Wpływ pH i Stężenia Chlorku Sodu na Fotosyntezę Moczarki Kanadyjskiej (Elodea canadensis Michx.)
- Szczegóły
Moczarka kanadyjska (Elodea canadensis Michx.) jest wodną byliną pochodzącą z Ameryki Północnej, a w szczególności z obszarów Kanady. Stamtąd została zawleczona m.in. do Europy, gdzie dzięki swojej dużej ekspansywności, szybko uzyskała status rośliny inwazyjnej (Dajdok i Pawlaczyk, 2009). Świadczy o tym potoczna nazwa jaką zyskała ta roślina w początkowym etapie swojej inwazji - „zaraza wodna”. Z uwagi na tworzenie długich pędów i tworzenia zwartych fitocenoz w wielu zbiornikach wodnych powodowała duże utrudnienia w żegludze i rybołówstwie, np.: przez owijanie się wokół śrub napędowych łodzi.
Obecnie straty gospodarcze powodowane przez moczarkę kanadyjską nie są tak duże jak jeszcze w XIX w., niemniej jednak wciąż uznawana jest za gatunek inwazyjny m.in. ze względu na zagrożenie jakim jest dla wielu ekosystemów wodnych. Dlatego, że moczarka jest rośliną często hodowaną w akwariach, znajomość jej wymagań względem badanych czynników jest dla tej grupy hobbystów cenną informacją.
Cel i Metodyka Badań
Celem badań było określenie wpływu pH wody i stężenia chlorku sodu na tempo fotosyntezy moczarki kanadyjskiej. Badane przeze mnie czynniki wpływające na tempo fotosyntezy to pH wody oraz stężenie chlorku sodu (symbolizujące ogólne zasolenie wody) w wodzie.
Zdobywanie wyników polegało na mierzeniu objętości gazu, jaką wydzielała moczarka po 11 godzinach prowadzenia doświadczenia, w określonych warunkach pH i stężenia chlorku sodu - które były w tym doświadczeniu zmiennymi zależnymi. Badanych było 3 zakresy pH (pH = 5, pH = 6, pH = 7) i 3 zakresy stężenia procentowego NaCl jednocześnie (0,01% ; 0,05% ; 0,25%) , co dało w rezultacie 9 różnych prób badawczych.
Materiały i Metody:
Przeczytaj także: Jak przeprowadzić doświadczenie z osmozą i ziemniakiem?
- Badane moczarki kanadyjskie (Elodea canadensis Michx.) pozyskałem ze sklepu akwarystycznego w Biłgoraju. Są to rośliny wodne należące do rodziny żabiściekowatych, z rodzaju moczarka. Przy dobieraniu osobników skupiłem się na tym, aby wybrać roślinki o najbujniejszym ulistnieniu, tak aby wyniki prób były porównywalne, a ilość wytwarzanego gazu - odpowiednio duża. Wszystkie badania prowadziłem w domu.
- Przygotowanie próby badawczej polegało między innymi na otrzymaniu odpowiedniego pH wody, oraz obliczeniu odpowiedniej ilości soli niezbędnej do otrzymania pożądanego jej stężenia - i dokładnym odważeniu odpowiedniej wagi soli kuchennej (o 98% zawartości NaCl, pozostały skład jonowy nie uwzględniany ze względu na znikomy wpływ na fizjologię rośliny).
- Pierwszym etapem było uzyskanie mieszanki wody wodociągowej z wodą gazowaną. Zdecydowałem się na zrobienie tego w stosunku objętościowym 3:2, tak, aby dzięki wodzie gazowanej zapewnić roślinom odpowiednie stężenie jonów HCO3- i aby niedostępność tych jonów nie była czynnikiem ograniczającym zachodzenia fotosyntezy roślin w moim doświadczeniu. 500 ml takiej mieszanki (300 ml wody wociągowej o temperaturze 20°C oraz 200 ml wody gazowanej firmy Muszynianka [średnionasycona CO2; stężenie jonów wodorowęglanowych ~2000 mg/l]) wlewałem do słoika o pojemności 900 ml. Sumarycznie więc, każda z prób badawczych to 750 ml wody.
