Экология растений и фотосинтез (стр. 1 )

Министерство ОБРАЗОВАНИЯ

И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное агентство по образованию

государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«КАБАРДИНО-БАЛКАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

уНИВЕРСИТЕТ им. »

ЭКОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ

И ФОТОСИНТЕЗ

Методические указания

к лабораторным занятиям

Для специальности 020201 – Биология

НАЛЬЧИК 2009

УДК 581.5

ББК 28.557

Рецензент:

кандидат биологических наук, доцент кафедры

ботаники Кабардино-Балкарской государственной

сельскохозяйственной академии

Составитель:

Экология растений и фотосинтез: Методические указания к лабораторным занятиям. – Нальчик: Каб.-Балк. ун-т, 2009. – 38 с.

Издание содержит методические указания к лабораторным занятиям. Рассматриваются методы изучения образования и расходования органического вещества растениями, влияние экологических факторов на различные процессы растений, устойчивость растительных организмов к действию неблагоприятных факторов внешней среды, загрязнение пищевых продуктов нитратами и биоиндикационный метод определения состояния окружающей среды.

Предназначено для студентов специальности «Биология».

Рекомендовано РИС университета

УДК 581.5

ББК 28.557

Ó Кабардино-Балкарский

государственный университет, 2009

Введение

Научно-технический прогресс и всё усиливающееся влияние человека на природу нарушают естественные комплексы, взаимосвязь явлений природы. В связи с необходимостью охраны окружающей среды сильно возросла роль экологии и она стала интегральной наукой, связанной почти со всеми естественными и техническими дисциплинами, преподаётся во всех учебных заведениях Российской Федерации.

В этой связи важнейшее значение имеет подготовка экологически грамотных специалистов, способных не только охранять природу, рационально использовать её естественные ресурсы, но и решать качественно новые задачи: прогнозировать изменение состояния окружающей среды и управлять ею.

Такой уровень знаний студенты могут получить при рациональном сочетании чтения теоретического курса с проведением практических занятий. Однако из-за отсутствия необходимого количества специального методического руководства для проведения лабораторных работ трудно сочетать теорию с практикой, с помощью которой студенты не только углубляют свои познания, но и получают практические навыки.

Данная работа содержит методические указания по изучению процессов образования и расходования органического вещества растениями, влияния экологических факторов на протекание различных жизненных процессов в растениях, степени устойчивости растительных организмов к действию неблагоприятных факторов внешней среды, биоиндикационный метод определения состояния окружающей среды и др.

Работа № 1. Определение образования органического

ве­щества в листьях растений в процессе фото­синтеза
(по содержанию углерода)

Фотосинтез – основной процесс аккумуляции вещества и энер­гии на Земле, в результате которого из СО2 и H2O образуются орга­нические вещества (в данной формуле – глюкоза):

6СО2 + 6H2O + энергия света ®С6Н12О6+ 6О2

Один из способов измерения интенсивности фотосинтеза зак­лючается в определении образования органического вещества в ра­стениях по содержанию углерода, который определяется методом мокрого сжигания, разработанным для почв и мо­дифицированный для древесных растений Ф. 3. Бородулиной (Баславская, Трубецкова, 1964; Практикум... 1972).

Во взятом образце листьев определяется содержание углерода, затем листья выдерживаются 2-3 ч и более на свету и снова определяется содержание углерода. Разница между вторым и первым оп­ределением, выраженная на единицу поверхности листа в единицу времени, показывает количество образовавшегося органического вещества.

В процессе сжигания углерод листьев окисляется 0,4 н раствором бихромата калия в серной кислоте. Реакция протекает по следующему уравнению:

2K2Сr2О7 + 8H2SО4 + 3С = 2K2SО4 + 2Cr2(SO4)3 + 8Н2О + 3СО2

Неизрасходованное количество бихромата калия устанавлива­ют обратным титрованием 0,2 н раствором соли Мора:

6FeSО4 . (NH4)2SО4 + К2Сr2О7 + 7H2SО4 =

= Cr2(SO4)3 + 3Fe2(SО4)3 + 6(NH4)2SО4+ К2SО4+ 7H2О

В качестве индикатора применяют бесцветный раствор дифе­ниламина, который при окислении переходит в дифенилбензидинвиолет сине-фио­ле­то­во­го цвета. Бихромат калия окисляет дифениламин и смесь приобретает крас­но-бурую окраску. При тит­ровании солью Мора шестивалентный хром восста­навливается в трёхвалентный. В результате цвет раствора переходит в си­ний, а к концу титрования – в сине-фиолетовый. Когда же хром будет от­титрован, последующее добавление соли Мора вызывает переход окисленной формы индикатора в восстановленную (бесцветную); появляется зеленая окраска, которую придают раствору ионы трех­валентного хрома. Четкому переходу сине-фиолетовой окраски в зеленую мешают ионы трехвалентного железа, появляющиеся в процессе реакции. Чтобы сделать более ясным конец реакции тит­рования ее проводят в присутствии ортофосфорной кислоты, ко­торая связывает ионы Fe3+ в бесцветный комплексный ион [Fe[PO4)2]3- и предохраняет дифениламин от окисления.

