Биология. В 3-х томах. Т. 1

Глава 2

2.1.

Время (в един, по 20 мин)

Кривая А (арифметический график) становится круче с течением времени. Кривая Б (логарифмический график) представляет собой прямую линию (линейно возрастает со временем). См. рис. 2.1 (отв.).

Рис. 2.1. (отв.). Графики роста модельной популяции бактерий, представленные в арифметическом и логарифмическом масштабах

2.2. Кривая должна быть такой же, как на рис. 2.7.

2.3. См. рис. 2.3 (отв.).

Рис. 2.3. (отв.). Рост популяции бактерий

Факторы, обусловливающие это изменение, рассмотрены в разд. 2.2.4. Отличия кривой роста живых бактерий от кривой роста живых и мертвых бактерий вызваны следующими причинами:

а) во время фазы замедления роста и логарифмической фазы погибает незначительное число клеток;

б) во время стационарной фазы роста общая численность живых и мертвых клеток продолжает некоторое время медленно увеличиваться, так как часть клеток все еще размножается;

в) во время фазы замедления роста общая численность живых и мертвых клеток остается постоянной, несмотря на то что многие клетки погибают.

2.4. Время генерации бактерий — это время, необходимое для удвоения численности в течение логарифмической фазы. Оно равно примерно 2,5 ч.

2.5. 1. а) вошь; б) человек;

2. а) комар или клещ; 6) человек (также обезьяны).

Глава 3

3.1. См. табл. 3.1 и 3.2 в гл. 3.

3.2. Спорангиеносец выносит спорангий над мицелием, таким образом увеличивается вероятность попадания спор в воздушный поток и их распространения.

3.3.

Признаки растений и животных у Euglena gracilis

3.4. В водохранилищах, расположенных в низинах, накапливается больше питательных веществ, потому что их постоянно приносят впадающие в эти водохранилища реки, особенно если они протекают по возделываемым территориям, где применяются удобрения.

3.5. Водоросли питаются автотрофно. Патогенные же организмы — это паразиты или сапрофиты, питающиеся за счет своего хозяина.

3.6. Земноводные, подобно печеночникам и мхам, только частично приспособлены к жизни на суше. Их тела легко теряют воду, для полового размножения им необходима водная среда. Считается, что обе эти группы организмов представляют собой промежуточные стадии в эволюционном развитии к более совершенным формам, которые лучше приспособлены к жизни на суше.

3.7. Спорофит приспособился к жизни на суше, хотя гаметофит еще зависит от воды, так как она необходима для плавающих гамет. Спорофит имеет настоящие проводящие ткани и настоящие корни, стебель и листья, благодаря которым он эффективнее использует наземную среду.

Спорофит является доминирующим поколением. Жизнь гаметофита очень непродолжительна. Взрослый спорофит более не зависит от гаметофита.

3.8. а, в, г.

3.9. Половое размножение зависит от наличия воды, необходимой для свободноплавающих сперматозоидов. Таллом гаметофита чувствителен к высыханию. Растения часто сравнительно плохо переносят интенсивное освещение.

3.10. При помощи бесполого или вегетативного размножения (см. текст) или путем рассеивания спор. (Половое размножение не приводит к увеличению числа особей, так как зигота растет из предшествующего гаметофита — в отличие от семенных растений.)

3.11. а) Зигота находится в брюшке архегония гаметофита предшествующего поколения, т. е. она защищена архегонием и окружающими тканями гаметофита. б) Гаметофит, на котором развивается зигота, способен к фотосинтезу и, таким образом, обеспечивает питанием зиготу.

3.12. Споры Dryopteris развиваются в том месте, в которое они попадают, при условии, что там имеются влага и питательные вещества. Пыльцевые зерна должны попасть на женские репродуктивные органы спорофита.

3.13. Мегаспора имеет крупные размеры, потому что она должна содержать запас питательных веществ для снабжения женского гаметофита и развивающегося зародыша спорофита до тех пор, пока он сам не сможет обеспечивать себя. Микроспоры, имея небольшие размеры, могут быть произведены в большом количестве и без лишних энергетических затрат. Они достаточно легки для того, чтобы переноситься потоками воздуха, что увеличивает шансы содержащихся в них мужских гамет достичь женских репродуктивных органов растений.

