Кислород измерение выделения при фотосинтезе

Рис. 7.25. Аппарат для измерения скорости выделения кислорода водным растением в процессе фотосинтеза.

Фиг. 119. Скорость видимого фотосинтеза (выделения кислорода, R, измеренного с помощью полярографа с платиновым электродом) у Ana ystis nidulans как функция интенсивности света с длиной волны 700 нм [182].

Самым простым способом измерения интенсивности фотосинтеза является определение скорости выделения кислорода у водного растения. [c.289]

В опытах с листьями наземных растений в замкнутой системе (фиг. 38, Б) имеются еще более сложные источники ошибок. Здесь один и тот же воздух в течение продолжительного времени циркулирует, проходя последовательно через прибор для измерения концентрации и через листовую камеру. Поэтому фотосинтез происходит при непрерывно уменьшающейся концентрации СОа и скорость его в любой момент времени можно определить, исходя из известного объема системы и наклона кривой, описывающей изменение концентрации СО2 во времени. Этот наклон определяется не только скоростью поглощения и выделения СО2 (соответственно хлоропластами и митохондриями), но и наружной концентрацией СО2 в данный момент времени, предшествующими изменениями этой концентрации во времени и, наконец, всеми значениями внутреннего сопротивления движению СО2. При наличии,очень точного метода определения концентрации объем замкнутой системы можно сделать достаточно большим относительно поверхности листа для того, чтобы снижение концентрации происходило крайне медленно (и вместе с тем поддавалось измерению). В противном случае видимый фотосинтез следует измерять в открытой или, еще лучше, в полузамкнутой системе (см. ниже), так как в этих случаях можно поддерживать постоянную скорость фотосинтеза, пополняя запас СО2 в воздухе по мере его расходования. Следует указать, что те же самые рассуждения приложимы и к опытам с открытой и замкнутой системами, в которых измеряются изменения концентрации кислорода, поскольку выделение кислорода обычно считается эквивалентным поглощению СОг- Однако теоретичесю [c.85]

Наиболее объективным методом определения потребности прудов в удобрениях, с помощью которого осуществляется и контроль за эффективностью их первичного действия, является метод биологических испытаний, при котором реакцию планктона на действие внесенных удобрений определяют по интенсивности фотосинтеза, измеряемой в кислородных единицах. Для измерения количества кислорода, выделенного в процессе фотосинтеза и поглощенного органическим веществом планктона, применяют метод склянок. Берут кислородные склянки объемом 100-120 мл из прозрачного стекла с притертыми пробками и заполняют их водой из исследуемого пруда. Воду для заполнения склянок отбирают в чистое эмалированное ведро из разных мест пруда (10-15 точек) для получения средней пробы. Воду в ведре перемешивают и с помощью резинового шланга заполняют 114 [c.114]

Большая часть определений квантового выхода фотосинтеза проводилась посредством манометрического метода, описанного в гл. XXV (см. фиг. 128). При этом способе измеряется изменение давления газа сначала над затемненной, а затем над освещаемой клеточной суспензией. Наблюдаемая разность давлений является результатом выделения и поглощения углекислоты и кислорода. Если дыхательный коэффициент и фотосинтетический коэффициент равны единице, то изменения давления могут быть вызваны только тем, что двуокись углерода обладает большей растворимостью в воде (и еще большей — в щелочных растворах), чем кислород. Чтобы проверить величину этих двух коэффициентов, измерение можно повторить в темноте и на свету с различными соотношениями объемов газа и жидкости в сосудах (см. фиг, 129), [c.518]

Одним из способов измерения фотосинтеза служит оценка выделения О2. В 1882 г. еще не было ни одного из тех чувствительных устройств для измерения содержания О2, которые появились позднее. Вместо них Энгельман применил для этой цели бактерии, которые лучше растут в присутствии О2 и активно ищут его. Когда водоросли освещали светом, разложенным в спектр, то лишь в тех участках, куда попадал свет синей и красной областей спектра, происходил фотосинтез и выделялся кислород. Бактерии, которые используют О2, концентрировались в основном вокруг участков водоросли, выделявших кислород. Таким образом, плотность бактерий позволяет грубо оценить скорость выделения [c.350]

