Herkunft des Sauerstoffs - Hill-Reaktion
Materialien, Chemikalien, Geräte:
• Spinat oder Vogerlsalat
• Schere
• Wage
• Porzellanreibschale
• Quarzsand
• Filter
• Saugflasche und Wasserstrahlpumpe
• 3 Schnappdeckelgläser
• 2 Messzylinder 50 und 10 mL
• Pipette 200 - 1000 µL und Pipettenspitzen
• Alufolie
• Sonnenlicht, oder Pflanzen- oder Halogenlampe
• 0,5 M Saccharoselösung
• 0,1 M Phosphatpuffer
• 10%ige KCl
• DCPIP (2,6-Dichlorphenolindophenol, Tillmans-Reagenz)
• DCMU-Lösung (2,6-Dichlorphenol-indophenol-natrium Lösung, Diuron) Durchführung:
• Zerschneide die Blätter in kleine Stücke und entferne die Hauptleitbündel
• Wiege 20 g der Blattstücke
• Zerreibe Blattstücke mit etwas Quarzsand und 50 ml Saccharose-Lösung in einer Porzellanreibschale
• Lege den angefeuchteten Filter in die Saugflasche
• Filtriere den Brei mit Saugflasche und Wasserstrahlpumpe
• jeweils 1 ml der erhaltenen Suspension in die 3 Schnappdeckgläser füllen
• jeweils 9 ml Phosphatpuffer und eine Messerspitze KCl zugeben
• In jeden Ansatz werden 0,3 ml DCPIP-Lösung dazu pipettieren → der Ansatz färbt sich dunkelblau
• In den 3. Ansatz wird 1 ml DCMU-Lösung pipettiert
• Gläser schließen
• 1. Ansatz mit Alufolie umwickeln und in Dunkelheit stellen
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• 2. und 3. Ansatz beleuchten (Sonnenlicht, Pflanzen- oder Halogenlampe)
• Beobachtungen nach 10 Minuten notieren Beobachtung:
1. Ansatz (0,3 ml DCPIP + Dunkelheit): keine Veränderung
2. Ansatz (0,3 ml DCPIP + Bestrahlung): Verfärbung von blau nach farblos (gelblich)
3. Ansatz (0,3 ml DCPIP + DCMU + Bestrahlung): Keine Entfärbung (etwas hellere Blaufärbung) Erklärung:
DCPIP ist ein Redox-Indikator: In der oxidierten Form ist er blau, für die Färbung verantwortlich ist ein konjugiertes Doppelbindungssystems. Bei der Übertragung von Elektronen wird dieses konjugierte Doppelbindungssystem unterbrochen, der reduzierte Farbstoff (Leuko-Farbstoff) wird farblos.
DCMU ist ein Breitbandherbizid das 1954 von der Firma Bayer zur völligen Beseitigung von Pflanzen eingeführt wurde. Es hemmt die Photosynthese durch Inhibierung des Elektronentransports zwischen Photosystem II (P680) und Photosystem I (P700) und damit die Elektronentransportkette und die zyklische Phosphorylierung (siehe „Theorie zur Photosynthese“).
Beim 1. Ansatz (Probe in Dunkelheit mit Alufolie umwickelt) kam es zu keiner Veränderung, weil durch fehlende Belichtung keine Photosynthese und damit auch kein Elektronentransport (und damit keine Reduktion von DCPIP zur farblosen Form) stattfand.
Im 2. Ansatz (Probe im Licht) wird der blaue Farbstoff DCPIP durch Lichtenergie in der Photosynthese entfärbt, weil die auf den Indikator übertragenen Elektronen den Farbstoff reduzieren und so in die farblose Form umwandeln.
Beim 3. Ansatz (Probe im Licht mit DCMU) wurde die Photosynthese durch das Herbizid (fast vollständig) unterbunden, es kam zu keinem (nur sehr geringem) Elektronentransport und darum auch zu keiner Entfärbung des Farbstoffes DCPIP.
