Лабораторна робота №13

Тема: ДОСЛІДЖЕННЯ ФІЗІОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ У РОСЛИН. ДИХАННЯ.

Мета: Ознайомитись із базовими методиками дослідження дихання рослин

Завдання: навчитись визначати дихальний коефіцієнт та інтенсивність дихання насіння.

Обладнання і матеріали: Проросле насіння пшениці, соняшника та інших рослин, 20% розчин КОН, вода, підфарбована метиленовим синім, пробірка з пробкою, в яку вставлена вигнута під прямим кутом трубка, пінцет, піпетка, смужки міліметрового паперу для вимірювання та фільтрувального паперу; 0,025 н розчин Ba(OH)₂, 0,025 н. розчин HCl, фенолфталеїн; бюретка для титрування, конічні колби об’ємом 250-300 мл із гумовими корками, у які вставлені металеві гачки, ваги, марля.

ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА

Дихальним коефіцієнтом (ДК) називається співвідношення обсягів виділеного при диханні вуглекислого газу до обсягу кисню, що поглинається протягом цього періоду. Величина його залежить, перш за все, від того, які речовини використовуються при диханні. При окисненні вуглеводів реакція дихання виражається рівнянням:

С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ = 6СО₂ + 6Н₂О + 2875 кДж/моль.

Об’єм вуглекислого газу, що виділяється під час розкладання цукрів дорівнює об’єму кисню, що поглинається (СО₂ : О₂ = 1), відповідно ДК дорівнює 1.

Якщо дихальним матеріалом є речовини більш окиснені ніж вуглеводи (наприклад, щавлева кислота), то величина дихального коефіцієнта буде більше 1. Рівняння реакції у даному випадку має такий вигляд:

2Н₂С₂О₄ + О2=4СО₂ + 2Н₂О

Тому, що співвідношення між вуглекислим газом, що виділяється, і киснем, що поглинається, дорівнює 4, відповідно ДК = 4.

За умов, коли під час дихання використовуються сполуки менш окиснені ніж вуглеводи (жири, білки), дихальний коефіцієнт буде меншим за 1. Наприклад, розкладання стеаринової кислоти здійснюється за рівнянням:

С₁₈Н₃₆О₂ + 26О₂ 18СО₂ + 18Н₂О

Співвідношення між вуглекислим газом і киснем буде: 18СО₂ : 26О₂, відповідно ДК = 0,69.

Визначення дихальних коефіцієнтів різних тканин рослин показує, що в звичайних умовах вони близькі до одиниці. Це дає підставу вважати, що в першу чергу як дихальний матеріал рослини використовують вуглеводи.

При нестачі вуглеводів можуть бути використані й інші субстрати. Особливо це проявляється на проростках, що розвиваються з насіння, в якому як запасаючи речовини відкладаються жири або білки. У цьому разі дихальний коефіцієнт стає меншим за одиницю.

Якщо дихальним матеріалом є жири, то вони розщеплюються до гліцеролу і жирних кислот. Жирні кислоти можуть бути перетворені на вуглеводи через 25 гліоксилатний цикл.

Використанню білків, як субстрату дихання, передує їх розщеплення до амінокислот.

Величина ДК залежить також від постачання клітин киснем. В анаеробних умовах відбувається спиртове бродіння, що супроводжується виділенням вуглекислого газу, відповідно ДК зростає. На співвідношення між вуглекислим газом і киснем впливає розташування тканини, наприклад, меристеми, що розташовані в бруньках або під кореневим чохликом, недостатньо забезпечуються киснем. У таких тканинах дихальний коефіцієнт наближається до 2.

В умовах нестачі кисню процес аеробного дихання може супроводжуватися анаеробним диханням, при якому також виділяється вуглекислий газ. Тому у цьому випадку дихальний коефіцієнт буде зростати, як при зануренні проростаючого насіння у воду. Утворені продукти неповного окислення будуть виявляти токсичну дію.

ХІД РОБОТИ

1.                  Ознайомитися з методикою визначення дихального коефіцієнта пророслого насіння. Коротко законспектувати хід дослідження, зарисувати установку

Для визначення дихального коефіцієнта досліджуваний матеріал поміщають у пробірку, з'єднану з градуйованою трубкою. Трубка містить краплю забарвленої рідини.

Якщо обсяги газів, що виділяються та поглинаються під час дихання, рівні, то крапля в трубці не буде пересуватися.

Якщо ж величина дихального коефіцієнта менша або більша одиниці, то буде спостерігатися переміщення рідини в трубці відповідно до різниці між обсягами поглинання О₂ і виділення СО₂.

Потім з тим же матеріалом проводять другий дослід, вводячи в пробірку розчин лугу для поглинання СО₂, що виділяється при диханні.

