Zakład Biologii Sanitarnej i Ekotechniki ĆWICZENIE 3

Transkrypt

1 ĆWICZENIE 3 ROLA ORGANIZMÓW AUTOTROFICZNYCH W ŚRODOWISKU. DROBNOUSTROJE FOTO- I CHEMOSYNTETYZUJĄCE I ICH ROLA W INŻYNIERII ŚRODOWISKA /Opiekun merytoryczny: dr hab. Teodora M. Traczewska, prof. nadzw. PWr modyfikacja: dr inż. Agnieszka Trusz-Zdybek i mgr inż. Maciej Bełcik/ 1. Zagadnienia szczegółowe: Fotosynteza: definicja, ogólny wzór procesu i znaczenie ekologiczne; chemizm fotosyntezy: barwniki biorące udział w fotosyntezie, ich znaczenie w procesie i lokalizacja; fosforylacja cykliczna; fosforylacja niecykliczna; cykl Calvina; zależność fotosyntezy od czynników zewnętrznych; fotosynteza bakteryjna: mechanizm, charakterystyka bakterii zdolnych do fotosyntezy; Chemosynteza: definicja i znaczenie ekologiczne; ogólny mechanizm chemosyntezy; chemosynteza siarkowa: mechanizm, charakterystyka bakterii zdolnych do chem. siarkowej. Nitryfikacja: mechanizm procesu (nitryfikacja I i II fazy); charakterystyka bakterii nitryfikacyjnych; chemosynteza siarkowa mechanizm, charakterystyka bakterii zdolnych do chem. siarkowej. *Zagadnienia nadobowiązkowe: fotosynteza typu C4; bakterie wodorowe; bakterie żelaziste i manganowe znaczenie w procesie uzdatniania wody. 2. Literatura zalecana a) Maria Pawlaczyk-Szpilowa, Biologia i ekologia P.Wr.1997, s b) Maria Pawlaczyk-Szpilowa, Mikrobiologia wody i ścieków, PWN, Warszawa 1978, s c) Stefan Gumiński Fizjologia roślin, PWN, 1977, s d) Jan Kopcewicz, Stanisław Lewak, Podstawy fizjologii roślin, PWN, 1998, rozdz Solomon Biologia, 3. Materiały dodatkowe Załączniki do zad. 3. 1

2 CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA Zad. 1: Oznaczenie współczynnika fotosyntezy AQ w warunkach świetlnych i ciemnych. Współczynnik fotosyntezy jest stosunkiem ilości wydzielonego tlenu do pobranego dwutlenku węgla. W celu oznaczenia współczynnika AQ należy zbadać stężenie tlenu i dwutlenku węgla w wodzie użytej do doświadczenia tzw. wodzie 0 oraz w wodzie zawierającej rośliny fotosyntezujące przechowywane w warunkach świetlnych (faza jasna rośliny przechowywane w wodzie przy dostępności światła) i warunkach ciemnych (faza ciemna rośliny przechowywane w wodzie przy braku światła). W celu realizacji zadania wcześniej napełniono wodą wodociągową dwie litrowe butle. Do obu wprowadzono równe ilości mchu wodnego. Jedną butlę postawiono w ciemnym miejscu, a drugą oświetlano w tym czasie światłem żarówki. a) Oznaczanie tlenu rozpuszczonego metodą Winklera: - butelki tlenówki z korkiem - cylinder miarowy - kolby stożkowe - siarczan(vi) manganu(ii), 40% - alkaliczny r-r jodku potasu - kwas siarkowy(vi), 98% - tiosiarczan sodu, 0,025 n - skrobia, 1% (m/v) - wskaźnik - napełnić butelkę tlenówkę wodą tak, aby przy zamykaniu korkiem woda wylewała się; - dodać wprowadzając koniec pipety pod powierzchnię cieczy 0,5 cm 3 r-u siarczanu(vi) manganu(ii) (MnSO 4 ); - i 1 cm 3 alkalicznego r-u jodku potasu (KJ); - zamknąć butelkę korkiem tak, aby nie zostawić pod nim pęcherzyka powietrza i dobrze wymieszać do otrzymania jednolitej zawiesimy; - odstawić do ciemnego miejsca w celu opadnięcia na dno wytworzonego osadu (około 5 min); - następnie pod powierzchnię cieczy wprowadzić ostrożnie pipetą 0,5 cm 3 stężonego roztworu kwasu siarkowego(vi); - zamknąć butelkę korkiem i dobrze wymieszać do całkowitego rozpuszczenia osadu; - odmierzyć cylindrem miarowym 50,0 cm 3 badanej wody wlewając ją delikatnie po ściankach cylindra, aby dodatkowo nie napowietrzyć próby; - przelać delikatnie badaną wodę po ściankach do kolbki stożkowej; - miareczkować 0,025 n r-em tiosiarczanu sodu do jasnosłomkowego zabarwienia; - dodać 0,5 cm 3 r-u skrobi i szybko zmiareczkować do całkowitego odbarwienia roztworu; - ponownego wystąpienia niebieskiego zabarwienia roztworu po zakończeniu miareczkowania nie uwzględnia się. 2

