Barwniki fotosyntetyczne - BioCentrum Edukacji Naukowej
advertisement
Barwniki fotosyntetyczne Opracowanie merytoryczne treści zestawu: Berenika Pokorska, Jakub Urbański Ilustracje: Anna Lea Chojnacka, Jacek Lilpop Korekta: Joanna Lilpop 1 4 3 ver. 01.2011 Niniejsze materiały podlegają licencji Creative Commons: Uznanie autorstwa – Użycie niekomercyjne – Bez utworów zależnych 3.0 Polska. Niniejsze materiały wolno kopiować i rozpowszechniać wyłącznie niekomercyjnie w celach edukacyjnych, pod warunkiem umieszczenia na kopiach logo Fundacji BioEdukacji i BioCentrum Edukacji Naukowej oraz informacji o autorach. Nie zezwala się na zmiany ani przekształcenia niniejszego skryptu. W przypadku innych zastosowań lub zmian materiałów niezbędna jest zgoda Fundacji BioEdukacji (www.bioedukacja.org.pl). Barwniki fotosyntetyczne Fotosynteza Rys. 1. Chloroplasty kukurydzy. Zdjęcie z mikroskopu elektronowego. Dzięki uprzejmości Anny Drożak, UW Fotosynteza jest reakcją kluczową dla istnienia życia na Ziemi, w jej wyniku w ciągu roku jest magazynowanych ponad 10 miliardów ton węgla na Ziemi, w formie węglowodanów i innych związków organicznych. To dzięki wydzielanemu w procesie fotosyntezy tlenowi zawdzięczamy obecny skład naszej atmosfery. Jako pierwszy, wydzielanie tlenu przez rośliny wykrył pod koniec XVIII wieku angielski uczony Joseph Priestley. Przy pomocy prostego eksperymentu udowodnił, że rośliny są w stanie „oczyszczać powietrze, zepsute przez palącą się świecę.” Gałązka mięty umieszczona w naczyniu z wodą pod szklanym kloszem, po kilku dniach wydzielała gaz, który nie powodował gaśnięcia świecy. Doświadczenie Priestleya powtórzył holenderski uczony, nadworny lekarz cesarza Austrii Jan Ingenhousz. Co więcej wykazał on, że rośliny „naprawiają” złe powietrze pod wpływem światła. Kolejne doświadczenia przeprowadzone przez szwajcarów Jeana Senebiera, a następnie Theodora de Saussure wykazały, że w trakcie przeprowadzanej przy udziale światła reakcji wiązany jest dwutlenek węgla oraz inny związek. Saussure analizując przyrost biomasy roślin i stosunek tej biomasy do ilości pochłoniętego dwutlenku węgla doszedł to wniosku, że drugim związkiem wykorzystywanym w fotosyntezie jest woda. Blisko pół wieku po tych doświadczeniach, w 1842 roku niemiecki lekarz Julius Robert Mayer sformułował tezę opisującą istotę fotosyntezy, udowodnił, że rośliny wykorzystują energię świetlną do budowy związków chemicznych. Wiązanie energii słonecznej zachodzi dzięki skomplikowanemu cyklowi reakcji przebiegających w komórkach organizmów fotosyntetyzujących. W pierwszej, tzw. jasnej fazie fotosyntezy, dzięki absorpcji światła przez barwniki fotosyntetyczne, wytwarzana energia chemiczna magazynowana jest w wysokoenergetycznych wiązaniach ATP (adenozyno5’-trifosforan). W czasie tej fazy dochodzi także do kumulacji potencjału redukcyjnego w postaci NADPH (zredukowany fosforan dinukleotydu nikotynoamidoadeninowego). ATP i NADPH, powstałe w fazie jasnej fotosyntezy, często określane są mianem siły asymilacyjnej. Wewnątrz chloroplastów zachodzi druga, ciemna faza fotosyntezy. W jej trakcie dochodzi do redukcji dwutlenku węgla, przy udziale wytworzonego w fazie jasnej ATP i NADPH. Ogólne równanie fotosyntezy, zaproponowane przez Cornelisa van NIela, wygląda następująco: CO2 + 2H2A + światło ----> (CH2O) + 2 A + H2O gdzie (CH2O) jest zredukowanym akceptorem – węglowodanem, a HnA (np. H2O, H2S, NH3) jest donorem wodoru. Ryc. 2. Schemat chloroplastu