Прежде всего флуоресценция конкурирует только с первичной фотохимической реакцией, а не со всем процессом фотосинтеза. Скорость фотосинтеза, измеренная по выделению кислорода или поглощению углекислоты, часто определяется не только эффективностью первичного фотопроцесса, но также и скоростью одной или нескольких связанных с этим процессом темновых каталитических реакций. К их числу относятся реакции, которые превращают первичные фотопродукты в стабильные конечные продукты фотосинтеза. Когда эти завершающие реакции слишком слабы, чтобы идти наравне с первичным фотохимическим процессом (что может иметь место, например, в очень сильном свете, или при низких температурах, или в присутствии некоторых ядов), первичные фотопродукты будут накопляться до определенной концентрации и вновь исчезать при обратных реакциях. Вследствие этого квантовый выход фотосинтеза уменьшится, однако на интенсивности флуоресценции это не отразится, так как первичный фотохимический процесс, конкурирующий с флуоресценцией, продолжается с неизменной скоростью. Этим можно объяснить существование светового насыщения в фотосинтезе, без одновременного возрастания выхода флуоресценции (явление, о котором мы упоминали выше). [c.234]

До применения меченых атомов различные исследователи (в период с 1886 по 1952 год) приводили непрямые доказательства в пользу того, что на свету дыхание подавляется, усиливается или же (в большинстве случаев) остается неизменным. Обычно верным считалось последнее утверждение поэтому в большинстве опытов по фотосинтезу к результирующей, или видимой скорости фотосинтеза прибавляли среднюю скорость тем-нового дыхания (измеренную до и после освещения) и таким путем получали, как считалось, истинную величину скорости фотосинтеза. Это предположение не могло быть в достаточной степени точно проверено экспериментально до тех пор, пока не появилась возможность использовать изотопы кислорода и углерода с тем, чтобы измерять одновременно выделение и поглощение растением одного и того же газа — молекулярного кислорода или СОг. [c.81]

Особенности распределения ФАР в рассеивающих средах приводят к тому, что максимум фотосинтеза, измеренный по выделению кислорода в матах, находится примерно на глубине 1 мм. Впрочем, [c.76]

Эмерсона. Результаты измерений величины этого эффекта у трех видов водорослей, содержащих различные вспомогательные пигменты, показаны на рис. 4.5. На практике измеряют количество выделенного кислорода. Следует обратить внимание на то, что количество кислорода, выделившегося при одновременном освещении водорослей двумя пучками света с разными длинами волн, больше суммарного количества кислорода, выделяющегося при освещении объекта теми же световыми пучками, включаемыми по отдельности. Именно это служит показателем эффекта усиления фотосинтеза. Отсюда следует, что в фотосинтезе у растений участвуют две реакции, одна из них сенсибилизируется хлорофиллом а, другая — вспомогательными пигментами. Сейчас эти реакции принято называть реакциями фотосистемы I (ФС I) и фотосистемы II (ФС II) соответственно. [c.59]

Чесноков, Гречихина и Ермолаева [47] нашли, что дыхание также имеет сложный дневной ритм. Вследствие этого невозможно получить истинную скорость фотосинтеза в различное время дня путем измерения скорости выделения кислорода и введения поправки с расчетом на равномерное дыхание. Они также нашли, что дыхание листьев часто бывает гораздо интенсивнее, чем это обычно предполагалось прежде. Скорость дыхания, в особенности у молодых листьев, может приближаться к скорости фотосинтеза. Этим объясняется, почему скорость выделения двуокиси углерода во время полуденной депрессии у некоторых растений была найдена почти равной скорости потребления двуокиси углерода при фотосинтезе до и после этого периода покоя. [c.290]

Эти цифры приводят к следующим выводам. 1) Измерения скорости фотосинтеза при низких концентрациях двуокиси углерода (например, при концентрациях меньше чем 1°/о Og в воздухе и 30- 10 Ж в растворе), если они длятся дольше нескольких секунд, требуют обильного снабжения двуокисью углерода либо in situ, в виде ионов карбоната и бикарбоната, либо извне в виде больших количеств циркулирующей жидкости или газа, которые должны все время хорошо снабжаться свежей двуокисью углерода для замещения потерь. 2) Когда используются листья или многоклеточные водоросли, требуется весьма энергичное перемешивание или циркулирование для предотвращения возникновения градиента концентрации двуокиси углерода вокруг растений. Требуемое размешивание зависит от соотношения между поверхностью и объемом. Это хорошо видно из следующего примера. Гесснер [89] измерял выделение кислорода у двух разновидностей Proserpina a palustris одной — с широкими листьями и другой — с тонко рассеченными перистыми листьями. [c.321]

