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Versuchsprotokoll 1h-1j
Photosynthese
Gruppe xx
19.05.2003
Versuchsprotokoll
1.) Versuch 1h:
Crassulaceen - Säurestoffwechsel
1.1. Einleitung:
Die Crassulaceen sind Pflanzen, die ihren Stoffwechsel perfekt auf die heiße Tagestemperatur in
ihrem Lebensraum eingestellt haben. So vermeiden sie durch Schließen ihrer Spaltöffnungen
(Stomata) die sog. stomatäre Transpiration. Sie vermindern dadurch den transpirativen Verlust von
Wasser, das sie auch für die Photosynthese nutzen.
Nachts speichern diese CAM –Pflanzen (Crassulaceen – acid – metabolism) CO2 in Form von
Äpfelsäure/Malat in ihren großen Zellvakuolen. Tagsüber, wenn die Stomata geschlossen sind und
kein Austausch von Gasen mehr stattfinden kann, wird die Äpfelsäure aus den Vakuolen wieder in
CO2 und Pyruvat umgewandelt und für den Calvin Zyklus genutzt.
Die Speicherung und das Einschleusen in den Calvin Zyklus findet bei den CAM – Pflanzen in ein
und der gleichen Zelle statt (wenn auch in unterschiedlichen Kompartimenten).
Bei diesem Versuch sollen Vergleichs halber die Presssäfte von belichteten und unbelichteten Blättern
einer Crassulacee mit Hilfe der Dünnschichtchromatographie auf ihre Inhaltsstoffe untersucht werden,
um das obige Prinzip zu verifizieren.
1.2. Material und Methode:
Der Versuch wurde nach der Anleitung im Skript durchgeführt.
1.3. Versuchsergebnisse:
Messen der pH-Werte:
Universal Spezial pH-Meter
Belichtetes Blatt
5
5,5
5,11
Unbelichtetes Blatt
4
4
4,16
Tabelle 1: pH-Werte von Crassulaceen Pressaft (un-/belichtet)
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Versuchsprotokoll 1h-1j
Photosynthese
Gruppe xx
19.05.2003
Dünnschichtchromatographie der Presssäfte:
Nach dem Entwickeln der Platte ergab sich folgendes Bild:
Die Färbung der Säuren (gelb) des unbelichteten Presssaftes ist intensiver als die der Säuren des
belichteten. Die Salze (blaue Banden) lassen sich nicht gut auftrennen.
Die Isozitronensäure und die Zitronensäure lassen sich ebenfalls nicht korrekt auftrennen.
1.4. Auswertung:
Es ist stärkere Intensität der Banden der Äpfelsäure bei den drei Proben (6,7 und 8) des unbelichteten
Presssaftes im Vergleich zu den Proben (9,10 und 11) des belichteten Presssaftes zu erkennen. Bei den
Salzen hingegen ist keine eindeutige Aussage über die unterschiedlichen Intensitäten zu treffen. Leider
ist nicht näher zu bestimmen um welches es sich handelt. Auch Citronen- und Isocitronensäure laufen
in etwa gleich.
Die nachts gespeicherte Äpfelsäure wird tagsüber der weiteren Verarbeitung zugeführt.
Durch den Verbrauch sinkt natürlich die Konzentration der Äpfelsäure in den Vakuolen, womit die
geringeren Konzentrationen im Presssaft der belichteten Pflanze erklärt sind.
Die Messungen des pH-Werts bestätigen auch den höheren Säuregehalt bei der unbelichteten Pflanze.
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Versuchsprotokoll 1h-1j
Photosynthese
Gruppe xx
19.05.2003
Versuch 1i: Photosynthese der C4-Pflanzn
2.1. Einleitung:
Auch die C4-Pflanzen sind an heiße Standorte angepasst. Auch sie Fixieren das CO2 bevor sie es dem
Calvin Zyklus zur Verfügung stellen, man spricht von einem C4-Dicarbonsäureweg.
Im Unterschied zu den CAM– und C3- Pflanzen besitzen die C4-Pflanzen eine andere Blattanatomie,
die sich dadurch auszeichnet, dass das Blatt in Mesophyllzellen und Begleitbündelzellen unterteilt ist.
Die Mesophyllzellen umgeben ringförmig die Bündelscheidezellen, welche ebenfalls als Ring die
Leitbündel umgeben. Diesen beiden Zellarten kommen bei der Speicherung und Weiterverarbeitung
verschiedene Funktionen zu, die anhand der Versuche herausgearbeitet werden sollen.
2.2. Material und Methode:
Der Versuch wurde nach der Anleitung im Skript durchgeführt.
