3. Усвоение растениями углерода

Фотосинтез – процесс образования органических веществ из углекислоты и воды с использованием солнечной энергии, происходящий в хлоропластах. В них находятся два типа пигментов, улавливающих световую энергию: хлорофиллы “а” и “б”, каротиноиды( ксантофилл и каротин).

Метод их разделения основан на различной адсорбции и растворимости в разных растворителях. Так, хлорофилл и каротин лучше растворяются в бензине, а ксантофилл в спирте, так как он содержит гидроксильные группы.

Хлорофиллы “а” и “б” являются производными порфирина и представляют собой сложный эфир дикарбоновой кислоты хлорофиллина, у которой водород одной карбоксильной группы замещен остатком метанола, а водород другой – остатком спирта фитола. Наличие спиртов можно установить действием щелочи. Центральное место в молекуле занимает магний, соединенный с четырьмя пиррольными кольцами. Его наличие можно установить, действуя кислотой. При этом место магния занимает водород. Образуется феофитин, имеющий буроватую окраску.

Хлорофилл обладает явлением флуоресценции, т. е. отражает лучи с измененной длиной волны, что свидетельствует о его высокой фотохимической активности.

В хлорофилле “б” одна из групп СН₃ замещена на группу СНО. Он имеет желтовато-зеленый цвет.

Каротин представляет собой углеводород, имеет оранжевую окраску, ксантофилл – высокомолекулярный спирт.

Для изучения пигментов используют спиртовую вытяжку «сырого хлорофилла». Ее получают следующим образом.

Нарезают свежие или сухие листья (злаков, крапивы, аспидистры) и растирают в фарфоровой ступке. Если листья жесткие, можно добавить кварцевого песка и спирта. К растертой массе приливают этиловый 96% спирт и продолжают растирать. Затем фильтруют через бумажный фильтр.

3.1. Изучение физико-химических и оптических свойств пигментов

3.1.1. Разделение пигментов(по методу Крауса)

Материалы и оборудование. 1. Спиртовая вытяжка пигментов листа. 2. Бензин. 3. Дистиллированная вода в капельнице. 4.Пипетки. 5. Пробирки в штативе. 6. 20% раствор едкого калия или едкого натрия.

Разделение пигментов основано на различной растворимости пигментов в спирте и бензине. Ксантофилл, как двуосновной спирт почти не растворим в бензине.

Порядок работы

Отделение ксантофиллов

1. Налить в пробирку 2-3 мл спиртовой вытяжки пигментов.

2. Прилить 4-6 мл бензина (в два раза больше, чем спиртовой вытяжки). Добавить 2-3 капли воды (чтобы спирт не смешивался с бензином).

3. Закрыть пробирку пальцем. Сильно встряхнуть несколько раз. Поставить пробирку в штатив и дать жидкости отстояться.

4. Жидкость в пробирке разделится на два слоя: верхний – бензиновый и нижний – спиртовой. Если нижний слой сохраняет зеленоватую окраску, добавить 1-2 капли воды и вновь встряхнуть. При помутнении нижнего слоя добавить немного спирта.

5. Записать, в какой цвет окрасится бензиновый и спиртовой слои. Объяснить почему. Сделать выводы.

Отделение каротиноидов

Для отделения каротиноидов необходимо осуществить омыление спиртового раствора пигментов (обработать его 20% раствором щелочи), что приведет к отщеплению остатков метилового спирта и фитола.

6. Налить в пробирку 2-3 мл спиртовой вытяжки пигментов.

7. Добавить двойное количество бензина, 1-2 капли воды, 4-5 капель едкой щелочи. Встряхнуть и поставить в штатив.

8. Жидкость разделится на два слоя: верхний – бензиновый, нижний – спиртовой. Но при этом окраска изменится. Под действием щелочи образуются спирты и калийная или натриевая соль хлорофиллина (соль хлорофиллиновой кислоты), которая сохраняет зеленую окраску, но отличается большой гидрофильностью, не растворима в бензине и перемещается в спиртовой слой.

9. Записать результаты, сделать рисунки. Объяснить, где находится каротин. Написать уравнение реакции.