Глава 5

5.1. Эмпирическая формула показывает число атомов каждого элемента, входящих в данное соединение. Структурная формула показывает расположение атомов в молекуле относительно друг друга. В ней так же можно показать углы связей между атомами; см., например, рис. 5.3 и 5.4.

5.2. а) С₈Н₁₈-октан

б) C₆H₆-бензол

5.3.

5.4. Триоза С₃Н₆О₃

Тетроза С₄Н₈О₄

Пентоза С₅Н₁₀О₅

Гексоза С₆Н₁₂О₆

Гептоза С₇Н₁₄О₇

5.5. а) Валентность С = 4, О = 2, Н = 1.

б) В обоих случаях эмпирическая формула С₃Н₆О₃. Следовательно, эти соединения являются триозами.

в) Каждая молекула содержит две гидроксильные группы. Предсказать их число можно заранее, так как ранее уже объяснялось, что в моносахаридах к каждому атому углерода, за исключением одного, присоединена гидроксильная группа.

г) Глицеральдегид содержит вторичную спиртовую группу

Дигидроксиацетон содержит первичные спиртовые группы -СН₂ОН на обоих концах молекулы. (Гидроксильная и карбонильная группы входят в состав этих больших групп.)

5.6. Пентозы: рибоза, рибулоза.

Гексозы: глюкоза, манноза, галактоза, фруктоза.

5.7. (а) См. рис. 5.7 (отв.).

Рис. 5.7. (отв.). α- и β-изомеры D-глюкозы и D-рибозы

б) Оптическая изомерия.

5.8. α-Глюкоза.

5.9. Целлюлоза состоит из остатков β-глюкозы. Группа -ОН, соединенная с С-4 атомом, повернута на 180° относительно группы -ОН, соединенной с С-4 атомом. Для того чтобы образовать гликозидное звено, эти группы должны находиться рядом друг с другом в соседних остатках, поэтому каждый следующий остаток повернут относительно предыдущего на 180°.

5.10. Соответствующие сведения приведены в разд. 5.2.3 и 5.2.4.

5.11. Основные источники разнообразия следующие:

а) В состав полисахаридов входят как пентозы, так и гексозы. Обычно полисахариды образованы каким-либо одним моносахаридом, но иногда в полисахариде чередуются два моносахарида (например, в муреине), а в некоторых сложных полисахаридах может содержаться даже более двух моносахаридов.

б) Общими для остатков являются два типа химической связи, 1,4- и 1,6-связи. Следовательно, молекула может ветвиться. (Химические связи между другими атомами, такие, как 1,2- и 1,3-связи, также возможны, поскольку каждая гидроксильная группа в моносахаридах способна принимать участие в реакции конденсации.)

в) Длина цепи и ответвлений, а также степень ветвления могут очень сильно варьировать.

г) Существуют различные оптические изомеры. Большинство встречающихся в природе изомеров относятся к D-, а не к L-форме, что приводит к созданию небольшого дополнительного разнообразия. Важную роль играют также α- и β-формы. (Сравните крахмал и целлюлозу.)

д) Сахара могут относиться к классу кетоз или к классу альдоз. Кетогексозы образуют пятичленные кольца, а альдогексозы-шестичленные.

е) Высокая реакционноспособность Сахаров (обусловленная наличием альдегидной, кетонной и гидроксильной групп) означает, что они легко соединяются с другими веществами и образуют близкородственные соединения, такие, как аминосахара и сахарные кислоты. Эти соединения могут образовывать полисахариды.

5.12. Реакция конденсации — это реакция, при которой происходит соединение двух веществ с выделением молекулы воды.

5.13. При низких температурах окружающей среды температура тела пойкилотермных животных понижается. Липиды, содержащие большое количество ненасыщенных жирных кислот (имеющие низкую температуру плавления), обычно остаются жидкими при низких температурах (5°С или ниже) в отличие от липидов, содержащих насыщенные жирные кислоты. Это играет важную роль в выполнении липидами их функций, таких, как поддержание структуры мембран.

