Informace

10: Modul 7: Fotosyntéza - biologie


10: Modul 7: Fotosyntéza

LAB7B Zkoumání fotosyntézy a rostlinných pigmentů

Kontroly v experimentu byly: teplota vody a časové intervaly odečtu.

Proměnné byly: Koncentrace jedlé sody, Světlo, tma.

  1. Porovnejte testovací skupiny testu Leaf Disk Assay. Která léčba (stříkačka) měla po 35 minutách nejvíce plovoucích listů?

Stříkačky C a D s 0,12% roztokem jedlé sody měly nejvíce plovoucích listových disků po 35 minutách.

Stříkačky A a B s 0,24% jedlou sodou ve světle i ve tmě neměly žádné plovoucí disky.

Disk s plovoucím listem slouží jako měřítko fotosyntetické aktivity, protože se vytváří kyslík, který způsobuje, že se listy listů vznášejí v různých časech. Hydrogenuhličitan sodný poskytuje oxid uhličitý, který způsobuje pokles listů. Díky fotosyntéze se vytváří kyslík, který způsobuje zvedání listu.

Ale dochází také k buněčnému dýchání, které spotřebovává kyslík. Listy rostou v různých časech, což je indikátor fotosyntézy.

Listy také stoupají ve světle, když probíhá fotosyntéza, a klesají ve tmě, když žádná fotosyntéza.

Ano, světlo ovlivňuje fotosyntézu, listy, které jich plavaly více, plavaly ve světle a klesaly ve tmě.

Jedlá soda poskytuje oxid uhličitý, který způsobuje, že listy klesají. Ve vyšší koncentraci jedlé sody 0,24% NEPLATILY listy vůbec.

Oxid uhličitý nahradil kyslík, který je nezbytný pro fotosyntézu.


Úvod

Přesné zastoupení fotosyntetické kapacity je zásadní pro modelování reakce pozemských ekosystémů na změnu prostředí 1,2. Modely systému Země používají k simulaci reakcí C biochemický model 3 FvCB3 fotosyntéza do prostředí. Modelovaná okamžitá rychlost asimilace uhlíku je omezena buď PROTIcmax (μmol m –2 s –1), maximální rychlost karboxylace, příp J., rychlost přenosu elektronu závislá na světle, která je při vysokém světle směrem k asymptotická J.max (μmol m –2 s –1). Obě rychlosti asimilace závisí na teplotě a na mezibuněčném parciálním tlaku CO2 (C).

Aplikace modelu 3 FvCB vyžaduje znalost tří „rostlinně určených“ množství: PROTIcmax, J.max a poměr C na okolní parciální tlak CO2 (CA). Tento poměr, zde nazývaný χ, je regulován průduchy. J.max a PROTIcmax jsou úzce koordinovány 4,5. Více údajů je k dispozici na PROTIcmax protože to lze odvodit z rychlosti nasycené světlem fotosyntézy, která se běžně měří v poli 6. Globální modely se musí potýkat s velkou pozorovanou variací (v čase a prostoru a uvnitř a mezi druhy) PROTIcmax. Datové analýzy zkoumaly jeho vztah k listovým živinám 7,8,9 a environmentálním proměnným 10,11. Až do nedávné doby však většině modelů byly přiřazeny konstantní hodnoty PROTIcmax při standardní teplotě (běžně 25 ° C: tedy PROTIcmax25) pro každý z malého počtu rostlinných funkčních typů (PFT) a umožnil teplotně závislým hodnotám sledovat standardní (okamžité) rovnice kinetiky enzymů. Modely musí také reprezentovat závislosti na typu zařízení a na životním prostředí χ (viz 12). Většina modelů přiřazuje konstantní hodnoty PFT parametrů v jednom ze dvou široce používaných modelů pro reakci stomatální vodivosti na deficit tlaku par (D). Tato zjednodušení však nejsou nejlepší možná. PROTIcmax25 a χ obvykle se liší alespoň tak uvnitř, jako mezi PFT, zatímco χ předpovídal (a pozoroval) vztahy k teplotě růstu (TG) a do nadmořské výšky (z) prostřednictvím svého vlivu na atmosférický tlak, které jsou u standardních modelů 10 opomíjeny.

Jedna část nedávného výzkumu se proto zaměřila na hledání univerzální reakce na životní prostředí, použitelné pro všechny (C.3) rostliny. V nedávné snaze odvodit obecné principy predikce vlastností rostlin a produktivity byly uplatněny hypotézy ekologicko-evoluční optimality 12,13,14,15 10,11,16,17,18. Hypotéza nejlevnějších nákladů 12,19 navrhuje, aby investice do transpirační kapacity (udržování cesty vodní dopravy) a PROTIcmax jsou vyvážené tak, aby bylo dosaženo fotosyntézy s nejnižšími celkovými náklady na udržovací dýchání listů a stonků. V tomto rámci χ kolísá v omezeném rozsahu, což je v souladu s přísnou regulací rovnováhy mezi ztrátou vody a ziskem uhlíku 12. Hypotéza to předpovídá χ by měl klesat s rostoucím D, klesající TG a rostoucí z. Každá z těchto předpovědí je kvantitativně podporována globálními kompilacemi χ hodnoty odvozené ze stabilních měření izotopů uhlíku v listech 10,20,21 a dřevě 22. Koordinační hypotéza poskytuje rámec pro předpověď PROTIcmax z fyzikálních proměnných prostředí: ozáření (hustota toku fotosyntetických fotonů, PPFD) a teplota a CO2 (viz 23). „Silná forma“ 24 této hypotézy uvádí, že karboxylace a transport elektronů jsou za typických podmínek denního růstu společně omezující, takže ani jeden není v přebytku. PROTIcmax25 je pozorováno, že se zvyšuje s PPFD, D a z (odkazy 10,11,21) a odmítnout pomocí TG (viz 24,25). Koordinační hypotéza předpovídá všechna tato pozorování. Pokles s TG se předpovídá, protože k podpoře fotosyntézy v teplejších prostředích je zapotřebí méně Rubisca (klíčového karboxylačního enzymu) 24. Zvyšuje se s D a z jsou předpovídány, protože k podpoře dané rychlosti asimilace uhlíku na nižší úrovni je zapotřebí větší fotosyntetická kapacita χ (viz 26).

Pozitivní vztahy mezi fotosyntetickými kapacitami a listem N (N.plocha) 27,28 a list P (Pplocha) 29,30,31,32 jsou také široce pozorovány. Velká část N je investována do Rubisco 33,34,35,36. List P je vyžadován mimo jiné pro buněčné membrány, syntézu nukleových kyselin a pro produkci ATP a NADPH 9,37. Prediktivní síla vztahů k N.plocha nebo Pplocha je často slabá 11,38,39,40, nicméně nedávné studie 8,9 navrhly rámec, ve kterém PROTIcmax25 je omezena nižší ze dvou funkcí, z nichž jedna souvisí s N.plocha a druhý do Pplocha. Úroveň živin v listech zase může, ale nemusí odrážet jejich dostupnost v půdě. N.plocha může souviset s pH půdy (nebo plodností), ale nesouvisí jednoznačně s dostupností půdy N 14, while Pplocha souvisí jak s úrodností půdy, tak s celkovou půdou P 14,41.

