Pflanzenphysiologisches Praktikum Teil 1

Versuch II, A: Messung der Saugkraft von Kartoffelparenchym

Die Saugkraft einer Pflanzenzelle kann durch die Gleichung S = O - (W + A) beschrieben werden. Sie hängt ab vom osmotischen Wert ihres Zellinhalts, von der elastischen Spannung ihrer Wand und vom Außendruck.

Da die Saugkraft von Lösungen dem osmotischen Wert entspicht, kann die Saugkraft lebender Zellen durch eine Kompensationsmethode festgestellt werden.

Aus einer Kartoffel wurden Quader bestimmter Größe geschnitten und zum Schutz vor Verdunstung in einer feuchten Kammer aufbewahrt. Je 2 g davon wurden dann in 10 ml Saccharoselösung verschiedener Konzentrationen bzw. demin. Wasser eingelegt und ab und zu geschüttelt.

Die Lösungen wurden aus 0,5 M Stammlösung hergestellt:

0,4 M: 8 ml Stammlösung + 2 ml Wasser

0,3 M: 6 ml Stammlösung + 4 ml Wasser

0,2 M: 4 ml Stammlösung + 6 ml Wasser

0,1 M: 2 ml Stammlösung + 8 ml Wasser

Nach 2 h wurden die Stückchen mit Filterpapier ohne Druck abgetrocknet und gewogen.

Diejenige Konzentration, bei der weder Wasser aufgenommen noch abgegeben wird, d.h. keine Gewichtsveränderung auftritt, entspräche theoretisch der Saugkraft des Kartoffelparenchyms.

Die eingefügte rosa Trendlinie schneidet die Abszisse bei 0,15 mol/l.

Da jedoch die Gewichtsänderung in der 0,1 M Lösung als falsch angesehen werden muss, erhält man ohne Berücksichtigung dieses Werts eine höhere Konzentration von ca. 0,2 mol/l. Eventuell wurde die fehlerhafte Probe nicht sofort in die feuchte Kammer gelegt, so dass das Kartoffelstückchen vor dem Wiegen ein wenig ausgetrocknet war oder die Saccharoselösung war in diesem Fall fälschlicherweise zu hoch konzentriert hergestellt worden.

Läßt man den falschen Wert außen vor, zeichnet sich im Diagramm dennoch eine Gerade ab, die eine Saufkraft des Kartoffelparenchyms von ca. 0,2 mol/l erwarten lässt.

Versuch II B: Einfluss des pH-Wertes auf die Quellung von Proteinen (Isoelektrischer   Punkt)

Aminosäuren können je nach pH-Wert als Kation, Zwitterion oder Anion vorliegen und werden daher auch Ampholyte genannt.

Proteine quellen je nach pH verschieden stark. Am isoelektrischen Punkt (IEP) ist die Affinität zum Wasser relativ gering, so dass hier schon geringer Wasserentzug zur Ausflockung führt.

Titriert man nun gequollene Proteinlösung mit Alkohol, so ist der Verbrauch am IEP am niedrigsten, da die Hydratation schneller ein gewisses Maß unterschritten hat.

Gelatine wurde in demin. heißem Wasser gelöst und in Acetat-Puffer-Lösungen verschiedener pH-Werte gebracht (siehe Skript). Die Proben wurden bei 35°C unmittelbar bis zur Titration gelagert.

Die erste Probe wurde mit 96%igem Ethanol titriert, bis eine gerade erkennbare weiße Trübung Ausflockung anzeigte. Die Trübung wurde mittels eines Photometers bei blaugefiltertem Licht (500 nm) gemessen und die folgenden Proben bis zur etwa gleichen Extinktion titriert, um vergleichbare Verbrauchswerte zu bekommen. Die Meßreihe wurde doppelt ausgeführt.

Da die Extinktion sehr schnell ansteigt, war es nicht einfach, immer bis zu einem bestimmten Wert zu titrieren. Z.B. wurde bei pH 4,7 in der 1. Meßreihe viel zu weit titriert, so dass in diesem Falle die Mittelwertbildung problematisch ist. Es ist jedoch abzusehen, dass man auch hier wie in der 2. Messung bei pH 4,7 den niedrigsten Verbrauch gehabt hätte, wäre nicht zu weit titriert worden. Trotz diesem „Ausreißer“ zeigt sich also, dass etwa bei pH 4,7 die Menge des Hydratationswassers am geringsten ist und deshalb der IEP dort liegt.

Für eine genauere Bestimmung des IEP müßte jedoch die pH-Staffelung um das Minimum der Kurve enger sein, da nur dann der Scheitelpunkt annähernd bestimmt werden kann.

Versuch II C: Einfluss von Ionen auf die Permeabilität

Lebende Zellen können viele Stoffe entweder aktiv aufnehmen oder durch Permeation in einem Zellkompartiment anreichern. Der Vitalfarbstoff Methylenblau z.B. wird in der Vakuole durch chemische Bindung akkumuliert. Die Permeabilität der Membranen kann durch Ionen beeinflußt werden.

In diesem Versuch sollte der Einfluß von Calcium- und Kaliumionen untersucht werden, die wahrscheinlich für den Quellungsgrad der Membran mitverantwortlich sind.

Es wurden drei Lösungen hergestellt mit jeweils 40 ml 0,001%igem Methylenblau und 10 ml demin. Wasser, 0,1 mol/l KCl oder 0,1 mol/l CaCl₂. Je 0,5 g Sprossen von Elodea spec. wurden in die Gläser gelegt und umgerührt.

Die Extinktion bei 670 nm sollte im Abstand von 30 min gemessen werden ( erste Messung erfolgte erst nach 10 min):

Bei dem in Klammern gesetzten Wert handelt es sich um einen Meßfehler, der eventuell auf einer unsauberen Küvette oder einer Luftblase beruht.

Die Aufnahme des Farbstoffs zeigte sich in einer Abnahme der Extinktion. Zur Veranschaulichung der Intensitätsabnahme des Farbstoffs wurde der Betrag der Abnahme errechnet:

Eindeutig zu erkennen ist, dass die Extinktion im Wasseransatz viel schneller zunahm als in den Ionenansätzen. D.h. dass dort der Farbstoff am schnellsten aufgenommen wurde; Kaliumionen setzten die Permeabilität herab und Calciumionen sogar noch mehr, so dass Methylblau nur noch langsam aufgenommen wurde.

Auffällig ist auch, dass beim Kaliumansatz die Kurve in einen Sättigungsbereich übergeht, der wahrscheinlich auch beim Kaliumansatz zu erkennen wäre. Auf Grund des Meßfehlers lassen sich aber keine eindeutigen Aussagen dazu machen. Von einer wirklichen Sättigung auf Grund der Farbstoffkonzentration kann man hier jedoch nicht sprechen, da die Zellen noch aufnahmefähig sind, wie im Wasseransatz zu sehen ist. Dort nimmt die Extinktion noch relativ kontinuierlich zu. Es ist daher anzunehmen, dass die „Sättigung“ auf die zunehmende Quellung der Membran durch die Ionen zurückzuführen ist, die dadurch mit der Zeit impermeabel wird.

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