Fotosintese en Respirasie

Transcriptie

1 Natuurwetenskappe Graad 8 Afdeling 1 Fotosintese en Respirasie Fotosintese en respirasie kan as teenoorgestelde prosesse onderskei word. Een proses se produkte vorm die reaktante van die teenoorgestelde proses. In die proses wat bekend staan as fotosintese maak selle gebruik van koolstofdioksied om voedsel te produseer en skei suurstof af as n byproduk. In die proses bekend as respirasie maak selle gebruik van suurstof om energie te vervaardig en koolstofdioksied word afgeskei as n byproduk. Fotosintese In n ekostelsel is alle lewende organismes afhanklik van energie om te bly voortbestaan. n Belangrike bron van energie is die son wat energie verskaf in die vorm van lig. Die opvang van die son se energie Organismes benodig n konstante voorraad van energie om voort te bestaan. Primêre bron van energie is die son. Alle diere verkry energie uit voedsel, verskaf deur ander diere (direkte proses) of plante (indirekte proses). Aangesien plante nie ander lewende wesens eet vir energie nie, word energie in plante vas gevang deur fotosintese. Bio-energetika Dit is die studie van alle energie-omsettings in lewende selle. Alle energie-omsettings prosesse maak deel uit van twee basiese metaboliese bane nl. Anaboliese proses Opbou Fotosintese Kataboliese proses Afbreek Selrespirasie 1

2 Outotrowe Groen plante wat hul eie voedsel deur middel van fotosintese maak. Heterotrowe Organismes wat nie hul eie voedsel kan vervaardig nie en moet ander organismes eet om energie te kry. Wat is fotosintese? Fotosintese is die proses waarin groen plante in n reeks chemiese reaksies stralingsenergie van die son (sonlig) saam met koolstofdioksied en water gebruik om glukose (suiker en koolhidrate) te produseer deur om dit op te vang in chloroplaste. Suurstof word as byproduk (neweproduk) vervaardig. 2

3 Chloroplaste is strukture wat in blare en stamme van plante gevind word en bevat n groen pigment wat as chlorofil bekend staan. Die funksie van chlorofil is om die son se stralingsenergie vas te vang en dit dan om te skakel in glukose ( n vorm van suiker en koolhidrate). Die glukose word in die plant gestoor as stysel, wat dus die gestoorde energie is. Uit die glukose word onder andere stysel en sellulose vervaardig wat dus die groei van die plant bevorder en prosesse soos voortplanting verseker. Vereistes vir Fotosintese: Chlorofil in chloroplaste Koolstofdioksied (CO 2 ) n gas verkry uit die atmosfeer Water (H 2 O) (uit die grond of reën) Lig vanaf die son Ensieme Chlorofil Energie + Koolstofdioksied (CO 2 ) + Water (H 2 O) Glukose (C 6 H 12 O 6 )+ Suurstof (O 2 ) Sonlig Reaktante Hoofproduk + Byproduk Dit is 'n anaboliese proses 'n Opbouende proses Stysel word gevorm as die stralingsenergie van die son na chemiese potensiële energie omgeskakel word. Hoe bereik die nodige faktore die blare? Produkte van Fotosintese: O 2 Suurstof Koolhidrate C 6 H 12 O 6 C 6 3

4 Belangrikheid van Fotosintese: Voorsien energie aan alle lewende organismes Om die korrekte balans tussen suurstof en koolstofdioksied in die atmosfeer te verkry Proses van Fotosintese Fotosintese is n twee fase proses nl. Die Ligfase Lig afhanklike fase Vind slegs plaas in afwesigheid van sonlig Benodig sonlig Vind plaas in die granum van chloroplaste Chlorofil absorbeer die sonlig-energie Van die energie word gebruik om ATP (energie draers) te vorm, wat watermolekules in waterstof en suurstof verdeel Die Donkerfase Lig-onafhanklike fase Kan in aanwesigheid of afwesigheid van lig plaasvind Die donkerfase is afhanklik van die ligfase omdat dit daarop volg Is direk na ligfase Vind in die stroma van die chloroplaste plaas Koolstofdioksied vanuit die atmosfeer, gaan die blaar binne deur die stomata en kombineer met die hoë-energie-waterstofatome Dit vorm koolhidrate In hierdie proses word die energie vanaf die ATP, wat tydens die ligfase gemaak is, gebruik 4

