1.5.5. Выделение кислорода листьями при фотосинтезе

Цель опыта - показать, что листья выделяют кислород на свету и это происходит в результате фотосинтеза, т. е. при образовании крахмала.

Объекты и оборудование. Два одинаковых по размеру и предварительно обескрахмаленных листа фасоли или пеларгонии; три одинаковые хозяйственные банки из светлого, неокрашенного и гладкого стекла объемом 0,20-0,25 л или три круглые плоскодонные колбы на 0,15-0,20 л с пробками к ним (резиновыми или сделанными из пластилина) - для постановки опыта в колбах; три блюдца глубоких бытовых или от чашек Петри; лезвие безопасной бритвы; лучинки (лучше сосновые); спиртовка; спички; вода; две рамки или подставки для листьев (см. рис. 13) или вместо них пластилин и палочка-карандаш - при постановке опыта в колбах, кристаллизатор (или глубокий тазик); трубка резиновая или пластиковая (например, для соков и т. п.) длиной 20-30 см; кусок картона размером примерно 8 на 8 см; карандаш по стеклу (или пластилин); вата, спирт, отрезок проволоки около 20 см - если будет использоваться способ выжигания кислорода; источник света и оборудование для обработки листьев - как для предыдущего опыта (1.5.4); линейка; колпак из черной бумаги или картона.

Постановка опыта. В начале опыта сосуды наполняют воздухом, в котором нет или мало кислорода - недостаточно для горения; зажженная лучинка в нем гаснет. Сделать это можно двумя способами: выжиганием кислорода в банках и наполнением банок или колб воздухом, выдыхаемым человеком,- остатками воздуха из легких. Опишем сначала постановку опыта в банках. При первом способе закрепляют ватный тампон на лучинке или проволоке, смачивают его спиртом и поджигают. Пламя должно быть высотой 3-5 см (величина его зависит от размера тампона и количества спирта, что легко регулировать). Ход работы показан на рисунке 18. Банку держат близко над водой, налитой в кристаллизатор (тазик), пламя быстро вводят в банку (рис. 18,/), постепенно выводят и тотчас же опускают банку горловиной в воду (рис. 18, 1-2), ставят под водой на блюдце и извлекают все, не переворачивая, из воды. При этом вода входит в банку на 1\4-1\3 ее высоты (если воды вошло больше, следует все повторить, проветрив банку). В банке должен остаться слой воды высотой примерно 1,5 см, не более, иначе лист будет погружен в воду глубже чем следует. Удаляют избыток воды из банки, вдувая в нее под водой воздух из легких, как показано на рисунке 18,3. Банку при этом держат рукой, чтобы она не опрокинулась.

Рис. 18. Заполнение сосудов воздухом, обедненным кислородом: 1-2 - выжигание кислорода; 3 - вытеснение воды из банки выдыхаемым воздухом

Другой способ - наполнение банок воздухом, выдыхаемым человеком, проще, но менее надежен. Банку заполняют водой, плотно прикрывают куском картона и опускают горловиной в воду, в банку вводят трубку. Затем делают глубокий вдох, задерживают дыхание, насколько это возможно, зажимают нос, выдыхают первые порции воздуха в сторону и лишь после этого вдувают воздух по трубке в банку до тех пор, пока уровень воды в ней не опустится до отметки, соответствующей высоте слоя воды в 1,5 см (отметку нужно сделать заранее карандашом по стеклу или пластилином). Банку при этом все время придерживают рукой. Под водой банку ставят на блюдце и всю установку переносят из воды на стол.

Для того чтобы убедиться в том, что воздух в банке не поддерживает горение, банку на блюдце опускают в воду, заменяют блюдце куском картона, прижимая картон, извлекают банку из воды, переворачивают и ставят дном на стол. Слегка отодвинув картон, опускают в банку горящую лучинку. Она должна погаснуть в верхней части банки. Банку плотно прикрывают картоном, переворачивают и опускают в воду, где ее снова ставят на блюдце, удалив картон и не выпуская из рук. После этого готовую для опыта установку извлекают из воды и ставят на стол.

Подготовив таким образом все банки, приступают к размещению в них листьев. Предварительно листья укрепляют в рамках или на подставках (см. рис. 14). Банку с блюдцем опускают в воду, придерживая рукой, сдвигают блюдце и вводят в банку (под водой) лист - верхушкой его в сторону дна банки. Также под водой банку с листом снова ставят на блюдце и затем всю установку переносят из воды на стол.

