Proef Biologie Zuurstofproductie van waterpest

Transcriptie

1 Proef Biologie Zuurstofproductie van waterpest Proef door een scholier 2779 woorden 5 maart ,4 47 keer beoordeeld Vak Biologie Zuurstofproductie Fotosynthese is een biochemisch proces waarbij planten, algen en bacteriën een deel van het licht als energiebron gebruiken om koolstofdioxide en water om te zetten in suikers. Uiteindelijk is bijna alle leven op aarde afhankelijk van fotosynthese. Fotosynthese is ook verantwoordelijk voor de productie van de zuurstof die een groot deel uitmaakt van de atmosfeer. Organismen die energie produceren door middel van fotosynthese worden fototroof genoemd. Planten zijn autofototroof, wat inhoudt dat ze hun energie direct halen uit anorganische stoffen in plaats van uit andere organismen of producten van organismen en dat zij hun enegie produceren door middel van fotosynthese. De bruto chemische reactie voor fotosynthese is: 12H2O + 6CO2 + licht C6H12O6 (glucose) + 6O2 + 6H2O De watermoleculen mogen in deze vergelijking niet tegenelkaar weggestreept worden, omdat links water nodig is voor de reactie en rechts water vrijkomt. Het glucose dat bij fotosynthese ontstaat kan een bouwsteen voor andere organische verbindingen, zoals cellulose, zijn of gebruikt worden als brandstof. Wanneer glucose verbrand wordt heet dat respiratie. Het proces loopt dan ruwweg omgekeerd aan fotosynthese, er ontstaat water, kooldioxide en (chemische) energie. Beide processen verlopen via vele stappen en zijn in detail zeer verschillend. Planten vangen de voor fotosynthese benodigde lichtenergie op met chlorofyl. Deze stof zit in organellen die Chloroplasten of bladgroenkorrels genoemd worden. Chlorofyl geeft bladeren ook hun groene kleur. In de thylakoiden in de chloroplast vind de fotosynthese plaats. Hoewel alle groene onderdelen van planten chloroplasten bevatten waar fotosynthese plaatsvindt wordt veruit de meeste energie opgewekt in de bladeren. De fotosynthese bestaat eigenlijk uit twee delen: fotolyse, de lichtreactie en de donkerreactie (o.a. de calvincyclus). Fotosynthese begint met een chlorofyl molecuul dat ioniseert waarbij twee elektronen vrijkomen. De elektronen gaan door de elektronentransportketen, vergelijkbaar met de situatie bij respiratie. Tijdens dit proces ontstaat Adenosinetrifosfaat (ATP), de belangrijkste energiedrager in cellen. De elektronen worden in fotosysteem I teruggegeven aan het chlorofyl. In fotosysteem II worden de elektronen gebruikt voor het creëren van NADPH volgens: Pagina 1 van 9

2 NADP+ + H+ + 2 e- NADPH NADPH is de belangrijkste reductor in cellen en levert een bron van elektronen voor diverse andere reacties. Chlorofyl houdt hieraan een tekort aan elektronen over die vervolgens weer teruggewonnen moeten worden uit andere reductoren. In planten en algen is deze reductor water, wat leidt tot de productie van zuurstof: 2 H2O O2 + 4 H+ + 4 e- Het valt op dat de zuurstof dus afkomstig is uit water en niet uit koolstofdioxide. Dit is voor het eerst voorgesteld door C. B. Neil die fotosynthetische bacteriën bestudeerde in de jaren '30. Behalve de cyanobacteriën gebruiken bacteriën sulfide en waterstof als reductor waardoor geen zuurstof vrij komt. Bij de donkerreactie komt zuurstof vrij als afvalproduct. 6 CO H2O + lichtenergie à C6H12O6 + 6 H2O + 6 O2 De donkerreactie, of Calvincyclus, is de chemische reactie waarbij CO2 wordt vastgelegd. De donkerreactie heeft geen licht nodig, in tegenstelling tot de lichtreactie waarbij lichtenergie wordt vastgelegd in ATP en NADPH. In de eerste stap wordt CO2 gekoppeld aan ribulose-bifosfaat door het enzym Rubisco (ribulose-bifosfaat carboxylase/oxygenase), waarbij 3-PG ontstaat. 3-PG wordt daarna omgezet in glucose, en ribulosebifosfaat wordt geregenereerd. De Calvincyclus of Calvin-Bensoncyclus vindt plaats in de chloroplasten van planten en in enkele fototrofe bacteriën. Hierbij wordt de door de lichtreactie vastgelegde energie in adenosinetrifosfaat (ATP) in de zogenaamde donkerreactie gebruikt voor de vorming van glucose uit kooldioxide. Het reducerende NADPH,H+ levert in deze reactiecyclus de waterstof. De naam donkerreactie is enigszins verwarrend, omdat de naam duidt op het feit dat de reactie geen licht nodig heeft en niet dat de reactie in het donker plaats vindt. De reductie door NADPH,H+ gebeurt in meerdere cyclische enzymmatische tussenstappen. Bij planten vindt de reductie plaats in de stroma van de chloroplasten. De ontdekkers zijn de Noord-Amerikaanse chemicus Melvin Calvin en Andy Benson van de Universiteit van Berkeley in Californië, waaraan de reactie de naam te danken heeft. Nettoreactie: 6 CO2+ 12 H2O+ 12 NADPH,H++ 18 ATP C6H12O6+ 6H2O + 12 NADP ADP + 18 Pi. De watermoleculen mogen in deze vergelijking niet tegenelkaar weggestreept worden, omdat links water nodig is voor de reactie en rechts water vrijkomt. Opeenvolgende reacties Ribulose 1,5 bisfosfaat (RuBP) + kooldioxide + water 3-fosfoglycerinezuur (gecatalyseerd door Ribulose-1,5-bisfosfaat carboxylase/oxygenase) (RuBisCO) Pagina 2 van 9