Existují tedy dvě protichůdná paradigmata, která vysvětlují celosvětové rozdíly ve fotosyntetické kapacitě. Jeden zdůrazňuje jeho předvídatelnost z klimatu, založenou na principech optimality. Druhý zdůrazňuje jeho předvídatelnost z listových živin. Tento druhý přístup byl rozšířen tak, aby zahrnoval předpoklad, že listové živiny odrážejí dostupnost živin v půdě - i když to není všeobecně pravda 42.

Abychom tento rozpor vyřešili, shromáždili jsme velkou globální datovou sadu PROTIcmax25, N.plocha a Pplocha data z více druhů a lokalit. Měření půdy in situ (pH, poměr C: N a celkový P) byla k dispozici v podskupině lokalit. Spíše než celkový půdní N, který se týká hlavně organického obsahu půdy, jsme použili půdu C: N jako inverzní měřítko dostupnosti N 43. Předpokládali jsme to

Fotosyntetická kapacita podléhá kontrole prvního řádu podle klimatu, jak předpovídají hypotézy koordinace a nejlevnějších nákladů. PROTIcmax25 roste úměrně s PPFD a zvyšuje se směrem k chladnějšímu a suššímu prostředí, v důsledku čehož jsou zapotřebí větší biochemické investice χ je nízký.

V podmínkách nízké dostupnosti živin (N a/nebo P) je fotosyntetická kapacita ve srovnání s predikcemi založenými na klimatu snížena.


Stáhněte si a vytiskněte tento článek pro své osobní vědecké, výzkumné a vzdělávací účely.

Kupte si jediné vydání Věda za pouhých 15 USD.

Věda

Vol 332, číslo 6031
13. května 2011

Nástroje článku

Chcete -li přidat upozornění na tento článek, přihlaste se.

Robert E. Blankenship, David M. Tiede, James Barber, Gary W. Brudvig, Graham Fleming, Maria Ghirardi, MR Gunner, Wolfgang Junge, David M. Kramer, Anastasios Melis, Thomas A. Moore, Christopher C. Moser, Daniel G. Nocera, Arthur J. Nozik, Donald R. Ort, William W. Parson, Roger C. Prince, Richard T. Sayre

Věda 13. května 2011: 805-809


Diskuse

Analýza vyvíjejícího se obilného listu byla účinným přístupem k odhalení raných událostí v buněčné a organelové diferenciaci [10,11,12,13, 55]. Naše studie vygenerovala první podrobnou mapu genové exprese k dnešnímu dni vyvíjejícího se listu pšenice, jedné ze tří nejdůležitějších plodin na světě. Rovněž vytvořil soubor dat (1) bezprecedentního rozlišení ve srovnání s předchozími analýzami genové exprese jednoděložných listů a (2) jedinečným obsahem díky kombinované transkriptomické a kvantitativní buněčné analýze. Tento přístup nám umožnil pozorovat od nejranějších fází diferenciace mezofylových buněk až do plně zralých fází jako kontinuum. Současně jsme charakterizovali vývoj chloroplastového kompartmentu od proplastidů v meristematických buňkách až po plně vyvinuté chloroplasty. Zachycení raných fází vývoje listů bylo nástrojem k odhalení složitosti plastidové fáze před ozeleněním a k odlišení od následné, snáze pozorovatelné druhé fáze diferenciace zeleného chloroplastu.

Zatímco dříve byl předložen pojem dvou odlišných fází vývoje chloroplastů [56], toto odkazovalo na ekologizaci jednobuněčné kultury Arabidopsis po přenosu na světlo, což vedlo ke dvěma vlnám fotosyntetické genové exprese. Dvě fáze identifikované v naší vývojové studii listů jsou jasně odlišné, zahrnující ranou fázi rozmnožování a usazování plastidů před druhým stupněm tvorby chloroplastů, který zahrnuje geny související s fotosyntézou. Velmi nedávná a elegantní strukturální a biochemická analýza ekologizujících chloroplastů kotyledonů Arabidopsis ve světle také pozorovala dvě odlišné fáze [57]. Jednalo se však o fázi plastidového „vytváření struktury“, po níž následovalo ozelenění chloroplastů, během kterého došlo také k hlavní proliferaci organel. Ekologizace dříve tmavě pěstovaných, etioplastem naplněných, ale neexpandovaných kotyledonových buněk zahrnuje poněkud odlišnou sekvenci procesů, než které zde pozorujeme, přičemž procesy, které jsme pozorovali u vyvíjejícího se pšeničného listu, jsou pravděpodobně reprezentativnější pro většinu fotosyntetické diferenciace v přírodě. Na základě podpisů genové exprese byly prvky první fáze vývoje plastidů pozorovány studiem po sobě jdoucích vynořujících se listů v plastochronovém stadiu 4 velmi mladých rostlin rýže [58]. Naše data ukazují velmi raný výskyt proliferace plastidů na začátku plastidové fáze a dále ukazují, že vybudování translačního zařízení chloroplastů překlenuje plastidová a chloroplastová stádia. Klíčovým významem naší studie je komplexní identifikace procesů přispívajících k budování chloroplastového kompartmentu, aby se usnadnilo jejich propojení se známými-a umožnilo se hledat nové-regulátory.

Události v buněčné a organelární historii života

Vzhledem k publikovaným údajům a našim analýzám, z nichž některé je zařazují do globálního vývojového kontextu listů s vysokým rozlišením a některé poskytují zcela nový pohled, je možné vyprávět o historii buněčného života, která odpovídá událostem zahrnujícím šíření, diferenciace a vývoj chloroplastů (obr. 7). V meristematických buňkách rekrutovaných do listových primordií na vrcholu výhonků jsou buněčné zdroje investovány převážně do transkripční regulace, buněčné proliferace a syntézy proteinů za účelem růstu cytoplazmy. Buněčný cyklus je v těchto buňkách nejaktivnější a funguje v podstatě nejrychlejší možnou rychlostí. Jakmile jsou součástí prodlouženého prvního listu, pokračují velké investice do transkripčních kontrolních procesů a syntézy proteinů, protože rozsáhlé analýzy byly pozorovány u kukuřice a rýže [10, 11, 13], zatímco proliferace těchto progenitorových buněk, dříve kvantifikovaná u pšenice a ječmene [ 5, 6, 14] postupně ustává do 24 hodin, v prvních 10 mm na základně listu. Během tohoto období proběhne v průměru pouze jedno až dvě kola buněčného cyklu. V těchto meristematických buňkách jsou přítomny velmi malé proplastidy, které se mimořádně rychle množí a v souladu s předchozími pozorováními se kopie plastidiálního genomu [14] i ribozomy [5, 11] akumulují na detekovatelné úrovně.

