Fotosynthese

Practicum: fotosynthese ontrafeld
Je gaat in groepjes van 3 de fotosynthesesnelheid bij planten onderzoeken. Er
zijn verschillende factoren die bepalend zijn voor de snelheid van fotosynthese in
een plant. Aan jullie de taak om uit te zoeken welke factor het meest van invloed
is.
Het is de bedoeling dat je eerst een werkplan maakt. Als het werkplan is
goedgekeurd voer je het onderzoek uit. Uiteindelijk lever je per groepje een
verslag in met daarin je werkplan, de resultaten en een conclusie.
NB: iedere leerling levert een eigen planning en logboek in (zie laatste blad)
Opdracht 1
Zoek in je biologieboek naar informatie over fotosynthese.
Leg uit waar planten fotosynthese voor gebruiken, welke
stoffen planten uit hun milieu halen voor fotosynthese en
welke stoffen door planten m.b.v. fotosynthese worden
geproduceerd.
Opdracht 2
Zoek uit welke factoren de fotosynthesesnelheid van planten
beïnvloeden. Tip: zoek de reactievergelijking van
fotosynthese op.
Cabomba aquatica
Opdracht 3
Stel een hoofdvraag en deelvragen op voor je onderzoek. Als je dat gedaan hebt
bedenk je een hypothese en maak je een werkplan. De lijst met beschikbare
materialen en een eenvoudige onderzoeksopzet vind je op de achterkant van dit
blad. De vragen, hypothese en het werkplan lever je in bij de docent. Als het
werkplan is goedgekeurd, dan mag je verder met je onderzoek.
Wat en hoe?
 Hoofd- en deelvragen: je hoofdvraag is een algemene vraag over het
onderwerp dat je gaat onderzoeken: fotosynthese snelheid. Met de
deelvragen kan je de hoofdvraag in kleinere stukjes knippen. Dat kan soms
helpen om het onderzoek eenvoudiger te maken.
 Werkplan: denk eraan dat je alle factoren gaat onderzoeken en dat je dus
gaat bedenken hoe… De manier waarop je het onderzoek gaat doen schrijf je
op als een recept uit een kookboek, inclusief een lijst van benodigdheden.
Zorg ervoor dat in je verslag ook de basis onderzoeksopzet staat vermeld.

In een werkplan zet je precies hoe je het onderzoek gaat aanpakken.
Opdracht 4
Voer het onderzoek uit en schrijf de resultaten nauwkeurig op. Zorg dat de
resultaten overzichtelijk in het verslag komen te staan, bijvoorbeeld door ze in
tabellen te plaatsen. Aan de hand van je hypothese en de resultaten schrijf je de
conclusie: heb je alle vragen kunnen beantwoorden? Klopte het antwoord met
jouw hypothese?
Als de hypothese niet of niet helemaal bleek te kloppen, is dat niet erg. Je
beschrijft dan wel in de conclusie waar dat volgens jou aan ligt. Misschien ging er
iets fout bij het onderzoek of je hebt ontdekt dat de dingen anders in elkaar
zitten dan je eerst dacht. Schrijf dat op.
Opdracht 5
Bundel het werkplan, de resultaten en de conclusie tot eenverslag.
Een onderzoeksverslag heeft meestal de volgende indeling (deze indeling ga je
voor jouw verslag ook gebruiken):
1. Inleiding
Hierin beschrijf je kort waarom je het onderzoek doet (en niet: ‘het
moest van onze biologiedocent’, maar juist het doel van het onderzoek).
Je vermeldt de hoofdvraag en de deelvragen en je beschrijft de
hypothese.
2. Materiaal en methode
Hierin beschrijf je je onderzoeksopzet als in een kookboek: eerst
vermeld je al het benodigde materiaal (de ingrediënten) en daarna de
gebruikte methode (het recept).
3. Resultaten
Hierin presenteer je de resultaten op een overzichtelijke manier,
bijvoorbeeld met grafieken en/of tabellen. Let op: je trekt in dit
hoofdstuk nog geen conclusies! Je hoeft nog niets te verklaren.
4. Conclusie
Hierin geef je met behulp van de resultaten antwoord op je vragen en
kijk je of de hypothese juist was. Is de hypothese onjuist, dan probeer
je een verklaring te geven voor het feit dat de uitkomst anders was dan
je verwachtte.
Het werkplan van __________________________
Onze hoofdvraag is:
Onze deelvragen zijn:
Onderzoeksopzet:
Basis onderzoeksopzet: het meten van
fotosynthese snelheid doe je met behulp
van de basis onderzoeksopzet. Je
gebruikt een groot bekerglas, vult de
bodem op met glazen knikkers. Vul het
bekerglas tot de helft met water. Vul een
trechter met een stukje Cabomba en zet
een glazen trechter vervolgens
omgekeerd in het bekerglas. Zorg dat het
water in ieder geval tot in het dunne deel
van de trechter staat. Als het goed is
zullen er luchtbellen van het waterplantje
door de trechterhals op stijgen. Door de
bubbels te tellen, kan je de fotosynthesesnelheid meten.
