Jarosław Grządziel
grupa: poniedziałek, godz. 8.00
Sprawozdanie z ćwiczenia nr 9

Oddychanie tlenowe roślin i wyznaczanie współczynnika oddechowego

Oddychanie polega na złożonych procesach rozkładu złożonych substancji organicznych na prostsze związki z uwalnianiem energii w formie użytkowej. Substratami oddechowymi są związki wytworzone w procesie fotosyntezy oraz przetworzone węglowodany, tłuszcze i białka. Uwalniana energia jest magazynowana w postaci ATP. Proces oddychania przebiega w wielu etapach, a energia jest uwalniana stopniowo. Wyróżnia się kilka typów procesów oddychania:

• oddychanie tlenowe – całkowite utlenianie substratu kosztem tlenu atmosferycznego na dwutlenek węgla i wodę, które w normalnych warunkach przebiega we wszystkich komórkach roślin wyższych

• fermentacje właściwe – rozpad substratu na prostsze związki organiczne i dwutlenek węgla bez udziału tlenu atmosferycznego; proces ten przebiega w komórkach tylko niektórych roślin wyższych, a ilość energii wyzwolonej w wyniku tego procesu jest niższa niż w przypadku oddychania tlenowego

• fermentacje oksydacyjne – częściowe utlenienie substratu kosztem tlenu atmosferycznego na wodę i związki prostsze

Współczynnik oddechowy (RQ) to stosunek objętości wydalonego w procesie oddychania CO₂ do objętości pobranego tlenu. Wyraża się wzorem:

$$RQ = \frac{objetosc\ wydalonego\ dwutlenku\ wegla}{ilosc\ pobranego\ tlenu}\text{\ \ }$$

Jego wielkość zależy od rodzaju substratu oddechowego i charakteru procesu oddechowego. Wyróżnia się trzy przypadki gdy:

• RQ = 1, gdy substratem są cukry i zachodzi oddychanie tlenowe

• RQ < 1, gdy substratem są tłuszcze (wymagają dodatkowego utlenienia, w skutek czego zużycie tlenu przekracza produkcję CO₂)

RQ > 1, gdy dostęp do tlenu jest utrudniony i substrat nie zostaje w pełni utleniony lub gdy substratem oddechowym są związki bogatsze w tlen niż cukry np. kwasy organiczne (zużycie tlenu jest niższe niż produkcja CO₂)

Miarą oddychania w warunkach fizjologicznych jest ilość tlenu pobieranego przez tkankę lub ilość wydzielonego CO2. Wybór jednostek zależy od używanej metody lub typu doświadczenia, najczęściej używa się: $\left\lbrack \frac{\text{mgC}O_{2}}{g\ s.m.\ \bullet h} \right\rbrack$, czyli ilość CO2 wydzielonego w jednostce czasu do suchej masy oddychającego obiektu. Lepszą jednak podstawą do porównań intensywności oddychania organizmów należących do różnych grup systematycznych jest natężenie oddychania odniesione do zawartości białka w porównywanych organizmach.

1. Ilościowe oznaczanie natężenia oddychania metodą Pettenkofer’a

Intensywność oddychania kiełkujących nasion może być mierzona metodą miareczkowania, w której wydzielony CO₂ wiązany jest przez wodę barytową:

Ba(OH)₂ + CO₂ BaCO₃ + H₂O
(COOH)₂ +Ba(OH)₂ Ba(COO)₂ +2H₂O

Wykonanie:

1. Przesączyliśmy 90ml 0,02 N Ba(OH)₂

2. Napełniliśmy rurkę aparatu Pettenkofer’a 80 ml Ba(OH)₂ – przez jej prosty koniec

3. Rurkę zamknęliśmy

4. Pozostałe 10 ml Ba(OH)₂ przelaliśmy do małej kolby i zamknęliśmy

5. Do pierwszej płuczki odważyliśmy 50 g kiełkujących nasion

6. Do drugiej płuczki wlaliśmy nieprzesączony roztwór Ba(OH)₂

7. Połączyliśmy szczelnie wszystkie elementy wg rysunku:

1. Włączyliśmy pompę wodną. Stopniowo otwieraliśmy kran, za pomocą którego regulowaliśmy szybkość przepływu, aby odległość między pęcherzykami wynosiła ~ 1cm

2. Po 15 minutach przerwaliśmy doświadczenie, zamykając kran i wyłączając pompę wodną

3. Wstrząsnęliśmy wodę barytową w rurce i zlaliśmy do czystej kolby

4. 10 ml wody barytowej pobraliśmy pipetą do małej kolbki, dodaliśmy 2 krople fenoloftaleiny i rozpoczęliśmy miareczkowanie kwasem szczawiowym (0,045 N) - 1 ml zużytego kwasu = 1 mg CO₂ (roztwór A)

5. Wykonaliśmy próbę ślepą, miareczkując 10 ml wyjściowego roztworu wodorotlenku baru (roztwór B)

6. Różnica między uzyskanymi wartościami określa ilość dwutlenku węgla związanego przez 10 ml wody barytowej

Wyniki i obserwacje:

Czas doświadczenia [min]	Ilość wody barytowej [ml]	Ilość nasion [g]	ilość roztworu A [ml]	Ilość roztworu B [ml]	Intensywność oddychania $$\left\lbrack \frac{\text{mgC}O_{2}}{g\ s.m.\ \bullet h} \right\rbrack$$
15	10	45	3,6	2,6	0,72

Całkowita intensywność oddychania w przeliczeniu na całkowitą ilość wody barytowej oraz 1g świeżej masy nasion na godzinę:

$$\frac{0,72\left\lbrack \frac{\text{mgC}O_{2}}{g\ s.m.\ \bullet h} \right\rbrack\ \bullet \ 80\ ml}{10ml} = 5,76\left\lbrack \frac{\text{mgC}O_{2}}{g\ s.m.\ \bullet h} \right\rbrack$$

$\frac{5,76\left\lbrack \frac{\text{mgC}O_{2}}{g\ s.m.\ \bullet h} \right\rbrack\ }{45\text{\ g}\ \bullet 0,25h}$= 0,512

1. 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.

Wykonanie:

1. Butelkę z ciemnego szkła napełniliśmy do połowy kiełkującymi nasionami pszenicy

2. Do butelki z nasionami wstawiliśmy probówkę ze stężonym roztworem KOH

3. Szyjkę butelki szczelnie zamknęliśmy gumową zatyczką z rurką kapilarną zgiętą pod kątem prostym ku dołowi, a jej koniec zanurzyliśmy w zlewce z barwnym roztworem czerwieni obojętnej

Wnioski:

W wyniku spadku ciśnienia gazów wewnątrz kolby wskutek pobierania tlenu przez oddychające nasiona i wydzielania CO₂, pochłanianego przez zasadę (tw. się podciśnienie), płyn w rurce kapilarnej podnosił się w trakcie doświadczenia.