Ć

WICZENIE 9

Małgorzata Płonka

, grupa poniedziałek 8

15

Oddychanie tlenowe roślin i wyznaczanie współczynnika oddechowego.

Oddychanie jest najbardziej powszechnym wskaźnikiem przebiegu procesów życiowych. Podczas

gdy inne procesy podstawowe dla życia rośliny wymagają specjalnych warunków i struktur (np.

asymilacja CO

2

, zachodząca wyłącznie w warunkach oświetlenia, w tkankach asymilacyjnych),

oddychanie przebiega stale w każdej żywej komórce, bez względu na jej stan fizjologiczny.

Zachodzi ono nawet wówczas, gdy inne procesy są zahamowane, np. w stanie anabiozy. Wszystkie

ż

ywe organizmy wyposażone są w biochemiczny aparat oddechowy, tj. zestaw enzymów

katalizujących utlenianie substratów oddechowych.

Oddychanie jest wielostopniowym procesem utleniania substratu, związanym z wytwarzaniem

energii użytecznej metabolicznie. W przypadku najczęściej występującego substratu, glukozy,

oddychanie można podzielić na trzy główne etapy:

(1) glikolizę - częściowe utlenienie glukozy do pirogronianu z wydzieleniem niewielkiej ilości

ATP oraz redukcją dinukleotydu nikotynamidoadeninowego do NADH; przebiega

w cytoplazmie,

(2) cykl kwasów trikarboksylowych - całkowite utlenienie pirogronianu do CO

2

,

z wytworzeniem znacznej ilości zredukowanych nukleotydów (NADH, FADH

2

); zachodzi

w mitochondriach,

(3) łańcuch transportu elektronów z NADH na tlen - uwolnienie energii swobodnej, która

w procesie fosforylacji oksydacyjnej bierze udział w wytworzeniu ATP z ADP i P

i

.

W roślinach wymiana gazowa zachodzi dzięki systemowi przestworów międzykomórkowych, które

kontaktują się ze środowiskiem zewnętrznym przez szparki. Tlen dostarczany jest także w postaci

rozpuszczonej, w roztworze przepływającym naczyniami i soku floemu, a w komórce jego

dystrybucję ułatwia ruch cytoplazmy.

Miarą oddychania w warunkach fizjologicznych jest ilość tlenu pobieranego przez tkankę lub ilość

wydzielonego CO

2

. Wybór jednostek zależy od używanej metody lub typu doświadczenia,

najczęściej używa się

mgCO

2

g suchej masy⋅h

, to znaczy odnosi się ilość CO

2

wydzielonego

w jednostce czasu do suchej masy oddychającego obiektu, jednak lepszą podstawą do porównań

intensywności oddychania organizmów należących do różnych grup systematycznych jest natężenie

oddychania odniesione do zawartości białka w porównywanych organizmach. Określona tkanka

1

wykazuje tym większą intensywność oddychania, im szybszy jest jej wzrost i większa ogólna

aktywność metaboliczna. Czynnikami wpływającymi na intensywność oddychania są też m.in.:

stężenie tlenu, temperatura, urazy mechaniczne i infekcje rośliny oraz, w niewielkim stopniu,

naświetlenie.

1. Ilościowe oznaczanie natężenia oddychania metodą Pettenkofer'a.

Intensywność oddychania oznaczamy jako ilość wydzielonego CO

2

przez kiełkujące nasiona,

w jednostce czasu na jednostkę świeżej lub suchej masy. W metodzie miareczkowej wydzielony

CO

2

wiązany jest przez wodę barytową:

Ba(OH)

2

+ CO

2

→ BaCO

3

+ H

2

O

(COOH)

2

+ Ba(OH)

2

→ Ba(COO)

2

+ 2 H

2

O

Przesączyć 90 ml 0,02 N Ba(OH)

2

. Długą rurkę aparatu Pettenkofer'a przez jej prosty koniec

napełnić 80 ml Ba(OH)

2

. Rurkę szybko i szczelnie zamknąć. Pozostałe 10 ml roztworu przelać do

małej kolby i szczelnie zamknąć. Do pierwszej płuczki odważyć 50 g kiełkujących nasion, do

drugiej wlać nieprzesączony roztwór Ba(OH)2. Połączyć szczelnie wszystkie elementy tak, jak to

pokazano na rysunku.

