Planter i undertryk Plants in low pressure

Transkript

1 Planter i undertryk Plants in low pressure Gruppe, Hus semester foråret 2005 Naturvidenskabelig basisuddannelse RUC Udarbejdet af: Anders Sommer Christensen Thomas Lysebjerg Hansen Johan Hilge Thygesen June Liljefeld Nielsen Dennis Steven Friis Vejleder: Niels Schrøder

2 Abstrakt Projektet omhandler problematikkerne vedrørende dyrkning af planter i undertryk. Der opstilles i rapporten en hypotese om, at planter dyrket ved et tryk på 260hPa vil have en øget vækst og et større næringsoptag, end planter dyrket ved normalt tryk (101hPa). Vi søger at efterprøve denne hypotese eksperimentelt. Da der ikke foreligger nogen form for øvelsesvejledninger, gennemføres en række testforsøg for at udvikle og efterprøve vores egen forsøgsstrategi. Eksperimentet udføres med karse og består af en klargørings- og dyrkningsfase, en observationsfase samt en fase, hvor der høstes, og biomaterialet analyseres. Ud fra vores forsøgsresultater kan man se, at karse i undertryk ikke vokser ligeså godt som karse ved almindeligt tryk. Dermed må vi antage, at der er andre forhold end de, der fremgår af hypotesen, som påvirker vækst og spiring af karse i et undertryk på 260hPa. Et af de forhold, der ændres i undertrykket, er ilts partialtryk; en vigtig faktor for frøets spiringsfase. Det tyder på, at partialtrykket ikke har været tilstrækkelig højt til at aktivere spiringen, idet vi observerer en lavere spiringsprocent for karse i undertryk end i alm. tryk. Dog kan mange andre faktorer have været medvirkende til den ringere plantevækst. Abstract The Project deals with problems regarding growth of plants in low pressure. A hypothesis is put forward in the report claming that plants grown at a pressure at 260hPa will have better growth and absorb more nutrients than plants grown in a normal pressure (101hPa). We strive to verify this hypothesis through experiments. No instruction manuals were to be found, therefore we are executing a series of test experiments in order to develop and check up on our own experimental procedure. The experiment, conducted on cress, consists of a preparation- and cultivation- phase, an observation phase together with a phase where we harvest and analyse the biomaterial. From our experimental results it s clear that cress in low pressure doesn t grow as well as cress in normal pressure. Therefore we assume that there are other conditions than those of the hypothesis, which effect the growth and germination of cress at a low pressure of 260hPa. One of the conditions which changes in low pressure is the partial pressure of oxygen, an important factor for the seeds germination phase. This implies that the partial pressure hasn t been high enough to activate the germination, as we observe lower germination percentages for cress in low pressure than in normal pressure. Yet many other factors have probably been contributory to the poorer plant growth. 1

3 Forord Under forløbet med projektet har vi i gruppen fået hjælp fra mange forskellige personer. Først og fremmest vil vi sige tak til vores vejleder, Niels Schrøder, som har støttet og hjulpet os gennem dette 2. semester-projekt. Derudover vil vi gerne takke biologi-lektorerne Søren Laurentius Nielsen og Morten Foldager Pedersen for god hjælp mht. vejledning om plantefysiologi og gode råd til forsøgsopstilling og målemetoder. Også en tak til laboratorieoverassistent Klara Jensen, og laboranttekniker Lykke Helene Enøe for rigtig god hjælp og vejledning i laboratorierne samt for hjælp til overvågning af forsøgenes forløb. Ikke mindst tak til kemilektor Erik Tüchsen for god vejledning til den kemiske del af projektet samt til ingeniørassistent Ebbe Hyldahl Larsen fra værkstedet på RUC for hjælp til opbygning af selve forsøgsopstillingen. Alle har været medvirkende til, at vi har kunnet gennemføre vores eksperimenter og udarbejde denne projektrapport. Tak! 2

4 Indhold 1.0 Indledning Semesterbinding Problemformulering Projektafgrænsning Metode Teori Mars Atmosfæreforskelle på Mars & Jorden Lysforskelle på Mars & Jorden Trykforskelle på Mars & Jorden Tryk Plantefysiologi Roden Stilken Bladet Plantecellen Diffusion Osmose Transpiration Stomata Phloem Xylem Rodnet Fotosyntese Lysreaktionen Mørkereaktionen Lysabsorption Respiration Fra frø til plante Nærinsstofsbehovet Hypotese Baggrundsviden for eksperimentelt arbejde Næringsanalyser Partialtryk Buffere Tilførsel af CO 2 til eksikatorene Eksperimentelt arbejde Forsøgsopstilling Pilotforsøg Fremstilling af Vækstmedie Tryk forsøg...9

