Работа № 3. Определение расхода органического вещества

Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Новгородский государственный университет им. Ярослава Мудрого
Факультет естественных наук и природных ресурсов
Кафедра химии и экологии
ОБРАЗОВАНИЕ И РАСХОД ОРГАНИЧЕСКИХ
ВЕЩЕСТВ РАСТЕНИЯМИ
Сборник методических указаний
к лабораторным работам
Великий Новгород
2007
Образование и расход органических веществ растениями: Сборник
методических
указаний
к
лабораторным
работам/
Составитель
Кузьмина И.А. - НовГУ, Великий Новгород, 2007. – 12 с.
Методические указания предназначены для студентов специальности
020801.65 - «Экология» и всех студентов, изучающих «Общую экологию».
2
ВВЕДЕНИЕ
Для образования органических веществ - основы растительной
биомассы на Земле необходимы углекислый газ атмосферы и вода, а также
минеральные вещества почвы. При помощи света определенной длины волн
осуществляется фиксация углекислого газа у растений в процессе
фотосинтеза. В результате этого выделяется в атмосферу кислород,
образующийся в процессе фотолиза воды. Такова первая стадия
биохимического цикла углерода.
Количество энергии, запасенной на Земле благодаря фотосинтезу,
огромно. Ежегодно в результате фотосинтеза зелеными растениями
образуется 100 млрд. т органических веществ, в которых заключено около
450-1015 ккал солнечной энергии, преобразованной в энергию химических
связей. Эти процессы сопровождаются такими грандиозными по своим
масштабам явлениями, как ассимиляция растениями около 170 млрд. т
углекислого газа, фотохимическое разложение около 130 млрд. т воды, из
которой выделяется 115 млрд. т свободного кислорода.
Кислород является основой жизни всех живых существ, которые
используют его для окисления разнообразных органических соединений в
процессе дыхания; выделяется при этом СО2. Это вторая стадия
биохимического цикла углерода, связанная с углекислотной функцией живых
организмов. При этом выделение кислорода на первой стадии примерно на
порядок превышает его поглощение второй, в результате чего при
функционировании зеленых растений кислород накапливается в атмосфере.
Связанная автотрофами в процессе фотосинтеза энергия в дальнейшем
расходуется на жизнедеятельность различных гетеротрофов, в том числе и
человека, частично переходя в тепловую энергию, и запасается в ряде
составляющих биосферу компонентах (растениях и почве). В биомах суши
углерод при фотосинтезе наиболее сильно связывают леса (-11 млрд. т в год),
затем пашня (-4 млрд. т), степи (-1,1 млрд. т), пустыни (-0,2 млрд. т). Но
больше всего углерода связывает Мировой океан, который занимает около
70% поверхности Земли (127 млрд. т в год).
Образовавшиеся органические вещества автотрофов поступают в
пищевые цепи различных гетеротрофов и, проходя по ним, трансформируются, теряют массу и энергию (пирамиды массы, энергии),
последняя расходуется на процессы жизнедеятельности всех организмов,
входящих, как звенья, в состав пищевых цепей, уходит в мировое
пространство в виде тепловой энергии.
Органическое вещество различных живых организмов после их
отмирания становится достоянием (пищей) гетеротрофных микроорганизмов.
Микроорганизмы разлагают органическое вещество в процессе питания,
дыхания и брожения. При разложении углеводов образуется углекислый газ,
который выделяется в атмосферу из наземного разложившегося
органического вещества, а также из почвы. При разложении белков
образуется аммиак, который частично выделяется в атмосферу, а в основном
3
в процессе нитрификации пополняет запасы азота в почве.
Часть же органического вещества не разлагается, а образует «запасной
фонд». В доисторические времена так образовались угли, газ, сланцы, а в
настоящее время - торф и гумус почвы.
Все вышеуказанные процессы представляет собой важнейшие этапы и
фазы биохимических круговоротов (углерода, кислорода, азота, фосфора,
серы и др.). Таким образом, живое вещество в процессе своего метаболизма
обеспечивает стабильность существования биосферы при определенном
составе воздуха, воды, почвы и без вмешательства человека этот гомеостаз
экосистемы «Земля» сохранялся бы бесконечно долго.