5.14. Триолеин — потому что он содержит три молекулы ненасыщенной олеиновой кислоты. Тристеарин — жир, триолеин — масло.

5.15. а) Клеточное дыхание (внутреннее, или тканевое дыхание). Жир подвергается окислению.

б) Только водород углевода и жира образует воду при окислении (2Н₂ + О₂ → 2Н₂О), а жиры содержат примерно вдвое больше водорода, чем углеводы, в пересчете на единицу массы.

5.16.

^* (Пептидная связь.)

5.17. a)

б) 2³=8

в) 2¹⁰⁰=1,27·10³⁰

г) 20¹⁰⁰=1,27·10¹³⁰. Это значительно больше, чем число атомов во Вселенной (оно приблизительно равно 10¹⁰⁰)! Таким образом, существуют практически бесконечные возможности для разнообразия белков.

д) 20ⁿ, где n — число аминокислотных остатков в молекуле.

5.18. Примечательно, что отношение числа молекул аденина к тимину всегда равно 1,0, таково же отношение гуанина к цитозину. Другими словами, число молекул аденина равно числу молекул тимина, а гуанина — цитозину. Обратите внимание также на то, что число пуриновых остатков (аденин + гуанин) соответствует числу пиримидиновых остатков (тимин + цитозин). Обнаружено также, что ДНК различных организмов имеют различный состав оснований, т. е. отношение А:Г или Т:Ц варьирует в разных ДНК.

5.19. Аденин должен спариваться с тимином, а гуанин-с цитозином. Этим объясняется наблюдаемое соотношение оснований.

5.20. Сравните объем неизвестного образца, требуемый для восстановления красителя, с объемом 0,1% раствора аскорбиновой кислоты, израсходованным в стандартном промере.

Процентное содержание аскорбиновой кислоты в неизвестном образце = Объем 0,1 аскорбиновой кислоты, израсходованной в стандартном промере/Израсходованный объем неизвестного образца × 0,1/100

5.21. а) Проверьте все три раствора по методу Бенедикта.

Раствор сахарозы после кипячения не образует кирпично-красного осадка. Растворы глюкозы и глюкозы с сахарозой можно различить, предварительно обработав их как для гидролиза (см. тест на нередуцирующие сахара) и повторив тест Бенедикта. Теперь в смеси глюкозы с сахарозой содержится больше редуцирующего сахара. (На практике для получения достоверных результатов лучше использовать растворы Сахаров различной концентрации. Например, 0,05%-ный раствор глюкозы, 0,5%-ный раствор сахарозы и смесь равных объемов 0,1%-ного раствора глюкозы и 1,0%-ного раствора сахарозы.)

б) 1. Бумажная или тонкослойная хроматография.

2. Эффект на плоскополяризованный свет, используемый в поляриметре (и сахароза, и глюкоза являются правовращающими сахарами, но раствор сахарозы вращает плоскость поляризации света сильнее, чем раствор глюкозы).

3. Сахароза превращается в редуцирующие сахара (глюкоза + фруктоза) ферментом сахаразой (инвертазой). Реакцию можно выявить с помощью поляриметра или метода Бенедикта.

5.22. Растворите 10 г глюкозы в дистиллированной воде и доведите объем раствора до 100 мл. (Не растворяйте 10 г глюкозы сразу в 100 мл дистиллированной воды, потому что конечный объем окажется больше 100 мл.)

5.23. Добавьте 10 мл 10%-ного раствора глюкозы к 50 мл 2%-ного раствора сахарозы и доведите объем до 100 мл дистиллированной водой.

Глава 6

6.1. Избыток тепла необратимо изменяет вторичную и третичную структуру фермента. Это означает, что меняется характерная форма фермента и аминокислоты, обычно расположенные рядом друг с другом в функциональном активном центре, теряют свою взаимосвязь. Таким образом, активный центр становится нефункциональным. Как правило, конформация фермента легко нарушается при высоких температурах.