www.biocen.edu.pl 2 Barwniki fotosyntetyczne Barwniki biorące udział w fotosyntezie Absorpcja energii słonecznej zachodzi dzięki różnym barwnikom fotosyntetycznym, z których każdy wychwytuje światło o określonej długości fali. Chlorofile to barwniki, które absorbują światło o długości fali poniżej 480 nm i pomiędzy 550 a 700 nm, czyli czerwoną i niebieską część spektrum światła. Światło o długości fali pomiędzy 480 a 550 nm (czyli zielone) nie jest absorbowane przez chlorofile, lecz odbijane - dlatego właśnie liście są zielone. Chlorofile zostały odkryte na początku XX wieku przez Richarda Willstättera i jego współpracowników, w 1915 r. za to odkrycie przyznano im nagrodę Nobla z chemii. W strukturze cząsteczek chlorofilu występuje układ następujących po sobie wiązań podwójnych i pojedynczych, tzw. układ wiązań sprzężonych. Dzięki niemu cząsteczki chlorofilu mają zdolność absorpcji promieniowania świetlnego. Chemicznie chlorofil jest pochodną związku pierścieniowego, tetrapirolu. W środku struktury pirolowej znajduje się, związany koordynacyjnie z czterema atomami azotu atom magnezu. Do grupy karboksylowej pirolu przyczepiony jest silnie hydrofobowy ogonek 20-węglowego alkoholu, fitolu, kotwiczący cząsteczkę chlorofilu w błonie. U roślin wyższych występują dwa chlorofile, nazywane a i b. Chlorofile a i b różnią się jedną grupą chemiczną w strukturze: w chlorofilu a jednym z podstawników pierścienia pirolowego jest grupa metylowa (-CH3), natomiast w chlorofilu b w tym miejscu znajduje się grupa formylowa (-CHO). Chlorofil a znajduje się w centrach reakcji fotosystemu pierwszego i drugiego, natomiast chlorofil b jest głównym składnikiem kompleksów zbierających energię świetlną. U roślin wyższych stosunek ilościowy chlorofilu a do b wynosi około 3 : 1. Ryc. 3. Struktura chemiczna chlorofilu a. Ryc. 4. Widma absorpcyjne chlorofilu a i b. Oprócz chlorofili, w błonach fotosyntetycznych roślin wyższych występują także barwniki pomocnicze – karotenoidy. Do karotenoidów zaliczamy ksantofile (w tym np. luteinę) i karoteny (w tym ß-karoten). Dzięki obecności dwóch pierścieni połączonych łańcuchem węglowodorowym, karotenoidy absorbują energię świetlną w takim zakresie, w jakim nie mogą robić tego chlorofile, a następnie przekazują energię na cząsteczki chlorofilu. Niezwykle istotną funkcją karotenoidów jest ochrona układów fotosyntetycznych przed fotooksydacją. Karotenoidy chronią chloroplasty przed nadmiarem energii, rozpraszając ją. 3 Copyright © : Barwniki fotosyntetyczne Barwniki fotosyntetyczne roślin wyższych związane są z białkami, które tworzą ogromne kompleksy odpowiedzialne za pochłanianie energii i przenoszenie elektronów w błonach tylakoidów. Dwa najważniejsze takie kompleksy nazwano fotoukładem pierwszym i fotoukładem drugim (PSI i PSII). Każdy fotoukład zawiera około 200-300 cząsteczek barwników asymilacyjnych służących jako anteny energetyczne. PSI wiąże znacznie więcej cząsteczek chlorofilu a niż chlorofilu b, natomiast PSII odwrotnie. Rolą chlorofili jest pochłanianie energii świetlnej i przeniesienie jej do centrum reakcji fotoukładu (zarówno PSI i PSII), gdzie znajduje się jedna cząsteczka chlorofilu a. Cząsteczki barwników wzbudzone kwantem światła przekazują wzbudzenie kolejnym cząsteczkom barwnikowym na drodze rezonansu, wzbudzenie dochodzi do znajdującej się w centrum reakcyjnym pary cząsteczek chlorofilu a, w wyniku czego oddziela się od nich elektron (Ryc. 5). Ryc. 5. Schemat przepływu