5 5.2. Forbedringer af pilotforsøget Forsøg Forbedringer af forsøg Forsøg Bearbejdning af observationer og målinger Forsøg Tryksvingninger Biomassetilvækst Plantevækst & Spiring CNH-analyse Forsøg Tryk- og temperatursvingninger Biomassetilvækst Plantevækst & Spiring CHN-analyse Diskussion Konklusion Perspektivering...67 Litteraturliste...69 Bøger...69 PDF-filer...70 Internetsider...70 Bilag 1 - Substral...72 Bilag 2 Måledata fra forsøg Tabel 1 Tryksvingninger/maksimaltryk...7 Tabel 2 Vægt og tilvækst i biomasse...7 Tabel Plantelængder & spiringsprocent...75 Bilag Måledata og observationer fra forsøg Tabel 1 Tryksvingninger/maksimaltryk & temperatur...78 Tabel 2 Gennemsnitligt maksimaltryk & temperatur...79 Tabel Observationer & billeder...79 Tabel 4 Vægt og tilvækst i biomasse...89 Tabel 5 Vægt af testfrø (med og uden vand)...90 Tabel 6 Plantelængder & spiringsprocent

6 1.0 Indledning Rumforskere har i lang tid arbejdet på mulighederne for at sende astronauter til Mars i længere tid ad gangen. Det betyder, at astronauter under deres ophold på planeten skal være selvforsynende med hensyn til bl.a. ilt og mad. I den sammenhæng har man fundet ud af, at det vil være hensigtsmæssigt at dyrke planter på Mars. En løsning ville derfor være, at bygge et drivhus, der kunne fungere som et lukket økosystem. Her kunne planterne producere ilt ud af de store mængder kuldioxid fra Mars atmosfære og samtidig give astronauterne mad i form af grøntsager og frugter. Idet der langtfra er de samme forhold på Mars, som der er her på Jorden, kan man ikke umiddelbart dyrke planter på samme måde. En af de væsentlige forskelle, der er på de to planeter der samtidig har stor indvirkning på planterne er det atmosfæriske tryk. Trykket på Mars er en hundrededel af det, vi kender her på jorden. Af den grund vil planterne sandsynligvis også spire og vokse anderledes på Mars end på Jorden. En omfattende grundforskning på Jorden er nødvendig for at kunne forudse, hvordan planterne reagerer på disse nye forhold. Størstedelen af projektet omhandlede opbygning og overvejelser omkring forsøgene. Teorien er i høj grad et støttende element, og det er udvalgt til brug ved analyse og fortolkning af det eksperimentelle arbejde. Projektet har mange faglige aspekter fra både fysik, kemi, biologi og biokemi. I henhold til dette og rapportens sprogbrug henvender den sig hovedsagligt til personer med interesse inden for rumforskning og planters reaktioner under stressforhold. Den vil være læselig for både fysikere, biologer mv., og ikke mindst studerende med interesse inden for disse fagområder. Tværfagligheden gør altså rapporten interessant og læselig for mange faggrupper. 1.1 Semesterbinding Semesterbindingen på 2. semester på NATBAS er: Modeller, teorier og eksperimenter i naturvidenskab. Vi opfylder semesterbindingen i og med, at vi ud fra teoriafsnittet i rapporten tilegner os viden til at opstille en hypotese, som er vores forventning til, hvad der vil ske med planter, når de spirer og vokser i undertryk. Der udføres herefter en række eksperimenter, som skal vise, hvordan planterne i virkeligheden reagerer under disse forhold. Teori og resultater fra eksperimenterne benyttes til at beskrive, hvordan planterne reelt er blevet påvirket af at befinde sig i det lavere tryk. Denne beskrivelse vil i vores rapport virke som en model, eftersom den opstilles på baggrund af vores eksperimenter. I den afsluttende diskussion vil vi sammenholde forskelle og ligheder mellem vores hypotese og forsøgsresultaterne. Vi anvender altså naturvidenskab til at opstille hypotese, efterprøve denne eksperimentelt og derefter opstille en model/beskrivelse, der vurderes og diskuteres for derigennem at besvare problemformuleringen. 5