6.2. а) Сначала реакции А и В протекают быстро и образуется большое количество продукта. Затем образование продукта снижается и уже больше не повышается. Это может происходить вследствие того, что 1) весь субстрат перешел в продукт; 2) фермент инактивировался, или 3) достигнута точка равновесия обратимой реакции и субстрат и продукт присутствуют в сбалансированных концентрациях.

б) При повышении температуры 1) начальная скорость реакции увеличивается и 2) фермент становится менее стабильным и быстрее инактивируется.

в) Чувствительность к повышению температуры указывает на белковую природу фермента.

г) При низкой температуре (как в случае с кривой В) скорость образования продукта остается постоянной более 1 ч.

6.3. а) 5,50.

б) 1) пепсин; 2) амилаза слюны.

в) Разрушается активный центр фермента. Происходит модификация ионизируемых групп фермента, особенно тех, которые находятся в активном центре. Таким образом, субстрат более не укладывается в активном центре и каталитическая активность уменьшается.

г) Изменение рН приводит к изменению активности большинства ферментов. Скорость разных ферментативных реакций изменяется в разной степени, поскольку для активности каждого фермента характерен свой оптимум рН. Жизнь каждой клетки зависит от тонкой сбалансированности их ферментных систем, поэтому любое изменение ферментативной активности может вызвать гибель клетки или всего многоклеточного организма.

д) См. рис. 6.3 (отв.).

Рис. 6.3. (отв.). Активность каталазы, расщепляющей пероксид водорода при различных рН

Оптимум рН для фермента равен 6,00. При рН от 4 до 6 ионизируемые группы активного центра изменяются таким образом, что активный центр начинает более эффективно взаимодействовать и связываться с субстратом. При изменении рН от 6 до 8 происходит обратный процесс.

6.4. Увеличение концентрации субстрата приводит к тому, что вероятность попадания в активный центр оказывается больше у молекул субстрата, чем у молекул ингибитора.

6.5. Увеличение концентрации субстрата не влияет на общую скорость реакции, так как нет конкуренции за активный центр. Ингибирование, таким образом, необратимо.

6.6. а) В различных частях фермента расположены два центра: активный центр, связывающийся с веществом А, и другой центр, специфичный для связывания с X.

б) 1) X может ингибировать е₁ и только в этом случае возможно образование продукта S по пути A-S. Эта ситуация сохраняется вплоть до исчерпания запасов X.

2) X мог бы ускорить каталитическую активность е₅, вновь увеличивая образование S за счет X.

в) Ингибирование продуктом реакции.

г) Специфичность ферментов обусловливает тот факт, что на каждом этапе метаболического пути требуются свои ферменты. Это обеспечивает точную регуляцию обмена.

6.7. 1) Все они являются белками и синтезируются живыми организмами.

2) Они катализируют химические реакции, понижая энергию активации, необходимую для того, чтобы реакция началась.

3) Для протекания ферментативной реакции требуется очень небольшое количество фермента.

4) В конце реакции фермент остается неизмененным.

5) Каждый фермент специфичен и имеет активный центр, в котором фермент и субстрат, временно объединяясь, образуют фермент-субстратный комплекс. В результате диссоциации этого комплекса продукт высвобождается.

6) Ферменты работают лучше всего при оптимальных значениях рН и оптимальных температурах.

7) Будучи белками, ферменты денатурируют при экстремальных значениях рН и температуры.

8) Показатель Q₁₀ ферментов в пределах температуры от 0 до 40°С приблизительно равен 2.

9) Некоторые ферменты активны в присутствии кофакторов.

10) Определенные химические вещества так же, как и конечные продукты метаболических путей, ингибируют активность ферментов.

Глава 7

7.1. Эндоплазматический ретикулум, рибосомы, микротрубочки, микрофиламенты, микроворсинки (видимые в световом микроскопе в виде "щеточной каемки").

Кроме того, мелкие структуры, такие, как лизосомы и митохондрии, которые с трудом идентифицируются с помощью светового микроскопа, но легко различаются с помощью электронного.