2 ТРЕБОВАНИЯ ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ
Опыты выполняются строго в соответствии с методическим руководством. При выполнении работ следует выполнять общие правила техники безопасности для химических лабораторий. При попадании реактивов
на кожу или одежду пораженный участок необходимо быстро обильно
промыть водой.
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
РАБОТА № 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО
ВЕЩЕСТВА В ЛИСТЬЯХ РАСТЕНИЙ В ПРОЦЕССЕ ФОТОСИНТЕЗА
(ПО СОДЕРЖАНИЮ УГЛЕРОДА)
Фотосинтез - основной процесс аккумуляции вещества и энергии на
Земле, в результате которого из СО2 и Н2О образуются органические
вещества (в данной формуле - глюкоза):
6СО2 + 6Н2О + энергия света → С6Н12О6+ 602t
Один из способов измерения интенсивности фотосинтеза заключается в
определении образования органического вещества в растениях по
содержанию углерода, который учитывается методом мокрого сжигания,
разработанным И. В. Тюриным для почв и модифицированный для
древесных растений Ф. 3. Бородулиной.
Во взятом образце листьев определяется содержание углерода, затем
листья выдерживаются 2-3 ч и более на свету и снова определяется
содержание углерода. Разница между вторым и первым определением,
выраженная на единицу поверхности листа в единицу времени, показывает
количество образовавшегося органического вещества.
В процессе сжигания углерод листьев окисляется 0,4 н раствором
бихромата калия в серной кислоте. Реакция протекает по следующему
уравнению:
4
2K2Cr2О7 + 8H2SO4 + 3C = 2K2SO4 + 2Cr2(SO4)3 + 8H2O + 3СО2
Неизрасходованное количество бихромата
обратным титрованием 0,2 н раствором соли Мора:
калия
устанавливают
6FeSO4 ∙ (NH4)2SO4 + K2Cr2O7 + 7H2SO4 =
= Cr2(SO4)3 + 3Fe2(SO4)3 + 6(NH4)2SO4 + K2SO4 + 7H2O
В качестве индикатора применяют бесцветный раствор дифениламина,
который при окислении переходит в дифенилбензидинвиолет синефиолетового цвета. Бихромат калия окисляет дифениламин и смесь
приобретает красно-бурую окраску. При титровании солью Мора
шестивалентный хром восстанавливается в трехвалентный. В результате цвет
раствора переходит в синий, а к концу титрования - в сине-фиолетовый.
Когда же хром будет оттитрован, последующее добавление соли Мора
вызывает переход окисленной формы индикатора в восстановленную
(бесцветную); появляется зеленая окраска, которую придают раствору ионы
трехвалентного хрома. Четкому переходу сине-фиолетовой окраски в
зеленую мешают ионы трехвалентного железа, появляющиеся в процессе
реакции. Чтобы сделать более ясным конец реакции титрования ее проводят
в присутствии ортофосфорной кислоты, которая связывает ионы Fe3+ в
бесцветный комплексный ион [Fe(PO4)2]3- и предохраняет дифениламин от
окисления.
Оборудование, реактивы, материалы:
1) конические колбы на 250 мл; 2) термостойкие конические колбы на
100 мл; 3) маленькие стеклянные воронки, используемые как обратные
холодильники; 4) бюретки; 5) 0,4 н раствор бихромата калия (в разбавленной
серной кислоте (1:1)); 6) 0,2 н раствор соли Мора; 7) дифениламин; 8) 85%ная ортофосфорная кислота; 9) пробочное сверло или другое приспособление
для выбивания дисков диаметром 1 см; 10) мерный цилиндр; 11)
вегетирующие растения с симметричной широкой и тонкой листовой
пластинкой (герань, фуксия, листья древесных растений).
Ход работы
Лист вегетирующего растения делят на две половинки вдоль главной
жилки и на одной из них вырезают пробочным сверлом 3 диска диаметром 1
см, помещают на дно конической термостойкой колбочки объемом 100 мл,
куда наливают 10 мл 0,4 н раствора К2Сr2О7. Колбу закрывают маленькой
воронкой носиком вниз и ставят на электроплитку с закрытой спиралью в
вытяжной шкаф. Когда раствор закипит, добиваются слабого кипения в
течение 5 мин, иногда слегка взбалтывают колбу круговым движением,
чтобы диски были хорошо покрыты жидкостью. По верху колбы (не
закрывая горлышко) укрепляют поясок из нескольких слоев плотной бумаги,
который предотвратит ожог рук при помешивании содержимого колбы и при
ее перестановке.
