Работа 1. Определение дыхательного коэффициента

Цель: определить преобладающие запасные вещества прорастающих семян различных растений по величине дыхательного коэффициента.

 

Объекты, реактивы, оборудование: наклюнувшиеся семена бобовых, масличных культур, злаков; концентрированный раствор КОН или NаОН; стеклянные пробирки с каучуковыми пробками, в которые вставлены капиллярные трубки, изогнутые под прямым углом, полоски фильтровальной и миллиметровой бумаги, резиновые колечки, пинцеты, пипетки с оттянутым носиком, шприцы.

 

Краткие сведения

 

Дыхательным коэффициентом (ДК) называется отношение выделенного при дыхании количества углекислого газа к количеству поглощенного кислорода:

V _СО2

ДК = ^__________

V_О2

Величина ДК в значительной мере зависит от природы окисляемого субстрата, а именно от степени его окисленности. При окислении углеводов она равна единице, что очевидно из уравнения

6СО₂

С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ ® 6СО₂ + 6Н₂О, т. е. ДК = ^_________ = 1 (ДК = 6СО₂/6О₂).

6О₂

Если же вещества окислены меньше углеводов (жиры, жирные кислоты, некоторые белки и аминокислоты), ДК будет меньше единицы. Перечисленные соединения, более восстановленные, эффективнее углеводов и органических кислот в энергетическом отношении.

С₁₇Н₃₅СООН + 26О₂ = 18 СО₂+ 18 Н₂О (ДК = 18 СО₂/26О₂).

Если дыхательным материалом служат вещества более окисленные, чем углеводы, например органические кислоты, то кислорода поглотится меньше, чем выделится углекислого газа, и ДК будет больше единицы.

2С₂Н₂О₄ + О₂ = 4СО₂ + 2 Н₂О (ДК = 4СО₂/О₂).

Величина ДК зависит также от количества кислорода, поступающего к тканям, от состояния организма и фазы его онтогенеза. Величина ДК зависит от вида растения и характера запасных веществ (табл. 1)

 

Таблица 1. – Примерные величины дыхательного коэффициента семян различных растений

Вид растения	ДК
Кукуруза	0,73
Пшеница	0,61
Ячмень	0,74
Подсолнечник	0,55
Горох	0,85
Бобы	0,35
Люпин	0,76
Лен	0,33
Тыква	0,64
Гречиха	0,47
Удобным объектом для определения ДК являются прорастающие семена, содержащие в преобладающем количестве белки, жиры или углеводы. Однако следует иметь в виду, что в процессе прорастания изменяется химическая природа субстратов дыхания и ДК не останется постоянным. Определение ДК в других органах из-за наличия в них разнообразных субстратов дыхания не дает четких результатов. ДК определяется с помощью несложного прибора, состоящего из пробирки с каучуковой пробкой, в которую вставлена изогнутая под прямым углом капиллярная трубка.

Рис. 1. Прибор для определения дыхательного коэффициента

 

Если на трубке нет делений, то к ней с помощью двух резиновых колечек прикрепляют полоску миллиметровой бумаги (см. рисунок 1).

Прибор должен находиться в стабильных температурных условиях.

 

Ход работы

Наполнить пробирку на 2/3 проросшими семенами, плотно закрыть пробкой с измерительной трубкой и поместить в условия с постоянной температурой. Через 10 мин, когда температура в пробирке стабилизируется, в горизонтальную трубку пипеткой с оттянутым носиком ввести каплю воды на расстоянии 1–1,5 см от края трубки. Изменение положения капли зависит от изменения объема газа в пробирке, т.е. от соотношения выделенного СО₂ и поглощенного О₂. Если их количества равны, капля останется на месте, значит, ДК=1. Если СО₂ больше, чем О₂, капля будет двигаться вправо, к концу трубки, т.е. ДК > 1. Если же СО₂ меньше О₂, капля будет двигаться в сторону пробирки ^___ ДК < 1.

Как только капля начнет двигаться, отметить начальное положение мениска и засечь время. Каждые 3 мин отмечать положение мениска и рассчитать среднюю скорость движения капли. Если она смещается к концу трубки, то скорость ее движения А соответствует разнице объема выделенного СО₂ и поглощенного О₂

 

(1)

 

Если капля движется в сторону пробирки, то скорость соответствует разнице:

 

(2)

 

Определив А, открывают пробирку, проветривают ее, удаляют каплю воды из трубки (выдувают с одного конца и впитывают фильтровальной бумагой с другого). После этого полоску фильтровальной бумаги сворачивают в кольцо, равное диаметру пробирки и, держа его пинцетом, смачивают в концентрированном растворе щелочи. Затем вкладывают кольцо в верхнюю часть пробирки так, чтобы оно не касалось семян и пробки. Далее в горизонтальное колено трубки снова вводят каплю воды и определяют среднюю скорость ее движения. Теперь образованный при дыхании семян СО₂ поглощается щелочью и средняя скорость движения капли В будет:

 

(3)

 

 

Преобразуя оба уравнения, находим, что (4).

Отсюда соотношение объемов выделенного СО₂ и поглощенного О₂, выраженное через значение скоростей движения капли, т.е. ДК, равно:

 

(5).

 

Результаты определения следует записать по форме табл. 1.

Таблица 2

Скорость движения капли, мм /мин	В^___ А	ДК
без щелочи (А)	со щелочью (В)
			в среднем				в среднем

 

На основании величины ДК сделать вывод о природе запасных веществ в исследуемых семенах.

Задача. Определить ДК у семян одного из видов:

1) злаков (ячмень, пшеница, рожь);

2) бобовых (бобы, фасоль, горох, люпин);

3) масличных растений (лен, подсолнечник, конопля, горчица);

4) у семян гречихи;

5) у семян кабачков;

Общие результаты записать по образцу табл. 3

Таблица 3

Вид растения	ДК семян	Преобладающие запасные вещества

 

Сделать вывод о зависимости ДК от вида дыхательного субстрата исследуемых семян.