energii w obrębie fotosystemu. Dzięki uprzejmości Anny Drożak, UW. Foton Barwniki fotosyntetyczne, zarówno chlorofile jak i karotenoidy są związkami niepolarnymi, a więc źle rozpuszczają się w wodzie, natomiast bardzo dobrze w rozpuszczalnikach niepolarnych, takich jak benzyna czy chloroform. Poszczególne barwniki ze względu na charakter budowy i długość łańcuchów węglowych w cząsteczce różnią się od siebie w znaczny sposób polarnością. Dzięki temu możliwe jest ich rozdzielenie w układzie różniących się polarnością rozpuszczalników organicznych. Do ekstrakcji barwników z liści używa się rozpuszczalników polarnych – w doświadczeniu użyto mieszaniny etanol-aceton. Wyizolowane barwniki fotosyntetyczne można rozdzielić metodą chromatografii cienkowarstwowej adsorpcyjnej (TLC – ang. Thin Layer Chromatography). Płytki do chromatografii pokryte są celulozą, która może wiązać (adsorbować) różne cząsteczki. Im związek jest bardziej polarny, tym lepiej będzie przywiązany do płytki, mało polarne związki słabo wiążą się z płytką i „wędrują” wraz z eluentem, który używany jest do rozdziału chromatograficznego. W doświadczeniu jako eluent chromatograficzny stosowany będzie odpowiednio przygotowany układ benzyna–aceton (10:1), który jest silnie niepolarny, dlatego barwniki fotosyntetyczne, które są najbardziej niepolarne będą przemieszczać się wraz z nim, a te, które są bardziej polarne będą lepiej „trzymać się” płytki. Po rozwinięciu chromatogramu będzie możliwa identyfikacja chlorofilu a oraz b i karotenoidów. Ryc. 6. Struktura molekularna kompleksu fotoukładu I. U dołu przekrój poprzeczny kompleksu z widocznymi białkami transbłonowymi. [David S. Goodsell. Molecule of the Month, październik 2001, www.pdb.org, plik PDB numer 1jb0] www.biocen.edu.pl 4 Barwniki fotosyntetyczne DOŚWIADCZENIE W zestawie znajdują się: • Mieszanina etanol-aceton do izolacji barwników (180 ml) ß • 16 płytek do chromatografii cienkowarstwowej TLC ß • 30 końcówek kapilarnych do nakładania roztworu barwników na płytkę ß • Aceton do układu rozdzielającego (15 ml) ß • 5 pustych, stojących probówek jako komory chromatograficzne ß • 1 pusta probówka o pojemności 50 ml, z podziałką ß • 5 pipetek pasterowskich o pojemności 3 ml ß • 5 plastikowych kieliszków ß • 1 ml wzorca barwników. Przechowywać w ciemności, w temp. + 4 oC ß Dodatkowo potrzebne będzie: • 1–5 odpornych na ciepło, zamykanych naczyń, np. małe słoiczki ß • kilka zielonych liści roślin, np. bazylii lub fasoli ß • łaźnia wodna z gorącą wodą o temperaturze 90-95 C (np. miska) ß • 30 ml benzyny ekstrakcyjnej jako eluent chromatografii ß o Cel doświadczenia: Identyfikacja barwników fotosyntetycznych liści. Przygotowania wstępne 1 Bezpośrednio przed rozpoczęciem doświadczenia przygotuj mieszaninę eluentu do chromatografii benzyna-aceton w proporcji 10:1. W załączonej probówce o pojemności 50 ml z podziałką, odmierz 30 ml benzyny ekstrakcyjnej i dodaj za pomocą pipetki 3 ml acetonu. Do zakręcanych stojących pojemników chromatograficznych nalej za pomocą pipetki po 3 ml tak przygotowanej mieszaniny. Zakręć pojemniki. Warstwa mieszaniny chromatograficznej na dnie komory nie powinna sięgać 3 mm powyżej dolnej poziomej linii pojemnika. Dla każdego zespołu przygotuj jedną komorę. 