ĆWICZENIE 3
ROLA ORGANIZMÓW AUTOTROFICZNYCH W ŚRODOWISKU. DROBNOUSTROJE FOTO- I CHEMOSYNTETYZUJĄCE I ICH ROLA W INŻYNIERII ŚRODOWISKA
Literatura zalecana:
Maria Pawlaczyk-Szpilowa, Biologia i ekologia P.Wr.1997, str.174-179.
Maria Pawlaczyk-Szpilowa, Mikrobiologia wody i ścieków, PWN, Warszawa 1978,
str.125-129.
Stefan Gumiński Fizjologia roślin, PWN, 1977, str.112-124.
Jan Kopcewicz, Stanisław Lewak, Podstawy fizjologii roślin, PWN, 1998, rozdz. 5.1.6.
Solomon Biologia,
Zagadnienia szczegółowe:
Fotosynteza – definicja, ogólny wzór procesu i znaczenie ekologiczne;
Chemizm fotosyntezy:
a. Barwniki biorące udział w fotosyntezie, ich znaczenie w procesie i lokalizacja;
b. Fosforylacja cykliczna;
c. Fosforylacja niecykliczna;
d. Cykl Calvina;
Zależność fotosyntezy od czynników zewnętrznych;
Fotosynteza bakteryjna: mechanizm, charakterystyka bakterii zdolnych do fotosyntezy;
Chemosynteza – definicja i znaczenie ekologiczne;
Ogólny mechanizm chemosyntezy;
Nitryfikacja:
a. mechanizm procesu (nitryfikacja I i II fazy);
b. charakterystyka bakterii nitryfikacyjnych;
Chemosynteza siarkowa – mechanizm, charakterystyka bakterii zdolnych do chem. siarkowej.
Zagadnienia nadobowiązkowe:
Fotosynteza typu C4;
Bakterie wodorowe;
Bakterie żelaziste i manganowe – znaczenie w procesie uzdatniania wody.
Zad.1. Oznaczenie współczynnika fotosyntezy AQ w warunkach świetlnych i ciemnych.
Współczynnik fotosyntezy jest stosunkiem ilości wydzielonego tlenu do pobranego CO2.
a. Napełnić wodą wodociągową dwie litrowe butle.
b. Do obu butli wprowadzić równe ilości mchu wodnego.
c. Jedną butlę postawić w ciemnym miejscu na 1 godz., a drugą oświetlać w tym
czasie światłem żarówki.
d. Równocześnie zbadać zawartość tlenu i CO2 w wodzie użytej do badań.
Oznaczanie tlenu metodą Winklera:
a) napełnić butelkę „tlenówkę” (V=100 cm3) wodą tak, aby przy zamykaniu korkiem
woda wylewała się,
b) po otwarciu butelki, dodać wprowadzając pipetą pod powierzchnię cieczy 2 cm3
r-u siarczanu manganawego, a następnie 2 cm3 alkalicznego r-u jodku potasowego
c) zamknąć butelkę i dobrze wymieszać,
d) dodać 2 cm3 kwasu siarkowego,
e) zamknąć butelkę korkiem i dobrze wymieszać do całkowitego rozpuszczenia
osadu,
f) zmierzyć objętość badanej wody w cylindrze miarowym wlewając ją delikatnie
po ściankach cylindra (jeśli objętość płynu przekracza 100 cm3 – zlać nadmiar),
g) wlać delikatnie badaną wodę po ściankach do kolbki stożkowej i miareczkować
0,025 n r-em tiosiarczanu sodowego do jasnosłomkowego zabarwienia,
h) dodać 1 cm3 r-u skrobii i szybko zmiareczkować do odbarwienia.
Zawartość tlenu obliczyć ze wzoru: ilość O2 [mg] = a · 0,2 · 10, gdzie:
a – objętość tiosiarczanu sodu zużytego do miareczkowania,
0,2 – liczba mg O2 odpowiadająca 1 cm3 0,025 n r-u tiosiarczanu sodu,
10 – stosunek objętości wody w butli (1000 cm3) do objętości próby badanej
(100cm3).
Uwaga: w przypadku stosowania butelek o V = 50 cm3, należy zmniejszyć o
o połowę objętości wszystkich odczynników i odpowiednio zmodyfikować wzór.
Oznaczanie CO2
a) wlać do butelki „tlenówki” (V=100 cm3) 50 cm3 badanej wody,
b) dodać 25 cm3 wody barytowej,
c) miareczkować za pomocą 0,1 N HCl wobec fenoloftaleiny, do odbarwienia,
d) określić miano wody barytowej przez zmiareczkowanie 25 cm3 r-u Ba(OH)2
za pomocą 0,1 N HCl wobec fenoloftaleiny, do odbarwienia.
