respiratie en fotosynthese 2 - t³ vlaanderen: t³ ... · pdf filenatalie dirckx...

Natalie Dirckx

Minicahier T3 Europe

Vlaanderen

Workshop 21ste Vlaams Congres van Leraars Wetenschappen

Respiratie en fotosynthese bij planten onderzoeken met een CO2-sensor

Voorwoord

Jarenlang behoorden biologie, chemieen fysica (2de graad) tot mijntakenpakket. Op dit moment geef ikbiologie in de derde graad en heb ik inde tweede graad enkel nog de vakkenbiologie, chemie en projectwetenschap.

Aangezien de leerkrachten wiskundeop mijn school enkele jaren geledenbeslisten om al in het derde jaargebruik te maken van de TI-Nspire,heb ik besloten om toen demogelijkheden te bekijken om data metsensoren te capteren via dit grafischrekentoestel. Eenmaal een beetjewegwijs met deze technologie werdhet voor mij een uitdaging omexperimenten uit te voeren met mijnleerlingen. Zo ontdekte ik gaandewegde didactische meerwaarde vanonderzoekend en probleemoplossendleren.

De experimenten over respiratie enfotosynthese die in dit minicahierworden beschreven, zijn door mijnleerlingen (5 aso - 2u) effectiefuitgevoerd tijdens de les. Ze passenbinnen de leerplandoelstellingen enkunnen ook als een onderzoeks-competentie dienen.

Ik deel mijn bevindingen omdat ik elkeleerkracht het plezier gun van delachende gezichten tijdens eenpracticum. Ik hoop dat dit minicahierals een inspiratiebron kan dienen.

Veel plezier ermee!

Respiratie en fotosynthese - pagina 2

Natalie Dirckx heeft 9 jaarervaring in het onderwijs-landschap als wetenschaps-leerkracht. Ze geeft les aanhet Instituut Agnetendal tePeer en het ProvinciaalInstituut te Lommel.

Contactgegevens:

[email protected]

[email protected]

Sinds 2013 is ze medewerkervan T3-Vlaanderen. T3 staatvoor Teachers Teaching withTechnology. Deze organisatiezet nascholingen op omleerkrachten te ondersteunenin het gebruik van technologiein het onderwijs.

http://www.t3vlaanderen.be

Inleiding

In de tweede graad worden de termen autotrofe en heterotrofeorganismen besproken. Aantonen dat een autotroof organisme CO2

verbruikt, kan dus zeer simpel met een CO2-sensor. De werkwijzewordt uitgelegd in het eerste experiment.

In het eerste jaar van de derde graad wordt er fotosynthese encellulaire respiratie besproken. Experiment 2 doet de leerlingeninzien dat een plant zowel aan fotosynthese als respiratie kan doen.

Experiment 3 gaat een stapje verder en is ook geschikt voorleerlingen in de derde graad. De leerlingen worden uitgedaagd omexperimenten te bedenken waarbij achterhaald kan worden welkegolflengten door chlorofyl gebruikt worden. Hierbij wordt gebruikgemaakt van kleurfilters.

Dit minicahier zal ook kort de makkelijkste manier beschrijven omde data te verwerken tot een volwaardig onderzoeksverslag.


TIP

In de klassieke biologieboeken worden fotosynthese experimentenvoornamelijk uitgevoerd met geraniumbladeren (links). Toch is er voorde experimenten in dit minicahier een lichte voorkeur voorspinaziebladeren (rechts). Spinaziebladeren zijn zeer makkelijkdoorheen het hele jaar in de winkel te verkrijgen en reageren snellerop het aangeboden licht.

Instellingen TI-Nspire en sensor


Lab cradleAls interface voor hetgrafisch rekentoestel wordtde lab cradle gebruikt. Hetgrafisch rekentoestel kanop de lab cradle ge-schoven worden en deinterface bevat poorten omsensoren aan te sluiten. DeCO2-sensor is een analogesensor en wordt in poort 1 (ch 1) ingeplugd.

CO2-sensorDe sensor heeft eenschuifregelaar voor degevoeligheid. Voor dezeexperimenten kan de sensor bestop ‘low’ gezet worden. Dezesensor zal wel enige tijd nodighebben om op te warmen. Het isdan niet mogelijk om een metingte starten.

Opstelling sensor + lab cradle + TI-Nspire

De sensor is in de lab cradleingeplugd. De TI-Nspire is opde lab cradle geschoven.Wanneer de Nspire op de labcradle geschoven wordt, zalautomatisch de software voorexperimenten opstarten.

Instellingen TI-Nspire en sensor


TutorialIn deze tutorial wordt gedemonstreerdhoe de instellingen op het grafischrekentoestel aangepast worden voordeze experimenten. Tevens wordtgetoond hoe de gegevens opgeslagenworden op de handheld.

Experiment 1


Aantonen van CO2-verbruik bij fotosynthese

Doelgroep: 2de graad

Benodigdheden: CO2-sensor, potje, LabCradle, TI-Nspire,

spinaziebladen, groeilamp of zonlicht

AnimatieDeze animatie maakt het opzet van het experiment duidelijk en laat de leerlingen nadenken over de hypothese.