3 3 C5H8O11P2 + 3 CO2 + 3 H2O 6 C3H5O7P 3-fosfoglycerinezuur + ATP 1,3-bisfosfoglycerinezuur + ADP + water 6 C3H5O7P + 6 ATP 6 C3H4O10P2 + 6 ADP + 6 H2O 1,3 bisfosfoglycerinezuur + NADPH + water (for hydrolyse) + waterstofionen glyceraldehyde-3-fosfaat + NADP+ + Pi + water (na reductie) 6 C3H4O10P2 + 6 NADPH + 6 H2O + 6 H+ 6 C3H5O6P + 6 NADP+ + 6 Pi + 6 H2O Nu is één glyceraldehyde-3-fosfaat (G3P) gevormd. In de totale cyclus moeten er nog 5 gevormd worden, dat betekent dat de bovensttande cyclus nog 5 keer doorlopen wordt. In totaal worden er dus 6 gevormd, waarvan er in de volgende reacties 5 worden gebruikt. glyceraldehyde-3-fosfaat + water ribulose 5-fosfaat + Pi 5 C3H5O6P + 2 H2O 3 C5H9O8P + 2 Pi ribulose-5-fosfaat + ATP ribulose-1,5-bisfosfaat + ADP + water 3 C5H9O8P + 3 ATP 3 C5H8O11P2 + 3 ADP + 3H2O Het overblijvende, zesde, glyceraldehyde-3-fosfaat-molecuul wordt gebruikt voor het maken van glucose, cellulose en andere stoffen die de plant nodig heeft. Probleemstelling: De planten die bij ons thuis in de woonkamer voor het raam staan, groeien veel sneller dan de planten die niet voor het raam staan. Daarnaast groeien kleinere plantjes voor het raam minder snel dan grotere planten. Hoe komt dat? Hypothese: De snelheid waarmee zuurstof door waterpest word geproduceerd is afhanklijk van de lengte en hoeveelheid bladeren van de waterplantjes. De snelheid waarmee zuurstof door waterpest wordt geproduceerd is ook afhankelijk van de lichtintensiteit. Om fotosynthese te laten plaatsvinden moeten de takjes in het licht staan. Om de invloed van licht en de hoeveelheid bladeren op de zuurstofproductie van waterpest te meten, moeten we telkens één van deze factoren beïnvloeden terwijl we de anderen (onder andere, temperatuur) gelijk houden. De factoren die we gaan beïnvloeden zijn: De afstand tussen de lichtbron en de waterpestplantjes De hoeveelheid bladeren van e waterpestplantjes Pagina 3 van 9