7.2. а) Клеточная стенка со срединной пластинкой и плазмодесмой, хлоропласты (обычно пластиды), крупная центральная вакуоль (клетки животных содержат мелкие вакуоли, например пищевые и сократительныевакуоли).

б) Центриоли, микроворсинки, пиноцитозные пузырьки наиболее характерны для животных клеток.

7.3. а) А: полярная (гидрофильная) голова фосфолипида.

В: неполярные (гидрофобные) углеводородные хвосты фосфолипида.

С: фосфолипид.

D: слой липида.

б) Холестерол (наиболее распространенный стерол).

7.4. a) Na⁺, К⁺ — насос действует таким образом, что выход ионов Na⁺ сопряжен с поступлением в клетку ионов К⁺. В отсутствие К⁺ не происходит выхода Na⁺ и Na⁺ накапливается внутри клеток за счет диффузии, а К+ покидает клетки также в результате диффузии. б) АТФ служит источником энергии для активного переноса ионов Na⁺.

7.5. Неполярные аминокислоты гидрофобны (не смешиваются с водой). Следовательно, сигнальная последовательность белка отталкивается от водной фазы клетки, в которой находятся рибосомы, до тех пор, пока она не найдет белковый рецептор в ЭР.

Глава 9

9.1. Фотоавтотрофное питание — это процесс, в котором световая энергия Солнца служит источником энергии для синтеза органических соединений из неорганических веществ с использованием СО₂ как источника углерода. Хемогетеротрофное питание — это процесс, в котором органические соединения синтезируются из уже существующих органических источников углерода за счет энергии химических реакций.

9.2. а) Автотрофный тип питания; б) Гетеротрофный тип питания.

9.3. 75·10¹² кг углерода в год [(40·10¹²)+(35·10¹²)].

9.4. Энергия солнца доступна; сырье — вода — имеется в большом количестве; продуктом горения также является вода, которая не токсична и не загрязняет окружающую среду (атомная энергия небезопасна и является источником загрязнения среды).

9.5. Общая форма и положение

Большое отношение площади поверхности к объему для максимального улавливания света и эффективного газообмена. Листовая пластинка, как правило, располагается под прямым углом к падающему свету, особенно у двудольных растений.

Устьица

Отверстия в листьях, обеспечивающие газообмен. При фотосинтезе поглощается двуокись углерода и как побочный продукт выделяется кислород. У двудольных растений устьица расположены в основном на нижней, теневой, стороне листа, таким образом обеспечивается минимальная потеря воды в результате транспирации.

Замыкающие клетки

Регулируют открывание устьиц (обеспечивают открывание устьиц только на свету, когда идет фотосинтез).

Мезофилл

Содержит специальные органеллы для фотосинтеза-хлоропласта, в которых находится хлорофилл. У двудольных растений палисадные клетки мезофилла, содержащие наибольшее число хлоропластов, расположены непосредственно под верхней поверхностью листа, что обеспечивает максимальное улавливание света. Палисадные клетки вытянуты, что увеличивает вероятность поглощения ими света. Хлоропласты расположены по периферии клеток, что облегчает газообмен с межклеточным пространством. Хлоропласты могут обладать фототаксисом (т. е. перемещаться внутри клетки по направлению к свету). У двудольных растений губчатый мезофилл содержит крупные межклеточные пространства, что обеспечивает эффективность газообмена. (Листья однодольных растений также содержат крупные межклеточные пространства.)

Проводящая система

Снабжает водой, участвующей в процессе фотосинтеза, а также минеральными солями. Транспортирует продукты фотосинтеза. Колленхима и склеренхима служат опорой растению.

9.6. Хлорофилл а поглощает красный свет примерно вдвое интенсивнее, чем хлорофилл b, а его максимум поглощения приходится на несколько более длинные волны (волны с меньшей энергией). Поглощение в синем свете идет слабее и смещено к несколько более коротким волнам (волнам с большей энергией). Обратите внимание, что эти различия вызваны очень незначительными изменениями в химической структуре.