Shrnutí procesu, který je základem buněčné a plastidové nebo chloroplastové diferenciace. Shrnutí elementárních biologických procesů zapojených do biogeneze buněk (nahoře) a plastidů/chloroplastů (uprostřed), zobrazené na stupnicích představujících fyzickou polohu podél listu, vypočítaný věk buněk a strategii odběru vzorků použitou v této studii. Tloušťka pruhu přibližně představuje naměřenou velikost procesu nebo průměrnou úroveň exprese zúčastněných genů. Spodní panel představuje oblast předpokládaného působení známých kandidátských transkripčních regulátorů (s jedním negativním regulátorem odlišeným šedým rámečkem) a zdůrazňuje jejich nepřítomnost v počáteční fázi

Přechod od buněčného cyklu k buněčné expanzi a růstu plastidů lze popsat jako přechod od proliferace k buněčné diferenciaci (obr. 7). Pozoruhodně se shoduje se ztrátou fosforylace negativního regulátoru buněčného cyklu RBR. Jak buňky opouštějí buněčný cyklus přibližně po 1 dni (stále mezi 5 a 10 mm), expanze buněk a první fáze růstu organel - „plastidová“ fáze - nabývají na významu. Plastidy se nadále velmi rychle množí. Například mezi vzorky 2 a 3, jejichž rozdíl ve středním věku buněk se odhaduje na 8 hodin, proběhla dvě kola dělení organel (počet plastidů vynásobený čtyřmi). To připomíná skutečnost, že plastidové dělení sdílí mnoho vlastností s dělením sinic, mnohem kratšího trvání než dělení eukaryotických buněk. V této fázi plastidy replikují svou DNA [5, 6] a také rychle rostou v individuální velikosti, pravděpodobně importem cytoplazmaticky translatovaných proteinů pro pre-fotosyntetické funkce [11]. Translokonové geny plastidových proteinů v této době skutečně vrcholí v expresi, i když jejich produkty budou i nadále hrát zásadní roli později. V současné době jsou vyjádřeny nukleárně kódované regulátory vývoje chloroplastů RCB [39] a GNC [45], avšak výpočetní síťová analýza poukázala také na ranou roli homologu GLK. Transkripce v plastidech, především složek genetického aparátu, jak je pozorována u ječmene a kukuřice [7, 9], nejprve provádí nukleárně kódovaný RPOTp-jakákoli sestavená plastidem kódovaná polymeráza, která čeká na následné začlenění svých raných sigma faktorů-v doba, kdy se také rychle budují jejich ribozomální RNA.

Po 20 mm, mezi 1 a 1,5 dnem, kdy je ukončení buněčného cyklu a přechod k diferenciaci dokončen (obr. 7), buňky již dosáhly téměř 50% své konečné velikosti, vrchol v počtu plastidů signalizuje konec jejich dělení, ale fáze „budování plastidů“ pokračuje v nezmenšené míře. Jednotlivé plastidy tvoří méně než 20% jejich konečné velikosti a ekologizují se pouze na 10% své konečné hodnoty. Jak se buňky zvětšují a přestavují své buněčné stěny, kopie plastidového genomu a plastidových ribozomů se nadále rychle hromadí, což je v souladu s pozorováním kukuřice, které ukazuje, že translace chloroplastů se stává podstatnější složkou celkové buněčné translační kapacity [9]. Přesto se růst plastidů zpomaluje. Nukleární regulační funkce byla výpočetně předpovězena pro HEMERA související se světelnou signalizací [43] a HY5 [42], zatímco působení jednoho homologu exprimovaného PIF3 by zde mohlo působit, aby se zabránilo předčasnému zahájení ekologizace [52, 53], pokud není vystaveno plnému světlu . Údaje o expresi naznačují, že primární role v plastidové transkripci RPOTp kódovaného v jádru je postupně nahrazována plastidem kódovanou polymerázou pod kontrolou časných sigma faktorů. Zde obě plastidové RNA polymerázy působí současně, i když primární roli hraje plastidem kódovaná polymeráza, jak potvrzují pozorování ječmene [38]. To je pravděpodobně bod nejvyšší celkové plastidové transkripční kapacity [6, 9], přičemž transkripty komponent genetického aparátu jsou dále přednostně překládány [9].

Jak buňky dosahují mezi 30 a 35 mm, méně než 2 dny poté, co se staly součástí vyvíjejícího se listu (obr. 7), plastidová DNA a ribozomy dosáhly více než 50% své maximální hodnoty, ale růst plastidů se stává minimálním. Tím je konec růstové fáze plastidů. Počet plastidů na buňku v tomto bodě ukazuje postupný, malý, ale konzistentní pokles, který v současné době nedokážeme vysvětlit. To lze považovat za přechodovou fázi, charakterizovanou přechodnými faktory sigma a předcházející převážné části ekologizace, jak je patrné z globálních analýz kukuřice a rýže [10, 11, 13]. Je zajímavé, že ztráta homologů Arabidopsis pouze meziproduktových faktorů sigma pšenice, SIG2_2 a SIG6, vrcholí na začátku stadia chloroplastu, vede ke snížení ekologizace u Arabidopsis [59], zatímco ztrátu dalších faktorů sigma lze kompenzovat. Je také zajímavé, že toto je fáze vrcholné exprese ubikvitin ligázy SP1 vázané na plastidovou obálku, která přetváří translokonové komplexy vnějšího obalu, HY5 a GUN1, zapojených do hlášení stavu plastidů jádru.

Po transformaci se během následujících 2 dnů zdá, že většina buněčné aktivity je zaměřena na vývoj fotosyntetického aparátu, fáze „vytváření chloroplastů“ [10,11,12,13]. V této době dochází ke třem čtvrtinám růstu chloroplastů a 85% celkové ekologizace. Transkripce chloroplastů je spojena s expresí faktorů pozdní sigma a produkuje [7, 9] a přednostně překládá fotosyntetické transkripty [9], jak bylo pozorováno analýzou ječmene a kukuřice. Je pozoruhodné, že takové pozdní sigma faktory jsou ty, které reagují na modré světlo (SIG5) nebo redoxní signály (SIG1) modulující složení fotosyntetického chloroplastu v reakci na prostředí [60]. Současně se také rychle akumulují transkripty tylakoidových a fotosyntetických komponent jaderně kódovaných genů, jejichž exprese se shoduje s expresí transkripčních faktorů GLK [41, 61].

