Порядок выполнения работы

Помещают 100 г почвы в коническую колбу, приливают 200 мл дистиллированной воды, колбу закрывают пробкой и встряхивают 3 мин. Затем раствор фильтруют через складчатый фильтр.

В коническую колбу вносят 100 мл фильтрата, добавляют несколько капель серной кислоты, регулируя значение рН по универсальной индикаторной бумаге, приливают 1 мл 10%-ного раствора KI, взбалтывают и приливают из бюретки 0,01 М раствор KMnO₄ до появления желтой окраски. Избыток йода оттитровывают раствором Na₂S₂O₃, прибавляя к концу титрования несколько капель (до появления синего окрашивания) 1%-ного раствора крахмала.

Разность между объемами прилитого 0,01 М раствора KMnO₄ и раствора Na₂S₂O₃, израсходованного на титрование соответствует количеству 0,01 М раствора йода, израсходованного на окисление H₂S в 100 мл фильтрата. 1 мл 0,001 М раствора йода соответствует 0,17 мг H₂S.

Одновременно с анализом почвы определяют ее влажность для пересчета результата на абсолютно сухую почву. Влажность почвы W, % определяют по формуле

_,

где m₁ − масса влажной почвы со стаканчиком, г; m₀ − масса абсолютно сухой почвы со стаканчиком, г; m − масса стаканчика, г.

Концентрацию нефтепродуктов в почве С, мг/кг определяют исходя из формулы

С = ,

где М − количество исследуемого веществ, найденное в пробе, мг; m − масса исследуемой почвы, г; к − коэффициент пересчета на абсолютно сухую почву.

Пример расчета: разность между объемами 0,01 М раствора KMnO₄ и раствора Na₂S₂O₃, израсходованного на титрование, равна 3 мл. Следовательно содержание H₂S в 100 мл фильтрата составляет 0,17 ∙ 3 = 0,51 мг. В 200 мл фильтрата, т.е. в 100 г почвы содержится 0,51 ∙ 2 = 1,02 мг H₂S. Отсюда концентрация С в почве H₂S составляет:

С = 1000 ∙ = 10,2 мг/кг

Вопросы для самоподготовки

1. Строение литосферы. Структура земной коры.

2. Минералы и горные породы.

3. Почва. Минералогический и механический состав почв.

4. Органические вещества почвы. Гумус.

5. Особенности состава и строения гумусовых веществ.

6. Взаимодействие гумусовых веществ с минеральными компонентами почвы.

7. Основные концепции гумусообразования.

8. Почвенные коллоиды. Общая схема строения коллоидной частицы.

9. Минеральные, органические и органо-минеральные коллоиды.

10. Виды поглотительной способности почв.

11. Почвенно-поглощающий комплекс (ППК).

12. Понятие об ионообменных свойствах почв, реакции ионного обмена.

13. Основные закономерности сорбционных процессов в почвах.

14. Виды кислотности почв, причины кислотности.

15. Щелочность почв. Буферные свойства почв.

16. Микроэлементы и химическое загрязнение почв.

17. Нитрифицирующая способность почв и причины ее нарушения.

18. Загрязнение почв нефтепродуктами.

IV. Миграции элементов и соединений в биосфере Лабораторная работа № 13 Исследование фотосинтезирующей деятельности высших растений

Фотосинтез является основным процессом превращения солнечной энергии в энергию химических связей, процессом накопления биомассы и продуцирования кислорода. Фотосинтез идет при наличии в растениях хлорофила α.