5
Затем колбу снимают с нагрева, ставят на керамическую плитку и
охлаждают. Жидкость должна быть буроватого цвета. Если окраска ее
зеленоватая, то это указывает на недостаточное количество бихромата калия,
взятого для окисления органического вещества. В этом случае определение
нужно повторить с большим количеством реактива или меньшим
количеством высечек.
К охлажденному раствору небольшими порциями в несколько этапов
приливают 150 мл дистиллированной воды, затем эту жидкость постепенно
переливают в колбу на 250 мл, куда добавляют 3 мл 85%-ной ортофосфорной
кислоты и 10 капель дифениламина. Взбалтывают содержимое и
оттитровывают 0,2 н раствором соли Мора.
Одновременно проводят контрольное определение (без растительного
материала), тщательно соблюдая все указанные выше операции. Соль Мора
сравнительно быстро теряет титр, поэтому раствор необходимо
периодически проверять перед началом определения.
Количество углерода органического вещества, содержащегося в 1 дм2
листовой поверхности, рассчитывают по формуле:
х
(а  b)  k  0,6  100
S
где:
а - количество соли Мора в мл, израсходованное на титрование
контрольного раствора;
b - количество соли Мора в мл, пошедшее на титрование опытного
раствора;
k - поправка к титру соли Мора;
0,6 - миллиграммы углерода, соответствующие 1 мл точно 0,2 н
раствора соли Мора;
S - площадь высечек, см2.
Схема записи результатов
Время опредеВзято
Расход Площадь Количество Интенсивления
К2Сr2О7, соли Мора высечек углерода
ность
2
2
(мл)
(мл)
(см )
(мг/дм ) фотосинтеза
(мг углерода
на дм2 в час)
конт. опыт конт. опыт
Начало опыта
После двухчасового пребывания на свету
6
Пример расчета количества углерода:
1. В начале опыта:
а = 19 мл, b = 9 мл, k = 1, S = πr2∙3 = (3,14 ∙ 12) ∙ 3 = 9,4 см2
(19  9)  1  0,6  100 600

 63,82 мг/см2 или 6382 мг/дм3
9,4
9,4
2. В конце опыта: 6530 мг/дм2. 6500 - 6382=118 мг/дм2 за два часа или
59 мг/ч.
7
РАБОТА № 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАКОПЛЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО
ВЕЩЕСТВА В БИОМАССЕ РАСТЕНИЙ И В ПОЧВЕ
Органическое вещество образуется и накапливается на Земле
неравномерно. Наибольшее его количество образуют тропические леса (70 %
запасов углерода), меньше - северные леса и наименьшее количество тундры и пустыни. В лесных экосистемах наибольшее количество
органических веществ накапливается в древесине (от 90 до 99 % от сухой
массы дерева), меньше - в листьях и коре. В почве в виде гумуса содержится
от 1 до 15 % органического вещества, которое является тысячелетним
хранителем энергии.
Метод определения органического вещества в различных частях дерева
заключается в сухом сжигании образца в муфельной печи, определении в нем
золы и органической части (последняя рассчитывается в процентах к сухому
образцу).
При сжигании растительного материала и почвы углерод, азот и
водород улетучиваются в виде углекислого газа, воды и окислов азота.
Оставшийся нелетучий остаток (зола) содержит элементы, называемые
зольными. Разница между массой всего сухого образца и зольным остатком
составляет массу органического вещества.
Содержание золы и органического вещества у растений (% от сухого
вещества) - по Б. А. Рубину (1976)
Травянистые растения
Древесные растения
орган растения % золы % органич. орган растения % золы % органич.