BenodigdhedenDeze foto toont de benodigdheden voor dit experiment.

Experiment 1


Voorbereiding voor de leerkrachtBewaar de spinaziebladeren de nacht voordat het experimentwordt uitgevoerd koel en in het donker. De koelkast is een idealeplaats. De spinaziebladen kunnen best voordat het experimentstart een 10-tal minuten in het licht geplaatst worden en dan een5-tal minuten in het donker. Hierdoor wordt de fotosynthesegoed geactiveerd.

Instellen meting

Verzamelmodus Tijdgebaseerd

Meetfrequentie 5 meetwaarden/s

Duur 300 s of 400 s

Resultaten Het CO2-gehalte in het potje neemtaf.

Het CO2-gehalte in het potje neemt af omdat CO2 verbruikt wordt tijdens de fotosynthese.

6 CO2 + 6 H2O � 6 O2 + C6H12O6

BesluitDe blaadjes doen aan fotosynthesemet behulp van licht. Daarbij wordtCO2 met behulp van water omgezetin O2 en glucose.

Experiment 2


Aantonen van respiratie en fotosynthese bij planten



spinaziebladen, groeilamp of zonlicht, vuilzak

AnimatieDeze animatie maakt het opzet van het experiment duidelijk.

BenodigdhedenIn deze video worden de nodige materialen overlopen.

Experiment 2


Voorbereiding voor de leerkrachtBewaar de spinaziebladeren de nacht voordat het experimentwordt uitgevoerd koel en in het donker. De koelkast is een idealeplaats. De spinaziebladen kunnen best voordat het experimentstart een 10-tal minuten in het licht geplaatst worden. Hierdoorwordt de fotosynthese goed geactiveerd.

Instellen meting



Duur 800 s (400 s donker en 400 s licht)

Werkwijze1. Plaats eerst de zak over het potje met bladeren.

2. Start de meting. 3. Na 400 s wordt de zak weggehaald en verloopt de rest van

het experiment in het licht.

Resultaten De pot is afgedekt en het CO2-gehalte neemt toe tot ongeveer 500 seconden. Op 400 seconden werd de pot terug blootgesteld aan licht. Enige tijd later neemt het CO2-gehalte weer af.

�

Experiment 2


Besluit

In het donker produceren de spinaziebladeren CO2. Ze doenaan respiratie omdat ze zonder licht niet aan fotosynthesekunnen doen.Op 400 seconden wordt de afdekking weggehaald. Het duurtechter een 100-150 seconden vooraleer de bladerenoverschakelen op fotosynthese. Vanaf dan wordt CO2 in hetpotje verbruikt en omgezet naar zuurstofgas door fotosynthese.Ook wanneer er licht aanwezig is, zal de plant nog steeds eenbeetje aan cellulaire respiratie doen. De fotosynthesereactie zalechter overheersen waardoor het CO2-gehalte toch daalt.

0,00

200,00

400,00

600,00

800,00

1000,00

1200,00

0,00 100,00 200,00 300,00 400,00 500,00 600,00 700,00 800,00

CO

2-g

eh

alt

e (

pp

m)

tijd (s)

Fotosynthese en respiratie bij spinaziebladeren

Experiment 2


ReactietijdWanneer de blaadjes na belichting worden afgedekt kan het totwel 200 seconden duren vooraleer de verandering in CO2-gehalte wordt waargenomen. Soms kan deze reactietijd ook eenpak korter (80 s) zijn. Vermoedelijk zit er wel wat vertraging opde sensor. Bij uitademing richting CO2-sensor zal deze pas naenkele seconden traag een verhoogde waarde aangeven.Waarschijnlijk duurt het wellicht ook even vooraleer een plantovergeschakeld is van fotosynthese naar respiratie. De versheidvan de spinazieblaadjes kan hierin een rol spelen. Dit is echtermoeilijk wetenschappelijk vast te stellen bij gekochte spinazieomdat deze wel of niet gewassen kan zijn in ijswater om deversheid beter te bewaren.

Opmerkingen

Waarom niet eerst belichten en dan afdekken?

Als de blaadjes eerst belicht worden,doen ze aan fotosynthese. Hierdoorzal het CO2-gehalte zeer snel dalenen zelfs nul bereiken. Op dat momentzal de plant afwisselend aanfotosynthese/respiratie doen om tochde stofwisseling te kunnen verderzetten.Als de blaadjes eerst wordenafgedekt, zullen ze aan respiratiedoen en wordt er genoeg CO2

gevormd om later de plant aanfotosynthese te laten doen bijbelichting.

Experiment 3


Welke golflengten gebruikt chlorofyl bij fotosynthese?



spinaziebladen, groeilamp met statief, vuilzak,

rode en groene filter

AnimatieDeze animatie maakt het opzet van het experiment duidelijk en laat de leerlingen nadenken over de hypothese.

Benodigdheden

De rode en groene filter kunnenvlot aangekocht worden in depapierhandel. Rood en groenzijn frequent te vinden omdatdeze kleuren voor 3D-brillengebruikt worden. Andere kleurenzijn moeilijker aan te kopen.