2.3. Versuchsergebnisse:
Stärkebildung von Maisblättern:
Die Blätter, die über Nacht in der Glucose-Lösung gestanden haben werden nach dem Anfärben mit
Jod dunkel. Besonders am Anfang der Färbung kann man erkennen, dass diese hauptsächlich an den
längslaufenden Blattnerven vorhanden zu sein scheint.
Die Blätter, die in Wasser standen, wurden durch das Iod nicht so intensiv blau-violett gefärbt.
Diese Beobachtung ist allerdings rein makroskopisch zu werten.
Blattquerschnitte von alten Maisblättern:
Die beiliegende Skizze zeigt den Querschnitt eines Blattes einer C4-Pflanze. Auffällig ist, dass nach
der Anfärbung nur die Bündelscheidezellen gefärbt sind. Die Mesophyllzellen dagegen blieben grün.
Zum Vergleich liegt auch eine Skizze des Blattquerschnittes einer C3-Planze bei.
Hill-Reaktion:
Nach dem Anfärben der Blattquerschnitte kann man eine Färbung der Mesophyllzellen erkennen. Die
Bündelscheidezellen dagegen haben sich nicht gefärbt.
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Versuchsprotokoll 1h-1j
Photosynthese
Gruppe xx
19.05.2003
2.4. Auswertung
Die jungen Maispflanzen, die sich noch im Wachstum befinden, verwenden alle ihre Assimilate
(Stärke) zum Aufbau von Zellsubstanz. Daher wird eine Glucose-Lösung als künstliche Stärkequelle
bereitgestellt. Die Färbung verläuft makroskopisch gesehen entlang der Blattnerven, mikroskopisch
betrachtet sind es die Bündelscheidenzellen, welche durch das Iod gefärbt werden.
Die Bündelscheidezellen umschließen ringförmig die Leitbündel. Nur in ihnen findet man die
stärkespeichernden Chloroplasten..
Dasselbe Prinzip liegt dem Versuch mit den alten Maisblättern zugrunde.
Bei der Hill-Reaktion färben sich hingegen die Mesophyllzellen. Das liegt daran, dass die
Bündelsscheidenzellen kein PSII besitzen, an dem das Hill-Reagenz als Elektronenakzeptor fungiert.
Durch Elektronenaufnahme reagiert das Tetrazoliumchlorid zu Formazan. Diese Reaktion ist mit einer
starken Schwarzfärbung verbunden.
Anhand der Versuchsergebnisse wird die räumliche Trennung der Fixierung und Verarbeitung von
CO2 in den C4-Pflanzen nochmals klar.
Außerdem ist der im Skript erwähnte Chloroplastendimorphismus durch die Versuche verifiziert
worden.
3.) Versuch 1j: Steigerung der Chlorophyllfluoreszens durch Hebizide
3.1. Einleitung:
Die Sonnenstrahlung (weißes Licht) wird bei der Photosynthese zum Anregen des Chlorophylls auf
ein höheres Energieniveau genutzt. Das Chlorophyll gibt ein Elektron an den primären Akzeptor ab
und fällt wieder in den Grundzustand. Kann das Chlorophyll kein Elektron abgeben, muss die
absorbierte Energie trotzdem verbraucht werden. Dies kann zum Beispiel durch die Fluoreszens
geschehen. Unter der UV-Lampe fluoresziert das Chlorophyll rot.
Das Blockieren der Elektronentransportkette kann zum Beispiel durch das Photosyntheseherbizid
DCMU hervorgerufen werden.
3.2. Material und Methode:
Der Versuch wurde nach der Anleitung im Skript durchgeführt.
3.3. Versuchsergebnisse:
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Versuchsprotokoll 1h-1j
Photosynthese
Gruppe xx
19.05.2003
Unter der UV-Lampe konnte nur auf der Stelle, wo DCMU aufgetragen wurde, eine Fluoreszens
erkannt werden. Bei Methanol und 2,4-D-Lösung ist keine Fluoreszens zu erkennen.
3.4. Auswertung:
Methanol hat überhaupt keinen Einfluss auf den Elektronentransport des Photosyntheseapparates.
Ebenso das Wuchsstoffherbizid 2,4-D, welches ein Hormon ist.
DCMU hingegen blockiert den Elektronentransport im Photosystem II und verursacht so die
Fluoreszens des Blattes.
4. Literatur: (Die Literaturangabe bezieht sich auf alle Versuche des vorliegenden
Protokolls)
CAMPELL, Biologie, 5. Auflage, 1997, Spektrum Verlag, Stichwort „Photosynthese“
RICHTER, Biochemie der Pflanzen, 1996, Thieme Verlag
BUSCHMANN + KRUMMBACH, Physiologie der Photosynthese, 1985, Springer Verlag
LICHTENTHALER + PFISTER, Praktikum der Photosynthese, 1978, Quelle & Meyer
HELDT, Pflanzenbiochemie, 2003, Spektrum Verlag