Verslag - WordPress.com

De werking van DCMU op de zetmeelproductie in
Nicotiana Tabacum
Eric de Groot (5561779), Jolijn Jansen (5754941), Niels Hagen (5691281)
KBG - Zaal 3.08
Zaalbegeleider: Chrysa Pantazopoulou
Samenvatting
In dit onderzoek is het effect van DCMU op de zetmeelsynthese in Nicotiana Tabacum
bestudeerd. Hiervoor is een testopstelling gebruikt, die is gebaseerd op de factoren licht,
glucose opname en DCMU opname. Het blijkt dat DCMU invloed heeft op de functionering
van fotosynthese, waardoor de aanmaak van glucose wordt onderdrukt. Daarmee wordt
indirect ook de zetmeelproductie geïnhibeerd.
Inleiding
Planten bestaan in veel verschillende soorten en maten en zijn over de hele wereld
verspreid. Er zijn grote en kleine planten en hoge en lage planten. Ze hebben echter
allemaal een soortgelijke manier van energie opslag. De basis van een plant bestaat uit
C3 verbindingen. Deze verbindingen kunnen op drie verschillende manieren voorzien in
de opslag.
Allereerst kunnen C3 verbindingen omgezet worden in ribulose -1,5- bifosfaat (RuBP). Dit
gebeurt gedurende de Calvin cyclus in de fotosynthese. Daarnaast kan het verplaatst
worden tussen chloroplasten en cytoplasma, hierbij kunnen suikers, zoals glucose en
sucrose, ontstaan uit C3 verbindingen. Als derde optie kan zetmeel geproduceerd worden,
wat op zijn beurt weer gebruikt kan worden in de respiratie van de plant of omgezet kan
worden naar energierijke stoffen, zoals sucrose. Anderzijds kan zetmeel ook ontstaan uit
suikers. Hiervoor zal de plant eerst suikers absorberen uit de omgeving, deze vervolgens
omzetten in C3 verbindingen en dit kan vervolgens weer zetmeel worden. In figuur 1 zijn
deze stappen nog eens schematisch weergegeven.
RuBP
C3 verbinding
Suikers
C3 verbinding
Zetmeel
Figuur 1 Energie opslag uit C3 verbindingen
Stoffen die effect kunnen hebben op de efficiëntie van energie-opslag zijn herbiciden,
ofwel bestrijdingsmiddelen voor planten. Een voorbeeld hiervan is Diuron. Deze stof
wordt ook wel afgekort tot DCMU en kan in de plant opgenomen worden via de randen
van de plant. Wanneer DCMU eenmaal binnen is, leidt het tot de afbraak van chlorofyl,
dit door middel van het blokkeren van de elektronentransportketen tijdens de
fotosynthese (NCBI 1977).
Om dit effect van DCMU te testen op planten is er een onderzoek opgezet met de
volgende hoofdvraag:
Wat is het effect van Diuron (DCMU) op de zetmeelproductie van Nicotiana tabacum?
Hierbij werd er specifiek aandacht besteed aan het moment waarop DCMU ingrijpt op het
volgende versimpelde proces van omzetting: 𝐶𝑂2 → 𝑔𝑙𝑢𝑐𝑜𝑠𝑒 → 𝑧𝑒𝑡𝑚𝑒𝑒𝑙.
De verwachting is dat DCMU aangrijpt in de stap tussen CO2 en glucose, aangezien DCMU
invloed heeft op de elektronenketen. Alle bladeren waarin dus nog geen glucose
aanwezig was, zullen aan de randen geen zetmeel produceren. Als er ook geen licht is zal
er helemaal geen zetmeel aangemaakt worden. De bladeren zonder DCMU zullen wel
zetmeel aanmaken mits er glucose aanwezig is of licht om daarmee de fotosynthese in
gang te zetten.
Materiaal & Methode
Om erachter te komen wat voor effect het herbicide Diuron op Nicotiana tabacum heeft
zijn in deze proef 4 verschillende oplossingen samengesteld in petrischaaltjes:




16.5ml water
15ml water en 1.5ml DCMU (Diuron) oplossing
15ml 2.5% glucose oplossing en 1.5ml water
15ml 2.5% glucose oplossing en 1.5 ml DCMU oplossing
Deze oplossingen zijn allemaal 2 keer gemaakt, hiervoor zijn dus 8 Petri schaaltjes
gebruikt. Tevens zijn ook een maatbeker en een spuit gebruikt welke tussentijds telkens
zijn omgespoeld. Vervolgens zijn uit enkele jonge bladeren van een N. tabacum plant
voorzichtig een aantal schijfjes gedrukt, plekken waar grote nerven zaten zijn niet
gebruikt. Hierna zijn de bladschijfjes willekeurig verdeeld over de petrischaaltjes, elke
schaal bevatte 5 bladschijfjes. Tevens zijn de bladschijfjes met de onderkant naar boven
op de oplossing geplaatst en op de petrischaaltjes is geschreven welke oplossing erin zat.
Vervolgens is van elk van de 4 oplossingen één petrischaaltje onder een lamp geplaatst
en één petrischaaltje in aluminiumfolie gewikkeld tegen lichtinval.
Twee tot drie dagen later is men gaan kijken in welke petrischaaltjes zetmeel in de
bladschijfjes is gevormd. Om te beginnen zijn de bladschijfjes overgebracht in met 2 cm
alcohol gevulde reageerbuisjes. Deze buisjes zijn in kokend water gezet. Op het moment
dat de stof zijn groene kleur verloren had zijn de buisjes uit het kokende water gehaald.
Hierna zijn de Petri schaaltjes geleegd, de schaaltjes met de DCMU oplossing zijn in een
afvalcontainer overgebracht. Vervolgens zijn de bladschijfjes overgebracht in met water
gevulde petrischaaltjes en de alcohol in de buisjes is ook in de afvalcontainer
overgebracht. Toen zijn van alle oplossingen de bladschijfjes 2 minuten in een
jodiumoplossing gebracht waarna ze weer in dezelfde, met vers water gevulde schaaltjes,
zijn teruggebracht. De zetmeel bevattende bladschijfjes zouden hierdoor zwart of donker
kleuren.
Resultaten
Voor de verschillende condities van de bakjes zijn hierin de volgende afkortingen
gebruikt: G=glucoseoplossing, D=DCMU-oplossing, L=licht, + = aanwezig en - =
afwezig.
De schaaltjes zonder licht en zonder glucose oplossing (1 en 3) en het schaaltje met licht
en DCMU oplossing maar zonder glucose oplossing kleurden niet donker (4). Bakje 4
heeft echter wel een donkerdere stip in het midden. Bakje 2 en 6 zijn allebei donker
gekleurd. Verder is in bakje 5, 7 en 8 een kleurovergang te zien. Bij bakje 5 lijken een
soort lichte vlekken te zien te zijn. Schaaltje 7 heeft bladschijfjes die binnenin wat
minder donker gekleurd zijn dan aan de rand en bij schaaltje 8 lijkt het juist of de
bladschijfjes binnenin donkerder zijn dan aan de rand.
Figuur 3: close-up blad in oplossing 7
Figuur 4: close-up blad in oplossing 8
Figuur 2 Kleuringen van de bladschijfjes:
1: G-D-L-; 2: G-D-L+; 3: G-D+L-; 4: G-D+L+; 5: G+D-L-; 6: G+D-L+; 7: G+D+L-; 8: G+D+L+.
Discussie
In dit onderzoek stond de vraag centraal welk effect het herbicide Diuron (DCMU) heeft
op fotosynthese. Dit is onderzocht door de fotosynthese van fragmenten van Nicotiana
Tabacum onder verschillende omstandigheden te laten plaatsvinden en vervolgens met
behulp van een jodideoplossing de gevormde hoeveelheid zetmeel weer te geven. De
intensiteit en de plaats van de verkleuring gaven de mate van fotosynthese weer. In de
resultaten is te zien dat de bladeren in oplossingen die DCMU bevatten minder
fotosynthese vertonen dan hun equivalenten zonder de herbicide. Hieruit kunnen we
concluderen dat DCMU de fotosynthese inhibeert. Dit gebeurt op de wijze zoals
beschreven is in de inleiding: door de aanwezigheid van DCMU worden elektronen
geblokkeerd zodat de energie van het licht niet gebruikt kan worden in het fotosynthese I
proces (NCBI). Doordat de fotosynthese I geblokkeerd wordt, ontstaat er een tekort aan
glucose en kan dit dus niet omgezet worden in zetmeel. Dit is terug te zien in de
resultaten van het onderzoek.
In figuur 2 is te zien in het verschil tussen schaaltjes 3 en 7. Schaaltje 3 bevat geen
glucose en schaaltje 7 wel; beide schaaltjes bevatten DCMU. Wanneer er glucose
beschikbaar is, ontstaat er wel zetmeel. In het schaaltje zonder glucose is echter geen
zetmeel ontstaan. Hieruit kunnen we concluderen dat het herbicide DCMU invloed heeft
op de fotosynthese (CO2  glucose) en niet de zetmeelsynthese (glucose  zetmeel).
Ook is tijdens dit onderzoek gekeken naar de functie van licht bij het inhiberen van
fotosynthese. In figuur 2, 3 en 4 te zien is, bestaan de bladeren in bakjes 4,7 en 8 uit
ringen. Deze ringen komen tot stand door DCMU. DCMU stroomt namelijk aan de
buitenkant binnen, waardoor de binnenkant van het blad nog de tijd heeft om aan
fotosynthese te doen. Hierdoor ontstaan er gele ringen aan de buitenkant en bruine
ringen aan de binnenkant. Dit is te zien in figuur 4. Dit is echter alleen het geval in een
lichte situatie. Wanneer het gaat om een donkere situatie, zien we het tegenovergestelde
(figuur 3). Dit is te verklaren doordat er geen licht is er geen fotosynthese plaatsvindt in
het midden. Er is echter wel glucose aanwezig, wat aan de buitenkant opgenomen is door
het blad. Deze glucose is omgezet in zetmeel, waardoor er bruine randen ontstaan zijn.
Doordat er weinig tot geen verschil is in kleurintensiteit in de bakjes 3 en 4 en 7 en 8,
kunnen we concluderen dat DCMU invloed heeft op het opvangen van licht.
Deze conclusies kunnen worden getrokken aan de hand van dit experiment. Nicotiana
Tabacum is echter een C3 plant en dus zeggen deze resultaten niks over de invloed van
DCMU op C4 planten. Hiervoor is vervolgonderzoek noodzakelijk.
Conclusie
Aan de hand van dit onderzoek kan worden geconcludeerd dat de herbicide DCMU
werkzaam is in de fotosynthese (CO2  glucose) van de plant. De DCMU beïnvloedt
daarin de rol van het licht wat nodig is voor de werking van de fotosynthese. Doordat
de
fotosynthese wordt geinhibeerd, wordt indirect ook de zetmeelproduct
Bronvermelding

NCBI, Interaction of Chloroplasts with Inhibitors (april 1977) Geraadpleegd op: 24 november
2015, http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC542481/