Важной характеристикой пигментных систем являются спектры поглощения и флуоресценции, что дает информацию об индивидуальных формах пигментов, присутствующих в биологической системе, их состоянии и т.д. Дело в том, что в процессе фотосинтеза все пигменты избирательно поглощают энергию света в пределах види­мой части спектра (фотосинтетически активной радиации (ФАР) 380-720 нм): у хлорофиллов два ярко выраженных максимума в красной (640-680 нм) и в сине-фиолетовой (430-470 нм) областях; каротины и ксантофиллы поглощают свет только в области сине-фиолетовых лучей. Спектр поглощения хлорофилла зависит от его концентрации и толщины слоя, так как при увеличении этих показателей поглощающая способность хлорофилла усиливается.

Наблюдение спектров поглощения пигментов зеленого листа. Для этого используется спектроскоп. По положению темных полос в опытном спектре определяют, какие лучи поглощаются исследуемым пигментом.

Ход работы:

1. Закрепить спектроскоп в лапке штатива и навести на яркую электролампу так, чтобы все области спектра имели одинаковую яркость.

2. Рассмотреть и зарисовать контрольный спектр видимого бело­го света (рис. 4).

3. Затем перед щелью спект­роскопа (между прибором и источником света), поместить пробирку с сильно разбавленной спиртовой вытяжкой хлорофилла и опре­делить положение темных полос, которые соответствуют лучам, поглощенным хлорофиллом. Зарисовать (рис 4.).

4. Затем рассмотреть и зарисовать спектр поглощения света концентрированной вытяжки хлорофилла (рис. 4.).            

5. Для изучения спектра поглощения желтых пигментов необходимо использовать пробирки, в которых были проведены реакции разделения пигментов по Краусу.

6. Наблюдать опыт (проведенный преподавателем) по изучению влияния толщины слоя хлорофилла на спектр поглощения. Концентрированная вытяжка хлорофилла постепенно заливается в глубокий бюкс, через который направлен свет от лампы. Цвет вытяжки меняется от зеленой до красной, так как при увеличении толщины слоя хлорофилла, спектр поглощенных лучей расширяется настолько, что видимыми остаются только крайние красные лучи.

7. Сделать выводы.

Флуоресценция хлорофилла

Процесс поглощения кванта света сопровождается переходом электрона на более высокий энергетический уровень. Одним из возмож­ных путей «разрядки» энергии электронного возбуждения молекулы пигмента при возвращении электрона на прежнюю орбиту в основное исходное состояние является флуоресценция - испускание возбужденной молекулой хлорофилла излучения в виде лучей большей длины волны (свечение). Это свидетельствует о значитель­ной фотохимической активности хлорофилла. Независимо от длины волны поглощенного света хлорофилл флуоресцирует только в крас­ной области спектра. Каротиноиды этим свойством не обладают.

В живых листьях флуоресценция выражена слабо, так как энергия используется в фотохимических процессах. Возрастание интен­сивности фотосинтеза влечет за собой ослабление флуоресценции.

Ход работы:

     Пробирку со спи­ртовой вытяжкой пигментов поместить на фоне черной бумаги у источника света и рассмотреть ее в отраженном свете, то есть со стороны источника освещения. Какого цвета в этом случае будет вытяжка хлорофил­ла? Зарисовать окраску вытяжки в проходящем и отраженном свете, про­анализировать причины флуоресценции.

Контрольные вопросы. 1. Каковы основные принципы выделения пигментов из зеленого листа? 2. Какие пигменты содержатся в лис­тьях высших растений? 3. Каковы химические свойства хлорофилла? 4. Какие лучи наиболее сильно поглощаются хло­рофиллом и какие - желтыми пигментами? 5. От чего зависят опти­ческие свойства пигментов? 6. Что такое флуоресценция?

Объем часов: 2 ч

Литература:

основная: 1

дополнительная: 5-7,11,13

Практическое занятие № 5

Определение дыхательного коэффициента прорастающих семян (упрощенный метод Рихтера)

Теоретическое обоснование. Понятие «дыхание» охватывает сложный комплекс окислительно-восстановительных процессов, в ходе которых преобразуется хими­ческая природа органических соединений и освобождается энергия. Внешним, наиболее общим проявлением дыхания является поглощение кислорода и выделение СО₂. Этот процесс может быть выражен сле­дующим суммарным уравнением:

           C₆H₁₂O₆ + 6 0₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + 2721,8  кДж          

Одним из важных показателей дыхательного метаболизма является величина дыхательного коэффициента (ДК). ДК - это отноше­ние объема выделенного при дыхании углекислого газа к объему поглощенного ки­слорода. 

ДК может служить показателем химической при­роды и степени окисленности субстрата, используемого при дыхании, происходящем в нормальных условиях внешней среды.

При дыхании за счет углеводов ДК= 1, например,

              C₆H₁₂O₆ + 6 0₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O ДК= 6/6 = 1            

При окислении жиров и белков (более восста­новленных соединений) кислорода поглощается больше, чем выделя­ется углекислого газа и ДК меньше 1 (жиры - приблизительно 0,7; белки - 0,8). Например, при окислении такого типичного компонен­та жиров, как стеариновая кислота:

     C₁₈H₃₆O₂ + 26 0₂ → 18 CO₂ + 18 H₂O ДК= 18/26 = 0,69    

У прорастающих масличных семян ДК меньше 0,5, так как на этот показатель могут влиять и процессы обмена веществ, не имею­щие отношения к дыханию. Например, в прорастающих семенах масличных культур часть жирных кислот идет на образование углево­дов. 