3 b) Oznaczanie dwutlenku węgla wolnego: - kolby stożkowe - wodorotlenek sodu, 0,05 n - fenoloftaleina - wskaźnik - do kolby stożkowej odmierzyć 50 cm 3 badanej próby; - dodać 1 cm 3 roztworu fenoloftaleiny; - miareczkować 0,05 n r-em wodorotlenku sodu do wystąpienia lekko różowego zabarwienia utrzymującego się przez minutę. Część obliczeniowa: Zawartość tlenu obliczyć ze wzoru: a objętość tiosiarczanu sodu zużytego do miareczkowania próbki w cm 3, 0,2 liczba mg O 2 odpowiadająca 1 cm 3 0,025 n r-u tiosiarczanu sodu, 1000 objętość wody w butli V objętość próby użytej do miareczkowania Zawartość dwutlenku węgla obliczyć ze wzoru: b objętość wodorotlenku sodu zużytego na miareczkowanie próbki w cm 3, 2,2 liczba mg CO 2 odpowiadająca 1 cm 3 NaOH zużytego podczas miareczkowania, 1000 objętość wody w butli V objętość próby użytej do miareczkowania Na podstawie uzyskanych wyników obliczyć ilość tlenu i dwutlenku węgla wyprodukowaną przez rośliny w fazie jasnej i ciemnej wg wzorów:, K ilość tlenu/dwutlenku węgla w butli na końcu doświadczenia [mg], P ilość tlenu/dwutlenku węgla w butli w wodzie 0 [mg], 32 masa molowa tlenu. 44 masa molowa dwutlenku węgla. Oraz wskaźnik fotosyntezy AQ dla fazy jasnej i ciemnej wg wzoru: 3

4 Zad. 2: Wykrywanie aktywności nitryfikacyjnej zachodzącej z udziałem mikroflory pochodzącej z różnych środowisk. Pożywki mineralne Winogradzkiego zawierają roztwory specyficzne do wykrywania poszczególnych etapów nitryfikacji. Pożywka Winogradzkiego I zawiera kationy amonowe i przeznaczona jest do wykrywania I fazy nitryfikacji, pożywka Winogradzkiego II zawiera azotyny i przeznaczona jest do wykrywania II fazy nitryfikacji. Materiały: - pożywka mineralna Winogradzkiego I i II - próbka badana (gleba, osad denny, osad czynny, woda powierzchniowa, piasek); Do obu probówek wprowadzić materiał badany według zaleceń prowadzącego ćwiczenia. W przypadku wody rzecznej bądź powierzchniowej wprowadzić 0,5 cm 3 próby. Dla pozostałych materiałów płaską łopatkę. Próby inkubować przez 14 dni w temperaturze pokojowej. Po inkubacji zbadać obecność produktów nitryfikacji I i II fazy oraz zanik substratów w odpowiednich probówkach. a) Wykrywanie azotanów(iii): - szkiełko zegarkowe - odczynnik Griessa (r-r kwasu sulfanilowego i α- naftyloaminy) Na szkiełko zegarkowe nanieść pipetą 0,5 cm 3 hodowli, a następnie oddzielnymi pipetami dodać odczynnik Griessa (pół płaskiej łopatki). Obserwować zmianę zabarwienia. W przypadku obecności azotanów(iii) pojawia się zabarwienie od czerwonoamarantowego do brunatnego (intensywność barwy jest wprost proporcjonalna do stężenia azotanów(iii) w badanej próbce metoda wizualna). b) Wykrywanie azotanów(v): - łaźnia wodna - mocznik - kwas siarkowy(vi) - roztwór difenyloaminy 4

5 W celu usunięcia azotanów(iii), które dają taką samą reakcję barwną, do probówki wsypać 1 płaską łyżeczkę mocznika, rozpuścić i wstawić do łaźni wodnej o temp C, po czym dodać 2 cm 3 stężonego kwasu siarkowego(vi) nie dopuszczając do wrzenia. Po ustąpieniu wydzielania się pęcherzyków gazu, wlać ostrożnie 1 cm 3 r-u difenyloaminy. Obserwować zmianę zabarwienia. Pojawienie się zabarwienia od niebieskiego do granatowego świadczy o obecności azotanów(v) (intensywność barwy jest wprost proporcjonalna do stężenia azotanów w badanej próbce metoda wizualna). c) Wykrywanie kationów amonowych: - szkiełko zegarkowe - odczynnik Nesslera (zasadowy roztwór tetrajodortęcianu(ii) potasu) Na szkiełko zegarkowe nanieść 0,5 cm 3 odczynnika Nesslera, następnie dodać 0,5 cm 3 badanej hodowli i wymieszać. Obserwować zmianę zabarwienia. Pojawienie się zabarwiania od żółtopomarańczowego do czerwonobrunatnego świadczy o obecności kationów amonowych (intensywność barwy jest wprost proporcjonalna do stężenia jonów amonowych w badanej próbce metoda wizualna). Zad. 3: Założenie hodowli wodnych bakterii autotroficznych. Według załączników 1-3 Po kilku tygodniach w górnej części słupa wody powinna pojawić się biaława płytka utworzona z tlenowych bakterii siarkowych, a na powierzchni mułu, od strony oświetlonej, brunatno-czerwony nalot bakterii purpurowych. Rozmieszczenie bakterii siarkowych i purpurowych uzależnione jest od obecności tlenu i anionów siarczkowych. Wykonać preparaty przyżyciowe obu typów bakterii i obejrzeć pod mikroskopem. Załącznik 1 hodowla wodnych bakterii autotroficznych - na dno cylindra miarowego o pojemności 500 cm 3 wprowadzić 2-3 cm warstwę mułu dennego i zalać cm 3 wody wodociągowej lub studziennej; - dodać 0,5 g siarczku sodu (Na 2 S) i wymieszać (pipetą lub bagietką); - przykryć cylinder miarowy szkiełkiem zegarkowym; - hodowle umieścić na świetle w temperaturze pokojowej. 5