2 Przed rozpoczęciem doświadczenia przygotuj łaźnię wodną: do miski nalej świeżo zagotowanej wody. Woda powinna być cały czas gorąca, w razie potrzeby dolej gorącej wody. Wszystkie zespoły będą korzystać z łaźni jednocześnie, miska powinna być wystarczająco duża. 5 Copyright © : Barwniki fotosyntetyczne Materiały i odczynniki dla jednego zespołu • • • • • • • • • • 3 zielone liście bazylii (ewentualnie 2 gramy liści innych roślin) dostęp do łaźni wodej o temperaturze 90-95oC 5 ml mieszaniny etanol-aceton do ekstrakcji barwników słoik 1 pipeta pasterowską kubeczek plastikowy na ekstrakt barwników 1 płytka do chromatografii TLC 2 końcówki kapilarne do nakładania próbki zakręcona komora chromatograficzna z mieszaniną benzyna-aceton 10:1 kserokopia karty pracy Opis doświadczenia Ekstrakcja barwników z liści Rys. 1. www.biocen.edu.pl 1 Rozdrobnij trzy liście bazylii i umieść na dnie słoiczka. 2 Zalej minimalną objętością mieszaniny etanol-aceton tak, aby liście były lekko zakryte (około 3-5 ml, objętość zależy od powierzchni dna słoika). 3 Umieść słoik w gorącej łaźni wodnej. Słoik możesz lekko zakryć pokrywką. Mieszaj zawartość słoika delikatnie nim kołysząc. Uważaj, aby woda nie dostała się do środka słoika. UWAGA: Staraj się nie wdychać oparów ze słoika! Praca powinna być prowadzona pod wyciągiem lub w dobrze wentylowanym pomieszczeniu. 4 W ciągu około 5-10 minut liście powinny się odbarwić, a barwniki fotosyntetyczne przejść do roztworu etanolu. Zlej zielony ekstrakt barwników do kubeczka i ostudź. Rys. 2. Rys. 3. 6 Barwniki fotosyntetyczne Chromatografia barwników 1 Ekstrakt barwników nakładaj przy pomocy końcówki kapilarnej na chropowatą stronę płytki chromatograficznej. Pierwszą kroplę nałóż w odległości 1 cm od jej dolnej krawędzi. 2 Po nałożeniu kropli odczekaj 5 sekund, dopóki kropla nie wyschnie, po czym dokładnie w to samo miejsce nakładaj kolejną kroplę. 3 Nakładaj kolejne objętości kapilary tak, aby tworzący się na płytce ślad miał średnicę nie większą niż 5 mm. Nałóż przynajmniej 7 objętości kapilary. Naniesiony na płytkę materiał powinien mieć intensywnie zielony kolor. Uważaj, aby nie pobrudzić i nie uszkodzić chropowatego złoża, którym pokryta jest płytka, dotykaj palcami tylko krawędzi płytki. Na płytkę możesz nałożyć dołączony do zestawu wzorzec barwników jako kontrolę pozytywną. 4 Pozostaw płytkę do dokładnego wyschnięcia na około 5 minut. 5 Do stojącej na stole komory chromatograficznej wstaw pionowo wysuszoną płytkę, zieloną kropką do dołu. Mieszanina chromatograficzna powinna sięgać poniżej poziomu naniesionych ekstraktów barwników. Ostrożnie zamknij komorę i pozostaw na stole. 6 Prowadź chromatografię do momentu, gdy czoło rozpuszczalnika znajdzie się 0,5 cm przed górną krawędzią płytki. Wyjmij płytkę i wysusz. Pytki można przechowywać w ciemności przez kilka dni. 7 Rozdzielone barwniki możesz obejrzeć w świetle UV (np. z testera do banknotów). Rys. 4. Rys. 5. 7 Copyright © : Barwniki fotosyntetyczne Oczekiwane wyniki Karoteny Barwniki z ekstraktu z zielonych liści rozdzielają się na 4 pasma. Najszybciej, niemal z czołem rozpuszczalnika migrują karoteny, następnie ksantofile, ciemnozielony chlorofil a i jasnozielony chlorofil b. Rozdzielone barwniki ilustruje schemat 1. W ciemnoczerwonych liściach również jest chlorofil, chociaż jego obecność maskowana jest przez dużą ilość antocjanów. W liściach starzejących się chlorofil jest rozkładany wcześniej niż karotenoidy, dlatego jest go znaczniej mniej niż w roślinach młodych. W korzeniach, w których nie zachodzą procesy fotosyntezy, a także w liściach roślin etiolowanych obecne są karotenoidy, ale nie ma chlorofili. Rozwiązywanie problemów Pasma