Funk­tio­nelle Pflan­zen­ana­tomie Mikro­sko­pier­technik zu Wasser­haus­halt, Photo­syn­these, Atmung und Gärung

Proseminar

Funktionelle Pflanzenanatomie Mikroskopiertechnik

Wasserhaushalt – Photosynthese - Atmung und Gärung

Inhaltsverzeichnis

Versuche zum Wasserhaushalt der Pflanzen

1.Plasmolyse qualitativ

2.Demonstrationsversuch: Osmometer

3.Bestimmung der aktuellen Saugspannung

4.Zerstörung der Semipermeabilität von Zellmembranen

5.Wasseraufnahme durch die Wurzelhaare

6.Transpiration von Zweigen

7.Beobachtung des Wassertransportes in den Leitbündeln

8.Messung der Wasserbilanz

Versuche zur Photosynthese

9.Herstellung einer Rohchlorophyll-Lösung

10.Chlorophyllfluoreszenz

11.Chromatogramm der Blattpigmente

12.Modellversuch: Umwandlung von Lichtenergie in chemische Energie

13.Nachweis des Assimilationssauerstoffes mit Indigoblau:

14.Photosynthese verbraucht CO2

Versuche zur Atmung und Gärung

15.Temperaturabhängigkeit von Enzymreaktionen am Beispiel der Atmung

16.Manometrischer Nachweis von Atmung und Gärung

17.Modellreaktion:

Versuche zum Wasserhaushalt der Pflanzen

1.     Plasmolyse qualitativ

Zielsetzung und Durchführung:

Zu untersuchen sind, wie im Skriptum beschrieben, zwei vorbehandelte Schnitte der roten Küchenzwiebel (Allium cepa). Anhand dieser Epidermis-Abzupfpräparate können die verschiedenen Plasmolyseformen unter dem Mikroskop beobachtet werden.

Ergebnis:

Man erkennt an dem mit KCl vorbehandelten Epidermispräparat vorwiegend Konvexplasmolysen. An dem mit CaCl₂ behandelten Präparat finden sich überwiegend Konkavplasmolysen. Allerdings ist die Plasmolyse nicht bei allen Zellen gleich fortgeschritten und gleich gut erkennbar.

Diskussion:

·               Die Präparate die mit KCl bearbeitet wurden zeigen generell Konvexplasmolysen. Kalium ist einfach positiv geladen. Darum hat es einen relativ kleinen Hydratationsmantel. Die Vakuolenflüssigkeit bleibt aus diesem Grund flüssig und der Tonoplast löst sich mit runden Auswölbungen vom Plasmalemma.

·               Die Präparate die mit CaCl2 bearbeitet wurden, zeigen hauptsächliche Konkavplasmolysen. Calcium bildet in der Vakuole einen recht großen Hydratationsmantel aus, da es eine stärkere Ladung besitzt als Kalium.

Calcium ist zweifach positiv geladen. Die hydratisierten Calcium-Ionen verdrängen viel Flüssigkeit aus der Vakuole und das Protoplasma wird viskos. Aus diesem Grund löst sich der Tonoplast ruckartig vom Plasmalemma. Es bleiben nur wenige Verbindungsstellen zwischen Tonoplast und Plasmalemma.

Teilweise waren die Plasmolyse-Formen nicht sehr gut zu erkennen. Das liegt an der unterschiedlichen Aufnahme-Geschwindigkeit der Ionen in die Vakuolen der Zellen und der Dauer der Einwirkzeit.

Die Beobachtungen wurden auf Zeichnungen festgehalten.

2.     Demonstrationsversuch: Osmometer

Zielsetzung und Durchführung:

Anhand dieses Versuchs soll die Diffusion durch eine semipermeable Membran, also Osmose, beobachtet werden. Hierfür wurde ein tulpenförmiger Glastrichter, gefüllt mit 70%iger Rohrzuckerlösung, in einem mit Leitungswasser aufgefüllten Bechergefäß gegeben. Der Glastrichter war mit einer Schweinsblase bespannt um die Zuckerrohrlösung nach außen hin abzugrenzen.

Am Glastrichter war ein Steigrohr angebracht, an dem man den Flüssigkeitsstand ablesen kann. Die Durchführung verläuft wie im Skriptum auf Seite 26 angeführt.

.....[Volltext lesen]

Ergebnis:

Am Ende des Versuchs lässt sich eine unterschiedlich intensive Färbung der Lösungen: in den Reagenzgläsern erkennen. Aus diesen Beobachtungen lässt sich die differenzierte Auswirkung der Lösungen auf die Zellmembran der Roten Rübe erschließen.

