Fotosynteza

Doświadczenie 1

Wyjmij tłok ze strzykawki o poj. 100 ml i do środka włóż niewielką roślinę (np. sadzonkę zielistki) lub kilka liści drzewa. Włóż i dociśnij tłok tak, by zostawić jak najmniej miejsca, ale nie zmiażdżyć rośliny. Nałóż nasadkę redukującą średnicę wylotu strzykawki, a potem załóż na nią wężyk z marketu budowlanego o średnicy 5 mm i długości 40 cm. Ciągnąc tłok, napełnij wężyk do połowy wodą z miski. Zegnij wężyk, tworząc literę U. Przymocuj luźną jego końcówkę do korpusu strzykawki za pomocą recepturki. Tłokiem strzykawki wyreguluj położenie cieczy w otwartym ramieniu U-wężyka tak, aby od wylotu zostało 10 cm powietrza. Markerem zaznacz położenie cieczy. Przygotuj identyczny zestaw, ale bez rośliny. Oba zestawy wystaw w nasłonecznione miejsce i obserwuj.

Wyjaśnienie: Kiedy bada się fotosyntezę, łatwo o błąd. Po oświetleniu zestawów poziom cieczy w obu rurkach zaczyna szybko się podnosić, ale dlatego że gazy nagrzewają się i rozszerzają wraz ze wzrostem temperatury. Tymczasem z równania ogólnego fotosyntezy (6H₂O + 6CO₂ → C₆H₁₂O₆ + 6O₂) wynika, że w miejsce każdej cząsteczki CO₂ wydzielany jest O₂ – objętość gazów nie powinna się zmienić. W dodatku CO₂ jest w powietrzu zaledwie 0,4%! Robert Emmerson borykał się z tym problemem – zaczął wykorzystywać do pomiarów zawiesiny glonów. CO₂ łatwiej rozpuszcza się w wodzie, a jego źródłem mogą być także sole – np. wodorowęglan sodu. Tlen rozpuszcza się w wodzie słabiej, co pozwalało mierzyć jego wydzielanie.

Doświadczenie 2

Do strzykawki o poj. 20 ml włóż roślinę akwariową, np. rogatka. Załóż tłok i napełnij strzykawkę wodą. Ustaw na godzinę wylotem do dołu w bardzo jasnym miejscu. Modyfikując doświadczenie, sprawdź, jak na wydzielanie gazu wpływa natężenie światła lub dodatek szczypty sody oczyszczonej – wodorowęglanu sodu.

Wyjaśnienie: Roślina produkuje tlen – na liściach pojawiają się bąbelki i gromadząc się pod tłokiem, wypierają wodę ze strzykawki. Z podziałki odczytasz, ile mililitrów gazu wydzieliło się w ciągu godziny. Im większe natężenie światła, tym więcej tlenu powstaje. Soda także nasila produkcję tlenu, gdyż wprowadza kolejne porcje dwutlenku węgla.

Doświadczenie 3

W garnku umieść kilka liści czerwonej kapusty, zalej wrzątkiem i odstaw na 5 godz. Weź dwie strzykawki o poj. 100 ml oraz wężyk o długości 30 cm i średnicy 8 mm (dostępny w sklepie z materiałami budowlanymi). Wyjmij tłok z jednej ze strzykawek i wrzuć do środka tabletkę musującą multiwitaminy. Włóż tłok i maksymalnie go dociśnij. Nabierz 100 ml wody i trzymaj strzykawkę nad zlewem tak, by gaz swobodnie wypierał cały płyn ze strzykawki – gdy będzie pusta, odwróć ją wylotem do góry, załóż wężyk, a na drugi jego wylot załóż drugą strzykawkę i pociągnij jej tłok tak, by zassać gaz z pierwszej strzykawki (do ok. 60 ml), ale nie zaciągnąć resztek cieczy. Potem z drugiej strzykawki zdejmij wężyk i zassij ok. 40 ml wywaru z czerwonej kapusty. Zatkaj wylot strzykawki palcem i wstrząsaj energicznie przez 50 s aż do powstania piany. Po 20 ml napowietrzonego gazem wywaru przelej do dwóch pojemników na mocz (A i B). Dodaj 30 ml wody (patrząc od góry, dno ma być dobrze widoczne). W trzecim pojemniku dla porównania zmieszaj 20 ml wywaru i 30 ml wody (C). Oceń kolory cieczy w pojemnikach A, B, C. Do B włóż kilka roślin wodnych ze sklepu akwarystycznego – np. rogatka. Wystaw pojemniki na działanie słońca na 5–7 godz. Ponownie porównaj kolory.

