Agata Betscher 18 III 2010

Daria Budna

Justyna Chamioło

Gr. I OGRODNICTWO

Zespół: C

Ćwiczenie nr 4

Intensywność oddychania nasion

1. Wstęp

Oddychanie jest procesem metabolicznym polegający na uzyskiwaniu energii biologicznej użytecznej podczas rozkładu złożonych związków organicznych. Oddychanie tlenowe(właściwe), polega na całkowitym utlenieniu substratu kosztem tlenu atmosferycznego na dwutlenek węgla i wodę.

C₆H₁₂O₆+6O₂ 6CO₂ + 6H₂O+ energia

Równanie to jest odwróceniem ogólnego równania fotosyntezy. Oddychanie tlenowe jest zasadniczym typem oddychania, przebiegającym w normalnych warunkach we wszystkich komórkach roślin wyższych. Pomiar intensywności oddychania opiera się zwykle na oznaczaniu ilości wydzielanego dwutlenku węgla, ilości zużytego tlenu lub ilości utlenionego substratu. Intensywność oddychania jest w normalnych warunkach proporcjonalna do potrzeb energetycznych komórki, a zatem do zapotrzebowania na ATP. Jest ona nieustannie dostosowywana  
do aktualnych potrzeb za pomocą skomplikowanych systemów samoregulujących, działających na zasadzie sprzężeń zwrotnych.

Ponieważ procesy oddechowe przebiegają w mitochondriach rozmieszczonych  
w cytoplazmie komórek, zatem tkanki o większej zawartości cytoplazmy i mitochondriów wykazują większe natężenie oddychania. Najintensywniej oddychają tkanki merystema tyczne, ponieważ zawartość cytoplazmy, a także potrzeby energetyczne są  u nich szczególnie duże. Liczne bowiem reakcje biosyntetyczne rosnących komórek wymagają ATP w ilościach przekraczających normalne zapotrzebowanie. Tkanki dojrzale zawierają zwykle mniej cytoplazmy, a więcej składników nieaktywnych (ścian komórkowych i wakuoli), wskutek czego intensywność oddychania tych tkanek, w przeliczeniu na jednostkę ciężaru, jest słabsza niż w tkankach merystematycznych. Tkanki organów starzejących się (np. żółknące liście i dojrzewające owoce) posiadają jeszcze mniej cytoplazmy oraz niewielkie potrzeby energetyczne i w związku z tym oddychają jeszcze słabiej. Często w końcowym okresie starzenia się liści i owoców można zaobserwować nagły wzrost oddychania (tzw. stadium klimakteryczne Jest on oznaką zaburzeń w funkcjonowaniu mechanizmów regulujących i co za tym idzie w przemianie materii; Najniższą intensywność oddychania wykazują suche nasiona i zarodniki. Przyczyna tego leży jednak nie tyle w małej zawartości cytoplazmy, ile w słabym. jej uwodnieniu. ponadto na intensywność oddychania wpływają takie czynniki zewnętrzne, jak temperatura, stężenie tlenu, stężenie dwutlenku węgla, woda, światło, urazy mechaniczne, stymulatory i inhibitory oddychania.

Natężenie oddychania zależy także od stopnia wysycenia wodą koloidów komórki. Oddychanie nasion suchych jest nie znacznie . jeżeli zwiększymy ich wilgotność o kilka procent, proces oddychania będzie bardziej intensywności znacznie wzrośnie.

1. Oznaczanie intensywności oddychania metodą Pettenkoffera

Metoda ta polega na wiązaniu dwutlenku węgla wydzielonego w procesie oddychania przez wodorotlenek baru. Pomiar przeprowadza się w ten sposób, że strumień powietrza pozbawionego CO₂ przepływa przez rurkę z badanym materiałem roślinnym( nasionami), a następnie przez ściśle określoną ilość wody barytowej o znanym stężeniu. W miarę upływu czasu maleje stężenie wody barytowej, gdyż zachodzi reakcja:

CO₂+ Ba(OH)₂ BaCO₃+H₂O

Z różnicy stężeń wody barytowej przed i po pomiarze oblicza się ilość związanego CO_2. Stężenie wody barytowej określa się przez miareczkowanie jej roztworem kwasu szczawiowego wobec fenoloftaleiny.

1. Cel ćwiczenia:

Zbadanie wpływu temperatury i zawartości wody na intensywność oddychania nasion.