- Ustaliłem więc, że mając na uwadze to, że każda mieszanina wodna jest przygotowywana w taki sam sposób, jej skład jonowy pomijałem w obliczeniach, a stężenie NaCl wody opierałem jedynie na dodawanej przez siebie ilości soli. Tak otrzymany roztwór badałem pH-metrem (zakupionym przez Internet; dokładność pomiaru: +/- [0,1]) i w zależności od wyniku pomiaru pH i od przygotowywanej próby dodawałem kwasku cytrynowego zakupionego w sklepie spożywczym (w celu obniżenia pH roztworu) bądź też etyloaminy (w celu podwyższenia pH roztworu; etyloaminę pozyskałem z pracowni chemicznej mojej szkoły) w ostrożny sposób - tak, aby otrzymać pożądaną wartość pH roztworu.
- Po takim przygotowaniu zestawu, pobierałem z mojego 110-litrowego akwarium jedną z wielu moczarek tak, by miała ona około 30 cm długości. Przy doborze osobników dużą wagę przywiązywałem do wybierania zawsze moczarek podobnych do siebie - tj. o praktycznie identycznym stopniu ulistenienia, wielkości i liczby liści - tak, aby wyniki prób były miarodajne. Moczarkę wprowadzałem do cylindra miarowego, cylinder zatykałem szczelnie woreczkiem foliowym i gumką recepturką, odwracałem go do góry dnem, wprowadzałem do słoika, a następnie łyżeczką delikatnie ściągałem woreczek z wlotu cylindra. Następnie zawieszałem cylinder lekko nad dnem słoika, ustawiałem w odległości około 15 cm od lampki o mocy żarówki 40 W, odczytywałem objętość gazu obecną w cylindrze na podstawie jego podziałki, a następnie włączałem lampkę i zostawiałem tak przygotowaną próbę na okres 11 godzin. Po tym czasie odczytywałem objętość gazu w cylindrze i porównywałem ją z wartością początkową. Im większa była ta różnica - oznaczało to, że tym więcej moczarka wydzieliła tlenu w wyniku procesu fotosyntezy, co skutkowało większym wyparciem słupa wody z cylindra. Przez cały czas trwania doświadczenia, zestawy badawcze nie były narażone na zewnętrzne oświetlenie, a w pokoju panowała stabilna temperatura.
- Zestawy próby kontrolnej były przygotowane w identyczny sposób jak te z próby badawczej, z tą różnicą, że nie ingerowałem w skład jonowy wody (nie dodawałem NaCl, pozostały jedynie jony obecne w wyjściowej mieszaninie) i wyrównałem poziom pH do neutralnego (pH=7). Sposób odczytywania wyników i wszelkie parametry nie różniły się od tych z próby badawczej.
- Wynikiem każdej z prób była objętość gazu wytworzona przez moczarkę po 11 godzinach prowadzenia doświadczenia. Otrzymane rezultaty uśredniłem (4 próby na każde warunki przeprowadzania doświadczenia, czyli 9 różnych zakresów pH i stężenia NaCl, co przedstawione jest w podrozdziale „Materiały i metody” w tabeli 1).
Wyniki Badań
Otrzymane i uśrednione wyniki pozwalają stwierdzić, że moczarka fotosyntetyzuje tym lepiej, im pH wody jest niższe, i tym lepiej, im stężenie chlorku jest wyższe (w badanym zakresie). Widoczna jest tendencja malejąca w tempie zachodzenia fotosyntezy u moczarki kanadyjskiej przy wzroście pH środowiska (przy każdym badanym stężeniu chlorku sodu) - oznacza to, że roślina fotosyntetyzowała intensywniej (wydzielała więcej gazu) w warunkach o pH wody niższym, niż w warunkach o pH wody wyższym. Rosnące stężenie chlorku sodu natomiast (przy każdym badanym pH wody) w badanym zakresie wpływało na wzrost intensywności zachodzenia fotosyntezy moczarki kanadyjskiej.
