4.7 Zöld növények in vivo fotoszintetikus széndioxid fixációjának meghatározása

Ismert, hogy a fotoszintézis azon folyamatok összessége, melyek során a zöld növényi szervezetek a fényenergiát a légköri széndioxid megkötésére, majd szerves anyagok szintézisére fordítják. Növényélettani tanulmányaik során megismerték azt, hogy a fotoszintézisnek van egy a fénytől közvetlenül függő ún. fényszakasza és egy ún. sötét szakasza, melyet az utóbbi időben inkább szénszakasznak neveznek. A fotoszintézis mindkét szakaszának kooperatív működése a CO2 megkötésében realizálódik. A fényszakaszban teremtődnek meg a CO2 megkötésének és redukciójának energetikai feltételei. A CO2 fixációt a növény származási helyéből adódó adaptáltsági állapotán, genetikai meghatározottságán, a növény fejlettségi állapotán túl az aktuális környezeti tényezők is befolyásolják, mint pl. a fényintenzitás, a hőmérséklet, a vízellátottság, biotikus stresszorok, xenobiotikumok, tápanyaghiány, stb.

A gyakorlat során különböző növényfajok és különböző módon kezelt növények fotoszintetikus CO2 fixációját vizsgáljuk. A kísérletet a 4.2. ábrán látható készülék alkalmazásával végezzük.

4.2. ábra Az in vivo CO2 fixáció meghatározására szolgáló készülék vázlata.

4.2. ábra Az in vivo CO2 fixáció meghatározására szolgáló készülék vázlata. 1. megvilágítás, 2. hőszűrő, 3. a 14CO2-t tartalmazó zárt gáztér, 4. a mintabevezető sín, 5. higanyzár, 6. a 14CO2 felszabadítására szolgáló rész, 7. plexi fedő, 8. mintatartó.

A készülék két fő részből áll, az egyikben történik a 14CO2 felszabadítása Ba14CO3-ból 70%-os perklórsavval, a másik rész az 500 ml-es üveg kamra, ami felülről megvilágítható, s amelyben a 14CO2 található. A zárt gáztérben a CO2 koncentrációja 1%, a radioaktív 14CO2-é 0,1%, a gáztér radioaktivitása 74 kBq cm-3. A fényintenzitás-függés vizsgálatakor a megvilágító lámpát az előírt megvilágítás intenzitás elérésének megfelelően közelítjük a kamrához, illetve távolítjuk attól. A levágott leveleket két átlátszó fólia közé helyezve egy plexi vezető sín segítségével, higanyzáron keresztül juttatjuk a zárt gáztérbe. A mintákat meghatározott ideig (30-120 s) megvilágítva történik a CO2 megkötése. Az előírt idő elteltével a megvilágítást lekapcsolva a két film közé helyezett leveleket a gáztér zártságának megtartása mellett a higanyzár alatt kihúzzuk a kamrából. A fixálási időt, a növényfajtól és a kísérlet céljától függően állapítjuk meg. A kivett levelekből vagy 5 mm átmérőjű korongokat, vagy keskenyebb csíranövények, pl. búza esetében 1 cm hosszúságú darabokat vágunk. Legalább 12-18 parallel mintára van szükség a valamennyire is megbízható eredményhez. A kivágott levéldarabokat szűrőpapírok közt enyhe nyomás alatt hővel denaturáljuk (kivasaljuk). Az így denaturált, megszárított levéldarabokat 1 ml szcintillátor oldatot tartalmazó fiolákba helyezzük. A szcintillátor oldat 500 ml toluolban oldott 2,5 g 2,5 difenil-oxazolt (PPO) és 25 mg1,4-di(2-(5-fenil)-oxazolil)-benzolt (POPOP) tartalmaz. A minták radioaktivitását folyadékszcintillációs méréstechnikával határozzuk meg. Célszerű, megvilágítás nélküli, ún. sötét fixációt is végezni, melynek eredményét korrekcióba kell venni. Ilyenkor a fixáló készüléket elsötétítjük, s így juttatjuk be a leveleket, s tartjuk benn a megvilágított leveleknél alkalmazott fixáció idejéig. A háttérsugárzás méréséhez a folyadékszcintillációs spektrométerhez tartozó háttér standardet használjuk. A háttér értékét a minták mért radioaktivitásából le kell vonni.

A folyadékszcintillációs mérőkészülék hatásfokát egy ismert aktivitású 14C standarddal kell meghatározni. A hatásfok nem más, mint a 14C standarddel cpm-ben mért érték osztva a standard küvettáján feltüntetett tényleges aktivitással. A hatásfok ismerete szükséges a biológiai minták tényleges aktivitásának megadásához. Ennek értéke általában 90% felett van.

4.7.1 Feladatok

  1. Vizsgálják meg egy C3-as (pl. búza, spenót) és egy C4-es (pl. kukorica) növény CO2 fixációjának fényintenzitás-függését! A megvilágító fény intenzítását 0-600 μmol cm-2 s-1 között változtassák! Az eredményeket kBq cm-2 levélfelületben adják meg!

  2. Gyomirtószerek hatása a fotoszintetikus CO2 fixációra. A levágott leveleket a gyakorlatvezető által megadott herbicid adott koncentrációjú oldatába helyezve kezeljék 90 percen át szobahőmérsékleten, fényen! Az eredményeket kBq cm-2 levélfelületben adják meg! Határozzák meg a minták klorofilltartalmát és arra is vonatkoztassák a CO2 fixáció mértékét!

  3. Nehézfém-kezelések hatása a fotoszintetikus CO2 fixációra. Hidroponikus kultúrában nevelt növényeket nehézfémek ismert koncentrációjával kezeljék meghatározott ideig! Határozzák meg a kezelt növények in vivo CO2 fixációját!

  4. Ábrázolják célszerűen megválasztott grafikonon a kapott mérési eredményeket és növényélettani ismereteik alapján értékeljék azokat!