Abychom podpořili nebo vyloučili odlišná stadia biogeneze chloroplastů, zkoumali jsme hladiny proteinů, které lze spojit s „nárůstem plastidů“ (proliferace, vytvoření genetického aparátu, vytvoření kapacity importu bílkovin) a „stavbou chloroplastů“ fáze “(fotosyntetický vývoj). Ze šesti vybraných proteinů pět vykazovalo profily, které se úzce shodovaly s profily jejich transkriptů, a jeden byl nadále přítomen a pravděpodobně aktivní při importu proteinů, protože došlo k ozelenění, přestože jeho hladiny transkriptů poklesly. Celkově byly profily proteinů v souladu s vývojovými fázemi organel na základě profilů akumulace transkriptu. To není překvapivé, vzhledem k tomu, že dříve byly pozorovány dobré korelace mezi transkriptem a „váženými“ profily proteinů pro vývojové nebo fotosyntetické funkce [62, 63].

Regulační geny vývoje organel

Po vytvoření odlišných fází a základních procesů přispívajících k tvorbě chloroplastů jsme se rozhodli propojit je s regulátory. Nedávno byla pomocí algoritmu GENIE3 [54] vytvořena velmi velká genová regulační síť na základě transkripčních profilů 800 vzorků z pšenice [17]. Zkoumali jsme podsíť, která obsahovala pouze proteiny cílené na plastidy, ale nepozorovali jsme podstatné vazby s našimi vybranými regulačními geny, pro které existují předchozí důkazy o funkcích vývoje plastidů. To zdůrazňuje omezenou vhodnost stávajících údajů o profilu genové exprese (z velké části zaměřených na dospělé orgány nebo na optimální nebo stresové podmínky) pro propojení našich kohort genů s jejich regulátory. Identifikace transkripčních faktorů schopných působit jako „hlavní přepínače“ vývoje chloroplastů [8, 64] by představovala dosažení dalekosáhlých důsledků a je jedním z našich konečných experimentálních cílů. Profily výrazů, jako jsou ty, které jsme zde vytvořili a které představují časovou osu kombinované buněčné historie, mohou představovat lepší přístup při hledání regulátorů. Naše výsledky zajímavě naznačily podstatné potenciální role transkripčních regulátorů, které byly dříve identifikovány jejich zapojením do světelné signalizace, RCB a HEMERA, kromě GLK, plus negativní role pro PIF3, v rozvíjející se listové oblasti, ve které expozice světla, a to i pod souvislé světlo, mohlo být omezené. Zdůraznili také naše řídké znalosti zejména o kontrolních mechanismech raného vývoje plastidů. Kromě výše uvedených faktorů byl CIA2 [47] identifikován díky své roli v expresi proteinových importních genů a dále bylo zjištěno, že aktivuje ribozomální složky. Ze dvou homologů CIA2 v pšenici jeden vykazoval časnou expresi shodující se s nástupem fáze růstu plastidů, přestože výpočetní přístupy v této fázi předpovídaly konektivitu k velmi malému počtu genů pro proteiny cílené na plastidy. Algoritmus předpovídal konektivitu jednoho GLK1 k více genům, ale v této fázi slabé síly. A cia2 Mutant Arabidopsis vykazuje pouze mírný fenotyp, což naznačuje, že hlavní regulátory zahajující vývoj chloroplastů spuštěním tvorby plastidů téměř jistě čekají na identifikaci.

V globálním kontextu kombinace stagnujícího zvyšování výnosů, rostoucí populace, měnících se diet, rostoucího environmentálního stresu souvisejícího se změnou klimatu a potřeby omezit dopady zemědělských vstupů na životní prostředí, to vše dohromady vytváří dokonalou bouři pro budoucí dodávky potravin pro lidi [65] . Argumentovalo se, že zlepšení fotosyntetického výtěžku, a to i syntetickými prostředky, je jednou z mála zbývajících strategií pro řešení této obrovské výzvy [66]. Pochopení vývoje fotosyntetického aparátu nejenže odhalí základní biologický proces, ale je také důležité se s takovou výzvou vypořádat. Data, která zde uvádíme, by mohla pomoci urychlit dosažení tohoto cíle.


Pro fotosyntézu je nutné manuální světlo pro vědeckou laboratoř třídy NCERT třídy 10

Světlo je nezbytné pro úvod do experimentu s fotosyntézou třídy 10

  • Fotosyntéza je proces, při kterém rostliny připravují potravu. Během této reakce se oxid uhličitý a voda v přítomnosti světelné energie přeměňují chlorofylem na glukózu.

  • Fotosyntéza probíhá v listových buňkách. Ty obsahují chloroplasty, což jsou drobné předměty obsahující chlorofyl.
  • Rostliny absorbují vodu svými kořeny a oxid uhličitý listy. Vyrábí jídlo ve formě glukózy. Glukóza se dále přeměňuje na škrob. Kyslík je vedlejším produktem uvolňovaným během fotosyntézy.
  • Během fotosyntézy dochází k následujícím událostem:
    a) Světlo je absorbováno chlorofylovými pigmenty přítomnými v listu.
    b) Světelná energie se přeměňuje na chemickou energii a štěpí vodu na molekuly vodíku a kyslíku.
    c) Oxid uhličitý se redukuje na sacharidy.
  • Výše uvedený krok nemusí u některých rostlin probíhat současně. Například pouštní rostlina pohlcuje CO2 v noci a připravte meziprodukt, na který během dne působí chlorofyl.
  • Destarching: Když je rostlina držena ve tmě asi čtyřicet osm hodin, všechny uhlohydráty vyrobené a uložené rostlinami se používají k poskytování energie rostlinám. Tento proces se nazývá destarching.
  • Vaření listu v alkoholu: List, který má být testován na přítomnost škrobu, se vaří v lihu, aby se odstranil pigmentový chlorofyl, jinak bude interferovat se škrobovým testem. Alkohol se nezahřívá přímo nad plamenem, protože se rychle odpaří, aniž by byl v kontaktu s listy. Proto je důležité zkumavku obsahující alkohol a listy zahřát ve vodní lázni.
  • Škrobový test: Po přidání jodového roztoku do škrobu vytvoří komplex škrob-jod, který má modročernou barvu. Když se částečně zakrytý list ošetří roztokem jodu, zakrytá část se po přidání jodového roztoku nezmění na modro-černou, zatímco nezakrytá část, která dostala světlo, se díky syntéze škrobu v nich změní na modro-černou.

