Kolorem zielonym oznaczone są doświadczenia łatwe, zwykle możliwe do wykonania przy użyciu dostępnych elementów, nie wymagające specjalnego przygotowania.
Kolorem żółtym oznaczone są eksperymenty średnio trudne, wymagające pewnego przygotowania.
Kolorem czerwonym oznaczone są zagadnienia trudne, wymagające wcześniejszego poznania tematu, często wymagające zachowania szczególnej ostrożności.
• liście moczarki kanadyjskiej, trzymanej przez kilka godzin w ciemności
• woda demineralizowana
Sposób przygotowania preparatu z liści moczarki kanadyjskiej
Procedura
• na środek szkiełka podstawowego nanieś za pomocą pipety Pasteura kroplę wody demineralizowanej
• wykorzystując pęsetę, oderwij jeden młody liść moczarki i rozłóż płasko w kropli wody
• całość przykryj delikatnie szkiełkiem nakrywkowym i obserwuj pod mikroskopem
Obserwacje
Pod mikroskopem można zobaczyć regularne prostokątne struktury, tworzące tkankę liścia. To ściany komórek roślinnych, przypominające ułożone cegły. Wewnątrz każdej z komórek znajdują się liczne spłaszczone zielone kulki, które na samym początku są nieruchome, a po pewnym czasie zaczynają się przemieszczać i krążyć wokół ścian komórkowych.
Wnioski
Zielone struktury widoczne pod mikroskopem to chloroplasty. Znajdują się one we wnętrzu komórek, które są ułożone w liściu moczarki w regularny sposób. Chloroplasty pod wpływem światła zaczynają się przemieszczać. Przy słabym oświetleniu ustawiają się pod ścianami prostopadłymi do kierunku padania promieni słonecznych (pozwala to zwiększyć ilość pochłanianego światła), natomiast pod wpływem silnego światła ustawiają się wzdłuż ścian komórkowych równoległych do padającego światła (co stanowi reakcję obronną przed zbyt intensywnym promieniowaniem). W przypadku moczarki kanadyjskiej za ruch chloroplastów są
Chloroplasty w liściu moczarki widoczne pod mikroskopem
Powiększenie 40x
Powiększenie 400x
odpowiedzialne konkretnie ruchy cytoplazmy i w zależności od kierunku i natężenia światła są one pułapkowane w odpowiednich miejscach komórki.
Chloroplasty to organelle komórkowe odpowiedzialne za przeprowadzanie procesu fotosyntezy. W mikroskopie świetlnym wyglądają one jak zielone spłaszczone kulki i nie można dostrzec ich bardzo skomplikowanej struktury. Są otoczone podwójną błoną białkowo–lipidową, a swój kolor zawdzięczają obecności barwników roślinnych zwanych chlorofilami i karotenoidami. Chlorofile są zintegrowane z błoną płaskich woreczków wypełniających wnętrze chloroplastów, tworząc struktury zwane tylakoidami. Struktury te jednak są widoczne tylko pod mikroskopem elektronowym. Najprościej rzecz ujmując, chloroplasty to elektrownie słoneczne roślin. W błonach tylakoidów są umieszczone specjalne kompleksy białek, które tworzą tzw. łańcuch fotosyntetyczny. Elektrony wybite przez kwanty światła przeskakują po jego kolejnych ogniwach i trafiają na cząsteczkę NADP+ (dinukleotyd nikotynoamidoadeninowy) i powstaje jego zredukowana forma NADPH, która jest następnie wykorzystywana do syntezy cukrów (cykl Calvina). Energia kwantów światła jest również wykorzystywana do oderwania elektronów od cząsteczki wody w tzw. reakcji Hilla, podczas której woda ulega rozpadowi do atomów wodoru i tlenu. Powstały tlen jest wydzielany do atmosfery za pomocą aparatów szparkowych, a wodór jest wykorzystywany jako źródło energii chemicznej do asymilacji dwutlenku węgla, jest bowiem konieczny do powstania NADPH.
Reakcję tę można w łatwy sposób zwizualizować, zastępując NADP+ związkiem, który jest lepszym akceptorem elektronów, czyli DCIP (2,6-dichlorofenoloindofenol); w formie utlenionej jest niebieski, natomiast po zredukowaniu, czyli przyłączeniu elektronu, staje się bezbarwny. Reakcja fotolizy wody (reakcja Hilla) jest zależna od światła, bez niego nie ma możliwości rozkładu wody, o czym przekonasz się, wykonując poniższe doświadczenie.
