- •Лабораторная работа №1. Определение интенсивности фотосинтеза в зеленых частях растений с целью подбора пород для восстановления потерь кислорода в крупных жилых застройках.
- •Тест-контроль
- •Вопрос 2.1. К каким реакциям можно отнести фотосинтез?
- •Вопрос 2.2. Какая роль Мирового океана в регуляции биохимического цикла углерода?
- •Лабораторная работа №3. Изучение содержания кальция в воде водоемов, расположенных в пределах больших городов в зависимости от степени их закисления
- •Лабораторная работа №4 Изучение степени закисления почв в районах, прилегающих к предприятиям топливно-энергетического комплекса
Тест-контроль
Вопрос 1.1. Что такое фотосинтез?
“А”. Окислительно-восстановительный процесс в хлоропластах растений, при котором из простых неорганических веществ под действием солнечного света синтезируются сложные органические соединения.
“Б”. Реакция синтеза органического вещества под действием ферментов.
“В”. Поглощение углекислого газа из воздуха и высвобождение кислорода.
Вопрос 1.2. Какие функции выполняет в природе фотосинтез?
“А”. Очищает воздух от загрязняющих веществ.
“Б”. Производит органическое вещество и кислород.
“В”. Увеличивает в воздухе количество углекислого газа.
Лабораторная робота №2.
Изучение интенсивности фотосинтеза погруженных
водных растений, используемых для очистки
бытовых сточных вод крупных жилых массивов.
В термодинамических условиях на поверхности Земли при активном участии живых организмов или продуктов их жизнедеятельности осуществляются многочисленные превращения вещества, которые систематически повторяются. Превращение веществ в значительной мере циклично, поэтому его называют круговоротами или циклами. В основе круговоротов лежит фотосинтез - реакция образования сложного вещества из простых неорганических соединений за счет энергии солнечного света, которая поглощается пигментом хлорофиллом. Эта реакция происходит в высших растениях, водорослях, фотосинтезирующих бактериях. Общий ее вид такой:
6СО2 + 6Н2О С6Н12О6 + 6О2 (2.1)
Количество энергии, которое ежегодно связывается в продуктах фотосинтеза, составляет 3.10 Дж, что на порядок выше энергетических потребностей человечества. В процессе фотосинтеза образуется органическое вещество и кислород. Вместе с углеводами в процессе фотосинтеза образуются аминокислоты, пигменты, сырьем для которых служат фосфаты, нитраты, сульфаты. Как следует из уравнения, фотосинтез вместе с противоположным процессом окисления органического вещества обеспечивает ряд биогеохимических циклов: водяного пара, углекислого газа, органического вещества, кислорода, а также превращение и аккумуляцию энергии. Масштабы этих циклов значительные: 100 млрд т СО2, 145 млрд т О2. Считается, что весь кислород атмосферы плюс часть О2, связанная горными породами —окислами, является продуктом фотосинтеза. С фотосинтезом в значительной мере связан углеродный биогеохимический цикл. Он объединяется миграцией углерода, который в различных средах образует различные соединения. Этот цикл интересен механизмом саморегуляции и экологически очень важен. Углеродный цикл протекает в системе: земная кора (выделение СО2 за счет вулканических процессов и окисления органических остатков, депонирование углерода в карбонатах) - атмосфера (промежуточное звено цикла) - океан (химическая лаборатория, в которой образуется угольная кислота и ее соли, а также регулятор содержания СО2 в системе , океаническое дно - донный ил - воды океана —атмосфера —живые организмы, (выделение СО2 в процессе дыхания, аккумуляция фотосинтезирующими растениями) - человечество (выделение СО2, СО за счет сжигания топлива). Основным регулятором в этом цикле является Мировой океан (при условии чистоты поверхности, в противоположном случае нарушается газообмен с атмосферой).
Важный экологический вывод: углеродный цикл способен вбирать избытки СО2, который присутствует в атмосфере, емкость океана в этом отношении неограниченная. Но для этого необходимо время (система инерционна, связана с изменением концентрации СО2 во всей толще океана), единство цикла, чистота поверхности океана. Прогнозы климата, которые не учитывают цикл углерода, безосновательны. В последнее время внимание геофизиков - авторов таких прогнозов - направлено на то, что нет прямой зависимости между увеличением темпа сжигания топлива, повышением содержания СО2 в атмосфере и парниковым эффектом.
В водных экосистемах кислотность воды зависит от содержания в них СО2 т.к. СО2 в результате взаимодействия с водой образует угольную кислоту,
СО2 + Н2О => Н2СО3 (2.2)
Угольная кислота в очень разбавленном водном растворе полностью диссоциирует на ионы:
Н2СО3 == Н++ НСО3
НСО3- == Н+ + СО32-
Критерием кислотности среды, определяемым экспериментальным методом, является рН раствора - отрицательный логарифм концентрации водородных ионов ( рН =‑lg[Н+]). Основным фактором, понижающим содержание СО2 в водных экосистемах, является фотосинтез углеводов в зеленом листе растений (уравнение 2.1). Таким образом, экспериментально определяя рН водного раствора с погруженной в него высшей водной растительностью за определенный промежуток времени можно оценить количество поглощенной СО2 и по уравнению (2.1) рассчитать количество образовавшегося кислорода (О2), углеводов (С6Н12О6) (прирост биомассы), т. е. оценить продуктивность высшей водной растительности.