rozdzielonych barwników są niewyraźne i rozmyte: próbka nałożona na płytkę chromatograficzną mogła być niedokładnie wysuszona lub nałożono niewystarczającą ilość materiału. Komora nie była dobrze wysycona oparami rozpuszczalników. Na dnie komory było zbyt dużo rozpuszczalnika. Barwniki z liści fasoli nie rozdzieliły się na 4 pasma, tak jak na rysunku: ekstrakcja była zbyt mało wydajna (zbyt słabo rozdrobnione tkanki roślinne), lub preparat był zbyt długo wystawiony na działanie wysokiej temperatury i promieni słonecznych. Mieszanina benzyna-aceton do chromatografii miała niewłaściwe proporcje. Możesz użyć samej benzyny, bez acetonu. W tak niepolarnym rozpuszczalniku lepiej rozdzielą się karotenoidy, chlorofile jako bardziej polarne będą gorzej rozdzielone. Schemat 1. Chromatograficzny rodział barwników fotosyntetycznych na płytce TLC. Pytania kontrolne • Ile i jakie barwniki były widoczne na płytce po rozdziale chromatograficznym? • Porównaj kolor chlorofilu a, chlorofilu b oraz karotenoidów na płytce. Z czym mogą być związane różnice w barwie poszczególnych związków? • Sprawdź jakie są wzory strukturalne chlorofilu a, b oraz ß-karotenu. Wyjaśnij, na podstawie ich budowy chemicznej, różnice w położeniu barwników na płytce po przeprowadzonym rozdziale chromatograficznym. • Dlaczego po rozdziale karoteny znajdują się najwyżej na płytce? • Jak na rozdział barwników wpłynęłaby zmiana proporcji benzyny i acetonu w mieszaninie chromatograficznej? • Jaką rolę pełnią w roślinach poszczególne barwniki fotosyntetyczne? • Jaki barwnik odgrywa kluczową rolę w procesie fotosyntezy? • Jakie jest ewolucyjne pochodzenie chloroplastów? • Jaki jest ogólny wzór fotosyntezy? Pomysły na doświadczenia • Porównanie jakościowe zawartości barwników fotosyntetycznych u roślin hodowanych na świetle i w ciemności. • Porównanie zawartości barwników fotosyntetycznych z różnych gatunków roślin. • Porównanie zawartości barwników fotosyntetycznych z różnych tkanek rośliny. • Porównanie zawartości barwników fotosyntetycznych roślin w różnym stadium rozwoju – młodych i starzejących się. • Badanie wpływu różnego składu mieszaniny chromatograficznej na rozdział barwników (np. sama benzyna, zwiększona zawartość acetonu, inne eluenty jak eter, chloroform). • Badanie zastosowania różnych złóż chromatograficznych w rozdziale barwników (np. bibuła, złoże krzemionkowe). www.biocen.edu.pl 8 Barwniki fotosyntetyczne Uwagi Czas wykonania doświadczenia: około 30 minut. W jednej komorze można przeprowadzić kilka chromatografii, jedna po drugiej. W razie potrzeby, między jednym rozdziałem a drugim, należy dolać mieszaniny chromatograficznej. Mieszaninę ekstrakcyjną aceton-etanol można zastąpić 70-95% alkoholem etylowym (np. spirytus rektyfikowany). Benzyna ekstrakcyjna dostępna jest w sklepach z farbami jako rozcieńczalnik lub w sklepach chemicznych. Końcówek kapilarnych nie powinno się używać więcej niż jeden raz. Zużyte końcówki można wyrzucić do pojemnika na zwykłe śmieci. Aceton, mieszanina etanol-aceton i benzyna są truciznami i są łatwopalne. W przypadku spożycia należy niezwłocznie skontaktować się z lekarzem. Należy przechowywać je w szczelnie zamkniętych naczyniach, osłonięte od światła i źródeł ciepła, w temperaturze pokojowej. Przy wszystkich czynnościach należy zachować szczególną ostrożność. W przypadku kontaktu ze skórą zmyć ciepłą wodą z mydłem. Wdychanie oparów może być szkodliwe dla zdrowia, doświadczenia należy przeprowadzić w dobrze wentylowanym pomieszczeniu lub pod wyciągiem. Puste pojemniki po benzynie oraz zlewki należy zutylizować w przeznaczonych na tego typu odpady pojemnikach (na przykład na stacji benzynowej). Pojemniki do chromatografii po przepłukaniu wodą i dokładnym wysuszeniu nadają się do wielokrotnego użytku. Pliki z przewodnikiem dla nauczyciela oraz kartami pracy można pobrać ze strony www.biocen.edu.pl i wydrukować. 