9.7. Хлорофилл а имеет более низкую энергию возбуждения. Таким образом хлорофилл b может передать возбужденные электроны (эквивалентно энергии) на хлорофилл я, несмотря на то что при переносе некоторая часть энергии теряется в виде тепла.

9.8. Темно-синий цвет красителя по мере его восстановления должен исчезнуть, оставив зеленый цвет хлоропластов.

9.9. ДХФИФ должен остаться синим в контрольных пробирках 2 и 3. На примере пробирки 2 показано, что одним светом нельзя вызвать изменения цвета и что для осуществления реакции Хилла необходимы хлоропласты. На примере пробирки 3 видно, что для протекания реакции Хилла свет необходим так же, как и хлоропласты.

9.10. Двумя органеллами, наиболее близкими к хлоропластам по размерам, являются ядра (немного больше) и митохондрии (немного меньше). Для того чтобы выделить чистые хлоропласты, необходимо более точное дифференциальное центрифугирование или центрифугирование в градиенте плотности.

9.11. Косвенные данные позволяют предположить, что ядра и митохондрии не участвуют в восстановлении ДХФИФ, так как для этого необходим свет, а эти органеллы не содержат ни хлорофилла, ни любого другого видимого пигмента.

9.12. Для того чтобы уменьшить активность фермента. Во время гомогенизации ферменты, разрушающие химические соединения клетки, могли высвободиться из других частей клетки, например из лизосом или вакуолей.

9.13. Клеточные реакции проходят эффективно только при определенных рН; любое существенное изменение рН, вызванное, например, высвобождением кислот из других частей клетки, может повлиять на активность хлоропластов.

9.14. а) Вода; б) ДХФИФ.

9.15. Только с нециклическим фотофосфорилированием: 1) выделился кислород; 2) электроны были захвачены ДХФИФ, поэтому они не могли вернуться в ФС I.

9.16. а) У хлоропластов отсутствуют оболочка (ограничивающая мембрана) и строма. Осталась только внутренняя система мембран.

б) Среда без сахарозы является гипотонической для хлоропластов. Не имея защитной клеточной стенки, разрушенной во время гомогенизации клеток, хлоропласты осмотически поглощают воду, набухают и лопаются. Строма растворяется, остаются только мембраны.

в) Данные изменения желательны, потому что лопнувшие хлоропласты обеспечивают более эффективный доступ ДХФИФ к мембранам, где протекает реакция Хилла.

9.17. Открытие реакции Хилла послужило поворотным пунктом по нескольким причинам:

1) Она показала, что выделение кислорода может происходить без восстановления двуокиси углерода, доказывая тем самым, что световые и темновые реакции и реакции расщепления воды разобщены.

2) Она показала, что хлоропласты могут осуществлять светозависимое восстановление акцепторов электронов.

3) Она предоставила биохимические данные о том, что световая реакция фотосинтеза полностью сосредоточена в хлоропласте.

9.18. Изотоп с непродолжительным периодом полураспада (например, ¹¹С, 20,5 мин) быстро распадается, так что его уже нельзя обнаружить; следовательно, его пригодность для биологических экспериментов, которые зачастую требуют для своего завершения нескольких часов или дней, существенно ограничивается.

9.19. Биохимические реакции, протекающие в процессе фотосинтеза у Chlorella и у высших растений, сходны; по этой и по ряду приведенных ниже причин при изучении фотосинтеза обычно используется Chlorella:

1) Культура Chlorella фактически является культурой хлоропластов, так как большая часть объема каждой клетки занята отдельным хлоропластом.

2) В культуре удается, получить более однородный рост.

3) Клетки хлореллы очень быстро подвергаются действию радиоактивной двуокиси углерода и столь же быстро погибают, поэтому техника ухода за культурой проста.

9.20. Для максимального освещения водорослей.

9.21.

Схема

Этой схемой подчеркивается циклический перенос углерода; сложность цикла Кальвина обусловлена главным образом трудностью превращения 10·3С в 6·5С.

9.22. Наличие двуокиси углерода, воды, света и хлорофилла.

9.23. а) На участке А лимитирующим фактором является интенсивность света.