Если опыт ставится в колбочках, то выжигание кислорода проводят в большой широкогорлой банке (на 1-3 л), из которой затем перегоняют воздух в колбы известным методом вытеснения водой. Для этого надо иметь к банке пробку с воронкой и газоотводной трубкой (такая пробка показана на рис. 11). Наполнение колб выдыхаемым воздухом можно провести так же, как описано для банок. Но методически правильнее сделать иначе: наполнить выдыхаемым воздухом одно-двухлитровую колбу, убедиться с помощью горящей лучинки (введя ее лишь в верхнюю часть колбы), что воздух в ней не поддерживает горение, закрыть колбу пробкой с воронкой и газоотводной трубкой и перегнать этот воздух известным способом в колбочки с укрепленными в них листьями и без листа. При этом в горле колбы оставляют столько воды, сколько надо иметь, чтобы затем на дне колбы был слой ее в 0,5-0,7 см. Это количество зависит от размеров колбы, и его надо установить самим предварительно. Таким же образом можно наполнять и банки, но с ними это более сложно, хотя и избавляет от необходимости проверять воздух зажженной лучинкой в каждой банке перед постановкой опыта.

Наполненные воздухом колбочки закрывают резиновыми пробками вне воды. Для этого их плотно прикрывают под водой куском картона, ставят на стол и, отводя картон в сторону, закрывают пробкой. Пробками из пластилина (в виде крышек) можно закрывать колбы и под водой, и вне ее. Все колбы ставят в блюдца с водой для самоохлаждения их при освещении лампой.

Листья помещают в две банки (колбы), а третий сосуд оставляют без листа. Он нужен для того, чтобы показать учащимся, что состав воздуха при отсутствии листа не изменился от освещения - он, как и прежде, не поддерживает горение.

Все три установки (банки или колбы - каждая в блюдце с водой) размещают вокруг лампы в соответствии с рекомендациями таблицы 2. Один из сосудов закрывают от света колпаком из черной бумаги или картона.

Демонстрация опыта. На уроке установку опускают в воду, удерживая банку в вертикальном положении, извлекают из нее лист, банку закрывают картоном или пластиковой крышкой с пробкой (см. рис. 21,2), достают из воды, ставят дном на стол и проверяют наличие в ней кислорода с помощью зажженной лучинки. Проверив содержание кислорода во всех банках, проводят определение крахмала в листьях (техника этой работы дана выше) и убеждаются в том, что образование крахмала и выделение кислорода листом на свет - явления, тесно связанные между собой. В результате опыта кислород появляется (лучинка горит) только в сосуде с листом, находившимся на свету, и только у листа в этом сосуде образовался крахмал. Из опыта следует вывод: выделение кислорода листьями на свету происходит в результате образования крахмала на свету, т. е. при фотосинтезе. Очень важно добиться усвоения учащимися этого вывода.

Вопросы на осмысление методики опыта. Зачем опускают в банку (колбу) горящую лучинку? (Чтобы узнать, есть ли кислород в воздухе банки.) Что мы определяли с помощью зажженной лучинки в опыте по дыханию корней? (То же самое - есть ли кислород в воздухе.) Когда лучинка горит в банке, что это означает? (Что в воздухе банки есть кислород.) Почему (отчего) гаснет лучинка в банке? (От недостатка кислорода.) Зачем одну банку (колбу) с листом ставят на свет? (Чтобы убедиться в том, что листья на свету выделяют кислород.) Для чего один сосуд с листом закрывают от света? (Чтобы узнать, будет ли выделяться кислород в темноте.) Какие условия одинаковы у листьев в двух банках? (Все, кроме освещения.) Какие условия разные у листьев в двух банках? (Освещение.) Зачем нужна банка (колба) без листа? (Ответ на этот вопрос был дан раньше - по опыту 1.4.15.) Зачем (с какой целью) проверяют воздух в банках в начале опыта? (Чтобы быть уверенным, что в нем нет кислорода или очень мало - недостаточно для горения.) Зачем (с какой целью) проверяют воздух в конце опыта? (Чтобы узнать, появился ли в банках кислород.) Для чего в каждой банке проверяют воздух и определяют крахмал в листе? (Чтобы узнать, связано ли изменение состава воздуха с образованием крахмала.) Что доказывает опыт? (Что листья выделяют кислород только на свету - при фотосинтезе, т. е. при образовании крахмала.) Почему (с какой целью) все банки (колбы) ставят в блюдце с водой? (Ответ на этот вопрос - для учащихся более технический, а не по существу методики - дан при объяснении методики эксперимента.)