9 Copyright © : Barwniki fotosyntetyczne DOŚWIADCZENIE DODATKOWE Skrobia jako substancja zapasowa u roślin Cel doświadczenia: Wykrywanie skrobi w tkankach roślinnych Skrobia jest materiałem zapasowym magazynowanym w fotosyntetycznie aktywnych chloroplastach w ciągu dnia, w nocy ulega rozkładowi (hydrolizie) do maltozy, która jest w cytoplazmie wykorzystana do syntezy sacharozy. Sacharoza jest transportowana do wszystkich części rośliny, które zużywają ją w procesie oddychania, a także do tych, w których na powrót syntetyzowana jest skrobia – organów spichrzowych, nasion. Większość roślin przechowuje zapasy cukrów właśnie w postaci skrobi np. ziemniak, pszenica. Doświadczenie dotyczy akumulacji produktu fotosyntezy, jakim jest skrobia. Przeprowadzane jest na całych liściach, z których wypłukujemy barwniki fotosyntetyczne używając gorącej mieszaniny etanol-aceton, aby umożliwić zabarwienie skrobi. Odbarwiony liść zanurzony w roztworze jodu w jodku potasu barwi się na ciemnogranatowo, jeżeli zawiera skrobię. W liściach etiolowanych (czyli hodowanych w ciemności) procesy fotosyntezy praktycznie nie zachodzą i skrobia nie jest produkowana, a liść nie barwi się na granatowo. Doświadczenie pozwoli wykazać bezpośredni związek fotosyntezy z powstawaniem substancji zapasowych. Do wykonania doświadczenia potrzebne są: • • • • • • • • • • • • 10 ml 70% etanolu lub mieszaniny etanol-aceton 2 ml jodyny woda destylowana (150 ml) liście roślin rosnących na świetle liście roślin etiolowanych (rosnących w ciemności co najmniej kilka dni) ziemniak gorąca łaźnia wodna o temperaturze ok 95oC (w misce) pipetka o pojemności 1 lub 3 ml słoik z zakrętką kubek pęsetka 5 szalek Petriego lub miseczek Przygotowania wstępne www.biocen.edu.pl 1 Na około 4 tygodnie przed przeprowadzeniem doświadczenia wysiej fasolę. Nasiona najlepiej wysadzić do normalnej ziemi ogrodowej. Wcześniej mogą kiełkować na talerzyku z mokrą ligniną przykryte spodeczkiem lub folią aluminiową, aby nie wyschły. Naczynia z nasionami ustawiamy na parapecie. Kiedy fasola wykiełkuje siewki wysadź do doniczek z ziemią. Połowę doniczek z siewkami przenieś do zaciemnionego pomieszczenia (lub np. do szczelnie zamykanej szafki). Trzymane w ciemności (etiolowane) rośliny posłużą jako kontrola negatywna. Pozostałe siewki powinny być hodowane ze swobodnym dostępem światła. Należy pamiętać o podlewaniu roślin co najmniej trzy razy w tygodniu. Można także użyć kupionych krzaczków bazylii – jeden hodować z dostępem do światła, a drugi w ciemności przez minimum tydzień. 2 Bezpośrednio przed doświadczeniem przygotuj roztwór jodyny. Uwaga! Odczynnik plami ubrania. 2 ml jodyny z apteki rozpuść w 100 ml wody destylowanej. Dokładnie wymieszaj. 3 Przed rozpoczęciem doświadczenia przygotuj gorącą łaźnię wodną: do miski nalej gorącej wody. Woda powinna być cały czas gorąca, może okazać się konieczne dolewanie wrzątku w czasie doświadczenia. Zachowaj ostrożność przy gorącej wodzie. 