NCERT Class 10 Science Lab Manual Experiment 2

Cíl
Experimentálně ukázat, že světlo je pro fotosyntézu nezbytné.
Teorie

  • Rostliny si připravují potravu procesem zvaným fotosyntéza. K výrobě potravin potřebují rostliny CO2 voda, chlorofyl a světlo/sluneční světlo. Při absenci kterékoli z těchto rostlin si nelze připravit jídlo.
  • Rostliny si mohou připravit jídlo v modrém světle.
  • Rychlost fotosyntézy závisí na všech třech faktorech, tj. - světle, teplotě, dostupnosti složek, tj. - CO2 a H.20.
  • Pokud se zvýší intenzita světla, zvýší se i rychlost fotosyntézy.
  • Když světlo dopadá na rostliny, vykazují světelnou reakci. Při této světelné reakci prochází voda v listech fotolýzou
    tj. - voda se díky fotonům světla rozštěpí a vytvoří kyslík a vodík. Plynný kyslík se uvolňuje do atmosféry, ale vodík si rostlina uchovává. Právě tento vodík se kombinuje s CO2 za vzniku sacharidů (redukční reakce). Fotosyntéza je tedy oxidačně-redukční reakcí.
  • Fotosyntetická reakce:

Požadovaný materiál
Zdravá rostlina v květináči, kádinka, pár kleští, stojan na stativ, drátěná gáza, bunsenový hořák, černý papír, kancelářské sponky, roztok jodu, alkohol, vodní lázeň atd.
Postup I

  1. Vezměte zdravou rostlinu v květináči a nechte ji 48 hodin v temné místnosti, aby se veškerý škrob spotřeboval.
  2. Nyní pokryjte jeden list rostliny černým papírem pomocí kancelářské sponky.
  3. Udržujte tuto rostlinu na slunci asi šest hodin.
  4. Odtrhněte z rostliny dva listy, jeden zakrytý a druhý odkrytý.
  5. Listy ponořte na několik minut do vroucí vody.
  6. Nyní listy ponořte do kádinky obsahující alkohol.
  7. Opatrně vložte tuto kádinku do vodní lázně a zahřívejte ji, dokud alkohol nezačne vřít.
  8. Sledujte barvu listů a roztoku.
  9. Listy omyjte velkým množstvím čerstvé vody.
  10. Nyní listy ponořte na několik minut do jodového roztoku.
  11. Nyní pozorujte barvu listů a porovnejte je.



Pozorování

  1. Když se listy povaří v alkoholu, roztok alkoholu zezelená a listy se stanou bezbarvými.
  2. Když se na listy přidá roztok jódu
    a) list pokrytý černým papírem nevykazoval žádné barevné změny roztokem jodu.
    b) další list, který nebyl ponořen do černého papíru, když byl ponořen do zředěného roztoku jodu, barva listu se změnila na modročernou.
  • Během fotosyntézy rostliny připravují škrob.
  • Když je list zakrytý, nesmí přijímat sluneční světlo, a proto v listu nebyl připraven škrob.
  • Roztok jódu se za přítomnosti škrobu zbarví do modra. Po přidání roztoku jodu na zakrytý list nebyla pozorována žádná změna barvy. To naznačuje, že tento list nevytvořil žádný škrob.
  • Zatímco odkrytý list dostal na 6 hodin sluneční světlo a když se k němu přidal roztok jodu, barva se změnila na modro-černou.
  • To dokazuje, že pro fotosyntézu je nutné sluneční světlo.

Postup II

  1. Vyberte rostlinu v květináči a nechte ji 48 hodin v temné místnosti.
  2. Vyberte zdravý list a jeho část ořízněte tmavým barevným papírem pomocí spon.
  3. Udržujte tuto rostlinu na slunci po dobu 6 hodin.
  4. Poté proveďte stejné kroky (4-11) jako v postupu 1 na předchozí stránce.


Důležitá poznámka

  1. Když pokryjete část listu tmavým papírem, výsledky nejsou jasně viditelné. Existuje možnost translokace potravy z nekrytého listu do zakryté části listu.
  2. Výše uvedený experiment lze provést pokrytím části listu černým papírem.

Opatření

  1. Vyberte malou zdravou, bylinkovou rostlinu v květináči.
  2. Rostlinu nedestarchujte déle než 48 hodin.
  3. Vyberte list a opatrně jej připněte, aby se nelámal a nepraskal ze stonku.
  4. Alkohol je vysoce hořlavý, buďte opatrní při varu listů v alkoholu pomocí vodní lázně.
  5. Alkohol z listů omyjte a poté proveďte jódový test.
  6. Uspokojivých výsledků nebude dosaženo, pokud rostlina není zcela zbavena škrobu.

Biologie Praktická třída 10 Viva Voce

Otázka 1:
Pokud je rostlina držena v místnosti se zapnutými světly, může provádět fotosyntézu?
Odpověď:
Ano, rostliny si mohou připravit jídlo v jakémkoli světle, tj. Trubicovém světle, žárovkovém světle, slunečním světle.

Otázka 2:
V jaké barvě světla si rostliny dokážou připravit jídlo nejlépe.
Odpověď:
Rostliny si mohou jídlo připravit nejlépe na modrém světle.

Otázka 3:
Ve které části rostliny začíná reakce fotolýzy?
Odpověď:
V chloroplastu.

Otázka 4:
Jaká je původní barva roztoku jodu?
Odpověď:
Hnědý.

NCERT Class 10 Science Lab Manual Praktické otázky

Otázka 1:
Jaké suroviny vyžadují rostliny k fotosyntéze?
Odpověď:
Rostliny potřebují k fotosyntéze světlo, oxid uhličitý, vodu a chlorofylové pigmenty v listech.

Otázka 2:
Jaké je použití světla při fotosyntéze?
Odpověď:
V přítomnosti světla probíhá v rostlině reakce fotolýzy.
Při fotolýze se voda rozkládá za vzniku vodíku a plynného kyslíku.

Otázka 3:
Jak v rostlině po krátkou dobu, tj. Na podzim, nejsou listy, jak takové rostliny přežijí?
Odpověď:
Rostliny uchovávají potravu v kořenech, stoncích a tato skladovaná potravina je používána/transportována rostlinami do všech částí, kdekoli je potrava požadována.

Otázka 4:
Proč vaříme listy v alkoholovém roztoku?
Odpověď:
Alkohol pomáhá při odstraňování barevného pigmentového chlorofylu z listu, který by jinak mohl interferovat se škrobovým testem, protože škrobový test je test změny barvy.

Otázka 5:
Proč potřebujeme odbarvit list?
Odpověď:
Chcete -li vidět změnu barvy jódu škrobem.

Otázka 6:
Proč bychom při varu listu v alkoholovém roztoku měli vždy používat vodní lázeň?
Odpověď:
Alkohol je vysoce hořlavý roztok. Vzplane, pokud kádinku obsahující alkohol zahřejeme přímo na plameny hořáku. Aby se předešlo takovým nehodám, vždy se doporučuje použít vodní lázeň.

Otázky k manuálu vědecké laboratoře třídy NCERT třídy 10

Otázka 1:
Co se rozumí odstraněním škrobu? Proč se rostliny zbavují škrobu, když jsou v nepřetržité tmě asi čtyřicet osm hodin?
Odpověď:
Odstranění veškerého škrobu přítomného v rostlině se nazývá odškrobení. Když jsou rostliny drženy v nepřetržité tmě asi čtyřicet osm hodin, veškerý škrob v nich přítomný se spotřebuje na různé biologické procesy a kvůli absenci světla se nevytvoří žádný nový škrob.