4 Indgokarmijn is de indicator van zuurstof. En na 10 minuten matten wij de hoeveelheid blauw indigokarmijn die er was ontstaan met behulp van een geodriehoek. En we vergeleken de kleur met een kleurengama van blauw. Onderzoeksvragen: 1. Wat is de kwalitatieve verhouding tussen de snelheid van de productie van zuurstof en licht? 2. Wat is de kalitatieve verhouding tussen de snelheid van de productie van zuurstof en de hoeveelheid bladeren van dezelfde grootte? Verwachtingen: Bij beïnvloedingen van de afstand tussen de lichtbron en de waterplantjes, zal naarmate de afstand tussen lichtbron en waterplant groter wordt, minder zuurstof worden geproduceerd in de tijdseenheid waarbij er zal worden gemeten. Want hoe sterker de licht, hoe meer productie van zuurstof er zal zijn. Bij beïnvloeding van de hoeveelheid bladeren va de waterplantjes, zal naarmate de hoeveelheid bladeren meer wordt, meer zuurstofproductie optreden. Fotosynthese vindt plaats in de chloroplasten, en die kun je overall op het plant vinden waar groen is. Er zijn meer chlorolasten in bladeren, dan in stengles, omdat de oppervlakte van bladeren aanzienlijk groter zijn dan de oppervlakte van de stengels. Werkplan Werkijze We onderzoeken twee verschillende factoren die van invloed kunnen zijn op de productie van zuurstof. De factoren zijn: de lichtintensiteit en de hoeveelheid ringen met groene bladeren. Elke ring van bladeren (bladringen) bevat 4 bladeren aan weerszijde van de stengels Als lichtbron gebruiken we 2 lampen van 60W elk, en voor de groene planten, gebruiken we waterpest, omdat die ringen van bladeren heeft, die we gaan tellen. Voor zuurstof indicator gebruiken we het zeer gevoelige indigokarmijn. We maken gebruik van twee duplo s (dus drie proeven per factor) omdat we van mening zijn dat dit een zeer onnauwkeurig proef is, aangezien het niet kwantitatief gemeten kan worden, maar alleen kwalitatief. We nemen het gemiddelde als een uitkomst, die we gaan verwerken in een grafiek. De proeven werden gedaan in het donker, met alleen 2 lampen als lichtbronnen, zodat andere lichtbronnen geen effect erop konden hebben. We deden dit in een apart, donkere kamer, bij meneer Cecilia, omdat we van mening waren dat zelfs de indirecte zonlicht in de klas misschien invloed kon hebben op het resultaat, en we wilden het resultaat niet onnauwkeuriger maken dan het al in principe was. Bij een temperatuur van 30 C, hebben we 16mL indigokarmijn in elke reageerbuizen gedaan, met 18 Pagina 4 van 9

5 reageerbuizen waarbij elke 25mg KHCO3 erin zit. We nemen 18 stukken plantjes (9 grote, met 10 ringen van bladeren en 9 kleine met 5 ringen van bladeren), en ook een klein beetje paraffine om het indigokarmijn te dekken, zodat er geen zuurstof in de mengsel kan komen (behalve de zuurstof die de plant zelf produceert). De enige factor verandert is de afstand tussen de planten en het lichtbron. Wij hebben voor drie metingen gekozen, met het begin afstand 6 cm, waarbij Δs telkens met 3cm wordt vergroot. We kozen voor alleen 3 metingen, omdat we na 10 minuten de hoeveelheid indigokarmijn maten. Als we grotere afstanden zouden nemen, zou het licht minder even gedistribuëerd worden over de 6 reageerbuizen, aangezien de lichtbronnen licht emiteren in een cirkelvormige omtrek. Voor de blanco proef hebben we alleen vier reageerbuizen gebruikt, in elke reageerbuis zijn 20ml indigokarmijn en 100mg KHCO3. Twee stukken grote waterpest en twee kleine waterpest. We hadden toen nog geen paraffine, daardoor moesten we een stuk plastiek gebruiken met elastiek rond de reageer buis vast binden. Het blanco proef was bedoeld om te kijken hoe lang het duurt voor de plant begint met zuurstof produceren. En we zijn tot conclusie gekomen dat na een gemiddelde van 6 minuten het indigokarmijn begint te reageren en er een kleine laagje blauw ontstaat. Omdat we een groter laagje wilden, hebben we besloten om de metingtijd te prolongeren tot 10 minuten. In deze proef verwaarlozen we de invloed van de fotosythese in de stengels, omdat we anders ook rekening moeten houden met de lengte van de stengels. We houden hier rekening met verhoudingen, de planten (de hoeveelheid kringen bladeren) hebben een verhouding van Groot:Klein = 2:1. We zijn ervan op de hoogte dat de kring van bladeren af en toe op verschillende afstanden van elkaar liggen, maar we hebben perse waterpest uitgezocht waarbij de bladkringen op een veel kleinere afstand van elkaar liggen, waardoor de invloed van de chloroplasten in de groene stengels van de waterpest op de zuurstofproductie toch miniem werd gehouden. Benodigheden 288ml indigokarmijn 150ml natriumdithioniet oplossing (60%) 100ml natriumdithioniet oplossing (0.01%) 450mg KHCO3 Paraffine Stuk papier Elastiek Stuk plastic Erlenmeyer Maatcylinder van 200ml 18 reageerbuizen Reageerbuisrek 4 maatglazen van 250ml 2 pipetten van 10 ml Pagina 5 van 9