Uzyskane wyniki pozwalają jednoznacznie stwierdzić, że w badanym zakresie pH (5-7), Elodea canadensis fotosyntetyzuje tym intensywniej, im pH wody jest niższe. Ilość otrzymywanego w wyniku fotosyntezy w cylindrze miarowym tlenu w warunkach pH = 5 była przy każdym stężeniu procentowym NaCl stosunkowo wyższa, niż ilość ta przy warunkach pH = 7.
Wzrastające stężenie NaCl w badanym zakresie, podobnie jak pH wody, wpływało na wzrost intensywności moczarki kanadyjskiej. Przy określonym pH, im wyższe było stężenie chlorku sodu, tym więcej gazu otrzymywałem w próbie. Oznacza to, że moczarka kanadyjska wymaga odpowiednio wysokiego stężenia kationów sodu i anionów chlorkowych do najbardziej optymalnego rozwoju.
Przedstawione wyniki to wartość uśredniona, więc dołączam poniżej tabelę prezentującą wartość odchyleń standardowych dla każdej ze średnich.
Implikacje Praktyczne
Takie informacje mogą być wykorzystane przez np.: akwarystów. Z punktu widzenia akwarystów hodujących tą roślinę, aby spodziewać się jej dobrej kondycji, należałoby zadbać o odpowiednio niskie pH wody w akwarium. Nie można oczywiście zapominać o innych organizmach akwarium, takich jak inne rośliny wodne, czy też ryby, które mogą być znacznie bardziej wrażliwe na zmianę pH wody niż moczarka. W tym wypadku należy więc zachować rozsądek w dobieraniu warunków prowadzenia akwarium i dobrać tzw.
Przeczytaj także: Domowy eksperyment z balonem
Inny punkt widzenia należy rozpatrzyć w wypadku założenia sytuacji, gdzie moczarka jest organizmem niepożądanym, np.: w śluzie wodnej. Jest to budowla hydrotechniczna, której funkcjonalność zależy w dużej mierze od łatwości przepływu wody, więc gęste skupiska roślin (a takie tworzy moczarka), na pewno będą przeszkadzać w jej działaniu. W takim wypadku, wnioskując na podstawie otrzymanych wyników, można by było podnieść pH wody przepływającej przez śluzę wodną.
W przeciwieństwie do wartości pH, regulowanie stężenia NaCl w badanym zakresie można wykorzystać raczej tylko do poprawy warunków jej hodowli. na podstawie wyników doświadczenia widać, że należy zadbać o odpowiednie stężenie tych jonów (Na+ i Cl-), aby spodziewać się odpowiedniego wzrostu moczarek. W przypadku ograniczenia wzrostu moczarek z powodu stężeń tych jonów wodzie w badanym zakresie, należałoby prowadzić do ich bardzo niskich stężeń, co w dużych zbiornikach wodnych, np.: chociażby w stawie, jest procesem praktycznie niemożliwym. Dodatkowo, kationy sodu i jony chlorkowe są niezbędne do funkcjonowania wszystkich organizmów wodnych, więc ich bardzo niskie stężenia w akwenie oznaczają nie tylko ograniczenie rozwoju moczarki, ale i też wszelkich innych form życia.
Otrzymane wyniki i wysunięte wnioski nie określają całego zakresu tolerancji ekologicznej moczarki kanadyjskiej na pH wody i stężenia NaCl, ale wyznaczają jedynie fragment niszy ekologicznej tego gatunku. Oznacza to, że dalsze badania prowadzone pod tym kątem, mogą dostarczyć nowych, ciekawych informacji, które mogą wnieść dużo wartościowych wskazówek do branży akwarystycznej, wodno-ogrodniczej (np.
Przeczytaj także: Osmoza: biologia i praktyka kulinarna
tags: #moczarka #kanadyjska #woda #destylowana #woda #gazowana