Otázka 2:
Získáte stejný výsledek, pokud provedete experiment, aniž byste rostlinu škrobili? Udat důvod.
Odpověď:
Proměnná, kterou zde testujeme, je světlo, které ovlivňuje fotosyntézu a vytvořený produkt je škrob. Pokud je škrob již v rostlině přítomen, experiment neposkytne spravedlivý test.

Otázka 3:
Proč zahříváme listy v alkoholu?
Odpověď:
Alkohol pomáhá při odstraňování barevného pigmentového chlorofylu z listu, který by jinak mohl interferovat se škrobovým testem, protože škrobový test je test změny barvy.

Otázka 4:
Uspořádejte následující kroky ve správném pořadí:
i) odstranění škrobu z rostliny
ii) ošetření jódem
(iii) připevnění černých papírových proužků k listu
(iv) udržování sestavy na slunečním světle
Odpověď:
Správné pořadí je: (i), (iii), (iv), (ii).

Otázka 5:
Proč udržujeme experimentální rostlinu na jasném slunečním světle?
Odpověď:
Po destarchování udržujeme rostlinu na jasném slunečním světle, aby prošla fotosyntézou za vzniku škrobu.

Otázka 6:
Can this experiment be performed with a de-starched leaf detached from the plant? Dát důvody.
Аnswer:
The leaf cannot undergo photosynthesis if it is detached from the plant and the experiment will not give fair test.

NCERT Class 10 Science Lab Manual Multiple Choice Questions (MCQs)

Questions based on Procedural and Manipulative Skills
Otázka 1:
The first step in photosynthesis is
(a) convert light energy into chemical energy
(b) reduction of C02 gas to carbohydrates
(c) photolysis of water
(d) absorption of light energy by chlorophyll.

Otázka 2:
In desert plants, the first step of photosynthesis can be
(a) absorption of sunlight
(b) photolysis of water
(c) intake of C02 at night
(d) convert light energy into chemical energy.

Otázka 3:
In an experiment to show that sunlight is necessary for photosynthesis, the leaf is boiled in alcohol for a few minutes using a water bath. It is essential because:
(a) alcohol is highly volatile
(b) the steam from water bath heats the leaf rapidly
(c) steam from water bath dissolves the chlorophyll
(d) alcohol is flammable.

Otázka 4:
Before testing the leaf for starch at the end of the experiment, “light is necessary for photosynthesis”, the experimental leaf, should be boiled in
(a) water
(b) alcohol
(c) KOH solution
(d) hydrochloric acid.

Otázka 5:
For the experiment that, “light is necessary for photosynthesis” the potted plant is first kept in darkness for a day. This is to:
(a) deactivate the chloroplast
(b) destarch leaves
(c) activate chloroplasts
(d) prepare leaves for photosynthesis.

Otázka 6:
The steps, necessary for setting up the experiment “To demonstrate that light is necessary for photosynthesis” are not given here in proper sequence. The correct order is:
I. keep the potted plant in sunlight for 3 to 4 hours
II. keep the potted plant in darkness for about 48 hours
III. cover a leaf of the plant with a strip of black paper
IV. pluck the leaf and test it for starch.
(a) I, III, IV, II
(b) I, IV, III, II
(c) II, IV, III, I
(d) II, III, I, IV.

Otázka 7:
Before carrying out the test for the presence of starch in a leaf-on exposure to sunlight, the leaf is put into alcohol contained in a beaker and boiled over a water bath. This step is carried out to
(a) extract starch
(b) dissolve chlorophyll
(c) allow water to move into the leaf
(d) make membrane of leaf cells more permeable.

Otázka 8:
A student performed the starch test on a leaf, some steps involved are shown below:
The correct sequence of steps should be:

(a) (iv), (iii), (ii), (i)
(b) (i), (ii), (iii), (iv)
(c) (ii), (iii), (iv), (i)
(d) (i), (iii), (iv), (ii).

Otázka 9:
What is the right procedure to remove chlorophyll from a destarched leaf?
(a) Boil the destarched leaf in lime water.
(b) Boil the destarched leaf in alcohol.
(c) Boil the destarched leaf in water only.
(d) Boil the destarched leaf in a mixture of alcohol and water.

Questions based on Observational Skills
Otázka 10:
A potted plant is kept in different coloured lights. The best rate of photosynthesis is seen in
(a) green light
(b) blue light
(c) white light
(d) yellow light.

Otázka 11:
When leaf is boiled with ethanol and treated with iodine solution, its colour changes into:
(a) pink
(b) blue
(c) blue-black
(d) black.

Otázka 12:
The best result of the experiment that light is necessary for photosynthesis would be yielded by using leaves from a plant kept for over twenty four hours:
(a) in a pitch dark room
(b) in a dark room with table lamp switched on
(c) outside in the garden
(d) outside in the garden covered by glass case.

Otázka 13:
The figure that correctly depicts the removal of chlorophyll is:

Otázka 14:
A leaf from a destarched plant is covered with black paper strip as shown in figure I. The starch test is done on the leaf after 8 hours of exposure to light.

The result will be as shown in diagram:
(a) A
(b) B
(c) C
(d) D

Questions based on Reporting and Interpretation Skills
Otázka 15:
The best rate of photosynthesis is in blue light because:
(a) the leaves absorb maximum blue light
(b) the leaves reflect maximum blue light
(c) the blue light has maximum wavelength
(d) the blue light stimulates the chloroplast maximum.

Otázka 16:
A potted plant was kept in dark room for 3 days and then 4 leaves were covered with different coloured papers as shown below.

The leaves were tested for starch, the leaf which showed no starch in it is
(a) the leaves covered with red, green and blue strips
(b) the leaves covered with green and black strips
(c) the leaf covered with green strip
(d) the leaf covered with any of the above strips.

Question 17:
On completion of the experiment to demonstrate that
“light is necessary for photosynthesis”, four students reported the inference as follows. Identify the correct inference.
(a) Part of the leaf covered with strip can only undergo photosynthesis
(b) Uncovered parts of the leaf cannot synthesises starch.
(c) Photosynthesis takes place only in the presence of sunlight
(d) Light is necessary for photosynthesis of starch in green plants.

Question 18:
Given below is a sketch of a leaf partially covered with black paper and which is to be used in the experiment to show that light is compulsory for the process of photosynthesis. At the end of the experiment, which one of the leaf parts labelled I, II and III will become blue-black when dipped in iodine solution?

(a) I only
(b) II only
(c) III only
(d) I and III only.

Question 19:
In an experiment of photosynthesis, a student fixed a strip of black paper on the dorsal surface of leaf in the morning, in the evening he tested the leaf for starch. The result was:
(a) The dorsal surface of the leaf was white but the ventral surface turned blue.
(b) Both the surfaces of the leaf were white.
(c) The entire leaf turned blue-black.
(d) The entire leaf remained white.