7 1.2 Problemformulering Hvordan vil en plante trives i et lukket system ved henholdsvis et normalt atmosfærisk tryk og et undertryk på 260hPa? Vil planterne i undertryk trives bedre eller dårligere end dem i normalt tryk, og hvordan påvirker undertrykket planternes næringsoptag? 1. Projektafgrænsning Det har været nødvendigt at afgrænse projektet på flere punkter, da arbejdet ellers vil blive alt for omfattende. Vi vil tage udgangspunkt i problemformuleringen ved at undersøge en specifik plante. Valget af planten er sket under forudsætninger af, at denne skulle være hurtigt voksende, spiselig og let at dyrke. Karse opfylder disse betingelser og blev dermed den plante, vi brugte til de endelige forsøg. Kravet om en hurtigvoksende plante har dog gjort, at vi måtte gå på kompromis med, hvor anvendelig planten måtte være som føde for astronauter. Da vi eksperimentelt arbejder med to sæt opstillinger, er det vigtigt at kun én faktor er forskellig opstillingerne imellem i vores tilfælde trykket. Vi har altså nogle opstillinger med planter i undertryk og andre med planter i normalt tryk. Valget stod nu imellem at undersøge karse fra frø eller se på tilvækst af karse, der i forvejen havde overstået spiringsfasen. Vi vurderede her, at vi bedst kunne sikre ens betingelser for alle forsøg ved at anvende karse direkte fra frøstadiet. Et andet vigtigt argument for at anvende frø var, at vi derved kunne følge hele udviklingen af de nye planter og observere, om undertrykket ville have nogen indvirkning på de tidlige dele af karsens livscyklus. Derudover er det mest tænkeligt, at man ved opbygning af drivhuse på Mars vil medbringe frø i stedet for voksne planter, da frø vejer meget mindre, og alt unødig vægt ved rumfart er bekostelig. Som skildret i problemformuleringen ønsker vi at beskrive de reaktioner, vi ser som følge af planters vækst i undertryk. Der findes mange mulige måder, hvorpå man rent teknisk kan analysere og beskrive planter ved hjælp af teknisk måleudstyr. Vores projekt er afgrænset fra mange af disse analysemetoder, ved at vores forsøgsopstilling umuliggør dem anvendt pga. pladsmangel, eller at udstyret ikke kan virke samtidig med, at vi arbejder med et lukket system (jf. afsnit om eksperimentelt arbejde). De metoder vi vil anvende til at observere reaktioner som følge af vækst i undertryk er derved valgt ud fra de mulige, og er metoder, der anvendes før og efter forsøget. Vi afgrænser os dermed til at se på vægt og længde af biomaterialet og analyserer afslutningsvis indholdet af karbon og nitrogen. Ydermere føres logbog, hvor der løbende observeres, hvad der sker med planterne under forsøget. Forsøgene varede i ca. 14 dage. Dette har vi valgt ud fra, at vi gerne ville gennemføre flere forsøg under den begrænsede tidsperiode, som projektet forløb over. Som nævnt vil man på Mars dyrke planter i drivhuse, men der opstår problemer med dyrkningen i og med, at trykket på Mars er så forskelligt fra Jordens. Der er derfor planer om i nogen grad at forøge trykket inde i drivhusene. Det vil sige, at man konstruktionsmæssigt sikrer, at der ikke er så lavt tryk inde i drivhuset som udenfor. NASA har dog fundet ud af, at det at konstruere et drivhus med tryk nær Jordens, er utroligt omkosteligt. Man har derfor anslået det optimale tryk hvor både planter kan gro, og konstruktionen kan holde til ca. 1/4atm (260hPa) [Weeler et al., link 4]. Et undertryk som vi derfor også har valgt at benytte i eksperimenterne. 6

8 I den ene halvdel af opstillingerne er trykket sat til én normalatmosfære (101hPa), og i den anden halvdel er trykket ca. 1/4 (260hPa). Vi valgte ikke at undersøge forskellige undertryk på grund af manglende materiale til forsøgsopstillingen. 1.4 Metode Efter en nærmere undersøgelse omkring problematikken vedrørende planter i undertryk fandt vi ud af, at lignende grundforskning i mindre omfang er foretaget. Denne grundforskning har haft udgangspunkt i optimeret vækst og ikke næringsanalyser som vores, og deres forsøgsresultater er ikke til disposition for offentligheden. Vi har derfor været nødsaget til at designe vores eget forsøg helt fra bunden og tilpasse dette ud fra egne fejl og erfaringer. Inspirationen har vi fået gennem en række småforsøg omhandlende planters næringsoptag, stressfaktorer og tryk. Selve forsøgsopstillingen blev fremstillet med hjælp fra RUC-værkstedet og vejledning af eksperter på hver deres delområde samt gennem supplering med teoretisk faglitteratur. Grundet projektets tværfaglighed var vi nødsaget til at henvende os til både laboranter, biologer, fysikere og kemikere, da ingen enkeltperson kunne hjælpe os på alle områder. Vores metode er at efterprøve hypotesen ved i et lukket system at dyrke karse i undertryk, sammenligne med karse dyrket i almindeligt tryk og derved eksperimentelt bestemme, om de opfører sig som forventet. Der blev udarbejdet et pilotforsøg til kalibrering af forsøgsopstilling og fremgangsmåde, og observationer blev benyttet til forbedring af de reelle forsøg, forsøg 1 & 2. I disse forsøg blev der afslutningsvis foretaget en CNH-næringsanalyse af det dyrkede biomateriale. Resultater fra tryk-, vægt-, og vækstmålinger samt næringsanalyse er grafisk fremstillet, hvorudfra analyse og konklusion er udarbejdet. 7

