БИОЛОГИЯ Том 1 - руководство по общей биологии - 2004
7. АВТОТРОФНОЕ ПИТАНИЕ
7.12. Точки компенсации
Результатом фотосинтеза является поглощение диоксида углерода и выделение кислорода. Вместе с тем при дыхании кислород потребляется, а диоксид углерода — выделяется. Если постоянно увеличивать освещенность с нулевого значения, то соответственно будет расти и интенсивность фотосинтеза (рис. 7.20). Через какое-то время наступит такой момент, когда фотосинтез и дыхание будут точно уравновешивать друг друга, так что видимый обмен кислорода и СO2 прекратится. Такое состояние называется точкой компенсации или точнее, световой точкой компенсации. Эта точка соответствует такой интенсивности освещения, при которой суммарный газообмен равен нулю.
Поскольку концентрация диоксида углерода также влияет на интенсивность фотосинтеза, существует и углекислотная точка компенсации. Это значение представляет собой такую концентрацию диоксида углерода, при которой суммарный газообмен равен нулю при данной интенсивности освещения. Увеличение концентрации диоксида углерода приблизительно до 0,1 % (1000 ч · млн.-1) приводит к росту интенсивности фотосинтеза. Для большинства растений умеренного климата значение углекислотной точки компенсации, ниже которого фотосинтез превышает дыхание, составляет 50-100 ч · млн.-1, если свет не является лимитирующим фактором. Концентрация атмосферного диоксида углерода в норме составляет 300—400 ч · млн.-1, поэтому при нормальных освещенности и атмосферных условиях она заведомо выше значения точки компенсации.
Опыт 7.5. Изучение газообмена в листьях
Материалы и оборудование
Четыре тщательно вымытые пробирки с резиновыми пробками
Пинцет
Штатив для пробирок
Шприц на 2 мл
Алюминиевая фольга
Неотбеленная вата-сырец
Сверло для пробки № 12
Водяная баня с зажимами для пробирок
Настольная лампа
Свежесорванные листья
Гидрокарбонатный индикатор
До начала опыта раствор гидрокарбонатного (бикарбонатного) индикатора необходимо уравновесить с окружающей атмосферой, продувая через него воздух до тех пор, пока раствор не приобретет вишнево-красную окраску. Гидрокарбонатный индикатор поставляется в виде концентрированного раствора и до начала опытов его необходимо развести в десять раз. Для уравновешивания раствора с атмосферным диоксидом углерода воздух извне лаборатории прокачивается через раствор индикатора. Для этого раствор помещается в чистую стеклянную промывалку, на носик которой надевается шланг, свободный конец которого выбрасывается за окно. К этой системе подключают водоструйный насос и пропускают пузырьки воздуха до тех пор, пока не перестанет наблюдаться изменение окраски индикатора. На этой стадии индикатор имеет темно-красный цвет, а в пробирках он будет оранжево-красным. Эта процедура требует времени, что необходимо предусмотреть заранее (для аэрирования 100 мл индикатора требуется по крайней мере 20 мин).
Метод
1. Пометьте четыре пробирки (А, В, С и D).
2. Сполосните эти пробирки и шприц на 2 мл небольшим количеством раствора индикатора.
3. Шприцем добавьте по 2 мл раствора индикатора в каждую пробирку. Не берите пробирки за края, так как находящаяся в составе пота кислота может повлиять на индикатор. Старайтесь дышать в сторону, чтобы выдыхаемый вами воздух не попал в открытую пробирку.
4. Пробирки А и С оберните алюминиевой фольгой.
5. Подготовьте пробирки, как показано на рис. 7.26, используя по две высечки из листьев на пробирку (высечки делайте при помощи сверла № 12 для пробок).
Рис. 7.26. Эксперимент по изучению газообмена в листьях.
6. Расположите пробирки таким образом, чтобы они равномерно освещались настольной лампой.
7. Для предотвращения повышения температуры во время эксперимента между пробирками и источником света поместите тепловой фильтр, например стеклянный сосуд с водой. Можно еще закрепить пробирки в водяной бане.
8. Заметьте, какой цвет индикатора в каждой пробирке.
9. Периодически аккуратно перемешивайте пробирки. Оставьте их по крайней мере на 2 ч, а лучше на всю ночь. Запишите конечную окраску (на белом фоне) индикатора в каждой из пробирок.
Результаты
Результаты можно объяснить на основе приведенной ниже схемы:
Если кислотность среды повышается, то это может быть результатом выделения углекислого газа и его растворения в индикаторе. А если среда становится более щелочной, то это указывает на снижение концентрации углекислого газа.
7.34. Какие выводы вы можете сделать на основе полученных результатов и для чего необходим контроль?
7.35. Как называется точка равновесия, при которой нет ни дальнейшего потребления, ни образования диоксида углерода в пробирке Б, содержащей высечки листьев?
Модификации данного эксперимента
1. Сравнение интенсивностей фотосинтеза.
Используя высечки из листьев, а не целый лист, можно провести ряд сравнительных исследований: влияния различной освещенности или, например, возраста листьев (для чего берут старые и молодые листья одного и того же растения), окраски листа (берут листья разных растений, например, С3- и С4-растений — см. «С4-фотосинтез»). Изучая интенсивность фотосинтеза, цвет индикатора можно сравнивать во время или в конце эксперимента. Если изучается влияние освещенности, то необходимо использовать ртутную лампу. Интересным может быть сравнение тенелюбивых растений, таких как двулепестник (Circaea lutetiana) с другими растениями. В ходе этого эксперимента можно выяснить, протекает ли в первом растении фотосинтез при низкой освещенности (т. е. насколько ниже у них точка компенсации).
2. Использование водных растений вместо высечки из листьев. Если в опыте используются водные растения, такие как элодея, то их необходимо предварительно тщательно промыть дистиллированной водой, для того чтобы отмыть остатки грязи и озерной воды и уменьшить влияние микроорганизмов на результаты. Эти растения помещают прямо в раствор индикатора так, чтобы они были им полностью покрыты. Сам индикаторный раствор за время эксперимента не влияет на растение.