вещества
вещества
семена
3
97
стебель
3
97
стебель
4
96
древесина
1
99
корни
5
95
кора
7
93
листья
15
85
листья
11
89
Оборудование, реактивы, материалы
1) аналитические или точные технохимические весы; 2) муфельная
печь; 3) тигельные щипцы; 4) электроплитка с закрытой спиралью; 5)
фарфоровые тигли или испарительные чашки; 6) препаровальные иглы; 7)
эксикатор; 8) спирт; 9) дистиллированная вода; 10) хлористый кальций; 11)
высушенные до абсолютно сухой массы стружка древесины, измельченная
кора, листья, гумусированная почва.
Ход работы
Сухие и измельченные образцы древесины, коры, листьев, а также
почвы (3-6 г и более), отобранные методом средней пробы, взвешиваются до
0,01 г на кальке. Их помещают в прокаленные и взвешенные фарфоровые
тигли или испарительные чашки (диаметром 5-7 см), подписанные 1 %-ным
раствором хлорного железа, которое при нагревании буреет и при
прокаливании не исчезает. Тигли с органическим веществом ставят на
8
разогретую электроплитку в вытяжной шкаф и прогревают до обугливания и
исчезновения черного дыма. При этом при наличии большего количества
растительного материала возможно его дополнение из предварительно
взвешенного образца.
Затем тигли ставят в муфельную печь при температуре 400-450° С и
сжигают еще 20-25 мин до того состояния, когда зола станет серо-белой. При
более высокой температуре прокаливания могут быть существенные потери
серы, фосфора, калия и натрия. Может также наблюдаться сплавление с
кремниевой кислотой, что мешает полному озолению. В этом случае
прокаливание прекращают, охлаждают тигель и добавляют в него несколько
капель горячей дистиллированной воды; подсушивают на плитке и
продолжают прокаливание.
Возможны следующие варианты цвета золы: красно-бурый (при
большом содержании в образце окислов железа), зеленоватый (в присутствии
марганца), серо-белый.
При отсутствии муфельной печи сжигание можно проводить в учебных
целях на электроплитке под тягой. Для создания более высоких температур
надо оградить плитку вплотную железным листом в виде бортика высотой 57 см от полотна плитки, а также прикрыть сверху куском асбеста. Сжигание
проводится 30-40 мин. При сжигании необходимо периодическое
помешивание материала препаровальной иглой. Сжигание также проводится
до белой золы.
В случае медленного сжигания в охлажденные тигли наливается
небольшое количество спирта и поджигается. В золе не должно быть заметно
черных частичек угля. В противном случае пробы обрабатывают 1 мл
дистиллированной воды, помешивают и повторяют прокаливание.
После того как сжигание будет окончено, тигли охлаждают в
эксикаторе с крышкой и взвешивают.
Х
100  (А  В)
N
Y  100  Х
где:
X - процент органического вещества;
Y - процент золы;
А - абсолютно сухая масса навески растительного материала или почвы
с тиглем;
В - масса золы с тиглем;
N - масса органического вещества.
Каждый студент исследует какой-либо один объект, а затем все данные
группы записываются в общую ведомость, вычерченную на доске.
9
Схема записи результатов
Название части
растения или почв
Масса, г
абсолютно
сухой
навески с
тиглем
тигля с
золой
А
В
Древесина
Листья
Кора
Почва (чернозем)
10
%
органическ Органичесого
кого
вещества вещества
N
X
золы
Y
РАБОТА № 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА РАСТЕНИЯМИ ПРИ ДЫХАНИИ
Любое сообщество живых организмов на Земле характеризуется его
продуктивностью и устойчивостью. Продуктивность определяется, в
частности, как разность между накоплением и расходованием органического
вещества при таких кардинальных процессах, как фотосинтез и дыхание. В
первом процессе органическое вещество синтезируется из углекислого газа и
воды с выделением кислорода, во втором - разлагается за счет
окислительных процессов, проходящих в митохондриях клеток с
поглощением кислорода. Разные растения сильно различаются по
соотношению этих процессов. Так, у С4 растений (кукуруза, сорго, сахарный
тростник, мангровые деревья) наблюдается высокая интенсивность
фотосинтеза при небольшом световом дыхании, что обеспечивает их
высокую продуктивность по сравнению с С3 растениями (пшеница, рис).
С3 - растения. Это большинство растений Земли, осуществляющие С3 путь фиксации углекислого газа в процессе фотосинтеза, в результате чего
образуются трехуглеродные соединения (глюкоза и др.). Это
преимущественно растения умеренных широт оптимум температуры
которых +20…+25°С, а максимум +35…+45°С.