9 2.0 Teori På trods af at hovedvægten af projektet ligger i det eksperimentelle arbejde, er teorien en yderst vigtig del bl.a. til opstilling og underbyggelse af hypoteser. Derved gøres på forhånd nogle forventninger om, hvad der vil ske, og denne viden bruges til at opbygge forsøgsopstillingen fornuftigt. Derudover betyder teorien også en del for forståelsen af selve forsøgsopstillingens opbygningen og tankerne bag. Er man i forvejen ekspert på nogle af områderne inde for fysik, kemi, biologi og biokemi, er teorien bygget op på en sådan måde, at man let kan springe den pågældende del over og gå videre i rapporten. Store dele af teorien er skrevet på baggrund af bestemte bøger. Ønskes der derfor en yderligere forklaring eller ordforklaring, henvises til disse bøger. Der vil dog stadig findes henvisninger til bøgerne, når de har været direkte benyttet. De pågældende bøger er: Raven et. Al., Biology Of Plants, 2005; Campbell & Reece, Biology, For yderligere information om bøgerne henvises til litteraturlisten. 2.1 Mars Baggrunden for vores forsøg er at se på, hvordan planter vil reagere under modificerede forhold på Mars. Dette er en væsentlig del af nutidens rumforskning omkring Mars og om fremtidens længere ophold af astronauter på planeten. Kunne man få planter til at vokse på Mars, ville man løse problemer med omdannelse af kuldioxid (CO 2 ) til oxygen (O 2 ), og man ville kunne få mad i form af frugter og grøntsager. Nogle af de store forskelle på Mars og Jorden som samtidig påvirker planterne er atmosfæren, lyset og trykket. I det eksperimentelle arbejde vil den store hovedvægt ligge på at simulere trykket på Mars. Dog vil også den omgivende atmosfære forsøges reguleret i de lukkede systemer, og der benyttes kunstig belysning. Af den grund er det vigtig for os at vide, hvilke forhold vi skal simulere, for at det tilnærmelsesvist ligner forholdene på Mars Atmosfæreforskelle på Mars & Jorden Mars atmosfære er meget tynd og består af ca. 95% kuldioxid, ca. % nitrogen, ca. 0,0% vanddamp samt små mængder af andre stoffer [Andersen et al., s.27]. Dette skal ses i forhold til planternes normale forhold på Jorden, hvor atmosfæren består af ca. 78% nitrogen, ca. 21% oxygen, ca. 0,9% argon, og ca. 0,04% kuldioxid [Andersen et al., s.250]. Altså er der meget mere CO 2, og meget mindre nitrogen og oxygen på Mars. Denne store forskel gør, at planter ikke kan overleve frit i Mars atmosfære. De skal altså være i et atmosfærereguleret miljø. Problemet med de forskellige atmosfæresammensætninger løses rimelig enkelt ved at anbringe planterne i et lufttæt drivhus. Da atmosfæren på Mars hovedsageligt består af CO 2, og planten også hovedsageligt skal bruge CO 2 til fotosyntese, bliver dette ikke en begrænsende faktor. Man lukker blot den ønskede mængde ind fra atmosfæren. Problemerne vil derimod kunne ligge i evt. manglende O 2, som planterne benytter til respiration. Det vil dog være muligt at filtrere nok O 2 fra Mars atmosfære, til at planterne ville kunne overleve, da de også selv kan fremstille O 2, når de er spiret og har fået fotosyntetiserende blade. Det er interessant i vores eksperiment at se på CO 2, da dette meget hurtigt kan blive en begrænsende faktor i et lukket system. I og med planterne skal bruge forholdsvis meget CO 2, og Jordens atmosfære indeholder meget små mængder, vil planten blive afskåret fra at lave fotosyntese, når den lukkes inde uden mulighed for at få tilført ny CO 2. Dette er derimod ikke et problem hvis planterne lukkes inde i en atmosfære som på Mars. Her vil der være rigelige mængder til, at planten kan 8