Відстань, на яку відбувається пересування краплі в трубці, відповідає обсягу кисню, що поглинається матеріалом.

Збирають установку для спостереження за газообміном, ставлять її у склянку з ватою (для підтримки постійної температури) і вводять у трубку краплю підфарбованої води.

Коли крапля відірветься від краю трубки, позначають положення внутрішнього меніска краплі, перевертають пісочний годинник і після 5 хв експозиції вимірюють відстань, яку проходить крапля за цей час.

Дослід повторюють тричі. Обчислюють середню відстань руху краплі за 5 хв (А) – це відповідає різниці між об’ємами кисню, що поглинається насінням, і вуглекислими газом, що виділяється.

Виймають пробку із пробірки з насінням, провітрюють пробірку і вкладають пінцетом у верхню частину пробірки згорнуту в кільце смужку фільтрувального паперу або вату, змочену 20% розчином лугу (смужку змочують помірно).

Закривають пробірку пробкою і знову вводять у трубку краплю підфарбованої води. Позначають положення меніска краплі, визначають відстань пересування краплі за три п'ятихвилинних інтервали і обчислюють середню величину (В).

Дихальний коефіцієнт обчислюється за формулою:

CO_{2 =} B-A

O₂ B , де:

А – величина, яка відображає різницю між обсягами кисню, що поглинається насінням і вуглекислими газом, що виділяється, мм.

В – величина, яка відображає обсяг кисню, що поглинається під час досліду, мм.

2.     Ознайомитись із методикою визначення інтенсивності дихання за кількістю виділеної вуглекислоти (за П. Бойсен-Йенсеном). Законспектувати хід роботи. Зарисувати установку (колбу із насінням).

Для рослин оптимальною є вологість 40%. Під час дихання рослина поглинає О₂ та виділяє СО₂.

Метод П. Бойсен-Йенсена по визначенню інтенсивності дихання за кількістю виділеного вуглекислого газу базується на властивості вуглецю зв'язуватись слабким лугом – баритом Ва(ОН)₂, так як саме цей луг дуже швидко сорбує кисень. В дослідженнях необхідно встановити, яке насіння буде дихати інтенсивніше: сухе, вологе чи проросле. В колбу для визначення інтенсивності дихання наливають певну кількість бариту і на гачок підвішують наважку дослідного об'єкту таким чином, щоб він знаходився в 2-3 см від розчину.

Періодично колби слід обережно коливати, щоб порушувати плівку BaCO3 на поверхні бариту для більш повного поглинання вуглекислоти (але барит не повинен торкатися мішечка з насінням). Впродовж досліду забарвлення бариту має бути яскраво–рожевим. Якщо ж забарвлення розчину стає блідим, а потім зникає, це свідчить про те, що увесь барит використався на зв’язування СО2. У цьому разі слід терміново долити з бюретки 5 мл розчину Ва(ОН)2 у дослідну і контрольну колби.

Контрольну колбу можна титрувати через 30 хв. після того, як туди налили розчин бариту. Зниження температури значно послаблює інтенсивність дихання всіх живих компонентів зернової маси і сприяє збільшенню строків її зберігання. Чим нижча температура, тим менша інтенсивність дихання зерна, тобто тим менше виділяється вуглекислого газу (табл. 13.1).

Таблиця 13.1

Інтенсивність дихання зерна, мг СО₂ на 100 г абсолютно сухої речовини за 24 год.

Велику активність проявляють рослини, які можна зустріти в горах або постійно освітлюваних місцевостях. Тіньолюбні організми дихають не так часто і швидко. На інтенсивність процесу впливають і інші природні умови:

-         вологість;

-         температура повітря;

-         вміст кисню в атмосфері.

Якщо насіння висадити в сухий ґрунт, то їх дихання буде уповільненим. Для нормального розвитку і витрати поживних речовин вологість ґрунту повинна бути не менше 33%. Але для тривалого зберігання зерна і сухих рослин її рівень необхідно знизити до 14%. Інтенсивність дихання обчислити за формулою:

I = (a-b)*0,55/ P*t, де:

a – результат титрування контрольної колби, мл;

b – результат титрування дослідної колби, мл;

0,55 – кількість мг CO₂ , що еквівалентна 1 мл 0,025 н HCl;

P – наважка, г;

t – експозиція, год.

3.     Оформити висновки.

Контрольні запитання:

1.     Що таке дихальний коефіцієнт? Як його визначають?

2.     Залежність інтенсивності дихання від зовнішніх факторів середовища.

3.     Дихальний коефіцієнт, засоби вивчення, біологічна суть

4.     Як визначають дихання насіння?

5.     На чому базується метод П. Бойсен-Йенсена визначення інтенсивності дихання?

6.     Які фактори впливають на інтенсивність дихання рослинного організму?

7.     В яких тканинах інтенсивність дихання вища, чому?