پاسخ امتحان آزمایشگاه فیزیولوژی گیاهی 2

 

1-     رنگیزه های محلول در چربی و محلول در آب و محل استقرار آن ها در گیاهان را به طور کامل بنویسید .

گزانتوفیل ها(در اصل فیلوگزانتین ها)، با فرمول شیمیایی C40H56O2، رنگیزه های زرد رنگی از گروه کاروتنوئید ها می باشند.در واقع فرم اکسید شده کاروتن ها هستند، که دارای گروه های هيدروكسيل، متوكسيل، كربوكسيل و كتوني میباشند. کلوروفیل ها و كاروتنوئيدها در حلال هاي غيرقطبي از جمله روغن ها بسيار محلول بوده اما در آب نامحلول هستند. ( پس کاروتن و گزانتوفیل در چربی محلول هستند ) .

  - فلاونوئيدها ، آنتوسيانين ها و کروسین ها ( رنگیزه های کاروتنوئیدی محلول در آب مانند Bixin ) گروهي از رنگدانه هاي محلول در آب هستند .

کلروفیلها و کارتنوئیدها تقریبا همیشه در قسمت تیغه‌ای (لاملی) کلروپلاست وجود دارند. زیرا تیغه‌ها که نیمی از آنها پروتئین و نیمی دیگر لیپید است محل مناسبی جهت اتصال مولکولهای دوپسند کلروفیل است. دم چربی دوست کلروفیل جذب بخش لیپیدی شده و سر آبدوست آن با بخش پروتئینی تیغه‌ها پیوندهای ضعیف تشکیل می‌دهد و همین امر موجب می‌شود که مولکولهای کلروفیل با نظمی خاص در داخل لاملها به ردیف درآیند.

-          کدام حلال ها برای جدا سازی رنگیزه های محلول در چربی و محلول در آب استفاده میشود ؟

رنگیزه های محلول در چربی  را مي توان به سهولت توسط حلال های غیر قطبی مانند هگزان، اتر و بنزين از بافت هاي گياهي استخراج نمود.

رنگیزه های محلول در آب را نیز میتوان به وسیله حلال های قطبی مانند : آب ، سولفوريك اسيد استخراج نمود.

2-      چرا کارایی نور قرمز به مراتب بیشتر از نور آبی در فتوسنتز میباشد؟

در یک فرایند فتوسنتز ، الکترون بر انگیخته از طول موج  قرمز بیشتر توسط فتوسیستم II در سطح غشا تيلاکوئيد گرانا و فتوسیستم I در سطح غشای تيلاکوئيد استروما جذب میشود. به نظر میرسد که فتوسیستم II و I بیشتر با طول موج قرمز(700-540 ) سازگاری پیدا کرده اند چون فوتونی با طول موج  قرمز ،الکترون برانگيخته را به مدار ناپايدار اول می فرستد و ناقلين الکترون طوری قرار گرفته اند که الکترون برانگيخته ی مولکول کلروفيل را فقط از حالت ناپايدار اول می ربايند اما فوتونی با طول موج آبی الکترون برانگيخته را به مدار ناپايدار دوم میفرستد . این امر باعث میشود تا نور قرمز کارایی به مراتب بیشتر داشته و در فتوسنتز مؤثرتر از نور آبی واقع شود.

3-     حالت ناپایدار اول و ناپایدار دوم را شرح دهید ، نور قرمز و آبی از کدام حالت میباشد ؟

برای هر ترکيبی از جمله مولکول کلروفيل الکترون ها در يک مدار فرضی قرار دارند که اين مدار فرضی را مدار پايدار می گويند . وقتی که نور به برگ و بالطبع به مولکول کلروفيل برخورد می کند فوتون با برخورد به الکترون های مدار پايدار باعث خارج شدن آنها از اين حالت پايدار می شوند که اين الکترون ها يا به مدار ناپايدار اول و يا به مدار ناپايدار دوم می روند . اگر فوتونی دارای طول موج قرمز باشد ، الکترون برانگيخته را به مدار ناپايدار اول فرستاده و اگر آبی باشد چون طول موج کوتاه تر و در نتیجه انرژی بیشتری دارد به مدار ناپايدار دوم می فرستد . اگر نور زرد باشد الکترون برانگيخته را بين مدار ناپايدار اول و دوم می فرستد و نهايتا˝ اينکه اگر بنفش باشد انرژی بالایی داشته و الکترون را به بالای مدار ناپايدار دوم می فرستد .

4-     تعریف کروماتوگرافی ، اساس کار و انواع فاز آن را شرح دهید .

کروماتوگرافی (chromatoghraphy) ، در زبان یونانی chroma یعنی رنگ و grophein یعنی نوشتن است. کروماتوگرافی را به دلیل اینکه در برگیرنده سیستمها و تکنیکهای مختلفی است نمیتوان به طور مشخص تعریف کرد ،اما در یک تعریف کلی میتوان فرآیند کروماتوگرافی را یک روش جداسازی فیزیکی برای جدا کردن و خالص سازی مواد دانست که شامل انتقال جرم بین یک فاز ساکن و یک فاز متحرک است.