Оборудование, реактивы, материалы

1) конические колбы на 250 мл; 2) термостойкие конические колбы на 100 мл; 3) маленькие стеклянные воронки, используемые как обратные холодильники; 4) бюретки; 5) 0,4 н раствор бихромата калия (в разбавленной серной кислоте (1:1)); 6) 0,2 н раствор соли Мора; 7) дифениламин; 8) 85 %-ая ортофосфорная кислота; 9) про­бочное сверло или другое приспособление для выбивания дисков диаметром 1 см; 10) мерный цилиндр; 11) вегетирующие растения с симметричной широкой и тонкой листовой пластинкой (герань, фуксия, листья древесных растений).

Ход работы

Лист вегетирующего растения делят на две половинки вдоль главной жилки и на одной из них вырезают пробочным сверлом 3 диска диаметром
1 см, помещают на дно конической термостой­кой колбочки объемом 100 мл, куда наливают 10 мл 0,4 н раствора К2Сr2О7. Колбу закрывают маленькой воронкой носиком вниз и ста­вят на электроплитку с закрытой спиралью в вытяжной шкаф. Ког­да раствор закипит, добиваются слабого кипения в течение
5 мин, иногда слегка взбалтывают колбу круговым движением, чтобы дис­ки были хорошо покрыты жидкостью. По верху колбы (не закрывая горлышко) укрепляют поясок из нескольких слоев плотной бума­ги, который предотвратит ожог рук при помешивании содержимого колбы и при ее перестановке.

Затем колбу снимают с нагрева, ставят на керамическую плитку и охлаждают. Жидкость должна быть буроватого цвета. Если окраска ее зеленоватая, то это указывает на недостаточное количество бих­ромата калия, взятого для окисления органического вещества. В этом случае определение нужно повторить с большим количеством реак­тива или меньшим количеством высечек.

К охлажденному раствору небольшими порциями в несколь­ко этапов приливают 150 мл дистиллированной воды, затем эту жидкость постепенно переливают в колбу на 250 мл, куда добав­ляют 3 мл 85 %-ой ортофосфорной кислоты и 10 капель дифени­ламина. Взбалтывают содержимое и оттитровывают 0,2 н раствором соли Мора.

Одновременно проводят контрольное определение (без растительного материала), тщательно соблюдая все указанные выше операции. Соль Мора сравнительно быстро теряет титр, поэтому раствор необходимо периодически проверять перед началом определения.

Количество углерода органического вещества, содержащегося в 1 дм2 листовой поверхности, рассчитывают по формуле:

,

где a – количество соли Мора в мл, израсходованное на титро­вание контрольного раствора;

b – количество соли Мора в мл, пошедшее на титрование опытного раствора;

k – поправка к титру соли Мора;

0,6 – миллиграммы углерода, соответствующие 1 мл точно 0,2 н раствора соли Мора;

s – площадь высечек, см2.

Схема записи результатов

Объект	Время опреде­ления	Взято К2Сr2О7 (мл)	Расход соли Мора (мл)	Площадь высечек (см2)	Количество углерода (мг/дм2)	Интенсив­ность фотосинте­за (мг углерода на дм2 в час)
конт.	опыт	конт.	опыт
	Начало опыта
	После двухча­сового пребы­вания на свету

Пример расчета количества углерода:

1. В начале опыта:

а = 19мл, b = 9мл, k = 1, S = pr2 .3 = (3,14 . 12) . 3 = 9,4 см2

мг/см2 или 6382 мг/дм2

В конце опыта: 6530 мг/дм2 6500 – 6382 = 118 мг/дм2 за два часа или 59 мг/ч.

Приготовление растворов

1. 0,4 н раствор К2Сr2О7 в разбавленной (1:1) серной кислоте. 20 г измельченного в ступке кристаллического К2Сr2О7 раство­ряют в 250-300 мл дистиллированной воды (можно с подогревани­ем), фильтруют через бумажный фильтр в мерную колбу емкостью 500 мл. Доводят до метки дистиллированной водой и переливают в колбу на 1 л. К этому раствору небольшими порциями (по 50 мл) добавляют 500 мл Н2SO4 (пл. 1,84) при перемешивании. При этом происходит сильное разогревание жидкости, поэтому операцию луч­ше проводить в сосуде из термостойкого стекла. Не рекомендуется использовать толстостенную посуду, т. к. она не выдерживает рез­кого повышения температуры. Во всех случаях разумнее оберты­вать сосуд полотенцем.

Сосуд закрывают воронкой или стеклом, оставляют стоять до полного охлаждения, перемешивают еще раз и переливают в бутыль с притертой пробкой из темного стекла, хранят в темном месте. Пор­цию реактива можно уменьшить, исходя из потребностей анализа.

2. 0,2 н раствор соли Мора (NH4)2SO4 • FeSO4 • 6H2O 40 г соли помещают в колбу, заливают 1н раствором Н2SO4 при­мерно на 2/3 объема колбы. При этом используют только голубые кристаллы, побуревшие отбрасывают.