Утворення первинного крохмалю в листку, який фотосинтезує

Блок 1. Резюме

Зі шкільного підручника відомо, що утворення органічних речовин (глюкози та крохмалю) відбувається під час темнової фази фотосинтезу; світло для цього не потрібне. Чи це дійсно так, переконаємося, виконавши цей проект.

Предметна галузь: біохімія та фізіологія рослин.

Мета роботи: встановити умови синтезу глюкози та крохмалю в рослинних організмах.

Завдання:

1. Ознайомитися з теоретичною частиною роботи.
2. Дослідити, що в процесі фотосинтезу синтезуються вуглеводи, які відкладаються в листках у вигляді крохмальних зерен.

Блок 2. Попередня інформація

Процес фотосинтезу умовно можна поділити на дві фази: світлову та темнову.

Для проходження світлової фази фотосинтезу обов’язково необхідне сонячне світло. Спочатку квант світла потрапляє на атом хлорофілу фотосистеми І. Відбувається збудження атома Магнію хлорофілу фотосистеми І, тобто електрони Магнію переходять на вищі енергетичні рівні і підхоплюються переносниками електронами; потім ці електрони витрачаються на відновлення НАДФ (нікотинамідаденіндинуклеотидфосфату) – речовини, необхідної для темнової фази фотосинтезу. Відновлення атомів Магнію хлорофілу фотосистеми І відбувається за рахунок електронів атомів Магнію хлорофілу фотосистеми ІІ, які також відриваються під дією сонячного світла. Відновлення атомів Магнію хлорофілу фотосистеми ІІ відбувається за рахунок електронів, які виділяються під час фотолізу води.

Фотоліз води – унікальний процес розкладу води, що відбувається в хлоропластах зелених рослин. Під час фотолізу води утворюються кисень, протони, які використовуються для відновлення НАДФ, та електрони. Увесь кисень, який існує на планеті Земля, утворився в процесі фотолізу води.

Під час руху електронів, які переносяться переносниками, фактично виникає електричний струм, енергія якого акумулюється в макроергічних зв’язках АТФ. Отже, під час світлової фази фотосинтезу утворюються кисень, АТФ, НАДФН (відновлений Гідрогеном). Останні сполуки необхідні для темнової фази фотосинтезу.

Темнова фаза фотосинтезу (цикл Кальвіна) – ланцюг біохімічних реакцій, під час яких з 6 молекул вуглекислого газу синтезується 1 молекула глюкози; для цього ще необхідно 12 молекул НАДФН та 18 молекул АТФ.

У процесі фотосинтезу утворюються різні органічні сполуки, які рослини використовують для процесів життєдіяльності. Близько 30-50% їх відкладаються у фотосинтезуючих органах у вигляді крохмалю. Це наочно може бути проілюстровано так званою пробою Сакса. Крохмаль, який синтезується в хлоропластах у процесі фотосинтезу, називають первинним, на відміну від того, що відкладається в запасаючих органах (вторинний).

Блок 3. Обладнання

листки пеларгонії, примули або інших кімнатних рослин з ніжними листками, які перед дослідом протягом двох діб витримують у темряві; спиртівки, пінцети, препарувальні голки, скляні палички, темний світлонепроникний папір, канцелярські скріпки або булавки, етиловий спирт, 1%-ний розчин йоду в йодиді калію, порцелянові чашки, електроплитка.

Основні терміни та поняття

крохмаль ЛИСТОК ФОТОСИНТЕЗ ТА ДИХАННЯ РОСЛИН ХІМІЧНИЙ ВПЛИВ СВІТЛА. ЧОРНО-БІЛА ФОТОГРАФІЯ. ФОТОСИНТЕЗ. ЛАНЦЮГОВІ РЕАКЦІЇ – СВІТЛОВІ КВАНТИ

Блок 4. Експериментальна процедура

1. На листки рослин, витриманих у темряві протягом двох діб, накладіть різні фігури, вирізані з темного світлонепроникного паперу. Рослини виставте на яскраве сонце або освітлюйте потужними лампами протягом 1-2 год.
2. Після закінчення експозиції фігурки зніміть, листки зріжте і кип’ятіть у воді 20-30 хв. Потім злийте воду, налийте спирт у пробірки та настоюйте на водяній бані до повного знебарвлення від пігментів. Знебарвлені листки перенесіть у чашки Петрі з водою для охолодження, потім воду злийте і розправлене на чашці листя обробіть розчином йоду в KI протягом 5 хв. На місцях, де були фігури, спостерігають світлі плями, а навколо них – темний фон внаслідок синтезованого в процесі фотосинтезу крохмалю. Це пояснюється тим, що крохмаль з йодом дає синє забарвлення.

Рис. 1. Утворення первинного крохмалю в листках: а) листки, витримані в темряві;  б) перший листок. Посередині чітко видно 2 темні кружечки, де відбувався фотосинтез.

Блок 5. Аналіз отриманих даних

1. Спостерігайте, що на місцях, де були фігури, розташовані світлі плями, а навколо них – темний фон внаслідок синтезованого в процесі фотосинтезу крохмалю. Це пояснюється тим, що крохмаль із йодом дає синє забарвлення.
2. Замалюйте листок, на якому розміщувалася фігурка.

Блок 6. Напрями розвитку

Змінюйте умови проходження фотосинтезу:

• рослину в темряві витримуйте не 2 доби, а 3-4;
• освітлюйте рослину  10 хв, 20 хв, 30 хв, 1 год тощо;
• не поливайте рослину;
• за кілька годин до експерименту полийте рослину добривами.