Как видно из изложенного, герметические камеры в сочетании с радиоактивным методом являются хорошими приборами для количествепного измерения интенсивности фотосинтеза в лабораторных условиях, а также для изучения различных процессов поглощения и выделения углекислоты растениями. Дальнейшее развитие применения герметических камер с радиоактивной у глекислотой должно идти по пути разработки спектрометрических и масс-споктрометрических измерений в них всего газообмена растений. Сочетание этих методов газового анализа даст возможность непосредстпенного определения изменений количеств кислорода, меченой и обычной углекислоты в камере. [c.61]

Многофакторные эксперименты с большим числом уровней комбинируемых факторов могут служить предметом регрессионного анализа, причем весьма широкие горизонты открывает в этом случае использование вычислительных машин. Известно, например, что формула Маскелла для диффузионного сопротивления и некоторые вытекающие из нее уравнения, крайне сложные для решения с помощью настольных счетных машин, легко решаются с помощью электронных вычислительных машин. Если бы удалось упростить масс-спектрометрические измерения и одновременно довести их точность до таких пределов, которые сделали бы реальным измерение поглощения и выделения кислорода и СОг в действительно больших многофакторных опытах (типа тех, которые можно использовать для исследования эффекта Эмерсона с концентрацией кислорода в качестве одного из варьируемых факторов), то биохимики получили бы тем самым великолепный источник новой информации о взаимоотношениях фотосинтеза и дыхания. [c.287]

Химические и биохимические методы трудно приспособить для непрерывного наблюдения за скоростью фотосинтеза, поэтому физикохимические методы давно привлекали внимание исследователей в этом отношении. В современных количественных исследованиях процессов метаболизма манометрические измерения приобрели преобладающее значение. Биохимики нашли, что почти каждая биохимическая реакция может проводиться таким образом, чтобы происходило поглощение или выделение газа, и это часто дает наилучший способ для измерения ее скорости. Реакции гемоглобина с кислородом и окисью углерода были первыми, для которых этот метод был разработан Холдейном и Баркрофтом затем он был применен для изучения дыхания и фотосинтеза. Со времен Сакса [3] получил известность и широкое распространение приближенный метод измерения объема выделенного кислорода путем подсчета пузырьков . В спокойном растворе с определенным поверхностным натяжением пузырьки газа, отделяющиеся от листьев, имеют приблизительно одинаковую величину, так что скорость образования газа может быть вычислена путем умножения числа пузырьков, образующихся в единицу времени, на объем одиночного пузырька. Этот метод прост и чувствителен, но явно чреват ошибками, вызываемыми различием в смачиваемости листовой поверхности, слиянием мелких пузырьков в крупные, влиянием конвекционных токов или размешивания на размер пузырьков и подобными осложнениями. Многие авторы [15, 21, 29, 35, 45] старались усовершенствовать этот метод и сделать подсчет пузырьков автоматическим. Обсуждение этих попыток можно найти в книге Спёра [40]. Важное возражение против этого метода было выдвинуто Гесснером [63] пузырьки постоянного размера могут образовываться только в спокойной воде, в которой фотосинтезирующее растение окружается вскоре слоем воды со щелочной реакцией, с малым содержанием углекислоты и пересыщенной кислородом, а каждый из этих трех факторов может сильно влиять на скорость фотосинтеза. [c.255]

Следует заметить, что этот довод связан с допущением одинаковой фотосинтетической активности всех клеток как тех, которые в данный момент освещены, так и тех, которые находятся в темноте. Если только фактически освещаемые клетки (или клетки, находящиеся вне зоны освещения менее 0,01 сек.) могут заметным образом участвовать в фотосинтезе, то имеет значение лишь та часть светового фона, которая создает освещение этих самых клеток. Эта часть незначительна, если свет фона падает сверху и поглощается верхним слоем суспензии, тогда как измеренный пучок красного света поступает в сосуд снизу и поглощается тонким слоем суспензии у дна сосуда. Варбург и Бёрк [52, 53] описали единичный опыт, в котором световой фон подобно измеренному пучку света был направлен на сосуд снизу. Этот свет был достаточно интенсивен для приблизительно пятикратной компенсации дыхания тем не менее добавление измеренного пучка света приводило к приросту выделения кислорода, эквивалентному квантовому расходу 2,8. К сожалению, этот исключительно важный опыт был сделан с крайне неудовлетворительным графиком времени три 5-минутных цикла свет — темнота в одном сосуде, с последующими двумя 10-минутными циклами свет—темнота в другом сосуде. [c.542]