5 Let wel: Die donkerfase sal nie plaasvind in die nag nie dan gebruik plante suurstof en produseer koolstofdioksied, nes mense. Die donkerfase vind plaas bv. in skaduwee. Faktore wat die Tempo van Fotosintese beïnvloed: Ligintensiteit Temperatuur Koolstofdioksied konsentrasie Ligintensiteit: By die optimum temperatuur (25 C) Neem die tempo van fotosintese toe namate die ligintensiteit toeneem Temperatuur: Die optimum temperatuur van fotosintese is 25 C Terwyl die temperatuur van 10 C tot 25 C styg, sal die tempo van fotosintese ook toeneem As temperatuur hoër styg sal die tempo afneem Koolstofdioksied konsentrasie: Soos die CO2 konsentrasie toeneem, styg die tempo van fotosintese ook Eksperimente vir fotosintese Toets of stysel geproduseer is in n groen blaar wanneer dit aan sonlig blootgestel is tydens die proses genaamd Fotosintese Benodighede Potplant met sagte groen blare Tinfoelie Beker Proefbuis Etanol/brandspiritus Drupper bottel met jodium-oplossing Bunsenbrander/spiritus brander Tangetjie Petribakkie Wit oppervlakte soos bv. n teël 5

6 Deel 1: Toets of stysel geproduseer is tydens Fotosintese Stap 1 Ontstysel die plant deur die potplant in n donker kabinet te plaas vir 48 tot 72 uur Verwyder n blaar van die ontstyselde plant Neem die blaar en kook dit in n beker water vir ongeveer 5 minute om die sellulose wand af te breek en die jodium-oplossing dit kan penetreer Stap 2 Haal die blaar uit die beker kookwater met n tangetjie en plaas dit in die proefbuis Die proefbuis waarin die blaar geplaas is, moet gevul word met alkohol om die chlorofil uit die blaar te verwyder Plaas die proefbuis wat die blaar met alkohol bevat in n glas beker met water en verhit die beker. Die chlorofil sal in die alkohol oplos en die alkohol sal dan groen verkleur Stap 3 Haal die blaar uit die alkohol en spoel dit onder warm water af sodat oorblywende alkohol verwyder is. Die blaar sal wit verkleur en hard voel Stap 4 Sprei die blaar oop terwyl dit op die petribakkie geplaas word. Plaas dan n paar Jodium-oplossing druppels (bruin kleurig) op die blaar en laat dit staan vir n paar minute. Die blaar sal oranje-bruin verkleur, dieselfde kleur as die Jodium-oplossing. Dit is n aanduiding dat daar geen stysel in die blaar is nie en dat die toets vir stysel negatief is. Indien dieselfde eksperiment uitgevoer sou word sonder om die plant se blaar te ontstysel behoort die resultaat te toon dat die blaar blou-swart verkleur deurdat die toets vir stysel positief is en daar stysel in die blaar teenwoordig is. Die teenwoordigheid van stysel in blare is n aanduiding dat fotosintese plaasvind. Let wel: Veranderlikes wat in die eksperiment gekontroleer moet word sluit in Water - verseker dat genoeg water vir die plant gegee word Koolstofdioksied daar moet nie oormatig koolstofdioksied toegedien word nie, aangesien die plant dit moet kan absorbeer 6

7 Deel 2: Toets of sonlig belangrik is vir Fotosintese Daar is in deel 1 van die eksperiment vasgestel dat daar geen stysel in die blaar teenwoordig is nie. Nou kan die volgende stappe plaasvind met die gebruik van n nuwe blaar van die plant in die potplant. Doel van die eksperiment Om vas te stel of groen blare aan n plant wel stysel produseer tydens blootstelling aan sonlig. Hipotese Stysel word in groen blare geproduseer wanneer dit blootgestel is in sonlig. Metode Bedek n gedeelte van die blaar in die potplant met tinfoelie. Geen lig moet die gedeelte kan bereik nie. n Skuifspeld kan gebruik word om te verhoed dat dit rondskuif en lig deur dring. Plaas die blaar in die son vir ten minste 5 ure sodat dit kan fotosinteer en stysel produseer Verwyder die blaar met die tinfoelie nadat dit in die son gestaan het en toets die blaar vir stysel teenwoordigheid Resultate Die gedeelte wat bedek was met foelie het oranje-bruin gebly, nadat 'n paar jodiumoplossing druppels daarop gedrup is. Die gedeelte wat blootgestel was aan lig het blouswart verander. 7