کروماتوگرافی متکی بر حرکت نسبی دو فاز است یکی از فازها بدون حرکت است و فاز ساکن نامیده میشود و دیگری را فاز متحرک مینامند.

در تمام روش های کروماتوگرافی اجزاء یک مخلوط به وسیله جریانی از یک فاز متحرک از داخل فاز ساکن عبور داده می شود.  اساس جداسازی ها مبنی بر اختلاف در سرعت حرکت اجزای مختلف از میان فاز ساکن است . (هر چه حلالیت بیشتر باشد سرعت حرکت بیشتر میشود.)

 

5-      در آزمایش کروماتوگرافی چرا از مداد برای تعیین نقطه مبدا استفاده میشود و نه از خودکار ؟

 مداد یک ترکیب کربنی غیر آلی است و داخل حلال حل نمیشود اما جوهر یا مداد رنگی حاوی ترکیبات آلی ، قطبی و غیر قطبی است که ممکن است در حلال  حل شوند و کروماتو گرامهایی مربوط به جوهر یا مداد رنگی ایجاد گردد.

6-     در آزمایش کروماتوگرافی کاغذی چرا باید خط کمرنگ بالاتر از محلول متحرک باشد . ( توضیح دهید )

حلال به طرف بالای صفحه میرود و اجزاء مخلوط را با سرعتهای متفاوت با خود میبرد.حلال باید قبل از رسیدن به لکه به طور یکنواخت به کاغذ برسد سپس هر لکه را با سرعت مناسب خود میبرد.  سطح کاغذ نباید کاملا به وسیله حلال پوشانده شود. زیرا در این صورت ، اصلا جدا سازی صورت نمی‌گیرد یا نواحی خیلی پخش می‌شوند.

7-     چرا باید لکه گذاشته شده بر روی کاغذ کروماتوگرافی کوچک باشد ؟

در صورت زیاد بودن غلظت لکه ها میزان مقاومت آن ها در برابر جابجایی توسط حلال افزایش می یابد در نتیجه فاصله طی شده توسط هر یک از لکه ها کمتر می شود و تشخیص فاز مواد مختلف از هم سخت میشود .

8-     چرا در کروماتوگرافی کاغذی از حلال های مختلف برای فاز متحرک استفاده میشود ؟

از حلالهای متفاوت در کروماتوگرافی استفاده می شود تا بهترین حلال برای دست یابی به بهترین بازده به دست آید.

9-     با توجه به شکل RF رنگیزه ها رو محاسبه کنید .

کلوروفیل b = 2cm ، کلوروفیل a = 4cm ، گزانتوفیل =7cm ، کاروتن=  8cm ، فاصله حلال از مبدا = 10cm

 میزان سرعت جدا سازیRf =

bکلروفیل  Rf =  = 0.2

aکلروفیل  Rf =   = 0.4

 گزانتوفیلRf =   = 0.7

 کاروتنRf =   = 0.8

10- فرمول فتوسنتز ، قند ذخیره ای  و فرمول شیمیایی این قند در گیاهان را بنویسید .

 

۶CO۲ + ۶H۲O + Light → C۶H۱۲O۶ + ۶O۲

اکسیژن + گلوکز → نور + آب + کربن دی‌اکسید

نشاسته  قند ذخیره ای در گیاهان است و داراي فرمول شيميايي C 6 (H 2 O)5] n ميباشد.

11- با چه معرفی نشاسته را شناسایی میکنند ، این معرف به چه رنگ بوده و علت تغییر رنگ آن  چیست ؟

محلول لگول (یدید) معرف نشاسته میباشد که در حالت عادی به رنگ قهوه ای تیره است. نشاسته در حضور یدید با ید واکنش می دهد به طورری که مولکول های ید با مولکول های کربن زنجیره نشاسته تشکیل پیوند آلفا ۱-۴ میدهد و به صورت مارپیچ مولکول های ید را احاطه کرده و تشکیل کمپلکس به رنگ آبی پر رنگ میدهد که حتی در غلظت های بسیار پایین تر ید نیز مرئی است.

 

12- به سؤالات زیر پاسخ دهید:

-          اسفروزوم چیست ؟

چربى هاى ذخيره اى به صورت oil body يا lipid body وجود دارند كه به آنها اجسام روغنى ، الئوزوم يا اسفروزوم مى گويند.

-          آنزیم فعال در اسفروزوم را نام ببرید ؟

تنها آنزیم عمومی و فعال در تمام اسفروزوم ها لیپاز میباشد .

-          واکنشی که در اسفروزوم انجام میشود ؟

هیدرولیز لیپید در اسفروزوم انجام میشود.

13- تفاوت گیاهان  و  را از نظر آناتومی و فیزیولوژی بیان کنید ، آناتومی Kranz را شرح دهید.