Варбург, Бёрк и сотрудники [51, 52], а также Мур и Дэггар [44] определили квантовый выход фотосинтеза из отношения прироста выделения кислорода к приросту поглощения в области выше компенсационного пункта при этом не было замечено систематического отличия между данными, полученными этим путем, и результатами измерений при слабом свете (иными словами, в этих опытах световая кривая выглядела прямой, проходящей через начало координат). Кок [42, 48], однако, нашел, что Р=/(/) является прямой, проходящей выше нулевой точки координат, и отсюда пришел к заключению, что квантовый выход истинного фотосинтеза ниже квантового выхода фотохимического процесса ( фотодыхания ), доминирующего при слабом освещении, насыщающегося вблизи компенсационного пункта и идущего с той же скоростью насыщения при дальнейшем повышении интенсивности света. Наконец, Френч, Вассинк и другие, работая с пурпурными бактериями, обнаружили при умеренном освещении приблизительно линейные световые кривые, экстраполяция которых по прямой проходила ниже нулевой точки координат. Они использовали значение тангенса утла наклона при среднем освещении для расчета истинного квантового выхода бактериального фотосинтеза, исходя из того допущения, что при слабом свете фотохимический процесс либо вообще не приводит к потреблению водорода и двуокиси углерода, либо использует их с гораздо меньшим квантовым выходом, чем бактериальный фото- [c.571]

НИЗКИЙ оптический дихроизм хлоропластов может объясняться именно этой недостаточно строгой ориентацией. Парк и др. [251—253] определили молекулярный состав квантосом, исследуя разрушенные хлоропласты шпината. Для зеленых ламеллярных структур диаметром от 2000 до 80 нм, полученных центрифугированием при постепенно возрастающих скоростях, отношение хлорофилла к азоту было довольно постоянным. Крупные структуры были, по-видимому, лишены гран, тогда как фракция более мелких частиц содержала граны. Эти результаты служат доказательством равномерного распределения хлорофилла по всей ламеллярной структуре хлоропласта. Было высказано предположение, что обычно наблюдаемая флуоресценция одних только гран объясняется более высоким содержанием ламеллярных структур. В квантосомах были обнаружены небольшие количества трех переходных металлов — железа, марганца и меди, причём концентрация марганца оказалась наиболее низкой. Марганец необходим для выделения кислорода при фотосинтезе. Учитывая это. Парк и Пон [253] рассчитали молекулярный вес наименьшей единицы в ламелле, которая, очевидно, еще могла бы осуществлять фотосинтез, т. е. частицы, соответствующей одному атому марганца. Он оказался равным 9,6-10 . Позже [251] расчеты были проведены с учетом данных об объеме квантосом (полученных путем измерений на электронных микрофотографиях), а также результатов определений эффективной плавучей плотности разрушенных ламеллярных структур в ультрацентрифуге. Было обнаружено, что молекулярный вес квантосом равен 2-10 , что соответствует двум атомам марганца. Данные о молекулярном составе квантосом представлены в табл. 1. Мембрана толщиной 10 нм содержит 50% липида и 50% белка. Следовательно, с учетом разницы в плотности (1,0 1,4) можно считать, что на долю липида приходится около 6,5 нм толщины мембраны, а это согласуется с представлением о существовании двойного липидного слоя. [c.35]

В 1923 году Варбург и Негелейн [309] установили, что при фотосинтезе у hlorella (измерялся по выделению кислорода) квантовый выход, т. е. число восстановленных молекул СОг на каждый поглощенный квант видимого света, может достигать 0,25. В то время это значение считалось теоретическим максимумом. Позже, в 1939 году, Эмерсон и Льюис [81], применявшие тот же манометрический метод Варбурга (гл. П1, разд. В), но при несколько иных условиях, получили еще более высокие значения кажущегося квантового выхода. Они сочли эти высокие значения артефактом, так как при проведении эксперимента на протяжении коротких периодов света и темноты отношение количества выделенного кислорода к количеству поглощенной за то же время СОг не оставалось постоянным. Проведя измерения через промежутки времени меньше одной минуты, авторы обнаружили резкое увеличение скорости изменения в начале каждого периода освещения и снижение этой скорости в начале каждого темнового периода (фиг. 104). Варбург и Негелейн измеряли давление только в те моменты времени, которые соответствуют на фиг. 104 точкам А и В. Чтобы оценить количество кислорода, выделившегося за 10 мин фотосинтеза, они поступали следующим образом утроенную среднюю величину изменения давления за промежуток времени от точки А до точки В (т. е. изменение давления, соответствующее 15-минутному поглощению кислорода в процессе дыхания) вычитали из величины изменения давления за промежуток времени от В до новой точки А (соответствующий 10 мин фотосинтеза и 15 мин дыхания). Эмерсон и Льюис нашли, что такой метод подсчета дает гораздо более высокие значения кажущегося квантового выхода, чем при оценке фотосинтеза за промежуток времени от С до D и дыхания от Е до F (когда устанавливаются ёолее или менее стационарные состояния). [c.235]