б) Б: фактор, отличный от интенсивности света, становится лимитирующим фактором. На участке Б лимитирующими являются как интенсивность света, так и другой (ие) фактор (ы). В: интенсивность света больше не является лимитирующим фактором.

в) Г: "точка насыщения" для интенсивности света в этих условиях, т. е. точка, за которой усиление интенсивности света не вызывает дальнейшего увеличения скорости фотосинтеза.

г) Д: максимальная скорость фотосинтеза, достижимая в условиях эксперимента.

9.24. X, Y и Z — точки, в которых свет перестает быть главным лимитирующим фактором в четырех экспериментах. Выше этих точек существует линейная зависимость между интенсивностью света и скоростью фотосинтеза.

9.25. Ферменты начинают денатурировать.

9.26. Подобные условия возникают а) в затененном сообществе, например в лесу, на рассвете и в сумерках в теплом климате; б) обычно лимитирующим фактором служит содержание СО₂, но и такие условия могут возникнуть особенно в сомкнутых насаждениях растений, например в посевах в солнечных и теплых условиях; в) в ясный зимний день.

9.27. Растения в темноте продолжают расходовать сахара, например для дыхания. В темноте фотосинтез прекращается, и, после того как израсходуются все сахара, в сахара превращается запасенный крахмал, который расщепляется, в частности, до сахарозы, транспортируемой от листьев к другим частям растений.

9.28. Можно оспорить предположение, что бумага или фольга препятствуют прохождению фотосинтеза, ограничивая проникновение СО₂ к закрытым частям листа. Это предположение можно опровергнуть, оставив воздушную щель между бумагой и листом, как это показано ниже на рис. 9.28 (отв.).

Рис. 9.28. (отв.). Срез листа, завернутого в черную бумагу

9.29. Его необходимо поместить в такую же колбу, но воду заменить раствором гидроксида калия. Непромокаемая вата будет защищать стебель, на котором находится лист. (Поверхность самого стебля можно обработать известковой водой, чтобы воспрепятствовать возможному повреждению, которое может повлиять на фотосинтез.)

9.30. Можно измерять скорость поглощения СО₂, скорость выделения кислорода и скорость образования углеводов. Можно также измерять скорость прироста сухой массы листьев. Такое измерение особенно удобно проводить на культурных растениях во время сезона вегетации, когда можно отобрать сравнительно крупные образцы. Опыт по измерению скорости поглощения СО₂ описан в разд. 9.7.

9.31. а) Скорость образования газа прямо пропорциональна I вплоть до значения I, равного х-единицам. В этой точке начинается насыщение светом и завершается в точке у (значения х и у зависят от условий опыта). Следовательно, скорость образования газа лимитировалась не светом, а каким-то другим фактором. б) Лабораторию затенили для того, чтобы предотвратить попадание света снаружи, который мог бы стимулировать дополнительный фотосинтез. Температуру поддерживают постоянной, поскольку ее изменения также влияют на скорость фотосинтеза.

9.32. а) Может изменяться температура, поскольку лампа нагревает воду (этого следует избегать путем использования водяной бани).

б) Во время эксперимента может изменяться концентрация СО₂ в воде, особенно если ранее был добавлен К₂СО₃.

в) Любой случайно попавший в лабораторию свет будет влиять на фотосинтез.

9.33. По мере того как пузырьки кислорода поднимаются к поверхности воды, часть растворенного в воде азота переходит из раствора в эти пузырьки, а часть кислорода пузырьков растворяется в воде. Этот обмен происходит вследствие различий давления (концентрации) кислорода и азота в пузырьках и в воде; со временем концентрации этих веществ стремятся прийти в равновесие. В собранном газе в следовых количествах также будут присутствовать водяные пары и СО₂. Собранный газ будет стремиться прийти в равновесное состояние с атмосферным воздухом посредством диффузии газов через воду.

9.34. Необходимо собрать весь кислород, выделенный в процессе фотосинтеза за время опыта. Если вода не будет аэрирована, то часть выделяющегося при фотосинтезе кислорода будет растворяться в воде и, следовательно, будет зарегистрировано меньшее количество кислорода.