1. Materiały, sprzęt, odczynniki:

Nasiona grochu, biureta o pojemności 25cm³, naczynie pomiarowe o pojemności 100 cm³, cylinder pomiarowy o pojemności 50 cm³, kolbki stożkowe o pojemności 50 cm³, pipeta o pojemności 5 cm³, pochłaniacz CO₂, U-rurka, awaryjny rozpylacz powietrza, pompka wodna, statyw, waga techniczna, roztwór Ba(OH)₂ wody barytowej, 1% roztwór fenoloftaleiny w 70% etanolu, KOH stały, roztwór kwasu szczawiowego.

1. Wykonanie

U-rurkę wypełniamy badanymi nasionami, połączyć z pochłaniaczem CO₂ zawierającym stały KOH oraz pompka wodną. Następnie wkładamy do zbiornika z wodą w ultratermostacie. Urządzenie nastawiamy na wymaganą temperaturę. Włączamy pompkę wodną i przepuszczamy powietrze przez U-rurkę z nasionami w ciągu 10 minut. Do naczynia pomiarowego wlewamy 50 cm³ wody barytowej i zamykamy korkiem połączonym z rozpylaczem powietrza. Drugi przewód znajdujący się w korku zamykającym naczynie pomiarowe dołączamy do pompki wodnej. Szybkość przepływu powietrza w układzie doświadczalnym powinna być taka, by poziom wody barytowej podniósł się o 1 cm(regulację szybkości przeprowadzamy zwiększając lub zmniejszając przepływ wody przez pompkę wodną). Pomiar intensywności oddychania prowadzić przez 10 minut.

Miareczkujemy wodę barytowa użyta do doświadczenia. Pobieramy 5 cm³ wody barytowej, wlewamy do kolbki stożkowej dodając 2-3 krople fenoloftaleiny i miareczkujemy roztworem kwasu szczawiowego do całkowitego odbarwienia. Miareczkowanie powtarza się trzykrotnie.

Po upływie 10 minut odłączyć układ doświadczalny od pompki wodnej ( pompkę wodną wyłączyć dopiero po odłączeniu od niej układu doświadczalnego!). Zawartość naczynia pomiarowego przelewamy do suchej kolbki. Pobrać z niej 5 cm³ wody barytowej miareczkować (trzykrotnie).

Według opisanego planu postępowania wykonujemy pomiary dla intensywności oddychania nasion suchych w temperaturze 20^◦C i nasion napęczniałych, w temperaturze 20, 30, 40 i 50^◦C. Przy zmianach temperatury należy uwzględnić 10 minutowy okres adaptacji nasion do nowych warunków temperaturowych.

Po zakończonych pomiarach ważymy nasiona(suche i napęczniałe). Obliczamy intensywność oddychania nasion w poszczególnych wariantach korzystając ze wzoru oraz wyniki zestawiamy w tabeli.

1. Miareczkowanie

• miareczkowanie wody barytowej Ba(OH)₂

1. Miareczkowanie 9,5 cm³

2. Miareczkowanie 10,5 cm³

3. Miareczkowanie 9,6 cm³

Średnia: 9,8 cm³

• miareczkowanie dla wody barytowej nasion suchych w temperaturze 20˚C

1. Miareczkowanie 8,9cm³

2. Miareczkowanie 9,2 cm³

3. Miareczkowanie 9,0 cm³

Średnia: 9,03 cm³

• miareczkowanie dla wody barytowej nasion napęczniałych w temperaturze 20˚C

1. Miareczkowanie 7,6cm³

2. Miareczkowanie 8,7 cm³

3. Miareczkowanie 8,9 cm³

Średnia: 8,4 cm³

• miareczkowanie dla wody barytowej nasion napęczniałych w temperaturze 30˚C

1. Miareczkowanie 6,2 cm³

2. Miareczkowanie 5,8 cm³

3. Miareczkowanie 5,7 cm³

Średnia: 5,9 cm³

• miareczkowanie dla wody barytowej nasion napęczniałych w temperaturze 40˚C

1. Miareczkowanie 5,1 cm³

2. Miareczkowanie 5,7 cm³

3. Miareczkowanie 4,8 cm³

Średnia: 5,2 cm³

• miareczkowanie dla wody barytowej nasion napęczniałych w temperaturze 50˚C

1. Miareczkowanie 4,5 cm³

2. Miareczkowanie 4,5 cm³

3. Miareczkowanie 4,8 cm³

Średnia: 4,6 cm³

• miareczkowanie dla wody barytowej nasion napęczniałych w temperaturze 60˚C

1. Miareczkowanie 5,0 cm³

2. Miareczkowanie 4,5 cm³

3. Miareczkowanie 4,4 cm³

Średnia: 4,6 cm³

1. Obliczanie intensywności oddychania

Intensywność oddychanie=$\frac{\left( A - X \right) \bullet 0,147}{m \bullet t}\ \bullet 10$