Цель работы - Изучение процесса фотосинтеза, протекающего в клетках погруженной высшей водной растительности, рН методом, расчет, исходя из изменения рН, содержания поглощенного СО2, образовавшихся углеводов, кислорода.
Приборы и оборудование. Для выполнения работы необходим рН-метр - РН‑121
Методика выполнения работы. В две банки емкостью 0,5 л налить по 0,5 л водопроводной воды, предварительно отстоянной для удаления соединений хлора (можно воспользоваться водой из открытого водоема), подогретой до температуры 25—30оС. В банку поместить небольших размеров водное растение. Банки плотно закрыть крышками и поместить около источника видимого света (подоконник), освещать 30—мин. После этого взять пробы воды из обеих банок и провести измерение рН проб. Полученные данные внести в таблицу 2.2.
Внимание! В нашем курсе вам надо взять не менее, чем два примера экспериментальных данных, приведенных в таблице 2.1.
Таблице 2.1 - Экспериментальные данные, полученные в процессе измерения рН
Эксперимен- тальный образец |
Значение рН образца воды | |
в контрольном опыте (без растения) |
в рабочем опыте (с растением) | |
1 |
6,52 |
6,91 |
2 |
6,45 |
6,87 |
3 |
6,56 |
6,92 |
4 |
6,75 |
7,02 |
5 |
6,35 |
6,59 |
Внесите выбранные экспериментальные данные в таблицу 2.2.
Таблица 2.2 - Экспериментальные данные, полученные в процессе измерения рН и выбранные для расчета
Эксперимен- тальный образец |
Значение рН образца воды | |
в контрольном опыте (без растения) |
в рабочем опыте (с растением) | |
1 |
|
|
2 |
|
|
По величине рН, используя формулу:
рН =‑lg[Н+], (2.3)
необходимо рассчитать концентрацию ионов водорода [Н+] в контрольном опыте и в опыте с растительностью. Затем, исходя из схемы (2.4):
2Н+ -‑->Н2СО3--->CО2--->О2--->1/6.C6Н12О6 (2.4)
рассчитать количество потребленного СО2 и образовавшейся биомассы в виде углевода С6Н12О6, а также выделившегося О2.
2(Н+)---> СО2;
2Мн+ -‑-> Мсо2;
mн+ ‑‑-> mCO2; 1
mн+ . МCO2 mCO2 = -‑-------- .
2Мн+ где: mCO2 —масса потребленного СО2,мг; mн+ —масса ионов водорода в растворе, которые участвовали в реакции, мг;
Мсо2 —молекулярная масса СО2;
Мн+ —атомная масса Н+;
mн+= [Н+]. Мн+ .V;
где: V —обьем пробы воды в банках ( в мл);
[H+] —разница концентрации водородных ионов в опыте с растительностью и контрольном опыте.
[Н+].Мн+ .V . Мсо2 [Н+] .V . Мсо2
mCO2= -‑----------------- = ‑‑-------------- .
2Мн+ 2
Точно так же рассчитать количество выделенного кислорода:
2.[ H+] -‑-> O2
[Н+] . V . Мо2
mO2 = ‑‑--------------- ;
2
и образовавшегося углевода:
1/6х2 [Н+] -‑-> —С6Н12О6;
[Н+] . Мс6н12о6.V
mС6Н12О6= -‑---------------- .
2 .6
Полученные результаты расчетов запишите в таблицу 2.3.
Таблица 2.3 – Результаты расчетов количества веществ, которые принимали участие в реакции фотосинтеза на базе данных эксперимента
№ экспер. |
Опыт |
рН |
Н+ |
Н+ |
mсо2, мг |
mо2 , мг |
mуглев, мг |
1 |
контр. |
|
|
|
|
|
|
с растительностью. |
|
| |||||
2 |
контр. |
|
|
|
|
|
|
с растител. |
|
|
Внимание! Проверьте правильность расчетов! ( таблица 2.4)
Таблица 2.4 - Результаты расчетов лабораторной работы №2.
№ экспер. |
Опыт |
рН |
Н+*10-6 |
Н+*10-6 |
mсо2, мг |
mо2 , мг |
mуглев, мг |
1 |
контр. |
6,52 |
0,302 |
0,179
|
0,0020 |
0,0014 |
0,0013 |
с растител. |
6,91 |
0,123 | |||||
2 |
контр. |
6,45 |
0,353 |
0,219 |
0,0024 |
0,0017 |
0,0016 |
с растител. |
6,87 |
0,134 | |||||
3 |
контр. |
6,56 |
0,275 |
0,155 |
0,0017 |
0,0012 |
0,0012 |
с растител. |
6,92 |
0,120 | |||||
4 |
контр. |
6,75 |
0,178 |
0,083 |
0,0091 |
0,0066 |
0,0066 |
с растител. |
7,02 |
0,095 | |||||
5 |
контр. |
6,35 |
0,447 |
0,190 |
0,0021 |
0,0015 |
0,0014 |
с растител. |
6,59 |
0,257 |
Сделайте вывод на базе полученных расчетов интенсивности фотосинтетической деятельности в зеленых частях погруженных водных растений. Дайте рекомендации относительно использования тех или других растений для очистки бытовых сточных вод.
Тест-контроль.