6 Waterpest met een som van 135 kringen bladeren Schaar 4 stopwatches 2 lampen van 60W Weegschaal Geodriehoek Kleurengamma van blauw(afbeelding 1) Taakverdeling Michael knipt met een schaar stukken waterpest. 9 met 10 ringen bladeren, en 9 met 5 ringen bladeren. Ryan weegt de KHCO3, terwijl Michael de reageerbuizen schoon maakt. Ryan zet de vaste 25gr KHCO3 in de reageerbuizen met behulp van een stuk papier. Hij mat de hoeveelheid op de weegschaal. Op het zelfde moment verzuurt Diahann de 16 ml indigokarmijn (die al in de reageerbuizen is gegoten) tot leuko-indigokarmijnoplossing en bindt ze vast met plastic en elastiek om ze ervan te weerhouden te reageren met de zuurstof in de lucht. Georgann maakt de 0.01% natriumdithioniet- oplossing. De planten worden door Georgann in de 0.01% natriumdithioniet- oplossing gezet, waarbij hij de 9 grote en de 9 kleine elk in 2 aparte maatglazen zet van 250 ml. We hebben alvast in een donkere kamer 2 lampen gezet. Met ons vieren zitten we in de kamer, iedereen heeft een stopwatch. Diahann haalt het elastiek en plastik van de reageerbuizen af met leuko-indigokarmijnoplossing erin en geeft de reageerbuizen door aan Michael. Michael zet meteen het plantje in de reageerbuis. Ryan sluit het af met een laagje paraffine. Voor elke proef gebruiken we zes reageerbuizen en zes stukken plantjes ( 3 grote en 3 kleine), dus in total drie proeven. Georgann doet het licht uit. Nadat alles klaar was tellen wij allemaal tot 3 en drukt op de stopwatch en Michael zet op het zelfde moment het licht aan. Na negen minuten komen we terug en wachten tot dat het tien minuten wordt. De lampen worden uitegedaan, en Diahann doet het licht weer aan. We meten alle reageerbuizen hoeveel centimeter van de top van de mensel blauw is geworden, en hoe blauw het is geworden. Dit meten we met behulp van een uit de computer gedraaide kleurgamma van blauw. Zo hebben we alles drie keer uitgevoerd, elke keer veranderen we de afstand tussen de lamp en de reageerbuizen met 3 cm, tot we bij 12cm komen. Proefopstellingen (afbeelding 2) Factor 1: afstand tussen lamp en planten: 6cm, Factor 2: Grootte van de planten. 3 reageerbuizen met 5 kringen van bladeren, 3 reageerbuizen met en 10 kringen van bladeren. Pagina 6 van 9

7 Factor 1: afstand tussen lamp en planten: 9cm Factor 2: Grootte van de planten. 3 reageerbuizen met 5 kringen van bladeren, 3 reageerbuizen met en 10 kringen van bladeren. Factor 1: afstand tussen lamp en planten: 12cm Factor 2: Grootte van de planten. 3 reageerbuizen met 5 kringen van bladeren, 3 reageerbuizen met en 10 kringen van bladeren. Kleurgamma van blauw (afbeelding 1) AAA AAA AAA AAA AAA AAA AAA AAA AAA AAA AAA AAA Meetresultaten Proef 1. Tabel 1. Afstand tussen de planten in de reageerbuizen en de lichtbronnen 6 cm. Temperatuur in de reageerbuizen 30 C. Groot1 Groot2 Groot3 Gem. Groot Klein1 Klein2 Klein3 Gem. Klein Cm hoeveelheid blauw Kleur blauw AAA AAA AAA AAA AAA AAA AAA AAA In het Gem(iddeld) Groot en het Gem(iddeld) Klein is het gemiddeld te zien van de kleur en van het hoeveelheid indogokarmijn dat met zuurstof reageerde (het werd blauw). Proef 2. Tabel 2. Afstand tussen de planten in de reageerbuizen en de lichtbronnen 9 cm. Temperatuur in de reageerbuizen 30 C. Groot1 Groot2 Groot3 Gem. Groot Klein1 Klein2 Klein3 Gem. Klein Cm hoeveelheid blauw Kleur blauw AAA AAA AAA AAA AAA AAA AAA AAA In het Gem(iddeld) Groot en het Gem(iddeld) Klein is het gemiddeld te zien van de kleur en van het hoeveelheid indogokarmijn dat met zuurstof reageerde (het werd blauw). Pagina 7 van 9

