Биология. В 3-х томах. Т. 1

Самый простой способ показать, что при фотосинтезе выделяется кислород, — взять водное растение, например элодею, поставить его на яркий свет и собрать выделяемый кислород, как это показано на рис. 9.25. В следующем разделе мы рассмотрим один из количественных методов.

Рис. 9.25. Опыт по изучению выделения кислорода при фотосинтезе

9.6. Измерение скорости фотосинтеза

9.30. Какие субстраты и продукты, судя по уравнению фотосинтеза, можно использовать для измерения скорости этого процесса?

Как было показано в разд. 9.5, скорость фотосинтеза зависит от ряда внешних факторов (интенсивности света, температуры, концентрации СО₂). Когда исследуют какой-нибудь отдельный фактор, очень важно, чтобы остальные факторы не менялись и, если это возможно, поддерживались на оптимальном уровне, чтобы не лимитировать процесс.

9.6.1. Скорость выделения кислорода

Интенсивность фотосинтеза проще всего оценить, измерив скорость выделения кислорода у какого-нибудь водного растения.

Опыт 9.7. Изучение влияния интенсивности света на скорость фотосинтеза

Материалы и оборудование

Аппарат для сбора газа (рис. 9.26)

Пробирка

Стакан на 400 мл

Термометр

Ртутная лампа или лампа от проектора

Гидрокарбонат натрия

Линейка с метрической шкалой

Источник света типа настольной лампы

Элодея, предварительно несколько часов выдержанная на ярком свету

Детергент (моющее средство)

Методика

Мы рекомендуем взять элодею, выставить ее на яркий свет и удостовериться в том, что она активно фотосинтезирует. Если не видно пузырьков газа, то можно добавить по 2-10 г гидрокарбоната натрия на каждый литр воды. Это стимулирует фотосинтез, так как увеличивается содержание СО₂ в воде. Кроме того, можно перед опытом проаэрировать воду в течение часа.

1. Острым скальпелем отрежьте веточку элодеи длиной около 5 см (веточка должна быть покрыта пузырьками) и поместите ее срезом вниз в пробирку с той же водой, в которой она была до этого.

2. Поставьте пробирку в стакан с водой комнатной температуры. Запишите начальную температуру воды и регулярно проверяйте ее во время эксперимента. Вода здесь играет роль защитного теплового экрана. Температура ее должна быть все время постоянной; если будет нужно, смените воду.

3. Налейте в аппарат для сбора газа водопроводной воды, проследите, чтобы в ней не было пузырьков воздуха, и дожмите до упора поршень шприца (рис. 9.26).

Рис. 9.26. Аппарат для определения скорости выделения кислорода при фотосинтезе у водного растения

4. Выключите свет в комнате, закройте окна шторами. Поставьте яркий источник света в 5 см от растения.

5. Дайте растению 2-3 мин "привыкнуть" к такой интенсивности света (т. е прийти к состоянию равновесия). Убедитесь, что скорость образования пузырьков достаточна (более 10 пузырьков в минуту). Иногда добавляют чуть-чуть детергента, чтобы понизить поверхностное натяжение и облегчить выход пузырьков.

6. Поставьте веточку так, чтобы пузырьки газа собирались в капиллярной трубке системы. Засеките время.

7. Соберите подходящий объем газа за определенное время (например, за 5-10 мин). Медленно прокачайте пузырек газа шприцем через капиллярную трубку, измерьте длину пузырька, подав его к тому месту, где находится линейка.

8. Чтобы пузырек не мешал последующим измерениям, прокачайте его дальше в соединительную трубку и повторите все манипуляции несколько раз, постепенно увеличивая расстояние между элодеей и источником света, скажем, до 10, 15, 20, 30, 40 и 80 см. Каждый раз давайте растению некоторое время "привыкнуть" к изменившейся освещенности. После каждого изменения условий нужно зарегистрировать а) расстояние между растением и источником света; б) время, в течение которого шел сбор газа; в) длину собранных газовых пузырьков (эта величина прямо пропорциональна объему, и ее используют как меру объема).

Результаты

Интенсивность света, падающего на данный объект, обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника света. Другими словами, если вы увеличите вдвое расстояние между растением и лампой, то освещенность растения уменьшится не в два, а в четыре раза:

где I — интенсивность света, a d — расстояние между объектом и источником света. Постройте график, отложив по вертикальной оси скорость фотосинтеза (ее оценивают по длине пузырька газа, собранного за единицу времени), а по горизонтальной оси I (в виде 1/d² или, что удобнее, 1000/d²).

9.31. а) Сформулируйте, какую зависимость между образованием газа и интенсивностью освещения вы получили, б) Для чего затемняют комнату и почему нужно поддерживать постоянную температуру?