Invulblad onderzoeksopzet, zie volgende bladzijde
Beschikbaar materiaal:








Lamp
Stukje Cabomba (waterplant)
Bekerglas met knikkers op de
bodem
Water
Glazen trechter
Spa-rood
Stopwatch
Thermometer
Dit is onze onderzoeksopzet:
Eventueel aanvullend materiaal:
Planning en logboek onderzoek:
Wat moet ik doen
Week 1: opzet maken
Week 2:
opzet inleveren en
aanpassen.
Inleiding en m&m schrijven.
Week 3: practicum uitvoeren
en verslag schrijven
(resultaten verwerken en
conclusie)
Week 4: verslag inleveren
Wat heb ik gedaan
Opmerkingen (wat
ging goed wat niet)
Theorie
Fotosynthese
Groene planten zijn in staat de fotosynthese uit te voeren. Zo wordt het altijd gezegd,
maar fotosynthese kan alleen maar plaatsvinden in cellen met bladgroenkorrels
(chloroplasten). In plantencellen die geen bladgroenkorrels hebben vindt geen
fotosynthese plaats.
Een bladgroenkorrel zit vol kleurstoffen. De belangrijkste is bladgroen ofwel
chlorofyl, een groene kleurstof. Licht dat op bladgroen valt wordt geabsorbeerd.
Bladgroenkorrel met het licht absorberende chlorfyl
Zichtbaar wit licht bestaat uit licht van verschillende golflengtes. Elke golflengte heeft
een andere kleur. Zo heeft licht met een golflengte van ongeveer 700 nm de kleur
rood, ongeveer 520 nm is groen en 450 nm is blauwviolet. In een regenboog zie
je kleuren waaruit wit licht is opgebouwd.
Uit de figuren hier kun je zien dat bepaalde kleuren licht, zoals blauw, violet en rood,
door bladgroen wel geabsorbeerd worden, maar groen bijna niet. Groen licht wordt
teruggekaatst, daarom zijn bladeren voor ons groen.
Absorptiegrafiek van chlorofyl.
Je ziet dat blauw-violet en oranje-rood licht het meest
geabsorbeerd wordt.
Fototsynthese in een bladgroenkorrel
Zodra licht op de bladgroenkorrels valt, vindt de lichtreactie plaats. Hierbij ontstaat
zuurstof en wordt ATP gevormd. Er is water bij nodig. Een fractie van een seconde
later gebeurt de zogeheten donkerreactie (hier is geen licht meer bij nodig): de
energie uit de ATP wordt gebruikt om het energierijke glucose te maken.
De nettoreactie van de fotosynthese is:
6CO2 + 6H2O + lichtenergie ► C6H12O6 + 6O2
koolstofdioxide + water + lichtenergie ► glucose + zuurstof
De gevormde glucose kan niet als glucose in de cel blijven. De osmotische waarde
van het cytoplasma zou daardoor veel te hoog worden en dat is slecht voor de cel.
Glucose wordt dan ook meteen omgezet in zetmeel. De grote zetmeelmoleculen
hebben geen invloed op de osmotische waarde van de cel. Ze worden opgeslagen in
de bladgroenkorrels en in zetmeelkorrels (amyloplasten).
Zodra er glucose naar andere delen van de plant moet worden getransporteerd, zet
de cel het zetmeel weer om in glucose. Dat wordt opgelost in water door de plant
vervoerd worden. In andere delen van de plant wordt de glucose verwerkt,
bijvoorbeeld in een (aardappel-)knol waar het kan worden omgezet in zetmeel.
Voortgezette assimilatie bij planten
Planten zijn autotroof (zelf-voedend): ze kunnen met behulp van anorganische
stoffen en zonlicht glucose maken en vervolgens met behulp van glucose en een
aantal andere anorganische stoffen al hun lichaamseigen stoffen maken.
Koolhydraten (suikers)
De door de fotosynthese gevormde glucose wordt in de cel meteen omgezet in
zetmeel. Zetmeel, een meervoudige koolhydraat, bestaat uit een lange keten van
glucose. 's Nachts (wanneer er geen licht is) wordt het zetmeel weer afgebroken tot
glucose. Het wordt via de bastvaten naar andere delen van de plant vervoerd. Op
andere plaatsen, bijvoorbeeld in de wortel, kan er weer zetmeel van gevormd
worden. Zo wordt zetmeel opgeslagen in aardappels, maar ook in wortelstokken,
zaden (bijvoorbeeld bruine bonen) en in onrijpe vruchten.