Experiment 3


Voorbereiding voor de leerkrachtIn de koelkast kunnen de spinaziebladeren bewaard worden.Plaats voor de start van het experiment de spinazieblaadjes al inhet potje. Kalibreer de CO2-sensor en plaats deze dan op depot. Belicht de bladeren totdat het CO2-gehalte gezakt is totongeveer 100 ppm. Vanaf dan mag het experiment gestartworden. Hierdoor is er genoeg O2 gevormd voor dit experiment.

Instellen meting



Duur 1000 seconden

Werkwijze1. Afdekken tot 150 seconden.2. Belichten tot 350 seconden.3. Weer afdekken tot 700 seconden. 4. Belichten met rode filter tot 1000 seconden.

Rode filter

De rode filter kan gewoon op het potje worden gelegd.

Experiment 3


ResultatenHet experiment begintmet een afgedekte pot.Het CO2-gehalte stijgt.Na 150 seconden wordtde pot belicht met delamp (gele pijl). Na eenvertraging van ongeveer100 seconden is dat effectmerkbaar in een CO2

daling.Op tijdsstip 350 s wordtde pot weer afgedekt(zwarte pijl) en met enigevertraging neemt het CO2

niveau weer toe.

Werkwijze1. Afdekken tot 150 seconden.2. Belichten tot 350 seconden.3. Weer afdekken tot 650 seconden. 4. Belichten met groene filter tot 1000 seconden.

Groene filter

�

�

Op tijdsstip 750 s wordt de pot belicht met de rode filter voor delamp (rode pijl). Na enige vertraging zal het CO2-gehalte weerbeginnen dalen.

Experiment 3


Spectrum van de groeilampDe golflengten van eengroeilamp zijn afgestemd op deop de lichtabsorberende pigmen-ten in de plant. Chlorofyl zalblauw en rood licht absorberen.De rode filter zal enkel het roodspectrum doorlaten. De groenefilter laat enkel het groenspectrum door.

ResultatenHet experiment begintmet een afgedekte pot.Het CO2-gehalte stijgt.Na 150 seconden wordtde pot belicht met delamp (gele pijl). Na eenvertraging van ongeveer100 seconden is dat effectmerkbaar in een CO2

daling.Op tijdsstip 350 s wordtde pot weer afgedekt(zwarte pijl) en met enigevertraging neemt het CO2

niveau weer toe.

��

Op tijdsstip 650 s wordt de pot belicht met de groene filter voorde lamp (groene pijl). Het CO2-gehalte blijft stijgen.

Besluit

Experiment 3


�

�

De proef verloopt gedurende de eerste 650 secondengelijkaardig en de grafieken vertonen dan ook een sterkegelijkenis. Pas na 650 seconden zal de grafiek van hetexperiment met de groene filter blijven stijgen, terwijl deze vanhet experiment met de rode filter terug zal dalen.Met de groene filter voor de groeilamp, wordt enkel het groenlicht doorgelaten. Het chlorofyl in de spinazie kan nietsaanvangen met groen licht. Het CO2-gehalte in de pot blijft dusstijgen omdat de plant blijft respireren omdat er na het afdekkengeen licht voor fotosynthese beschikbaar is.Wanneer de rode filter voor de groeilamp wordt geplaatst, zalenkel het rood spectrum van het licht de blaadjes bereiken.Chlorofyl kan licht van deze golflengte absorberen waardoor erfotosynthese plaatsvindt. Het CO2-gehalte in de pot daalt.De richtingscoëfficiënt van de fotosynthese momenten op degrafiek van de rode filter is verschillend. Bij volledige belichtingdoor de groeilamp (1) bedraagt de rico -1,5 en bij belichtingdoorheen de rode filter (2) bedraagt de rico -0,5. Bij volledigebelichting is de grafiek steiler omdat ook het blauw spectrumbijdraagt tot de fotosynthese.

Bladeren krijgenenkel groen licht �geen fotosynthese�� respiratie

Bladeren krijgenenkel rood licht�� fotosynthese1

2

Data verwerken in onderzoeksverslag


Onderzoeksverslagen worden meestal in Word gemaakt.Screenshots van de grafische data kunnen worden toegevoegd,maar de leerlingen moeten ook grafieken kunnen maken metExcel. De kunst is om de data van het grafisch rekentoestelover te brengen in Excel.Open eerst de TI-Nspire Software. Koppel de handheld aan decomputer en open dan het betreffende experiment.Hieronder een tutorial die de werkwijze beschrijft om de data tekopiëren en over te brengen naar Excel.

Desktop iconen van desoftware op Windows en Mac.

Informatie omtrent benodigdheden


Sensoren + biochamberMerk: Vernier

Interface (lab cradle) en grafisch rekentoestel (TI-Nspire)

Merk: Texas Instruments

Groeilampen Plant Light L15Merk: Biogreen

© 2015 Dit minicahier is bedoeld als lesmateriaal, mag hiervoor vrij gekopieerd worden

en kan gedownload worden via de website www.t3vlaanderen.be.

respiratie en fotosynthese 2 - t³ vlaanderen: t³ ... · pdf filenatalie dirckx...

Documents