Question 20:
A part of a destarched leaf of a potted plant was covered with black paper strips on both sides and the plant was kept in sunlight for 8 hours. The leaf was then tested with iodine after boiling it in a alcohol. Only the uncovered part of the leaf turned blue-black. The inference is that
(a) C02 is necessary for photosynthesis
(b) light is necessary for photosynthesis
(c) chlorophyll is necessary for photosynthesis
(d) water is necessary for photosynthesis.

Аnswers:

NCERT Class 1o Science Lab Manual Scoring Key With Explanation

  1. (d) The light energy is absorbed to initiate the reaction.
  2. (c) To avoid the loss of water during day times, the stomata will not open.
  3. (d) Water bath prevents the direct heating of alcohol which is highly inflammable and can catch fire.
  4. (b) Alcohol helps in removing the chlorophyll.
  5. (b) Destarching helps in removing the starch from the leaf.
  6. (d) It is the right procedure for the experiment.
  7. (b) As starch test is colour change test, hence coloured pigment chlorophyll needs to be removed.
  8. (d) It is the correct procedure.
  9. (b) Alcohol helps in dissolving the chlorophyll without affecting the other cells.
  10. (b) Blue light is better absorbed among the other given lights (red is the best).
  11. (c) Starch test is iodine solution changes blue-black with starch.
  12. (a) This helps in de-starching the leaves.
  13. (d) Leaf should be in alcohol and this container should be heated in water.
  14. (b) The covered part of leaf will not have starch and will not show colour change.
  15. (d) The blue light is absorbed the best by chloroplast.
  16. (d) Once the leaf is covered by paper, it is deprived of light and no photosynthesis occurs in it.
  17. (d) Green plants can prepare starch by photosynthesis.
  18. (d) I and III parts of leaf gets light and hence starch is made but II part gets no light.
  19. (c) Covering the dorsal side of leaf will not deprive it from light.
  20. (b) Light is must for photosynthesis as it initiates the reaction in cells.

More Resources CBSE Class 10 Lab Manual Practical Skills:


Photosynthesis in Elodea Lab

Elodea & PhotosynthesisPhotosynthesis is the process by which green plants and some other organisms use sunlight to synthesize nutrients from carbon dioxide and water. Photosynthesis in plants generally involves the green pigment chlorophyll and generates oxygen as a by-product. IntroductionThis lab has been created in order to find what extent does distance from a light source (5cm, 10cm, and 15cm) affect the rate of photosynthesis (measured in bubbles / 3 min) in Elodea water plants.

Hypothesis: More amount of time under the light will cause the plant to give out more glucose and O2 .

Also, if the light is closer, the process will be faster. The procedure for this would be to leave the Elodea plant in water with sodium bicarbonate (baking soda increases carbon dioxide in water), set up the lamp at 5cm distance and start the timer for 3 minutes. Overall results are that after 9 minutes (3 minutes intervals between the light distance), the solution gave off 4 bubbles.

Method:The following materials were required for the experiment:A green sprig of ElodeaLampWaterSodium Bicarbonate (baking soda)BeakerPenPaperPower sourceThe following procedures were required for the experiment:Obtain a green sprig of Elodea.

Remove several leaves from around the cut and of the stem. Slice off a portion of the stem at an angle and lightly crush the cut end of the stem. Place a small pinch of sodium bicarbonate into a test tube (this increases carbon dioxide in water) Fill the test tube with distilled water so that the stem is completely submersed.

Place the plant into a beaker.Place a source of light 5cm from plant.Wait a minuteAfter one minute, count and record the number of oxygen bubbles rising from the cut end of the stem for 3 minutes. If bubbles fail to appear after one minute, repeat part A.

Run a second 3 minute trail at 10cm from light sources (lamp). Record results. Run a third 3 minute trail with at a 15cm distance from a light source and record results. Graph results.

Results/ data tableDistance from light source (cm)# bubbles / 3 minutes51101154Analysis & DataThe starter hypothesis is partially correct. After 9 minutes (“more time under light source”), there were more bubbles than at the beginning. However, it was not due to the closeness of the lamp but to the amount of time under it. Also, the plant was heated up towards the end and it gave results, even though the distance between the plant and lamp was greater.

Some possible mistakes that could have occurred during this experiment can include the following: Miscalculating the distance between the Elodea plant and the light source. Putting in too much water.Putting in too much sodium bicarbonate.Elodea plant may be dry or not developed.

Water may have been contaminatedLeaving the Elodea plant in too long or too littleNot cutting the Elodea plant correctlyConclusion:Hypothesis is declined. It was not exact to the results given, therefore I marked it incorrect. My hypothesis was that after a bigger amount of time under the light, the plant will give out more glucose and O2 . This part was correct, but not because “if the light is closer, the process will be faster”.

It was only due to time, not distance. It is true that if we left the lamp in a position of 5cm distance, same result could have been given faster. Yet the experiment gave out the 3 minute interval rule. Correct hypothesis: More amount of time under the light will cause the plant to give out more glucose and O2 .

During the experiment, I learned the role of Sodium Bicarbonate and that photosynthesis can happen very quickly.


Stage 2: Light-independent or dark reaction

This reaction can proceed in the absence of light, but calling it a dark reaction might be misleading as it doesn’t happen only in the dark—it can just as well happen in the light. This reaction uses the energy from light reaction to convert carbon dioxide into glucose. This might sound simple, but in fact the conversion of carbon dioxide to glucose proceeds through a series of reactions that start with 3-ribulose bisphosphate (RuBP) and eventually end up with the same molecule, producing glucose in the process. Because these series of reactions start and end with the same molecule, they are referred to as a cycle, specifically the Calvin cycle. The enzyme rubisco (RuBP carboxylase) is a very important component of this cycle. Of course, you will need to know the steps and names of the intermediate parts of the cycle, but as I said before, that will be much easier once you feel very comfortable with the general process. The overall, final photosynthesis reaction looks like this:


How Do Plants Produce Oxygen During Photosynthesis?

During photosynthesis, plants take in carbon dioxide and water, disassemble the molecules and convert them into sugar and oxygen. The water molecules are split into hydrogen and oxygen, and the hydrogen joins carbon dioxide to create sugars. The excess oxygen is released into the atmosphere during the respiration cycle.

Inside the chloroplasts of green plants are pairs of structures called grana and stroma. When light strikes chlorophyll, the energy is captured and sent to the grana, where it is used to split water molecules. The remainder of the energy flows to the stroma, where it creates sugar molecules. These carbohydrates are carried to the plant's cells, while the excess oxygen and water vapor byproducts are purged from the plant's system.

Plants produce an enormous amount of oxygen, and scientists believe that the evolution of plants is what gave Earth the oxygen in its atmosphere in the first place. In addition, many species of plants filter not only carbon dioxide, but harmful molecules like benzene, toluene and formaldehyde from the air. The right mix of houseplants could allow a human being to survive in a completely sealed environment, or help improve the quality of air and reduce pollutants in a normal household.