8 Proef 3. Tabel 3. Afstand tussen de planten in de reageerbuizen en de lichtbronnen 12 cm. Temperatuur in de reageerbuizen 30 C. Groot1 Groot2 Groot3 Gem. Groot Klein1 Klein2 Klein3 Gem. Klein Hoeveelheid blauw (cm) Kleur blauw (kleur) AAA AAA AAA AAA AAA AAA AAA AAA Grafiek 1. De x-as geeft welke plant en op welke afstand het reageerbuis met de plant licht van het lichtbron. De y-as geeft de hoeveelheid cm blauw indigokarmijn er is ontstaan. De kleuren van de staafgrafiek geeft aan, welke kleur indigokarmijn er is ontstaan. Conclusie en discussie Op onze onderzoeksvraag 1. wat is de kwalitatieve verhouding tussen de snelheid van de productie van zuurstof en licht? Kunnen we met behulp van onze resultaten beantwoorden, hoe meer licht, of hoe sterker de lichtintensiteit, hoe meer zuurstof er wordt geproduceerd in de gemeten tijd. De hoeveelheid ontstane zuurstof (blauwe indigokarmijn) werd gemeten met een geodriehoek.en aangezien voor de formule van snelheid geld v = s/t, geldt dat als de t hetzelfd blijft, terwijl de sontstane -indogokarmijn kleiner werd (bij grotere afstand tussen lichtbron en plant in reageerbuis), zal de v ook kleiner worden. Dus hoe meer licht, hoe hoger de snelheid van de zuurstofproductie. Op onze onderzoeksvraag 2. wat is de kalitatieve verhouding tussen de snelheid van de productie van zuurstof en de hoeveelheid bladeren van dezelfde grootte? Kunnen we met behulp van onze resultaten beantwoorden dat als de lengte groter is, er meer zuurstof wordt aangetoond met behulp van indogokarmijn.. De hoeveelheid ontstane zuurstof (blauwe indigokarmijn) werd gemeten met een geodriehoek. Hier hanteren we ook de formule voor snelheid. voor de formule van snelheid geld v = s/t, geldt dat als de t hetzelfd blijft, terwijl de sontstane -indogokarmijn kleiner werd (bij een kleine plant), zal de v ook kleiner worden. Dus hoe groter het plant, des te hoger de snelheid van de zuurstofproductie. Onze hypothese De snelheid waarmee zuurstof door waterpest word geproduceerd is afhanklijk van de lengte en hoeveelheid bladeren van de waterplantjes. De snelheid waarmee zuurstof door waterpest wordt geproduceerd is ook afhankelijk van de lichtintensiteit. Klopt dus ook. Onze verwachtingen voor onderzoeksvraag 1 Bij beïnvloedingen van de afstand tussen de lichtbron en de waterplantjes, zal naarmate de afstand tussen lichtbron en waterplant groter wordt, minder zuurstof Pagina 8 van 9

9 worden geproduceerd in de tijdseenheid waarbij er zal worden gemeten. Want hoe sterker de licht, hoe meer productie van zuurstof er zal zijn. Klopt ook. Onze verwachtingen voor onderzoeksvraag 2 Bij beïnvloeding van de hoeveelheid bladeren va de waterplantjes, zal naarmate de hoeveelheid bladeren meer wordt, meer zuurstofproductie optreden. Fotosynthese vindt plaats in de chloroplasten, en die kun je overall op het plant vinden waar groen is. Er zijn meer chlorolasten in bladeren, dan in stengles, omdat de oppervlakte van bladeren aanzienlijk groter zijn dan de oppervlakte van de stengels. Klopt ook. De samenwerking verliep goed, alhoewel we af en toe moesten stilstaan en ons afvragen waar we mee bezig waren, omdat dit ons een nogal gecompliceerd proef leek. Maar naderhand kwamen we erachter dat de gecompliceerdheid van de proef niet lag in de uitvoering ervan, maar in het meten en bepalen van de resultaten. De moeilijkheid lag in de onnauwkeurigheid van de proef. Jammer dat we niet met kwantitative resultaten konden komen. Maar daarvoor was vermoedelijk een andere, veel simpeler proefopstelling voor nodig. Pagina 9 van 9