تمثيل ضوئي

هل تساءلت يوما عن سبب تغير أوراق الخريف كل شيء على الأشجار من الأخضر إلى ظلال الأصفر والبرتقالي والأحمر؟ ما الذي يعطي الأوراق ألوانها الزاهية في المقام الأول؟ تكمن الإجابة في العضيات النباتية التي تسمى البلاستيدات الخضراء والتي تحتوي على أصباغ تمتص أطوال موجية معينة في ضوء الشمس وتعكس أطوال موجية أخرى. صبغة واحدة معينة ، الكلوروفيل ، هي الأكثر وفرة في الصيف. يمتص الأطوال الموجية عالية الطاقة والأرجواني والأزرق والأحمر من أشعة الشمس ، ويعكس الأطوال الموجية الخضراء مما يعطي الأوراق مظهرها الأخضر. هناك أصباغ أخرى في الأوراق ، مثل الكاروتينات ، والتي تعكس الضوء الأحمر والأصفر. في الخريف تتوقف الأوراق عن تجديد أصباغها. نظرا لأن الكلوروفيل يتحلل بشكل أسرع من الأصباغ الأخرى ، فإن ألوان هذه الكاروتينات مكشوفة.

يمكن إثبات وجود أصباغ مختلفة في ورقة خضراء باستخدام ورق الكروماتوغرافيا ، وهو بوليمر محب للماء يفصل الجزيئات بناء على قابليتها للذوبان في مذيب معين. أولا ، يتم تحميل مستخلص الأوراق على الورق. عندما يتم غمس الورق في مذيب عضوي كاره للماء ، ينتقل المذيب على طول الورق بسبب العمل الشعري وعلى طول الطريق يفصل أصباغ مختلفة في مستخلص الأوراق. يتم نقل الأصباغ الأكثر كارهة للماء إلى أعلى الورقة. في حين أن الأصباغ المحبة للماء ترتبط بالسليلوز الذي يعيق حركتها. بعد فرز جميع الأصباغ حسب كرهتها للماء ، يمكننا حساب عامل الاستبقاء أو قيم الترددات اللاسلكية. قيمة الترددات اللاسلكية هي نسبة المسافة التي تقطعها الصبغة إلى المسافة التي يقطعها المذيب. كل صبغة لها قيمة RF فريدة ويمكننا بسهولة تحديد الأصباغ من خلال مقارنة القيم المحسوبة بالمعايير. يتم إجراء عملية التمثيل الضوئي ، وهي العملية التي تقوم بها النباتات بتحويل ثاني أكسيد الكربون والماء والطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية وأكسجين ، بشكل أساسي في أوراق النبات ، ويلعب الكلوروفيل دورا مهما في هذه العملية. تحتوي البلاستيدات الخضراء على العشرات من جزيئات الكلوروفيل ، كل منها يؤدي مهمة محددة ويتفاعل بطرق معقدة. في النهاية ، تتسبب الطاقة الضوئية في تخلي جزيئات الكلوروفيل عن الإلكترونات التي تستخدم في عمليات التمثيل الغذائي الأخرى. لذلك ، يحتاج الكلوروفيل إلى إمداد مستمر من الإلكترونات لتحل محل الإلكترونات التي يفقدها. تأتي هذه الإلكترونات البديلة من تقسيم جزيئات الماء إلى بروتونات وإلكترونات وجزيئات أكسجين. بمعدلات عالية من عملية التمثيل الضوئي ، يتم تقسيم الماء بشكل أسرع لتجديد الإلكترونات ويتم توليد الأكسجين بسرعة.

تساعدنا هذه الظاهرة على تقييم معدل عملية التمثيل الضوئي في المختبر ببساطة عن طريق تعليق أقراص الأوراق في محلول بيكربونات حيث يعمل البيكربونات كمصدر غني للكربون. في بداية تجربة قرص الأوراق ، يتم إجبار الغازات على الخروج من أقراص الأوراق عن طريق تطبيق ضغط سلبي بفراغ في حقنة. تصبح أقراص الأوراق مع طردها أثقل وتغرق في قاع محلول البيكربونات عند نقلها إلى دورق عندما يحدث التمثيل الضوئي ، يتم تقسيم الماء في البيئة من أجل تجديد إلكترونات الكلوروفيل. الأكسجين الناتج يجعل الأقراص أخف وزنا مما يجعلها تطفو على السطح بمرور الوقت. تحتوي البيئات التي تسمح بمعدلات أعلى من عملية التمثيل الضوئي على أقراص تطفو بشكل أسرع.

في هذا المختبر ، ستقوم أولا بفصل وتحديد الأصباغ في أوراق السبانخ باستخدام ورق الكروماتوغرافيا. ثم ستقوم بتقييم معدل عملية التمثيل الضوئي في الماء وفي محلول البيكربونات من خلال تجربة قرص الأوراق.