• wszystkie czynności wykonuj w zaciemnionym pomieszczeniu. Wzrok przyzwyczai się do ciemności po ok. 10 min
• włóż szklane probówki do statywu i załóż rękawice ochronne
• do każdej probówki odpipetuj po 1 ml nocnej hodowli okrzemek
• następnie do pierwszej z nich dodaj 0,5 ml roztworu kwasu i 0,5 ml roztworu wody destylowanej. Obserwuj, co się dzieje
• do drugiej probówki dodaj 0,5 ml roztworu wersenianu sodu. Zaczekaj minutę i dodaj 0,5 ml roztworu kwasu. Sprawdź, co dzieje się w probówce
Obserwacje
Po dodaniu do pierwszej probówki kwasu solnego i wody demineralizowanej pojawiają się mocne rozbłyski światła. Utrzymują się one przez dłuższy czas, stopniowo słabnąc, aż do całkowitego zaniku. Natomiast w drugiej probówce po dodaniu do hodowli okrzemek roztworu wersenianu sodu nie obserwujemy emisji światła, nawet jeżeli po minucie dodamy do niej roztwór kwasu solnego.
Probówki z bioluminescencyjnymi okrzemkami w świetle dziennym (po lewej) i ciemności (po prawej) podczas eksperymentu
Kwas solny aktywizuje okrzemki do świecenia – bez konieczności ich mechanicznej stymulacji, co możemy zaobserwować w pierwszej probówce. Po dodaniu do drugiej probówki roztworu wersenianu sodu, który wiąże jony metali, okrzemki nie emitują światła nawet po dodaniu kwasu solnego. Wersenian sodu wiąże bowiem jony wapnia znajdujące się w roztworze, a ich obecność jest niezbędna do bioluminescencji okrzemek.
Czy wiesz, że…
Cząsteczka hemu z hemoglobiny, chlorofil i lucyferyna z okrzemek mają bardzo podobną budowę chemiczną opartą na obecności pierścienia porfirynowego, jednak wykazują zupełnie inne właściwości. Prekursorem hemu jest porfiryna IX, która podobnie jak chlorofil wykazuje zdolność do fluorescencji pod wpływem promieniowania ultrafioletowego. Można ją znaleźć w dużych ilościach w skorupkach jaj (patrz: Laboratorium w szufladzie; Chemia). W przypadku pierścienia hemu w jego wnętrzu jest centralnie umieszczony atom żelaza na drugim stopniu utlenienia (Fe2+), dlatego hemoglobina ma kolor czerwony. W przypadku chlorofilu wewnątrz pierścienia znajduje się atom magnezu (Mg2+), dlatego ma kolor zielony. Dodatkowo do
Wnioski
DŻDŻOWNICE W SŁOIKU
Dżdżownice
Sprzęt
• słoik o pojemności 1 litra
• spryskiwacz do kwiatów
Procedura
Materiały
• folia aluminiowa
• ziemia ogrodowa
• piasek
• woda demineralizowana
• opakowanie dżdżownic ze sklepu wędkarskiego
• nasyp na dno słoika ok. 2 cm piasku i delikatnie ubij
• piasek pokryj 2 cm warstwą ziemi ogrodowej i delikatnie ubij
• każdą warstwę zraszaj odrobiną wody demineralizowanej, wykorzystując spryskiwacz do kwiatów
• czynności te powtarzaj, aż do całkowitego wypełnienia słoika
• następnie wpuść do słoika 4–5 dżdżownic (poczekaj aż zakopią się w ziemi)
• delikatnie zakręć słoik i owiń go folią aluminiową
• odstaw całość na 2 tygodnie
• po tym czasie odwiń folię ze słoika i zabacz, co się stało
Obserwacje
Po zdjęciu foli aluminiowej ze słoika wyraźnie widać, że warstwy piasku i ziemi uległy przemieszaniu w całej objętości. W niektórych miejscach widać również wąskie korytarze.
Wnioski
Działalność dżdżownic doprowadziła do wymieszania się warstw piasku i ziemi ogrodowej. Organizmy te żyją w glebie i nieustannie drążą w niej korytarze, odżywiają się bowiem resztkami organicz-
nymi. Przyczyniają się do spulchniania gleby, rozkładu znajdujących się w niej resztek organicznych, jak również jej użyźnienia – wydalają niezwykle cenny nawóz, zwany biohumusem.
Rośliny czerpią z gleby wodę i sole mineralne w niej rozpuszczone, które następnie wykorzystują do budowy swoich tkanek. Energię do tych procesów czerpią, przeprowadzając fotosyntezę. Powszechnie wiadomo, że nie wszystkie typy gleby nadają się do uprawy roślin. Jednym z kluczowych składników gleby jest azot (N). Bez niego gleba jest niezdatna do życia dla roślin. To pierwiastek z grupy tzw. makroelementów. Azot jest głównym składnikiem atmosfery ziemskiej – stanowi 78% jej objętości. Jednak – jak na ironię – rośliny nie potrafią korzystać z azotu w formie gazowej. Tę zdolność opanowały natomiast niektóre szczepy bakterii z rodzaju Rhizobium, Bradyrhizobium, Azorhizobium, Sinorhizobium i Mesorhizobium.
Potrafią wiązać one azot atmosferyczny i przekształcać w formy, które są łatwo przyswajalne przez rośliny. Dlatego rośliny bobowate (dawniej motylkowate), takie jak fasola, groch, koniczyna, lucerna itp., przez miliony lat ewolucji zawiązały specyficzną spółkę z tymi bakteriami.