Włączyć pompę wodną i stopniowo otwierać kran. Z pomocą kranu wyregulować szybkość

przepływu tak, aby odległość między pęcherzykami wynosiła ok. 1 cm. Po upływie 15 minut

doświadczenie przerwać, zamknąć kran i wyłączyć pompę wodną. Wodę barytową w rurce

wstrząsnąć i szybko zlać do czystej kolby szklanej z doszlifowanym korkiem.

10 ml wody barytowej pobrać pipetą do małej kolbki, dodać 2 krople fenoloftaleiny i miareczkować

kwasem szczawiowym 0,045 N (1 ml zużytego kwasu odpowiada 1 mg CO

2

; jest to roztwór B

w tabeli). Następnie wykonać ślepą próbę, miareczkując 10 ml wyjściowego roztworu Ba(OH)

2

(roztwór A). Różnica między tymi dwoma wartościami oznacza ilość CO

2

związanego przez 10 ml

2

wody barytowej w aparacie Pettenkofer'a.

czas dośw.

[min]

ilość Ba(OH)

2

[ml]

ilość nasion

[g]

ilość roztworu A

[ml]

ilość roztworu B

[ml]

intensywność oddychania

[

mg CO

2

g ś.m.⋅h

]

15

10

50

4,1

3,25

0,85

Całkowita intensywność oddychania (tj. intensywność oddychania 50 g kiełkujących nasion,

zmierzona wobec 80 ml Ba(OH)

2

znajdujących się w aparacie Pettenkofer'a):

0,85[

mg CO

2

g ś.m.⋅h

] ⋅

80 [ml]
10 [ml]

⋅ 50[g]=340[

mg CO

2

g świeżej masy⋅h

]

2. Pobieranie tlenu przy oddychaniu kiełkujących nasion.

Kiełkujące nasiona, umieszczone w zamkniętym naczyniu oddychają, pobierając tlen, a wydzielając

CO2. Jeżeli wydzielony CO2 zostanie pochłonięty, np. przez stężony roztwór jakiejś zasady, to

wskutek zużycia tlenu w naczyniu nastąpi zniżka ciśnienia, którą można wykazać za pomocą

manometru. Zużycie tlenu można wykazać także za pomocą palącego się łuczywa, które

w naczyniu z nasionami gaśnie.

Butelkę z ciemnego szkła napełnić do połowy

kiełkującymi nasionami pszenicy. Do butelki

z nasionami wstawić probówkę ze stężonym

roztworem KOH. Szyjkę butelki szczelnie

zamknąć gumową zatyczką z rurką kapilarną

zgiętą pod kątem prostym ku dołowi, a jej

koniec zanurzyć w zlewce z barwnym

roztworem czerwieni obojętnej.

W trakcie przeprowadzania doświadczenia, ciecz w rurce kapilarnej podnosi się - jest to wynik

spadku ciśnienia gazów wewnątrz kolby, wskutek pobierania tlenu przez kiełkujące nasiona

w procesie oddychania tlenowego i wydzielanie przez nie CO

2

, który zostaje pochłonięty przez

roztwór stężonej zasady (tworzy się podciśnienie, które zasysa barwną ciecz w rurce kapilarnej).

Literatura

1. Podstawy fizjologii roślin, pod red. Kopcewicz J., Lewak S., Wydawnictwo Naukowe PWN,

3

Warszawa, 1998

2. Skrypt do ćwiczeń z fizjologii roślin dla studentów III roku biologii

4