Zawartość CO2 obliczyć ze wzoru: ilość CO2 [mg] = (a-a1) · 0,22 ·20, gdzie:
a – ilość zużytego 0,1 N HCl do oznaczania miana wody barytowej(w cm3),
a1- ilość zużytego 0,1 N HCl do zmiareczkowania badanej próby,
0,22 – liczba mg CO2 odpowiadająca 1 cm3 HCl zużytego podczas miareczkowania
20 – stosunek objętości wody w butli (1000 cm3 ) do próby badanej ( 50 cm3 ).
e. Po godzinie wykonać ponownie pomiary tlenu i CO2 w wodzie z butli oświetlanej i
przetrzymywanej w ciemnym miejscu, według pkt. d.
f. Na podstawie uzyskanych wyników obliczyć:
a) ilość tlenu wyprodukowaną przez mech w butli oświetlanej i zaciemnionej,
wg wzoru: ilość tlenu [mM] = (K-P) : 32 , gdzie:
K – ilość tlenu w butli na końcu doświadczenia [mg],
P - ilość tlenu w butli na początku doświadczenia [mg],
32 – masa molowa tlenu.
b) ilość CO2 pobranego przez mech w butli oświetlanej i zaciemnoinej,
wg wzoru: ilość CO2 [mM] = (K-P) : 44 , gdzie:
K - ilość CO2 w butli na końcu doświadczenia,
P - ilość CO2 w butli na początku doświadczenia,
44 – masa molowa CO2 .
c) wskaźnik fotosyntezy AQ dla butli jasnej i ciemnej
wg wzoru: AQ = ilość tlenu [mM] : ilość CO2 [mM]
Zad.2. Wykrywanie aktywności nitryfikacyjnej bakterii wodnych i glebowych.
a. Do probówki z pożywką mineralną Winogradskiego dla I fazy (zawierającą kationy
amonowe) wprowadzić grudkę ziemi lub 0,5 cm3 wody rzecznej
b. Tak samo zaszczepić pożywkę Winogradskiego dla II fazy (zawierającą azotyny)
c. Inkubować przez 14 dni w temp. pokojowej.
d. Po inkubacji zbadać obecność produktów nitryfikacji I fazy (azotynów) i II fazy
(azotanów) oraz zanik substratów w odpowiednich probówkach.
Wykrywanie azotynów:
a) na szkiełko zegarkowe nanieść pipetą 0,2 cm3 hodowli,
b) oddzielnymi pipetami dodać: 0,1 cm3 r-u kwasu sulfanilowego i 0,1 cm3 r-u
α- naftyloaminy (odczynnik Griessa); w przypadku obecności azotynów pojawia
się czerwono - amarantowe (do brunatnego) zabarwienie.
Wykrywanie azotanów:
a) w celu usunięcia azotynów, które dają taką samą reakcję barwną, do probówki
wsypać 1 g mocznika, rozpuścić i wstawić do łaźni wodnej o temp. 100C, po
czym wlać ok. 2 cm3 stężonego kwasu siarkowego nie dopuszczając do wrzenia.
b) po ustąpieniu wydzielania się pęcherzyków gazu, wlać ostrożnie 1cm3 r-u
dwufenyloaminy; pojawienie się zabarwienia niebieskiego do granatowego
świadczy o obecności azotanów.
Wykrywanie kationów amonowych:
a) na szkiełko zegarkowe nanieść 0,2 cm3 odczynnika Nesslera,
b) dodać (inną pipetą) 0,2 cm3 badanej hodowli i wymieszać,
c) pojawienie się żółtopomarańczowego do czerwonobrunatnego zabarwienia
świadczy o obecności kationów amonowych
Zad.3. Założenie hodowli wodnych bakterii autotroficznych.
a. Na dno cylindra miarowego o pojemności 500 cm3 wprowadzić 2-3 cm warstwę
mułu dennego i zalać 450-500 cm3 wody wodociągowej lub studziennej.
b. Dodać 0,5 g sierczku sodu (Na2S) i wymieszać (pipetą lub bagietką) .
c. Przykryć cylinder miarowy szkiełkiem zegarkowym.
d. Hodowle umieścić na świetle w temp. pokojowej.
e. Po kilku tygodniach powinna się pojawić w górnej części słupa wody biaława płytka
utworzona z tlenowych bakterii siarkowych, a na powierzchni mułu , od strony
oświetlonej, brunatno-czerwony nalot bakterii purpurowych
Rozmieszczenie bakterii siarkowych i purpurowych uzależnione jest od obecności
tlenu i anionów siarczkowych.
f. Wykonać preparaty przyżyciowe obu typów bakterii i obejrzeć pod mikroskopem.
Zad.4. Pomiar zawartości chlorofilu w wodach o różnym stopniu troficzności.
Zad.5. Założenie hodowli acidofilnych chemoautotrofów.