С4 - растения. Это те, у которых продуктами фиксации СО2 являются
четырехуглеродистые органические кислоты и аминокислоты. Сюда
относятся преимущественно тропические растения (кукуруза, сорго,
сахарный тросник, мангровые деревья). С4 - путь фиксации СО2 сейчас
обнаружен у 943 видов из 18 семейств и 196 родов, в том числе и у ряда
злаковых растений умеренных широт. Эти растения отличаются очень
высокой интенсивностью фотосинтеза, выносят высокие температуры
(оптимум их +35…+45°С, максимум +45…+60°С). Они очень приспособлены
к жарким условиям, эффективно используют воду, хорошо выносят стрессы засуху, засоление, отличаются повышенной интенсивностью всех физиологических процессов, что предопределяет их очень высокую биологическую
и хозяйственную продуктивность.
Аэробное дыхание (с участием кислорода) - процесс обратный
фотосинтезу. В этом процессе синтезированные в клетках органические
вещества (сахароза, органические и жирные кислоты) разлагаются с
высвобождением энергии:
С6Н12О6 + 6О2 → 6СО2 + 6Н2О + энергия
Все растения и животные получают энергию для поддержания своей
жизнедеятельности с помощью дыхания.
Метод определения интенсивности дыхания у растений основан на
учете количества выделяемого растениями углекислого газа, который
поглощается баритом:
Ва(ОН)2 + СО2 = ВаСО3 + Н2О
11
Избыток барита, не прореагировавшего с СО2, оттитровывают соляной
кислотой:
Ва(ОН)2 + 2HCl = ВаС12 + Н2О
Оборудование, реактивы, материалы
1) широкогорлые конические колбы емкостью 250 мл; 2) резиновые
пробки с просверленными отверстиями, в которые вставляется стеклянная
трубка; в трубку протягивается тонкая проволока длиной 12-15 см; 3) весы
технохимические; 4) разновесы; 5) черная светонепроницаемая бумага; 6)
бюретки с раствором Ва(ОН)2 и пробкой сверху, в которую вставлена трубка
с натронной известью; 7) 0,1 н раствор Ва(ОН)2; 8) 0,1 н раствор HCI; 9) 1%ный раствор фенолфталеина в капельнице; 10) зеленые листья, только что сорванные в природной обстановке или листья комнатных растений.
Ход работы
5-8 г зеленых, только что сорванных листьев растений взвешивают с
черешками на технохимических весах, черешки скрепляют одним концом
проволоки, которую протягивают через отверстие пробки (рис. 1).
Рис. 1. Смонтированная колба для определения интенсивности дыхания:
1 - проволока, 2 - стеклянная трубка, 3 - резиновая пробка, 4 - пучок листьев,
5 - барит.
Предварительно рекомендуется провести пробную установку, опуская
материал в колбу и закрывая колбу пробкой. Обратить внимание, чтобы
пробка плотно закрывала колбу, пучок листьев располагался в верхней части
колбы и расстояние между баритом и пучком было достаточно велико. Все
отверстия между колбой, пробкой и трубочкой рекомендуется заделать
пластилином, а в месте верхнего выхода проволоки из трубки изолировать
систему кусочком фольги.
12
В опытные колбы наливается из бюретки по 10 мл 0,1 н раствора
Ва(ОН)2, помещается материал и изолируется вышеуказанным способом.
Контроль (без растений) ставится в 2-3-кратной повторности. Все колбы
закрывают черной светонепроницаемой бумагой для исключения
фотосинтеза и идентичности всех колб, отмечается время начала опыта,
который длится 1 ч. В течение опыта следует периодически осторожно покачивать колбы, чтобы разрушить пленку ВаСО3, образующуюся на
поверхности барита и препятствующую полноте поглощения СО2.
Через один час приоткрыть пробку и извлечь из колб материал путем
быстрого выдергивания проволоки с листьями. Немедленно закрыть пробку,
изолировав верх трубочки фольгой. Перед титрованием добавить в каждую
колбу по 2-3 капли фенолфталеина: раствор окрашивается в малиновый цвет.