Every living organism needs energy to grow and reproduce. Humans and animals eat foods with carbohydrates, proteins, and fats to produce the energy they need to survive. But plants do not eat. They make their own energy source in the form of energy-rich carbohydrates (sugars) through a process called photosynthesis. Photosynthesis is a multi-step, enzym-mediated process that converts light energy into chemical energy. During photosynthesis, plant cells use light energy (such as light emitted from the sun), water (H2O), and carbon dioxide (CO2) as reactants to produce sugar molecules (C6H12Ó6) a kyslík (O2) (Figure 1):


Obrázek 1. During photosynthesis, plants convert water (H2O), carbon dioxide (CO2), and light into oxygen (O2) and sugars like glucose (C6H12Ó6).

Photosynthesis takes place in the chloroplasty within the plant's cells. The chloroplasts contain special pigments that react to light. Chlorofyl is one of the pigments that can absorb light in the blue and red spectrum from the visible light spectrum. Chlorophyll does not absorb light in the green spectrum of light but reflects it instead. This is why leaves with chlorophyll usually appear green. During the first part of photosynthesis&mdashthe light-dependent reaction&mdashchlorophyll and other pigments harness the light energy to produce NADPH a ATP, which are two types of energy-carrier molecules. At the same time, water is split into oxygen (O2) and protons (H + ). The next stage is light-independent and is often referred to as the dark reaction. In this step, the two energy-carrier molecules, NADPH and ATP, are utilized in a series of chemical reactions called the Calvinův cyklus. In the Calvin cycle, the plants take carbon dioxide (CO2) from the air and use it to ultimately make sugars such as glucose or sucrose. These sugars can be stored for later use by the plant as an energy source to fuel its metabolism and growth.

Photosynthesis is responsible for replenishing Earth's atmosphere with oxygen that we breathe. Thus, it is not only crucial for plants, but also for all organisms that rely on oxygen for their survival. Many factors affect how quickly plants are able to conduct photosynthesis. Without enough light or water, for example, a plant cannot photosynthesize very quickly. Similarly, the concentration of carbon dioxide&mdashanother reactant in photosynthesis&mdashaffects how fast photosynthesis can occur. Temperature also plays a significant role, as photosynthesis is an enzyme-mediated reaction. This is because at high temperatures, enzymes can get damaged and thus become inactivated. Other factors that affect the rate of photosynthesis are the light intensity, the amount of chlorophyll and other color pigments in a plant, and the color of light.

Similar to any other chemical reaction, the hodnotit of photosynthesis can be determined by either measuring the decrease of its reactants or the increase of its products. You could, for example, measure the production of oxygen or the consumption of carbon dioxide over time. Without the use of extensive laboratory equipment, the rate of photosynthesis can be determined indirectly by conducting a floating leaf disk assay to measure the rate of oxygen production (Figure 2). In the floating leaf disk assay, 10 or more leaf disk samples are punched out of a leaf. In the next step, a vacuum is used to replace the air pockets within the leaf structure with a baking soda (bicarbonate) solution. The baking soda provides the carbon dioxide that the leaf needs for photosynthesis. The leaf disks are then sunk in the baking soda solution and exposed to light. As the plant leaf photosynthesizes, oxygen is produced that accumulates as oxygen gas bubbles on the outside of the leaf disk. The attached oxygen gas changes the buoyancy of the leaf disk and once enough oxygen has been produced, the leaf disk will rise to the surface of the baking soda solution. The time until the leaf disk rises to the top of the solution is a measure of how much oxygen has been produced and thus a proxy for the rate of photosynthesis.


Obrázek 2. Leaf disk assay picture.

In this project, 10 disks are placed in the baking soda solution at the same time. A good way to collect data is to count the number of floating disks at the end of a fixed time interval for example, after every minute until all disks are floating. The time required for 50% of the leaves to float represents the Effective Time (ET50). ET50 can be determined by graphing the number of disks floating over time, as shown in Figure 3. An ET50 of 11.5 minutes, for example, as shown in Figure 3, would mean that after 11.5 minutes, 50% of the leaves (5 out of the 10) floated on top of the baking soda solution. In the context of oxygen production, you could also say that an ET50 value of 11.5 minutes means that it took 11.5 minutes to produce enough oxygen to make 50% of the leaf disks float.

The x-axis shows time in minutes. The y-axis shows the number of floating leaf disks. After 7 minutes the first leaf disk floats, after 11 minutes 4 leaf disks float, at 12 minutes 7 leaf disks float, at 13 minutes 8 leaf disks float, and after 14 minutes all 10 leaf disks float. A red line indicates at what time 50% (5) leaf disks float (at about 11.5 minutes). This time is labeled Effective Time ET50.


Obrázek 3. Example results for the floating leaf disk assay. The graph shows the time on the x-axis and the number of floating leaves on the y-axis. The Effective Time (ET50) represents the time required for 50% of the leaves to float. By extrapolating from the graph, the 50% floating point in this graph is about 11.5 min.

Reaction rates are usually expressed as the concentration of reactant consumed or the concentration of product formed per unit of time. As mentioned above, we can use the ET50 as a proxy for how much oxygen has been produced to make half of the leaf disks float. This means that the ET50 value is proportional to the inverse of the rate of oxygen production, or proportional to the inverse of the rate of photosynthesis. The reciprocal of ET50 or 1/ET50, can thus be used as a simple measure of the rate of photosynthesis.

An example can make this concept clear. If a glass of soda has 1,000 bubbles, and half of the bubbles (500 bubbles) pop in 5 min when the soda is at room temperature, the rate at which the bubbles pop is 500/5 min or 100/min at room temperature. Imagine you repeat the experiment, but with a glass of the same soda at refrigerator temperature and find that half of the bubbles (or 500 bubbles) pop in 10 min. The rate at refrigerator temperature is 500 bubbles in 10 min or 50 bubbles/minute. It is hard to count bubbles in soda, but if you only know that half of the bubbles pop in 5 min (room temperature) or 10 minutes (refrigerator temperature), you can use the reciprocal of these time measurements as indicators for the rate at which the bubbles pop. 1/ET50 is 1/(5 min) or 0.2/min at room temperature, and 1/(1 min) or 0.1/min at refrigerator temperature. Do you notice that the indicator for the rate at room temperature is still double the indicator for the rate at refrigerator temperature? That is why 1/ET50 is a good indicator of the rate of photosynthesis.

In this project, you will determine the Effective Time (ET50) under different environmental conditions to find out which variables affect the rate of photosynthesis. For example, you could change the light source, the brightness of the light, the color of the light, the temperature, the type of plant, or the color of the plant leaves.


Podívejte se na video: Dýchání rostlin a fotosyntéza pro žáky ZŠ - jednoduché vysvětlení (Leden 2022).