поршень вниз, в результате чего в баллоне понижается давление. Поскольку высечки должны быть погружены в воду, шприц резко встряхивают , одновременно отжимая палец от канюли. Давление в баллоне шприца повышается, и в межклеточники высечек, погруженных в воду, загоняется вода – происходит инфильтрация. Это легко обнаружить по потемнению ткани высечек и по их однородному просвечиванию на свету. Инфильтированные высечки опускаются на дно. Инфильтрированные высечки помещают по 6 штук в стаканчики с водой, обогащенной СО₂ . Один из стаканчиков помещают в темноту ( контроль), другие выставляют на свет на разные расстояния от его источника и засекают время.

Высечки всплывают в разное время в зависимости от интенсивности света ( расстояние от лампы 0,25,50,100см) в результате вытеснения воды из межклеточников кислородом, образующимся при фотосинтезе. Высечки, находящиеся в темноте, не должны всплывать. Мерой интенсивности фотосинтеза служит время, прошедшее с момента установки стакана с инфильтрованными высечками на свет до всплывания 50% высечек.

Задание: определить время всплывания высечек в стаканчиках, установленных на разных расстояниях от лампы. Сделать вывод о влиянии интенсивности света на интенсивность фотосинтеза.

5.1.3. Получение отпечатков листьев с помощью крахмальной пробы. ( «Фигура Сакса»)

Этот опыт ( « фигура Сакса») наглядно показывает, что при фотосинтезе на свету в листе образуется вещество в виде крахмала , а также доказывает необходимость света в этом процессе. Работу можно проводить в условиях открытого грунта и на комнатных растениях.

Цель работы: показать, что в листьях на свету в процессе фотосинтеза синтезируется крахмал.

Материалы и оборудование: этанол, раствор йода в йодиде калия, водяная баня, электроплитка, колба коническая, тарелка, лампа 100-200Ватт, плотная бумага, фольга, канцелярские скрепки, стеклянная банка, стеклянные пластинки ( 2 шт.), нитки, фотонегативы, трафареты с вырезанными фигурками, пинцет, клейкая лента.

Растения: герань, подсолнечник, табак, одуванчик и т.д.

Ход работы: при подготовке листьев к опыту необходимо поместить их в темноту, что бы произошел отток крахмала из клеток листа или чтобы он был израсходован на процессы метаболизма. Комнатные растения переносят в темный шкаф на 2 суток ( не забывая о поливе), а у грунтовых растений на тот же срок листья закрывают плотной бумагой с обеих сторон.

В жаркий солнечный день бумагу следует заменить фольгой, отражающей свет и препятствующий перегреву листа. К тому же не надо использовать скрепки. Их можно заменить клеющийся лентой, так как она меньше травмирует лист.

Через сутки бумагу заменяют трафаретом с вырезанным отверстием. Трафарет делают из сложенного вдвое листа плотной бумаги с какой-либо вырезанной фигурой (рисунок 3). Накладывая его на лист, надо следить, чтобы очертания фигуры на верхней и нижней сторонах листа совпадали, затем трафарет осторожно прикрепляют.

Вместо бумажного трафарета на верхнюю сторону листа можно наложить черный фотографический негатив, тогда с нижней стороны лист закрывают черной бумагой. Под лист подкладывают дощечку, негатив кладут эмульсией вверх. Экспозиция на свету может длиться от 2 до 8 ч. ( в зависимости от вида растения и интенсивности освещения). Зимой в помещении в качестве источника света устанавливают лампу 100Ватт-200Ватт на расстоянии 60-70см от листа.

По окончании экспозиции на свету листья срезают, снимают с них трафарет, погружают на 2-3 минуты в кипяток, чтобы убить ткани, а затем в горячий спирт для извлечения пигментов. Колбу со спиртом и листьями помещают в водяную баню с кипящей водой и выдерживают в горячем спирте до полного извлечения пигментов из листьев и их обесцвечивания.

В спирте происходит сильное обезвоживание листа, он становится жестким и легко ломается. Поэтому спирт сливают, а в колбу наливают воду, лист становится мягким, затем его переносят в кювету или тарелку с раствором йода в йодиде калия. Постепенно на освещающихся участках листа появляется темная фигура, соответствующая трафарету.

Необходимо заметить, что у разных растений процесс расходования крахмала длится 24-120ч..Так, напртмер, листья фасоли полностью обескрахмаливаются лишь в течение 96 часов, а в листьях примулы крахмал частично остается после этого срока. У подсолнечника обескрахмаливание происходит за 24 часа, у герани, табака через 72 часа.

Критерием выбора объекта для этой работы может быть сравнительно короткий срок исчезновения пигментов.