Een ander belangrijke meervoudige koolhydraat is cellulose, de bouwstof voor de
celwand van elke plantencel. Ook cellulose bestaat uit lange ketens van glucose,
maar de manier waarop de glucosemoleculen met elkaar verbonden is anders dan bij
zetmeel. Het gevolg is dat cellulose een veel steviger molecuul is dan zetmeel. Elke
plantencel heeft de enzymen om uit glucose cellulose op te bouwen.
Uit glucose zijn allerlei andere suikers te vormen. Zo wordt glucose 'eenvoudig'
omgezet in het enkelvoudige fructose (vruchtensuiker). Koppel je twee moleculen
glucose aan elkaar, dan krijg je de tweevoudige suiker maltose (moutsuiker). Glucose
en fructose vormt sacharose. Sacharose is rietsuiker of bietsuiker, de gewone
suiker uit de suikerpot. De suikerbietplant slaat sacharose op als reservevoedsel in
z'n wortel (biet).
Vetten
Plantencellen beschikken over enzymen waarmee ze glucose kunnen omvormen
tot de bouwstenen van vetten. Zowel glycerol, de korte koolstofketen, als de daaraan
gekoppelde lange vetzuurketens worden uit glucose gemaakt. De plant gebruikt
vetten voor celmembranen en voor reservevoedsel. Veel zaden van planten bevatten
vet. Dat maakt pinda's tot een energierijke snack! Zonnepitten bevatten ook veel
(onverzadigd) vet, dat er uit geperst wordt bij de productie van zonnebloemolie.
Eiwitten
Planten maken ook hun eigen eiwitten. Daarvoor moeten ze glucose omvormen tot
aminozuren. Dat is iets minder eenvoudig dan de vorming van vetten en koolhydraten.
Dat komt doordat er behalve de herschikking van C-, H- en O-atomen enkele andere
anorganische stoffen nodig zijn. Elke aminozuur bevat een of meer stikstof en in
sommige aminozuren is zwavel (S) ingebouwd.
Voor de synthese van aminozuren heeft de plant dus een stikstofbron en een
zwavelbron nodig. Als stikstofbron dient meestal nitraat, NO3- , en de zwavelbron is
sulfaat, SO42-, allebei stoffen die in water opgelost in de bodem voorkomen. Met hulp
van deze anorganische stoffen en vele geschikte enzymen is de plant in staat alle
twintig verschillende aminozuren te maken. De cel kan er vervolgens alle benodigde
eiwitten mee opbouwen.
Ingewikkelde stoffen
Behalve koolhydraten, vetten en eiwitten maken plantencellen nog vele andere
soorten stoffen. In de chromosomen zit DNA, in de celwanden is niet alleen cellulose,
maar ook houtstof ingebouwd.
Veel enzymen werken alleen als er ook hulpstoffen zijn, bijvoorbeeld metaalionen of
vitamines. Zo werkt chlorofyl niet zonder de aanwezigheid van magnesium (Mg).
Beperkende factoren
In de figuur hieronder is een proefopstelling weergegeven waarin een plant in een
afgesloten ruimte veel licht krijgt. De lichtintensiteit is regelbaar.
Binnenin is de samenstelling van de lucht gelijk aan die van buiten. Planten kunnen
onder gunstige omstandigheden veel méér koolstofdioxide ‘verwerken’ dan er (in de
lucht) beschikbaar is. De glucose-opbrengst per minuut zou dus groter kunnen zijn,
als er maar meer koolstofdioxide beschikbaar was dan de ruim 0,03 % die er in de
atmosfeer aanwezig is. In dit geval is de hoeveelheid koolstofdioxide een
beperkende factor: de beperkende factor bepaalt de snelheid van het proces.
Als dezelfde plant in het donker zou worden gezet, is koolstofdioxide niet de
beperkende factor bij de fotosynthese, maar de lichthoeveelheid (die is nu 0). Nu staat
de fotosynthese zelfs stil. Nu is de lichtintensiteit de beperkende factor, de factor die
de snelheid van het proces bepaalt. De toename van de fotosynthesesnelheid zal bij
een bepaalde hoeveelheid licht weer stoppen door de beperkte hoeveelheid
koolstofdioxide. Je ziet in dat in de grafiek hieronder aan de horizontale streep.
Wat gebeurt er nu als we in de ruimte de hoeveelheid beschikbare koolstofdioxide
vergroten tot bijvoorbeeld 0,06%? De fotosynthesesnelheid zal in dit geval toenemen,
totdat licht - of een andere factor - beperkend wordt.
Samenvattend: de snelheid van een proces wordt altijd bepaald door een beperkende
factor. De temperatuur kan beperkend worden: maak het warmer, dan gaat het
proces sneller. Maar vervolgens kan de watertoevoer beperkend worden. En als je
dan meer water geeft, zal mogelijk blijken dat er niet genoeg bladgroenkorrels zijn, of
dat er. . . . .