Первый ряд реакций – это световые реакции, в которых участвуют фотосинтетические пигменты и молекулы, образующие цепь переноса электронов, которые встроены в фотосинтетические мембраны хлоропласта. Хлорофилл улавливает кванты света и под их воздействием испускает электроны с высокой энергией. Пигмент хлорофилл обладает особым свойством: когда он поглощает еди­ницу световой энергии, один из его электронов приобретает «скорость убега­ния» и отрывается от его молекулы. Этот электрон передается от одно­го переносчика к другому по электронно-транспортной цепи. Электрон соединяется с другим электро­ном, также передающимся по цепи, и с ионом водорода (Н ⁺) из воды, нахо­дящейся в строме (в любом количестве воды некоторое число ее молекул диссоциировано на ионы Н⁺ и ОН^-). Оба электрона и ион водорода присое­диняются к молекуле переносчика водорода. Таким переносчи­ком водорода служит НАДФ⁺ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат), ко­торый при этом переходит в свою восстановленную форму – НАДФ·Н:

2 е^- + Н⁺ + НАДФ⁺ свет НАДФ·Н

Электроны Переносчик Переносчик с присоединенным

водорода водородом

Этот процесс протекает на наружной поверхности фотосинтетических мембран и НАДФ·Н переходит в строму. Электроны, которые утратила молекула хлорофилла, замещаются путем разложения (фотолиза) воды и разделения ее водородных атомов на электроны и ионы Н⁺:

2 Н₂О 4 е^- + 4 Н⁺ + О₂

вода электроны кислород

Разложение воды происходит внутри тилакоидов. Электроны передаются по электроннотранспортной цепи молекулам хлорофилла, утратившим свои элек­троны. Ионы Н⁺ остаются внутри тилакоида и пополняют Н⁺-резервуар, который служит затем источником энергии для син­теза АТФ. Проходя по каналам, имеющимся в мембране, ионы Н⁺ попадают на наружную поверхность мембраны, где АТФаза синтезирует АТФ из АДФ и Ф_н. Отсюда синтезированный АТФ переходит в строму.

Кислород, образующийся при разложении воды, представляет собой по­бочный продукт фотосинтеза. Он может использоваться растением для дыха­ния или может диффундировать из растения наружу, в атмосферу.

Второй ряд реакций – это темновые реакции фиксации углерода в форме углеводов. Вещества НАДФ·Н и АТФ учас­твуют в процессах связывания СО₂, превращаясь в окисленные формы, т.е. отдают энергию своих связей на дальнейшее вовлечение СО₂ в процесс синтеза органических соединений. На первом этапе двуокись углерода присоединяется к предшествующей органической молекуле – пятиуглеродному сахару. Образующаяся при этом шестиуглеродная структура нестабильна и сразу же расщепляется на две идентичные трехуглеродные молекулы.

К

аждая из трехуглеродных молекул принимает фосфатную группу от АТФ. Обе они уже и до того содержали по одной фос­фатной группе, но эта новая фосфатная группа присоединяется высокоэнерге­тической связью, так что и сама молекула оказывается теперь богатой энер­гией. Процесс завершается разрывом этих новых высокоэнергетических фосфатных связей, при котором заключенная в них энергия высвобождается, и каждая молекула присоединяет по одному атому водорода от НАДФ·Н. Все эти реакции можно описать следующим суммарным уравнением

С₅ + СО₂ + 2АТФ + 2НАДФ·Н 2 С₃ + 2 АДФ + 2Ф_Н + 2 НАДФ⁺

На определенном этапе судь­ба трехуглеродных молекул может оказаться различной. Одни из них соеди­няются друг с другом и образуют шестиуглеродные сахара, например молекулы глюкозы, которые в свою очередь могут соединяться, образуя саха­розу, крахмал, целлюлозу и другие вещества. Другие трехугле­родные соединения используются для синтеза аминокислот, что связано с присоединением азотсодержащих групп. Наконец, третьи вовлекаются в длинный ряд реакций, основной результат которых сводится к превращению пяти трехуглеродных молекул в три молекулы исходного пятиуглеродного са­хара. Этот пятиуглеродный сахар может снова присоединять двуокись углеро­да.

Некоторые из образующихся в цикле соединения используются для синтеза вещества клеток, а часть идет на регенерацию акцептора СО₂.

Последовательные стадии процесса фотосинтеза представлены в табл. 2 (во многих случаях конечные продукты одно реакции служат исходными веществами для другой и наоборот).

Таблица 2