Оттитровать свободный барит 0,1 н HCl. При этом первыми оттитровывают
контрольные колбы. Вывести среднее, а затем оттитровать опытные колбы.
Титровать растворы следует осторожно до обесцвечивания. Результаты
записать в таблицу (на доске и в тетради).
Исследу- Навеска,
Время
Продолжи- Кол-во 0,1 н Интенсивемый
г
HCl,
ность
нач. конец тельность
объект
дыхания,
опыта опыта опыта, мин. пошедшее
на
мг CO2/г/ч
титрование
Интенсивность дыхания рассчитать по формуле:
I
(a  b)  2,2  60
мг СО2 /г/ч
pt
где:
а - количество 0,1н HCl, израсходованное на титрование контрольных
колб, мл;
b - количество 0,1 н HCl, израсходованное на титрование опытной
колбы, мл;
2,2- количество СО2, соответствующее 1 мл 0,1 н HCl, мг;
р - навеска листьев, г;
t - продолжительность опыта, мин;
60 - коэффициент для перевода минут в час.
В выводах указать, какие растения из взятых дышат сильнее. Почему?
13
РАБОТА № 4. РАЗЛОЖЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ ВОДЫ И
ПОЧВЫ С ОПРЕДЕЛЕНИЕМ НЕКОТОРЫХ КОНЕЧНЫХ
ПРОДУКТОВ
Другой формой распада органического вещества до простейших
соединений являются микробиологические процессы в почвах и водах, в
результате чего образуется гумус почвы и различные донные отложения
полуразложившейся органики (сапропель и др.). Основные из этих процессов
- биологическое разложение сапрофитами органических веществ,
содержащих азот и углерод, что является составной частью круговоротов
этих элементов в природных циклах. Бактерии-аммонификаторы
минерализуют белки растительных и животных остатков, а также других
микроорганизмов (в том числе и азотфиксаторов), мочевину, хитин,
нуклеиновые кислоты, в результате чего образуется аммиак (NH3).
Разлагаются и содержащие серу белки растений и животных, в результате
чего образуется сероводород (H2S). Продуктом жизнедеятельности микроорганизмов являются и индольные соединения, которые выполняют роль
стимуляторов роста. Наиболее известна β-индолилуксусная кислота или
гетероауксин. Индольные вещества образуются из аминокислоты
триптофана.
Процесс разложения органических веществ до простых соединений ферментативный. Конечным этапом аммонификации являются аммонийные
соли, доступные для растений.
Оборудование, реактивы, материалы
1) весы технохимические; 2) термостат; 3) пробирки; 4) ватные пробки;
5) химические стаканы; 6) чашки Петри; 7) NaHCO3; 8) 5%-ная PbNO3 или
Рb(СН3СОО)2; 9) реактив Сальковского; 10) реактив Эрлиха; 11)
нингидриновый реактив; 12) реактив Несслера; 13) гумусная почва; 14)
свежие листья люпина или засушенные листья других бобовых; 15) рыбная,
мясная мука или кусочки мяса, рыбы.
Ход работы
А. Аммонификация животных белков
а) Поместить в пробирку 0,5-1 г свежей рыбы или маленький кусочек
мяса. Добавить отстоянной воды до половины объема пробирки и 25-50 мг
NaHCO3 (на кончике скальпеля) для нейтрализации среды, что
благоприятствует деятельности аммонификаторов (благоприятна для них
нейтральная или слабощелочная среда при рН=7 и выше). Прибавить
небольшой комочек гумусной почвы для введения в среду аммонификаторов, смешать содержимое пробирки, заткнуть пробирку ватной
пробкой, предварительно укрепив между пробкой и пробиркой кусочек
свинцовой бумажки (рис. 2) так, чтобы он не касался раствора. Каждую
пробирку вверху обернуть фольгой, чтобы исключить выход газа из пробирки. Поставить все в термостат при 25-30°С на 7-14 дней.
14
Рис. 2. Смонтированная пробирка для определения аммонификации белков: 1
- пробирка; 2 -ватная пробка; 3 - свинцовая бумажка; 4 - среда.
Этот опыт имитирует разложение органических остатков в водной
среде стоячего водоема (например, пруд), куда могут попадать частички
почвы с прилегающих полей путем смыва.