آناتومی کرانژ : در گیاهان هر دسته آوندی توسط یک لایه از سلولهای بزرگ پارانشیمی به نام غلاف آوندی احاطه شده است و این غلاف آوندی هم توسط سلولهای کوچکتر مزوفیل احاطه شده اند.
به این ساختار برگ گیاهان آناتومی یا ساختار کرانژ ( Kranz ) می گویند.

تفاوت گیاهان C3 و C4 :
1- اولین ماده ساخته شده در C3 یک ماده سه کربنه به نام 3 فسفو گلیسریک اسید است( PGA )

در صورتی که اولین ماده تولیدی در گیاهان C4 یک ماده چهارکربنه به نام اگزالواستات است بهمین دلیل به اینها C3و C4 گوییم یعنی وجه نامگذاری آنها در نوع تولید ماده اولیه است.

2- ساختمان برگ گیاهان با متفاوت است .گیاهان C4 آناتومی Kranz  دارند ولی گیاهان C3 ندارند. کلروپلاست که درون غلاف آوندی در گیاهان C3 وجود دارد آناتومی Kranz گوییم.
3- در سلولهای مزوفیل ( میانبرگ ) گیاهان C3 نشاسته ساخته و ذخیره می شود ولی در C4 در مزوفیل برگ فقط اسیدهای چهار کربنه تشکیل و سپس به سلولهای غلاف آوندی ( باندل شیت ) منتقل و در آنجا نشاسته ساخته و ذخیره می شود. نشاسته در C3 در مزوفیل برگ و در C4 در غلاف آوندی ساخته و ذخیره می شود.

4- کلروپلاست های غلاف آوندی بزرگتر و گراناهای تکامل نیافته تری نسبت به کلروپلاست سلولهای مزوفیل برگ دارند یعنی کلروپلاست غلاف آوندی نسبت کلروفیل a به b بیشتری هم دارند و به دیواره غشاء سلول نزدیکتر هستند.

کلروپلاست در گیاهان C4 به دیواره سلول نزدیکتر هستند.

5- در گیاهان C4 آنزیم های PEPc و RUBPc ( روبیسکو) فعال هستند ولی در گیاهان C3 فقط RUBPc وجود دارد.

6-  در گیاهان C4 آنزیم روبیسکو ( در سیکل کلوین ) در غلاف آوندی و آنزیم PEPc ( در سیکل هاش واسلک ) در مزوفیل برگ در صورتی که در C3 آنزیم روبیسکو در مزوفیل برگ فعالیت می کند.

7-  میل ترکیبی آنزیم PEPc نسبت به Co2 چند برابر آنزیم روبیسکو می باشد بهمین دلیل در گیاهان C4 که آنزیم PEPc وجود دارد در غلظت های بسیار پایین C02 بازده بیشتری داشته ، قادر به انجام فتوسنتز هستند. PEPc برخلاف RUBPc حساسیتی به O2 ندارد.

8- سرعت فتوسنتز بخصوص در شدت نورهای بالا در گیاهان C4 به مراتب بالاتر از گیاهان C3 است.سرعت فتوسنتز در شدت نور کم در گیاهان C3 بالاتراست در صورتیکه در گیاهان C3 یک سوم طبیعی نور خورشید کافی است.

9- در گیاهان C4 برای فعال شدن آنزیم PEPc و تثبیت Co2 نسبت به گیاهان C3 ، دو مولکول ATP بیشتر نیاز دارند بنابراین عملکرد انرژی در گیاهان C4 کمتر است.

گیاهان  C3 برای تثبیت هر مولکول Co2 نیاز به 3 مولکول ATP و 2 مولکول NADPH دارند ولی گیاهان C4علاوه بر آنها ، 2 مولکول ATP دیگر هم نیاز دارند.

10- میزان آنزیم روبیسکو در گیاهان C4 کمتر از C3 است حدود 10%.

11- گیاهان C4 به شرایط گرم و خشک تا گرم و مرطوب سازگاری دارند ولی گیاهان C3 به مناطق سرد و مرطوب تا گرم و مرطوب نیاز دارند. در دمای کمتر از 20 درجه فتوسنتز گیاهان C4 کمتر ازC3 است.

12- فتوسنتز در گیاهان C4 به میزان اکسیژن حساسیت ندارد. ( از 2% تا 21% ).

13- در گیاهان C4 تنفس نوری یا وجود نداشته یا بسیار محدود است ولی در گیاهان C3 بخشی از مواد فتوسنتزی از طریق این فرآیند هدر می رود.

یکی از دلایل بالاتر بودن بازده فتوسنتزی C4 نسبت به C3 این مورد است. نقطه جبران Co2 در گیاهان C4 خیلی پائینتر است حدود 1 – 5 PPM .

14- نسبت کلروفیل a در C4 بیشتر از C3 است.

15- گیاهان C3 اشباع سرعت تثبیت Co2 در غلظت PPM 500 روی می دهد ولی C4 در غلظت خیلی پائین تر 150 PPM .

16- راندمان مصرف نور گیاهان C4 بیشتر از گیاهان C3 است.