При окислении органических кислот (менее восстановленных, чем углеводы), таких, как яблочная, щавеле­вая и др., ДК больше 1. Например, при окислении яблочной кислоты:

            C₄H₆O₅ + 3 0₂ → 4 CO₂ + 3 H₂O ДК= 4/3 = 1,33           

Можно привести в качестве примеров следующие минимальные значения ДК во время прорастания семян (при 12-25 °С): кукуруза - 0,73; пшеница - 0,61; ячмень - 0,74; горох - 0,85; подсолнеч­ник - 0,55; лен - 0,30; горчица - 0,49.

ДК может служить характеристикой условий, в которых протекает процесс дыхания при использовании одного и того же субстрата.Его величина может зависеть от характера окислительного обмена веществ изучаемого объекта, содержания кислорода в среде. Например, в некоторых тканях из-за затрудненного доступа кислорода наряду с аэробным происходит анаэробное дыхание, не сопровождающееся поглощением кислорода, что приводит к повышению ДК.Величина ДК также обусловлена полнотой окисления дыхатель­ного субстрата. Если кроме конечных продуктов, в тканях накапли­ваются менее окисленные соединения (органические кислоты), то ДК будет меньше 1.                    

Метод, предложенный в этой работе, не может быть использован для точных измерений объемов газов, он служит для ориентировоч­ного определения ДК. Используемый прибор состоит из большой про­бирки или колбы на 150 мл с плотно пригнанной каучуковой пробкой, в которую вставлена изогнутая под прямым углом стеклянная трубка (капилляр) со шкалой, прикрепленной к ней сзади (рис. 5). Прибор следует установить так, чтобы трубка находилась в горизонтальном положении.

Данный метод определения ДК основан на уче­те изменения положения капли в капилляре, что указывает на изменение объема воздуха в при­боре; если объемы обмениваемых га­зов при дыхании равны, то капля в трубке передвигаться не будет.

Цель работы. Ознакомиться с методом определения дыхательно­го коэффициента. Установить ДК прорастающих семян, у которых в ка­честве дыхательного субстрата используются жиры.

Объект: наклюнувшиеся семена подсолнечника.

Реактивы и оборудование: 20 % раствор NaOH или КОН, раствор метиленового синего произвольной концентрации, кристаллизаторы с наклюнувшимися семенами, шпатели, большая пробирка или колба на 150 мл, хорошо пригнанная к ней резиновая пробка со стеклянной трубкой, изогнутой под прямым углом и прикрепленной к ней линейкой, пластилин, фарфоровый стакан с ватой, кусочки фильтровальной бумаги, пинцет, песочные часы на 2 и 5 мин или секундомер, глазные пипетки с оттянутым носиком, полоска миллиметровой бумаги размером 20 х 100 мм, сито.

Ход работы:

1. Пробирку или колбу до половины (или на 2/3) заполнить прорастающими семенами и плотно закрыть ее пробкой с капилляром. Для герметичности замазать пластилином.

2. Ввести в конец трубки с помощью пипетки каплю раствора метиленового синего. Прибор во время опыта обязательно должен находиться при постоянной (комнатной) температуре: его нельзя держать руками, дышать на него.

3. Как только капля оторвется от края трубки, отметить на шкале положение внутреннего мениска капли, перевернуть песочные часы и измерить, на сколько делений шкалы продвинется капля внутрь трубки за 2-5 мин (время выбирается произвольно в зависимости от скорости движения капли). Опыт повторить дважды, найти среднее значение (данные занести в таблицу 4.1). Полученная величина (А) соот­ветствует разнице между объемом поглощенного при дыхании семян кислорода и объемом выделенного при этом углекислого газа:      А = V (О₂) - V (СО₂)                               

Если капля не двигается, нарушена герметичность сосуда. В этом случае необходимо плотнее закрыть пробку.

4. Затем открыть прибор, проветрить его, встряхнув семена. Прикрепить к внутренней стороне пробирки или колбы с помощью пинцета кусочек фильтровальной бумаги, смоченный 20 % раствором щелочи, так, чтобы бумага не касалась ни семян, ни пробки.

     5. Снова, закрыв сосуд пробкой, ввести в трубку каплю красителя и также провести измерения скорости движения капли за тот же промежуток времени в 2-х кратной повторности. Средняя величина (В) отражает объем поглощенного при дыхании кислорода, так как выделенный углекислый газ поглощается щелочью:          В = V (О₂).

    6. Вычислить дыхательный коэффициент:

                           ДК = V(СО₂) / V(О₂) = В – А / В                   

7. Результаты опыта записать в таблицу 4.1. Сделать вы­воды.

8. Вычислить теоретически ДК при полном окислении до СО₂ и H₂O следующих веществ: C₁₈H₂₂O₂ - линолевый триглицерид, который содержится в конопле; C₂H₄O₂ - щавеле­вая кислота; C₅₇H₁₀₄O₆ – триолеин; C₁₂H₂₂O₁₁ - сахароза.

Контрольные вопросы. 1. Что такое дыхательный коэффициент и каковы возможности его использования для характеристики дыха­ния? 2. Какие свойства субстрата определяют величину ДК? 3. Ка­кие внешние условия влияют на величину ДК?

Объем часов: 2 ч

Литература:

основная: 1

дополнительная: 5-7,11,13

ТЕМЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