б) Насыпать гумусную почву в стаканчик, полить отстоянной водой,
закопать в почву небольшой кусочек мяса, укрепить свинцовую бумажку
между почвой и краем стаканчика, закрыть систему чашкой Петри (бортиком
вниз), поставить в термостат при 25-30°С на одну - две недели.
Этот опыт имитирует разложение органических остатков (червей,
различных почвенных животных) в почве.
Б. Аммонификация растительных остатков
Проследить разложение в почве зеленого удобрения, для чего
наполнить химический стакан на 100 мл гумусовой почвой и закопать в нее
несколько кусочков зеленых стеблей и листьев многолетнего люпина, гороха,
фасоли, посаженного с осени в горшок. Можно использовать распаренные в
воде сухие части бобовых растений летнего сбора. Закрыть стаканы крышкой
от чашки Петри, поместить в термостат при температуре 25-30°С на одну две недели, поддерживая нормальную влажность почвы в течение опыта
(60% от полной влагоемкости), не переувлажняя ее.
Продолжение работы № 4 (проводится через 7-14 дней)
а) Отфильтровать часть культурального раствора из пробирок, в
которых происходило разложение животных белков. Обратить внимание на
образование плохо пахнущих продуктов (сероводород - запах тухлых яиц,
индольные соединения и др.).
Обнаружить образование аммиака добавлением к 1 мл культурального
раствора 2-3 капель реактива Несслера. Для этого удобно использовать
часовое стекло, помещенное на лист белой бумаги, или фарфоровую чашку.
15
Пожелтение раствора свидетельствует о наличии аммиака, образовавшегося
при разрушении белков.
Обнаружить наличие сероводорода по почернению свинцовой бумажки
над раствором или при опускании ее в раствор.
Накапать культуральный раствор на фильтровальную или хроматографическую бумагу микропипеткой с оттянутым носиком (10-20 капель
в одну точку), подсушить над вентилятором, капнуть реактива Сальковского,
Эрлиха или нингидринового реактива. Подогреть над плиткой. Индольные
соединения с реактивом Сальковского дают синее, красное, малиновое
окрашивания в зависимости от состава индольного продукта (ауксин
индолилуксусная кислота дает красное окрашивание). Реактив Эрлиха дает с
индольными производными пурпурное окрашивание. Нингидриновый
реактив - это реакция на аминокислоту триптофан (предшественник
индольных ауксинов). При подогреве - синее окрашивание.
б) Извлечь из почвы кусочек мяса или рыбы вместе с почвой,
прилегающей к кусочку, поместить в стаканчик, налить немного воды,
помять стеклянной палочкой, взболтать, отфильтровать. Определить в
фильтрате аммиак, сероводород, индольные вещества вышеуказанными
методами. Сходные процессы происходят в почве при перегнивании
отмерших животных.
в) Извлечь из почвы полуразложившиеся стебли люпиновой зеленой
массы, очистить от почвы и растереть с небольшим количеством воды.
Отфильтровать 1-2 мл раствора и сделать пробу на аммонийный азот,
освобождающийся при минерализации растительных белков (с реактивом
Несслера). Сходные процессы происходят в почве при запахивании зеленого
удобрения или органических остатков в виде навоза, торфа, сапропеля и др.
Определить наличие сероводорода, индольных веществ, триптофана.
г) Поместить на предметное стекло каплю культуральной жидкости из
пробирки, где происходило разложение животного белка, и изучить ее под
микроскопом при увеличении 600. Обнаруживаются многочисленные
микроорганизмы, вызывающие разложение органических веществ. Часто они
энергично движутся и червеобразно изгибаются.
16
Содержание:
Введение ................................................................................................................... 3
2 Требования техники безопасности ..................................................................... 4
3 Экспериментальная часть .................................................................................... 4
Работа № 1. Определение образования органического вещества в листьях
растений в процессе фотосинтеза (по содержанию углерода) ........................... 4
Работа № 2. Определение накопления органического вещества в биомассе
растений и в почве................................................................................................... 8
Работа № 3. Определение расхода органического вещества растениями при
дыхании .................................................................................................................. 11
Работа № 4. Разложение органических веществ воды и почвы с определением
некоторых конечных продуктов .......................................................................... 14
17
18
19
20