Wyjaśnienie: Tabletki musujące zawierają sole kwasu węglowego i kwas cytrynowy – na sucho ze sobą nie reagują, ale w wodzie następuje reakcja z uwolnieniem CO₂, zbierającego się w pierwszej strzykawce. Można go zassać do drugiej strzykawki. CO₂ może rozpuszczać się w wodzie i z nią reagować, tworząc kwas węglowy – wytrząsany z wywarem z kapusty będzie powodował zakwaszenie i zmianę koloru mieszaniny z fioletowoniebieskiego na fioletoworóżowy. Rośliny wodne mogą pobierać aniony wodorowęglanowe i wykorzystywać je jako źródło CO₂ – ale roztwór B będzie coraz mniej kwaśny i zmieni barwę na zbliżoną do C. Roztwór A także zmieni barwę, ale wolniej, gdyż CO₂ będzie ulatniał się powoli. W cieniu i ciemności oddychanie roślin nasyca roztwór CO₂.

Doświadczenie 4

Pod koniec słonecznego dnia udaj się na dobrze oświetloną przez cały dzień łąkę i znajdź zwrócone blaszką w stronę słońca liście np. koniczyny. Zerwij 3 liście i umieść w pojemniku na mocz napełnionym 50 ml spirytusu. Odbarwiaj co najmniej 10 godz. Wczesnym rankiem zerwij liście koniczny, które jeszcze nie były wystawione na działanie promieni słonecznych, i odbarwiaj w spirytusie w osobnym pojemniku. Odbarwione białe liście przełóż do nowego pojemnika na mocz i zalej 50 ml wody. Odczekaj 20 min i dodaj łyżeczkę jodyny, rozmieszaj. Poczekaj 20 min (opcjonalnie – dodaj więcej jodyny). Porównaj liście zebrane wieczorem i rano.

Wyjaśnienie: W procesie fotosyntezy powstają cukry, magazynowane za dnia w chloroplastach w postaci skrobi. Nocą skrobia jest rozkładana i cukry transportowane są po całej roślinie – karmią komórki. Jod zawarty w jodynie barwi skrobię na granatowo – im jest jej więcej, tym ciemniejszy liść. Po słonecznym dniu liście koniczyny są niemal czarne od skrobi, a tymczasem te zebrane o poranku będą białe lub zabarwione jedynie w miejscach najbardziej oddalonych od ogonka liściowego i tkanek przewodzących. Skrobia nie rozpuszcza się w alkoholu, ale etanol pozwala wypłukać wszystkie barwniki z liści, dzięki czemu stają się one białe i ładniej barwią się jodyną. Barwienie można powtarzać – granatowe liście można odbarwić poprzez zalanie ich wrzątkiem, co uwolni jod.

Doświadczenie 5

Roślinę doniczkową, np. trzykrotkę, zaciemnij na dobę w szafie. W kawałku folii aluminiowej wytnij trójkątny otwór. Kawałkiem folii owiń liść tak, aby trójkąt znalazł się na środku górnej powierzchni liścia, a reszta z obu stron była zakryta folią. Dobrze dociśnij folię do liścia na brzegach trójkąta, ale uważaj, by nie uszkodzić liścia. Wystaw roślinę do światła na cały dzień, a wieczorem odetnij liść i wykonaj test na obecność skrobi jak w doświadczeniu 5.

Wyjaśnienie: Zaciemniona na dobę roślina zdąży „wypompować” z liści cały zapas skrobi. Fotosynteza następuje tam, gdzie dochodzi światło. W efekcie można odbić na liściu wzór, a nawet zdjęcia z negatywu filmu fotograficznego.

***

Uwaga!

Redakcja nie ponosi odpowiedzialności za ewentualne szkody powstałe wskutek doświadczeń.

***

Zestaw przyrządów i materiałów

dwie strzykawki o poj. 100 ml, strzykawka o poj. 20 ml, wężyki Ć 5 i 8 mm, roślina akwariowa, czerwona kapusta, 3 pojemniki na mocz, tabletki musujące, spirytus, jodyna, folia aluminiowa

Niewliczone w cenę: miska, czajnik elektryczny, nożyczki, roślina doniczkowa

Czas przygotowania: 3 godz.+ doba inkubacji

Koszt: 90 zł

***

Wiedza w pigułce

Stężenie chlorofilu nie koreluje wprost z natężeniem fotosyntezy – bardziej zależy ona od natężenia światła. Dodatkowo roślina może produkować więcej tego barwnika przy słabszym oświetleniu. Światło powoduje, że z chlorofilu wybijane są elektrony, służące ostatecznie do chemicznej redukcji CO₂. Tlen powstający z cząsteczek wody jest w fotosyntezie tylko produktem ubocznym – na jego wytworzenie roślina potrzebuje ok. 2700 cząsteczek chlorofilu i… cztery fotony światła. Istnieje także fotosynteza bez produkcji tlenu i wiązania CO₂, którą rośliny uruchamiają np. przy wysokim zapotrzebowaniu na „chemiczną energię” w postaci ATP. A tylko taki wariant występuje u niektórych fotosyntetyzujących bakterii.