Diskussion:

Bei den einzelnen Lösungen können folgende Beobachtungen gemacht werden:

·               H2O: hier ist keine intensive Färbung erkennbar, nur eine blass-rosa Tönung des Wassers ist sichtbar. Vielleicht rührt diese Verfärbung allerdings nur davon, dass die Rübenschnitzel vor Beginn des Versuchs nicht ausreichend ausgewaschen wurden. Im Allgemeinen hat Wasser keine schädigende Wirkung auf die Zellmembran.

·               Konzentrierte Kochsalzlösung: auch in dieser Lösung ist nur eine kaum nicht sichtbare Rosafärbung erkennbar. Da NaCl keine Schäden an der Zellmembran herrufen sollte, kann auch hier wieder das nicht gründliche Waschen der Rübenstückchen vor dem Versuch Grund dafür sein, dass trotzdem eine leichte Färbung erkennbar ist.

·               Formalin: hier lässt sich keine Verfärbung der Lösung feststellen. Formalin dient als Fixiermittel und unterbindet die Fluidität der Bio-Membran. Der Farbstoff der Roten Rübe kann darum nicht durch die Vakuolenmembran (Tonoplast) dringen.

·               70% Ethanol: hier ist eine intensive Rotfärbung erkennbar. Zurückzuführen ist diese Reaktion darauf, dass Alkohol fettlösend wirkt und so eine Denaturierung der Membranproteine verursachen kann. Die Zellmembran wird auf diese Weise aufgelöst und der Farbstoff der Roten Rübe wird aus den Zellen gelöst.

Die Semipermeabilität der Membran ist in diesem Fall zerstört.

·               Verdünnte Spülmittel-Lösung: Hier ist eine sehr starke, purpurne Färbung erkennbar. Man kann also daraus schließen, dass durch das chemische Einwirken dieser Lösung die Zellmembran geschädigt wurde. Auch in diesem Fall wirkt die Lösung fettlösend.

Allerdings ist hier das Wirkungsprinzip ein anderes –Detergenz - Fettsäuren lagern sich an die Lipid -Doppelschicht an und stören auf diese Weise die Semipermeabilität der Zellmembran.

·               Kochend heißes Wasser: Beobachtbar ist hier eine auffällige, intensiv-rote Färbung des Wassers. Allerdings ist hier nicht ein chemisches Einwirken dafür verantwortlich, dass die Zellmembran beschädigt wurde (vgl. Ergebnis von Punkt 1), sonder ein physikalischer Prozess.  Durch das Erhitzen werden die Proteine der Membran denaturiert, die Zellen platzen.

Hier ist eine besonders ext.....

·               Ansatz 3: Das starke Welken ist auf das zurück zu führen, dass die Gesamte Wurzelhaarzone im Bereich des Speiseöls liegt, die die Wasseraufnahme verhindert. Die hydrophoben Fettmoleküle des Speiseöls legen sich an die Wurzelhaare und verhindern somit die Aufnahme der Wassermoleküle.

6.     Transpiration von Zweigen

Zielsetzung und Durchführung:

Ziel dieses Versuchs ist es, die Transpiration eines Eibe-Zweiges bei Zimmertemperatur zu beobachten. Hierzu wird ein Eibe-Zweig wie im Skriptum beschrieben in ein Glasrohr eingeführt, welches in einen luftdicht abgeschlossenen Messzylinder mit Wasser mündet. Der Wasserstand wird alle 15 min abgelesen.

Eine Hürde dieses Versuches ist es, die gesamte Versuchsapparatur absolut dicht zu schließen. Ist dies nicht der Fall, wird das Ergebnis verfälscht, da Wasserdampf statt von der Pflanze verbraucht zu werden einfach in den Messzylinder austritt.

Die Beobachtung bei bewegter Luft bzw. bei erhöhter Luftfeuchtigkeit wurde nicht durchgeführt.

Ergebnis:

Leider konnten wir kein Ergebnis erhalten, da unsere Versuchsapparatur im Laufe des Versuches undicht wurde. Der Wasserstand ist von 49ml auf 50ml gestiegen.

Diskussion:

Durch die Transpiration hätte der Wasserstand sinken sollen. Leider konnten wir dies nicht beobachten. Eine mögliche Ursache für das misslungene Ergebnis könnte eine undichte Stelle zwischen dem Glasrohr und des Zweiges sein. Das Wasser sollte im Steigrohr nach oben gezogen werden. Die Pflanze transpiriert oben und von unten wird Wasser nachgezogen, da die Wassermoleküle über die Kohäsionskräfte zusammenhängen.