1. Ilość roztworu kwasu szczawiowego [cm³] zużyta do miareczkowania wody barytowej wziętej do doświadczenia,

X- Ilość roztworu kwasu szczawiowego [cm³] zużytego do miareczkowania po zakończonym pomiarze oddychania

(A-X)∙0,147- ilość mg CO₂ związana przez 5 cm³_­ wody barytowej,

m- masa sucha nasion [g]

t- czas doświadczenia [h]

mnożnik 10- przeliczenie z 5[cm³] wody barytowej użytej do miareczkowania na 50 [cm³] wody barytowej znajdującej się w naczyniu pomiarowym.

1h- 60 minut

x h- 10 minut

x=0,16 h

• intensywność oddychania dla nasion suchych w temperaturze 20˚C

I_o=$\frac{\left( A - X \right) \bullet 0,147}{m \bullet t}\ \bullet 10 = \frac{0,77 \bullet 0,147}{149,02 \bullet 0,16} \bullet 10 = 0,047 = 0,094$

• intensywność oddychania dla nasion napęczniałych w temperaturze 20˚C

I_o=$\frac{\left( A - X \right) \bullet 0,147}{m \bullet t}\ \bullet 10 = \frac{1,4 \bullet 0,147}{50 \bullet 0,16} \bullet 10 = 0,25 = 0,5$

• intensywność oddychania dla nasion napęczniałych w temperaturze 30˚C

I_o=$\frac{\left( A - X \right) \bullet 0,147}{m \bullet t}\ \bullet 10 = \frac{3,9 \bullet 0,147}{50 \bullet 0,16} \bullet 10 = 0,71 = 1,47$

• intensywność oddychania dla nasion napęczniałych w temperaturze 40˚C

I_o=$\frac{\left( A - X \right) \bullet 0,147}{m \bullet t}\ \bullet 10 = \frac{4,6 \bullet 0,147}{50 \bullet 0,16} \bullet 10 = 0,84 = 1,68$

• intensywność oddychania dla nasion napęczniałych w temperaturze 50˚C

I_o=$\frac{\left( A - X \right) \bullet 0,147}{m \bullet t}\ \bullet 10 = \frac{5,2 \bullet 0,147}{50 \bullet 0,16} \bullet 10 = 0,955 = 1,91$

• intensywność oddychania dla nasion napęczniałych w temperaturze 60˚C

I_o=$\frac{\left( A - X \right) \bullet 0,147}{m \bullet t}\ \bullet 10 = \frac{5,2 \bullet 0,147}{50 \bullet 0,16} \bullet 10 = 0,955 = 1,91$

1. Tabela

Rodzaj Nasion	Masa nasion [g]	Temperatura [˚C]	A [cm^3]	X [cm^3]	A-X [cm^3]	Intensywność oddychania [mg CO2 ∙ g^-1smh^-1]
Nasiona suche	149,02	20	9,8	9,03	0,77	0,047
Nasiona napęczniałe	50	20	9,8	8,4	1,4	0,5
	50	30	9,8	5,9	3,9	1,45
	50	40	9,8	5,2	4,6	1,68
	50	50	9,8	4,6	5,2	1,91
	50	60	9,8	4,6	5,2	1,91

1. Wykres zależności oddychania nasion od temperatury.

2. Wnioski do ćwiczenia

Woda barytowa Ba(OH)­₂ reaguje z CO₂, co obrazuję reakcja:

CO₂+ Ba(OH)₂ BaCO₃+H₂O.

Zmniejszenie się stężenia wody barytowej świadczy o zwiększeniu wydzielania CO₂ z nasion. Ten proces mówi nam o tym, iż proces oddychania jest intensywniejszy im wyższa temperatura, tym nasiona intensywniej oddychają- zmniejsza się stężenie wody barytowej.

Nasiona suche ze względu na słabe uwodnienie cytoplazmy wykazują najwyższą intensywność oddychania. Najoptymalniejsze warunki oddychania zachodzą w temperaturze 30 ˚C - 40˚C. Powyżej 40 ˚C następuje intensywne zużycie tlenu. Powyżej 50 ˚C intensywność oddychania jest stała, ponieważ układ enzymatyczny odpowiedzialny za oddychanie ulega destrukcji.