8 Gevolgtrekking Die gevolgtrekking is dat die plant het sonlig nodig om te fotosinteer en dus word stysel in die plant tydens die proses geproduseer. Bespreking Tydens fotosintese absorbeer chlorofil in groen plante die son se stralingsenergie en skakel dit om in glukose. Koolstofdioksied gevind in die atmosfeer sowel as water wat opgeneem word deur die plant se wortels word ook vereis deur die plant sodat die proses voltooi kan word. Die hoof produk wat gevorm word, is glukose en dit word weer in stysel omgeskakel. Die bewyse dat fotosintese wel plaasvind is vasgestel in die eksperiment deur die blou-swart verkleuring van die blaar wanneer jodium-oplossing druppels op die blare geplaas is, aangesien jodium n chemikalie is wat gebruik word om die teenwoordigheid van stysel te toets en blou-swart verkleuring n positiewe aanduiding is. Sien verwysing na die skryf van eksperimentele verslag om n wetenskaplike metode, waarneming, hipotese, ondersoek, analise en gevolgtrekking. Klik op hierdie skakel op ASP-Skool ensiklopedie 8

9 Respirasie Groen plante vervaardig voedsel deur van die son se stralingsenergie gebruik te maak en soos bespreek, staan dit bekend as fotosintese. Die voedsel wat vervaardig is deur plante word in die volgende proses bespreek, nl. respirasie. Respirasie is die proses waardeur energie vrygestel word deur suurstof gas op te neem om energieryke voedingstowwe (bv. suiker-glukose) af te breek. Koolstofdioksied en water word in die proses vrygestel as neweprodukte/byprodukte. Dit wil sê die reeks chemiese reaksies wat plaasvind in plante en diere wanneer die potensiële energie gestoor in hulle vrygestel word. Die mitochondria is die struktuur in plant- en dierselle van n liggaam wat verantwoordelik is vir respirasie om plaas te vind. Glukose (C 6 H 12 O 6 ) + Suurstof (O 2 ) Energie + Koolstofdioksied (CO 2 ) + Water (H 2 O) Reaktante Hoofproduk + Byprodukte Dit is duidelik dat fotosintese en respirasie komplimentêre prosesse is. Die suurstof wat deur plante tydens fotosintese as n byproduk vrygestel is word weer deur plante en diere opgeneem tydens respirasie. Die koolstofdioksied wat deur plante en diere as n byproduk vrygesel is tydens respirasie, word opgeneem deur plante tydens fotosintese. Die twee prosesse is belangrik om die balans van suurstof en koolstofdioksied in die atmosfeer te handhaaf. Koolstofdioksied word in die atmosfeer teruggeplaas wanneer n dier uitasem. 9

10 Eksperimente vir die teenwoordigheid van koolstofdioksied in uitgeasemde lug Die kalkwater toets n Algemene toets vir die teenwoordigheid van suurstof is die kalkwater toets: Kalkwater word melkerig in die teenwoordigheid van suurstof. Berei die Kalkwater voor deur n eetlepel Kalsiumhidroksied in n glasfles te plaas. Vul die res van die glasfles met water. Plaas n deksel op die glasfles en skud die mengsel deeglik sodat dit oplos. Laat die mengsel vir n paar uur rus totdat dit helder en deurskynend lyk. Deel 1: Toets vir koolstofdioksied in uitgeasemde lug Benodighede Strooitjie Kalsiumhidroksied (gebluste kalk) Ca(OH) 2 Glasfles met n deksel Proefbuis of glasbeker Metode Gooi die kalkwater in n proefbuis Gebruik n strooitjie om stadig asem in die kalkwater te blaas. Let op dat dit nie gedrink moet word nie aangesien kalsiumhidroksied n sterk basis is en met sure sal reageer en negatief sal werk op die vel, oë, asemhalingstelsel en kan lei tot diarree. Waarneming Die helder kalkwater word melkerig Dit gebeur a.g.v. die respirasieproses tydens uitaseming waar koolstofdioksied vrygestel word as n byproduk. Daar vind n chemiese reaksie (verbinding) tussen die koolstofdioksied (CO 2 ) wat uitgeasem is en die water (H 2 O) in die kalsiumhidroksied Ca(OH) 2 mengsel en die kalk wat verkleur na n melkerige voorkoms is n visuele aanduiding van die reaksie. Die asemhalingstelsel is so ontwikkel dat dit verhoed dat koolstofdioksied (wat n byproduk van die respirasieproses is) bloed in die liggaam vergiftig wanneer dit met water in die bloed sou verbind tydens uit-asemhaling. Deel 2: Bewyse dat lewende organismes koolstofdioksied uitasem tydens respirasie Benodighede Klein diertjies bv. slakke, sprinkane, sywurms en kakkerlakke Proefbuis (x3) Kalkwater (voorberei soos verduidelik in deel 1) Rubber stopper Prestik of Vaseline n Leë teesakkie (moeseliensakkie kan gebruik word as diertjies bietjie groter is) 10