Sicherheitshinweise:
DCPIP (Dichlorphenolindophenol) ist reizend
DCMU (Diuron, 3-(3,4-Dichlorphenyl)-1,1-dimethylharnstoff) ist gesundheitsschädlich, umweltgefährlich und stark gewässergefährlich
Quellen:
Grundlagen der Zellbiologie, Anatomie und Physiologie der Pflanzen (Müller WS 2006);
Fachportal chemie.de (LUMITOS AG 2021); Pflanzenphysiologische Experimente für das Unterrichtsfach Biologie und Umweltkunde (Vallant 2016); Hill-Reaktion isolierter Chloroplasten mit DCPIP (AlpTraumBio.de.vu 2021)
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Chlorophyllfluoreszenz
Chlorophyllfluoreszenz mit Petroleum
Materialien, Chemikalien, Geräte:
• Petroleumschicht aus dem Versuch “Extraktion von Farbstoffen bei roten Blättern mit Ethanol und Petroleum“
• UV-Licht Durchführung:
• Das in Petroleum gelöste Chlorophyll wird mit UV-Licht bestrahlt Beobachtung:
Die Chlorophylllösung ist im normalen Tageslicht grün.
Wird sie mit blauem Licht bestrahlt, leuchtet sie rot.
Sicherheitshinweise:
Petroleum ist gesundheitsschädlich und umweltgefährlich.
Entsorgung:
Die Ansätze können nach vorhergehender Neutralisation im Lösungsmittelabfall entsorgt werden.
Quellen:
Seminar Zellbiologie, Anatomie und Physiologie von Pflanzen (Müller WS 2006); Fachportal chemie.de (LUMITOS AG 2021)
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Chlorophyllfluoreszenz mit Isopropanol
Materialien, Chemikalien, Geräte:
• Heizplatte
• 10 Spinat Blätter
• Schere oder Messer
• Erlenmeyer Kolben
• 20 ml 91%iger Isopropanol oder Ethanol
• Glas- oder Plastikstab
• Becherglas
• Leitungswasser
• (Kaffee)Filter (und Trichter)
• Becherglas oder Plastikbecher
• UV-Lampe Durchführung:
• Becherglas mit Leitungswasser auf der Heizplatte erhitzten
• Spinat zerschneiden und in den Erlenmeyerkolben geben
• 20 ml 91%igen Isopropanol hinzufügen und mit dem Glasstab den Spinat etwas zerdrücken und untertauchen
• Erlenmeyerkolben für mindestens 5 Minuten in warmes Wasserbad stellen
• Chloroplasten Lösung filtrieren
• Chloroplasten Lösung mit UV-Lampe (Schwarzlichtlampe) bestrahlen Beobachtung:
Bei Bestrahlung mit der UV-Lampe leuchtet die Chloroplasten Lösung rot.
Fachwissen und Hintergrundinformation:
Chlorophyll ist ein fettlöslicher Stoff, der sich in Isopropanol gut löst (besser als in Wasser).
Sicherheitshinweise:
Isopropanol ist leichtentzündlich und reizend Quelle/n:
Chlorophyll Fluorescence - How to isolate chlorophyll and make it glow (The Laboratory Collective 2020); Fachportal chemie.de (LUMITOS AG 2021)
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Chlorophyllfluoreszenz mit Ethanol
Materialien, Chemikalien, Geräte:
• Spinat
• Mörser und Pistill
• Quarzsand
• Kaffeefilter (und Glastrichter)
• Becherglas 400 ml
• Ca. 50 ml Ethanol
• Becherglas oder Plastikbecher
• UV-Lampe Durchführung:
• Spinat mit etwas Sand und etwas Ethanol mörsern
• Kaffeefilter auf das Becherglas geben und oberen Rand umstülpen
• Mischung in einen Filter leeren
• Durch einen Filter mit ca. 50 ml Ethanol filtern
• Extrakt in Becherglas umfüllen
• Im Dunkeln mit UV-Licht bestrahlen
• Bei Tageslicht die halbe Lösung bestrahlen Beobachtung:
Die Lösung leuchtet im Dunkeln rot. Wird im Tageslicht die Hälfte des Extrakts mit UV-Licht bestrahlt, leuchtet diese rot, der nicht bestrahlte Teil ist grün.
Erkenntnis/Erklärung/Erwartungshorizont:
Chlorophyll fluoresziert im UV-Licht und emittiert rotes Licht. Im Grundzustand wird grünes Licht vom Chlorophyll reflektiert.
Sicherheitshinweise:
Ethanol ist leichtentzündlich Quelle/n:
Student Members of the American Chemical Society (Student Members of the American Chemical Society 2020); Fachportal chemie.de (LUMITOS AG 2021)
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