10 Barwniki fotosyntetyczne Podział zadań w klasie Wszystkie próby są robione w tych samych warunkach, z tego samego roztworu jodyny, z liści pochodzących od roślin w zbliżonym wieku. Kontrolą negatywną są liście roślin trzymanych w ciemności (etiolowanych). Pokaz wstępny dla całej klasy Nauczyciel może na wstępie zaprezentować reakcję wykrywania skrobi za pomocą roztworu jodyny. Pozytywną kontrolą dla tej barwnej reakcji jest plasterek ziemniaka zalany na szalce roztworem jodyny. Dla porównania należy przeprowadzić kontrolę negatywną zalewając plasterek ziemniaka czystą wodą. Grupa A – próba właściwa W doświadczeniu używany jest liść zielony, podczas barwienia zalewany roztworem jodyny. Grupa B – próba kontrolna W doświadczeniu używany jest liść etiolowany, podczas barwienia zalewany roztworem jodyny. Grupa C – próba kontrolna W doświadczeniu używany jest liść zielony, podczas barwienia zalewany wodą. Opis doświadczenia 1 Jeden liść umieść w słoiku. Zalej liść cienką warstwą mieszaniny etanol-aceton (ok. 3 ml). 2 Umieść słoik w gorącej łaźni wodnej. Mieszaj zawartość słoika delikatnie nim kołysząc. Uważaj, aby woda nie dostała się do środka słoika. UWAGA: Staraj się nie wdychać oparów ze słoika! Praca powinna być prowadzona pod wyciągiem lub w dobrze wentylowanym pomieszczeniu. 3 W ciągu około 10 minut liść powinny się odbarwić. Odbarwiony liść przenieś delikatnie na szalkę przy pomocy pęsety i przepłucz niewielką ilością wody destylowanej. Wylej dokładnie wodę. 4 Zalej liść 10 ml roztworu jodyny. UWAGA: Grupa C zalewa liść wodą. 5 Po ok. 10 minutach obserwuj zmiany koloru liści. Po zakończeniu doświadczenia zużyty roztwór jodyny można wylać do zlewu. Rys. 1. Rys. 2. Rys. 3. 11 Copyright © : Barwniki fotosyntetyczne Oczekiwane wyniki Wariant Barwiony materiał Odczynnik Wyniki ziemniak woda bez zmiany barwy ziemniak jodyna ciemne zabarwienie A liść zielony jodyna ciemne zabarwienie B liść etiolowany jodyna C liść zielony woda bez zmiany barwy lub lekko niebieskawe zabarwienie bez zmiany barwy W kontroli pozytywnej z plasterkiem ziemniaka obserwujemy bardzo intensywną reakcję barwną świadczącą o tym, że roztwór jodyny zmienia barwę w kontakcie ze skrobią zawartą w ziemniaku. Podobnie intensywna reakcja zachodzi w zielonych liściach. W liściach etiolowanych, w których nie zachodzi fotosynteza zawartość skrobi będzie niewykrywalna lub bardzo niska w porównaniu z liśćmi zielonymi. Podobny efekt zaobserwujemy w liściach, których część powierzchni zasłonimy folią aluminiową. W kontroli negatywnej reakcja barwna nie zachodzi. Pomysły na dodatkowe doświadczenia • Porównanie zawartości skrobi w liściach młodych i starzejących się roślin. • Porównanie zawartości skrobi w liściach trzymanych w ciemności przez różny okres czasu i w liściach trzymanych na świetle. • Porównanie miejsca akumulacji skrobi w dojrzałych oraz starzejących się liściach roślin jedno i dwu liściennych. Rozwiązywanie problemów Etiolowany liść zabarwia się na granatowo: Liść mógł być niedokładnie przysłonięty lub przysłonięty na zbyt krótko, skrobia wyprodukowana wcześniej na świetle nie uległa rozkładowi. Ziemniak lub liść zielony nie zabarwiły się w roztworze jodyny: Roztwór jodyny przygotowany był zbyt wcześnie, stał na świetle lub już wcześniej był używany i uległ rozkładowi. Pamiętaj aby roztwór jodyny przygotować bezpośrednio przed doświadczeniem. Pytania kontrolne • Co jest podstawową substancją zapasową w liściach? • Na czym polega etiolowanie? • Dlaczego w liściach roślin etiolowanych nie ma skrobi? www.biocen.edu.pl 12