11 Metode Neem 3 proefbuise en merk elkeen onderskeidelik A, B en C Vul elk met helder kalkwater Plaas vyf van dieselfde soort diertjies in n leë teesakkie en n volgende vyf van dieselfde soort in n ander leë teesakkie. Bind elke teesakkie toe met n toutjie en merk elk onderskeidelik A en B. Laat teesakkies bo die proefbuise met bypassende letters hang en plaas dit dan in die kalkwater. Proefbuis C sal geen sakkie bevat nie. Verseël elke proefbuis met rubber stoppers en seel dit met Prestik of Vaseline Laat die apparaat vir 3 ure staan Waarneming Die afhanklike veranderlike is die helder kalkwater Die onafhanklike veranderlike is proefbuise (met of sonder diertjies) Die gekontroleerde veranderlikes is Dieselfde soort diertjies gebruik Dieselfde grootte proefbuise Dieselfde hoeveelheid en konsekwentheid kalkwater gebruik in die drie proefbuise Al drie proefbuis apparate moet vir dieselfde tydsduur gelaat word Die apparate moet in dieselfde omgewing gehou word Proefbuis C dien as n kontrole om die resultate te vergelyk van die eksperiment met slegs kalkwater en die verandering wat plaasvind met diertjies in die water Die apparate is lugdig omdat dit die teenwoordigheid van koolstofdioksied aanwys. Soos reeds gestipuleer, helder kalkwater verskyn melkerig in die teenwoordigheid van koolstofdioksied. Dit is noodsaaklik om te verseker dat die proefbuise lugdig is om te verhoed dat gasse die proefbuise sal binnedring of verlaat, wat die veranderlikes sal alter en die resultate moontlik kan verander nie. Lewende organismes produseer koolstofdioksied wanneer hulle respireer. Dus proefbuis A en B se kalkwater verkleur vanaf helder na melkerig en proefbuis C bly onveranderd helder/deursigtig. Die eksperiment moet herhaal word sodat daar wetenskaplik vasgestel kan word dat die resultate sonder twyfel korrek is. Daar moet opgelet word dat die eksperiment nie eties is nie, omdat die diertjies in die eksperiment nie ongedeerd gelaat is nie. Die eksperiment sal dus nie aanvaar word in die wetenskaplike akademie nie. Alle vorms van lewe moet met respek behandel word. Biomassa Biomassa is die totale hoeveelheid materie waaruit die liggaam van organismes bestaan. Dit is op die volgende maniere 'n bron van brandstof: Verbruikers eet liggaamsdele van organismes, wat dan brandstof molekules vir die verbruikers word. Mense gebruik die mis van diere as brandstof vir vure. 11

12 Suikerriet Suikerriet kan 'n goeie bron van brandstof wees omdat: Dit 'n baie hoë fotosintetiese effektiwiteit het. Dit suiker berg eerder as stysel en dus feitlik onmiddellik beskikbaar kan wees as 'n brandstof vir respirasie. Etanol 'n vorm van vloeibare brandstof, word uit suikerriet verkry. Etanol word verder gedistilleer om die konsentrasie van alkohol te verhoog. Die energie vir die distillasie proses is afkomstig van die verbranding van die gedroogte reste van die suikerriet toets. Sap en vesel wat uit die riet verwyder word, word gebruik om die volgende te produseer: Onverwerkte (ru) suiker wat 'n hoë energie inhoud het en in voedsel of vir ander produkte gebruik word. Melasse wat in die industrie of vir dierevoedsel gebruik word. Vesel wat gedroog en verbrand word om elektrisiteit op te wek. Metaan Metaan is 'n kleurlose, ontvlambare gas wat van verrottende organiese materiaal gevorm is. Dié gas kan gebruik word om bv. vleis te braai. 12