7.     Beobachtung des Wassertrans.....

Start des Versuchs: 11:40 Uhr

Tabelle 2:

Transpiration pro Stunde: 0,14 / 150 x 60 = 0,056 ml

Diskussion:

Wie erwartet reduzieren sich das Gewicht und der Meniskusstand. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Pflanze Wasser aufnimmt und durch Transpiration wieder abgibt. Unsere Versuchspflanze, der Hibiskus, hat eine durchschnittliche Transpiration von 0,056 ml pro Stunde. Leider konnten wir die Transpiration bezogen auf das Frischegewicht nicht berechnen, da wir zu Beginn des Versuchs vergessen haben die Pflanze abzuwiegen.

Versuche zur Photosynthese

9.     Herstellung einer Rohchlorophyll-Lösung

Zielsetzung und Durchführung:

Die Rohchlorophylllösung wird für weitere Versuche benötigt. Außerdem ist deutlich zu erkennen, wie viel Farbstoff sich in einem Blatt befindet. Durchführung laut Skriptum S. 35.

Ergebnis:

Rohchlorophyll- Lösung die für die Versuche Chlorophyllfloureszenz und Chromatogramm der Blattpigmente verwendet wird.

Unser Versuchsobjekt war die Pelargonie. Die Lösung zeigt eine stark grüne Färbung und wird im Kühlschrank aufbewahrt um die Pigmente vor Licht zu schützen.

10.     Chlorophyllf.....

Ergebnis:

Nach 15 Minuten hat das Laufmittel die Front der Kieselgelfolie erreicht. Danach werden die Substanzen wegen der raschen Verblassung mit Bleistift gekennzeichnet.

Tabelle 3:

R_f = Entfernung Start – Substanzfleck (Mitte) / Entfernung Start – Lösungsmittelfront

R_f = 6,4 / 7,9

R_f = 0,8101

Diskussion:

·               Carotineenthalten im Gegensatz zu den Xanthophyllen kein Sauerstoff-Atom und sind aus diesem Grund die leichtesten Pigmente.

·               Chlorophyll a unterscheidet sich vom Chlorophyll b nur durch eine Methylgruppe an der 7. Position im Pyrrolring. Wegen dem geringeren Gewicht wird das Chloropyll a kurz nach dem Chlorophyll b auf der Kieselgelfolie sichtbar.

·               Chlorophyll bbesteht aus dem Phytolschwanz und dem Porphryrinring mit einer Aldehydgruppe an Position 7. Durch eben dieses Sauerstoffatom ist das Chlorophyll b schwerer als das Chlorophyll a.

·               Xanthophylle enthalten Sauerstoff in Form von Hydroxyl-, Carbonyl-, oder

Die stationäre Phase ist polar, das Laufmittel unpolar. Die Blattfarbstoffe die am wenigsten reagieren laufen mit dem Laufmittel mit und sind unpolarer. Carotin ist demnach am unpolarsten und Neoxanthin am polarsten.

12.     Modellversuch: Umwandlung von Lichtenergie in chemische Energie

Ziel.....

Ein Erlenmeyerkolben mit Elodea canadensis kommt ins Licht und einer ins Dunkle. Bei der Zugabe des Sauerstoffs ist darauf zu achten, dass man nicht zu viel erwischt. Die Durchführung ist im Skript auf Seite 37 genauer beschrieben.

Ergebnis:

Der im Licht gestandene Erlenmeyerkolben färbt sich blau. Die Lösung im Dunklen hat sich nur ganz leicht blau gefärbt.

Diskussion:

Unter Lichteinfluss betreibt Elodea canadensis Photosynthese und scheidet dabei O₂ aus. O₂ oxidiert den Indigofarbstoff von blassgelb zu blau. Im Dunkeln betreibt die Kanadische Wasserpest kaum bzw. keine Photosynthese, somit stellt sich nur ein helles blau bis keine Verfärbung ein.

14.     Photosynthese verbraucht CO2 

Zielsetzung und Durchführung:

In diesem Versuch soll veranschaulicht werden, welche Stoffwechselvorgänge die Pflanze in unterschiedlichen Lichtsituationen betreibt. Nachweisbar sind diese Vorgänge anhand der Produktion bzw. dem Verbrauch von CO₂. Die Durchführung des Versuchs verläuft laut Skriptum. Allerdings wird ein Zweig der Taxus baccata (Eibe) verwendet. Außerdem wird anstatt der BTB-Indikatorlösung Kresolrot als Indikator verwendet.

Dieser färbt sich im sauren Bereich gelb, im Neutralbereich hellrot und im alkalischen Milieu purpur bis violett.

Ergebnis:

·               Ansatz der in intensivem Licht steht: hier färbt sich der Indikator dunkelrot bis violett.

·               Ansatz der in der Dunkelheit steht: in diesem Fall lässt sich eine Gelbfärbung der Indikator- Lösung erkennen.

D.....