9.35. Образец записи результатов приведен в следующей таблице:

Таблица

Контрольные пробирки В и Г необходимы для того, чтобы подтвердить, что любые изменения в пробирках А и Б происходят только при наличии в них листьев. В пробирке А среда становится более кислой из-за выделяющейся во время дыхания СО₂. В отсутствие света фотосинтез не идет. В пробирке Б среда становится менее кислой, что указывает на расходование СО₂. СО₂, выделяющаяся во время дыхания, использовалась при фотосинтезе совместно с СО₂, которая уже находилась в окружающем лист воздухе, и была растворена в растворе индикатора. Скорость фотосинтеза была выше скорости дыхания.

9.36. Компенсационная точка для СО₂. В этой точке скорость фотосинтеза равна скорости дыхания.

9.37. При увеличении концентрации СО₂ до 0,1% скорость фотосинтеза возрастает. С возрастанием концентрации СО₂ более успешно конкурирует с кислородом за активный центр на РиБФ-карбоксилазе, следовательно, увеличивается скорость фиксации СО₂, т. е. скорость фотосинтеза. Увеличение концентрации кислорода тормозит фотосинтез по противоположной причине. Кислород стремится вытеснить двуокись углерода и стимулирует фотодыхание, при котором выделяется СО₂.

9.38. Высокая концентрация кислорода и низкая концентрация СО₂ (максимальная скорость достигается при 100%-ной концентрации кислорода). Для достижения большой скорости необходима также высокая интенсивность света, поскольку процесс является светозависимым.

9.39. Хлоропласты мезофилла участвуют в световых реакциях, хлоропласта обкладки проводящих пучков участвуют в темновых реакциях.

9.40. Образование кислорода связано с гранами (основное местоположение ФС II); кислород конкурирует с СО₂ за РиБФ-карбоксилазу и стимулирует фото дыхание. Кроме того, граны занимают большой объем хлоропласта, а если их нет, то больший объем занимают строма и соответственно РиБФ-карбоксилаза, поэтому остается место для откладывающегося крахмала.

9.41. Насос для перекачки двуокиси углерода. Малатный шунт, действуя как насос для перекачки двуокиси углерода, увеличивает ее концентрацию в клетках обкладки проводящих пучков, увеличивая таким образом эффективность работы РиБФ-карбоксилазы. Насос для перекачки водорода. Малат переносит водород от НАДФ·Н₂, содержащегося в мезофилле, к НАДФ в клетках обкладки проводящих пучков, где восстанавливается НАДФ·Н₂. Преимущество подобного переноса состоит в том, что НАДФ·Н₂ образуется в результате эффективной световой реакции в хлоропластах мезофилла (присутствует ФС II) и затем может быть использован в качестве восстановительного потенциала в цикле Кальвина в хлоропластах клеток обкладки проводящих пучков, в которых собственный синтез НАДФ·Н₂ ограничен.

9.42. а) Понижение концентрации кислорода стимулирует С₃-фотосинтез, так как при этом уменьшается фото дыхание.

б) Понижение концентрации кислорода не влияет на С₄-фотосинтез, потому что фото дыхание уже ингибировано.

9.43. Симбиотические бактерии, находящиеся в корневых клубеньках растений из семейства бобовых, связывают азот. Это приводит к усилению роста и соответственно к увеличению потребности в других минеральных веществах, особенно в калии и фосфоре (иногда посевы бобовых перепахивают, удерживая таким образом минеральные вещества в почве).

9.44. Хемогетеротрофному. Далее их можно классифицировать как сапрофитные.

9.45. Любые, в которых количество кислорода недостаточно для того, чтобы разложить всю накопленную массу органического вещества, например на болотах, в донных осадках, таких, как ил, в арктической тундре, в глубоких горизонтах почвы и в полузатопленных почвах.

9.46. И то и другое увеличивает аэрацию и соответственно содержание кислорода в почве. Это стимулирует разложение и нитрификацию, а также подавляет денитрификацию, поскольку вместо нитратов используется кислород.