А, Для спектральных переходных эффектов величина переходного эффекта выражена как отвошение роста выделения кислорода (непосредственно после перехода от 700 нм к А.) к стационарному значению фотосинтеза. Б. Для эффекта усиления величина усиления выражена как отношение роста квантового выхода на свету 700 нм при добавлении света с длиной волны Я. к выходу на свету 700 нм. Кривая А повторена в Б, чтобы облегчить сравнение данных. Измерения выполнены на полярографе с платиновым электродом. [c.260]

Майерс и Френч также предположили, что промежуточное соединение (или соединения), образующееся в результате поглощения света 650 нм хлорофиллом Ь, накапливается в количествах, обеспечивающих максимальную скорость фотосинтеза, за доли секунды и имеет время жизни порядка нескольких секунд. Эти авторы отметили, что постоянные времени для процесса образования кислорода зеленой водорослью АпЫз1гойез-тиз, измеренные Уиттингемом и Брауном [324] с помощью чувствительной ячейки Херща (гл. 111, разд. В), представляли собой величины того же порядка, когда водоросль облучалась одной или двумя вспышками белого света. Выход кислорода под действием вспышки света длительностью 35 мс удваивался, если сначала давалась вспышка такой малой длительности (<5 мс), что сама по себе она вообще не вызывала выделения кислорода. Некоторое усиление,. хотя и меньшее, наблюдалось в том случае, когда вспышки давались в обратном порядке. Степень усиления резко возрастала при увеличении темнового интервала между вспышками до 1 с, а затем медленно снижалась, однако еще и при интервале в 10 или 15 с усиление было заметно (сравните периоды 0,6 и 15 с в опытах Майерса и Френча по изучению спектральных переходных явлений). [c.267]

К сожалению, масс-спектрометр пригоден дяя измерения фотосинтеза и дыхания только в стационарных условиях. Поэтому весьма интересное действие вспыщек света различной длины волны и частоты на фотосинтез при различных температурах придется, очевидно, и впредь изучать путем измерения видимого выделения кислорода (по всей вероятности, при низкой концентрации этого газа). Однако подобные опыты можно ставить как многофакторные, и тогда для интерпретации получаемых результатов весьма ценными могут оказаться масс-спектрометрические данные. Привлечение подобных данных сделает целесообразным расщирение измерений газообмена при исследовании ряда явлений, в том числе и эффекта Эмерсона. [c.288]

Так как фотосинтез и дыхание описываются одним и тем же общим уравнением реакций (только эти процессы идут в противоположных направлениях), измерение скоростей обмена Ог манометрическим, полярографическим и другими методами не может прояснить характер возможного взаимодействия между этими двумя процессами. Использование 0 , С Ог и масс-спектрометрии могло бы помочь выяснению этого вопроса. Браун и Вайсс [16] показали, что выделение СОг при дыхании на свету уменьшается на фиг. 237 представлены данные по индуцированному светом частичному подавлению поглощения Ог при дыхании. В то же время поглощение Og проявляет линейную зависимость от интенсивности даже на самом слабом свету, нри котором оно еще может быть измерено. Это указывает на то, что эти два процесса протекают независимо и что только кванты, не использованные при истинном фотосинтезе, подавляют поглощение Оз. У Ana ystis длинноволновый свет (X > 680 ммк), который индуцирует выделение кислорода с очень низкой эффективностью, в то же время наиболее эффективен в подавлении дыхания. [c.581]

Влияние интенсивности света на фотосинтетическую активность суспензии интактных клеток hlorella показано на рис. 2,3. При низких интенсивн0с тях света скорость фотосинтеза, измеренная по выделению кислорода. [c.26]

Кроме того, она должна для этого поступать в хлоропласт со скоростью, соизмеримой со скоростью выделения кислорода. ФГК и оба триозофосфата [фосфоглицериновый альдегид (ФГА) и дигндроксиацетонфосфат] сокращают индукционный период и снимают ингибирующее действие ортофосфата (разд. 7.11 и 7.12). На основании этого наблюдения Хельдт и его сотрудники провели прямые измерения (разд. 8.5), которые позволили сформулировать гипотезу о переносчике ортофосфата в ее современном виде (разд. 7.12 и 8.23). Транспорт всех трех соединений осуществляется при помощи переносчика со скоростями, не уступающими максимальной скорости фотосинтеза или даже превосходящими ее. [c.234]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология