How do microrespirometers measure cellular respiration in germinating seeds?

Microrespirometers measure cellular respiration by tracking oxygen consumption. As germinating seeds consume oxygen for energy, carbon dioxide is released and absorbed by potassium carbonate. This reduces the overall gaseous pressure inside the sealed chamber, causing manometer fluid to move up the capillary tube. The distance traveled indicates the rate of oxygen consumption and cellular respiration.

Why is potassium carbonate used in the microrespirometer setup?

Potassium carbonate absorbs the carbon dioxide released by germinating seeds during cellular respiration. By removing CO2 from the chamber, only oxygen consumption affects the gas pressure inside the microrespirometer. This allows the manometer fluid movement to accurately reflect the rate of oxygen uptake and respiration activity.

What is the purpose of using glass beads as a control in this experiment?

Glass beads serve as a control because they do not undergo cellular respiration. By comparing manometer fluid movement in beads versus germinating seeds, researchers can isolate the respiration signal from other physical or chemical changes. Any pressure changes in the bead control indicate experimental error rather than biological activity.

How does temperature affect the respiration rate of germinating seeds?

The experiment tests whether higher temperatures increase respiration rates in germinating seeds. Seeds placed in heated water baths are compared to those at room temperature. If respiration rate increases with temperature, the manometer fluid in heated microrespirometers will travel farther in the same time period than in room temperature controls.

What does the slope calculation represent in the respiration data analysis?

The slope represents the rate of cellular respiration over time. It is calculated by dividing the distance the manometer fluid traveled by the time elapsed. A steeper slope indicates faster oxygen consumption and higher respiration rates, allowing comparison between experimental conditions and controls.

Why must the microrespirometer chambers remain undisturbed after sealing?

Once sealed with manometer fluid, the microrespirometer creates a closed system where pressure changes directly reflect oxygen consumption. Disturbing the chamber—bumping the table or inserting objects—introduces physical pressure changes unrelated to respiration. This would produce inaccurate measurements and invalidate the experimental results.

How is the bar graph used to compare respiration rates across experimental groups?

The bar graph plots respiration rates calculated from slope values for each microrespirometer group: control room temperature, control heated, experimental room temperature, and experimental heated. Visual comparison of bar heights reveals differences in respiration between seeds and beads, and shows the effect of temperature on respiration rates.

Respiration cellulaire

Notions Préparation de l'instructeur Protocole étudiant

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Tout ce qui est vivant a besoin d’une source d’énergie pour alimenter ses activités. En fin de compte, cette source d’énergie est le soleil. Comment les organismes sur Terre ont-ils exploité cette énergie ? Tout commence avec les photosynthétiseurs. Ces organismes sont capables de prendre du dioxyde de carbone et de l’eau, puis d’utiliser l’énergie capturée du soleil sous forme de photons pour forcer ces molécules à se rassembler, produisant du glucose et de l’oxygène. Le glucose est la clé de la prochaine étape critique, que presque tous les organismes utilisent sous une forme ou une autre - la respiration cellulaire. La respiration cellulaire est assurée par des enzymes, soit dans la membrane cellulaire chez les procaryotes, soit dans les mitochondries chez les eucaryotes.

La réaction chimique commence par décomposer le glucose à l’aide d’oxygène pour créer à nouveau du dioxyde de carbone et de l’eau, mais dans le processus, l’énergie qui a été utilisée à l’origine pour fabriquer la molécule de glucose va à deux nouveaux endroits. L’une d’entre elles consiste à synthétiser des molécules d’ATP, ou d’adénosine triphosphate, une source d’énergie que les cellules peuvent facilement utiliser. Le reste est perdu sous forme de chaleur. Jusqu’à présent, nous avons parlé d’une sorte de respiration cellulaire qui utilise de l’oxygène, et c’est ce qu’on appelle la respiration aérobie, mais certains organismes et cellules sont capables de respirer en l’absence d’oxygène. C’est ce qu’on appelle la respiration anaérobie. Et au lieu de produire du CO2 et de l’eau, ce processus produit de l’éthanol comme sous-produit. La fermentation est un exemple de ce type de respiration. C’est ainsi que les levures sont capables de produire de l’alcool dans des récipients scellés. Nous pouvons utiliser un outil appelé respiromètre pour mesurer la respiration aérobie. Tout simplement, cet appareil mesure la quantité d’oxygène utilisée par un organisme, en l’occurrence les graines de plantes en germination. Les graines en germination respirent, ce qui signifie que nous pouvons nous attendre à ce qu’elles consomment de l’oxygène et libèrent du dioxyde de carbone. Ils n'ont pas encore leurs parties vertes, ils ne font donc pas de photosynthèse.

La mesure de la respiration dans un respiromètre utilise une méthode astucieuse basée sur la loi des gaz parfaits, P fois V est égal à n fois R fois T. P est la pression du système. V est le volume du gaz. n est le nombre de moles de gaz présentes. R est la constante des gaz parfaits... et T est la température absolue. En termes simples, cela signifie que vous pouvez déterminer combien de molécules de gaz sont présentes dans un échantillon en mesurant son volume, en supposant que vous connaissiez la pression et la température, car R est une constante.

Les respiromètres contiennent de l’hydroxyde de potassium, qui piège le dioxyde de carbone sous forme solide sous forme de carbonate de potassium. Ainsi, en raison de la respiration cellulaire, l’oxygène dans le tube scellé est utilisé par les graines et elles libèrent du dioxyde de carbone, qui à son tour est piégé sous forme de carbonate de potassium. Ainsi, au fur et à mesure que la respiration cellulaire progresse, le volume total de gaz à l’intérieur du système diminue. Nous pouvons quantifier cela en fixant le respiromètre à un appareil appelé manomètre. Ici, au fur et à mesure que les molécules d’oxygène sont consommées, la pression chute à l’intérieur de la chambre du respiromètre et un liquide coloré à l’intérieur d’un minuscule tube capillaire est tiré dans la direction de la diminution de la pression. Nous pouvons ensuite estimer la quantité de gaz restant dans le tube du respiromètre en lisant la valeur au niveau du manomètre. Ce système polyvalent peut être configuré avec de nombreuses variables différentes, comme différentes températures par exemple, et peut être utilisé pour tester le taux de respiration dans de nombreux types d’organismes vivants différents.

Dans ce laboratoire, vous utiliserez un respiromètre et un manomètre pour mesurer le taux de respiration des graines en germination.

Print Procedure Steps

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Quantification de la respiration à l’aide de microrespiromètres ul class="lab-items">
REMARQUE : Dans cette expérience, vous allez mesurer le taux de respiration cellulaire pour les graines en germination en mesurant le taux d’échange pour l’oxygène. Comme l’oxygène est consommé pour fournir de l’énergie, les graines en germination libèrent du dioxyde de carbone. Ce dioxyde de carbone est absorbé par le carbonate de potassium et donc la pression gazeuse globale du respiromètre sera réduite. HYPOTHÈSES : L’hypothèse expérimentale est que les graines en germination présenteront un taux de respiration plus élevé que les billes de verre témoins. De plus, à des températures plus élevées, le taux de respiration cellulaire dans les graines augmentera. Les hypothèses nulles sont que les billes de verre et les graines en germination présenteront un taux similaire de respiration cellulaire et que la température n’a aucun effet sur la respiration.
Pour configurer la commande, retirez d’abord le piston d’un microrespiromètre préparé et étiquetez-le avec un « CR » ou « CH » respectivement, selon qu’il s’agit de la température de la salle de contrôle ou d’un traitement chauffé.
Ajoutez les microbilles de verre à chacun des microrespiromètres jusqu’à la marque de 0,5 mL, et poussez le piston de la seringue jusqu’à la marque de 1 mL.
Placez 3 - 4 rondelles sur l’extrémité évasée de chaque microrespiromètre pour les alourdir pendant le bain d’eau. REMARQUE : Le microrespiromètre s’installera à l’extrémité du tube capillaire.
Placez les appareils de contrôle sur le côté.
Pour configurer les respiromètres expérimentaux en position assise, retirez le piston d’un microrespiromètre préparé et étiquetez-le avec « ER » ou « EH » respectivement, selon qu’il s’agit du traitement expérimental à température ambiante ou du traitement chauffé.
Mesurez 0,5 mL de graines en germination dans la seringue à tuberculine du microrespiromètre.
Ensuite, poussez la seringue jusqu’à la marque de 1 ml.
Placez 3 à 4 rondelles sur l’extrémité évasée de chaque microrespiromètre pour les alourdir pendant le bain-marie.
Pour utiliser les microrespiromètres, enfoncez soigneusement les microrespiromètres « CR » et « ER » dans le bain-marie à température ambiante. La seringue entière doit être immergée, mais les tubes capillaires doivent être entièrement exposés. Retirez l’eau du bain jusqu’à ce que cette position soit atteinte. Assurez-vous que le haut du tube capillaire est ouvert.
Effectuez la même procédure (étape 9) pour les microrespiromètres « CH » et « EH » afin de configurer le groupe expérimental à haute température.
Attendez 5 minutes avant de passer à autre chose pour permettre à la température dans les microrespiromètres de s’équilibrer avec le bain-marie.
Ajoutez une seule goutte de liquide de manomètre au sommet de chacun des quatre tubes capillaires qui scelle les chambres du microrespiromètre. REMARQUE : Si les chambres fonctionnent correctement, le liquide du manomètre sera aspiré dans la chambre capillaire.
Utilisez le piston placé dans le bain pour aspirer le liquide du manomètre dans le capillaire. Arrêtez-vous lorsque le liquide est à peu près à mi-chemin dans le tube capillaire. IMPORTANT : Les microrespiromètres ne doivent pas être dérangés une fois qu’ils sont ajoutés au bain. Ne cognez pas la table, n’insérez pas ou ne retirez rien du bain-marie une fois que les chambres ont été scellées et égalisées.
Marquez le bord inférieur du fluide du manomètre qui est le plus proche de la chambre. Cela représente le point temporel zéro.
Règle une minuterie pour qu’elle sonne dans 5 minutes.
Après 5 minutes, créez un nouveau repère à l’endroit où se trouve le liquide du manomètre sur chaque microrespiromètre. Répétez l’opération toutes les 5 minutes jusqu’à ce que 25 minutes se soient écoulées ou jusqu’à ce que le liquide du manomètre ait parcouru toute la longueur du tube capillaire.
Ensuite, retirez les respiromètres des bains-marie.
Mesurez la distance entre chacune des marques et notez-les dans le tableau 1 à côté du point temporel correct. Cliquez ici pour télécharger le Tableau 1
Pendant le nettoyage, les manomètres doivent être soit déconstruits pour être réutilisés, soit jetés à la poubelle.
Résultats
- Pour analyser les données que vous avez collectées, tracez d’abord les points de données avec l’axe des x comme temps et l’axe des y comme la distance parcourue par le manomètre, représentant la consommation d’oxygène.
- Calculez la pente de chaque ligne à l’aide de cette équation.
- Enregistrez ces valeurs pour chaque microrespiromètre dans le tableau 2. REMARQUE : Cette valeur représente la quantité de respiration cellulaire qui a eu lieu au cours de l’expérience. Cliquez ici pour télécharger le Tableau 2
- Tracez les taux de respiration sous forme de graphique à barres.
- Examinez les deux graphiques. Réfléchissez à la façon dont vos résultats correspondent aux hypothèses. Notez toute différence observée dans le taux respiratoire entre les billes de contrôle et les graines en germination. Déterminez si l’augmentation de la température a eu un effet sur le rythme respiratoire.

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