10 vokse i længere tid. Derfor har vi valgt at benytte en atmosfære som Jordens tilført ekstra CO 2. Se yderligere forklaring jf. afsnit om baggrund for eksperimentelt arbejde og evt. eksperimentelt arbejde Lysforskelle på Mars & Jorden På Mars vil lysforholdene også være et problem for planter. Den effektive solindstråling (den solindstråling planeten absorberer), er godt og vel halvt så stor som på Jorden [Fred et al., PDF s.10 & Williams, link ], hvilket ikke er nok til, at planterne kan vokse ordentligt. Indtil videre er den bedste løsning at opstille store solfangere, som oplagrer lyset, og planterne kan vokse under kunstig belysning. Der arbejdes dog på nogle drivhuse, der selv åbner, når der er lys udenfor, og lukker når der er mørkt. Herved lever planterne både af sollys og kunstigt lys. Nedenstående billeder illustrerer, hvordan det evt. kan gøres med mindre drivhuse. Tidlig morgen: Kuplen er lukket og planterne får kunstigt oplagret lys. Dag: Kuplen åbner og planterne får lys direkte fra solen. Aften: Kuplen lukker igen og planterne får igen kunstigt lys. Figur 2.1 [Fred et al., PDF s.27-2] Selv om vores planter ville have nok i det sollys, der kommer til Jorden, har vi valgt at benytte kunstigt lys til de endelige forsøg. Dette er igen for at få så realistiske forhold som muligt, i forhold til hvad man har tænkt sig på Mars Trykforskelle på Mars & Jorden Da trykket på Mars er ca. 1/100 af Jordens [Stub & Stub, s.89 og s.96], kan planter ikke leve der uden nogen form for trykforøgelse. Derfor regner man i nogen grad med at forøge trykket i drivhusene i forhold til Mars atmosfære. Det vil dog være alt for dyrt at bygge og vedligeholde et drivhus med et indvendigt tryk, der svarer fuldstændigt til jordiske forhold, da der så vil være utrolig stor trykforskel uden for drivhuset og inde for. Dette ville betyde enormt pres på ruder og øvrig konstruktion. Man har derfor fundet en middelvej, hvor drivhuset er forholdsvist let at bygge og vedligeholde, og hvor planterne stadig skulle kunne vokse. Middelvejen er fra NASA s side foreslået til ca. 1/4atm eller 25,hPa [Weeler et al., link 4]. Således skal udvalgte planter altså kunne klare sig og vokse ved et tryk på ca. 25,hPa, jf. afsnit om tryk samt eksperimentelt arbejde. 2.2 Tryk Atmosfærisk tryk afhænger grundlæggende af, hvor stor tyngdeaccelerationen er det pågældende sted. Derudover betyder det noget, hvor tyk atmosfæren er, samt hvilken atmosfæresammensætning der er tale om. 9

11 Organismer på Jorden har gennem evolutionen tilpasset sig trykket her. Dette gælder både mennesker, dyr og ikke mindst planter. Ændres trykket radikalt, vil organismerne også reagere på en anden og måske helt uventet måde. En sådan ændring ville f.eks. forekomme, hvis man flyttede en plante fra sit vanlige miljø på Jorden til et helt nyt miljø på Mars. Atmosfærens tryk på Mars er én procent af Jordens. Dette hænger sammen med, at tyngdeaccelerationen er under halvt så stor som jordens, samt at atmosfæren ikke er lige så tyk. Dette lave tryk betyder, at luften er meget tynd, altså at der er længere mellem molekylerne i luften. Af den grund ved man ikke umiddelbart, hvordan en plante vil reagere, hvis den blev flyttet til eller ligefrem vokser op i dette tryk. Vi simulerer trykket på Mars netop ved at suge luft ud af de lukkede systemer, som planterne er placeret i, så der bliver længere mellem luftmolekylerne. Det er selvfølgelig forudsat at systemerne er lufttætte. Undertrykket kommer ned på 260hPa, hvilket er ca. 1/4 af det tryk, der findes under normale omstændigheder på Jorden. Dette er dog stadig langt fra det tryk, der er på Mars ca. 10hPa. Grunden til vi ikke sænker trykket yderligere, er som sagt, at der er planer om, at drivhusene på Mars i nogen grad skal forøge trykket i forhold til den omgivende atmosfære. 2. Plantefysiologi Plantefysiologi er læren om plantens livsproces. For at kunne forstå, hvordan planten vokser og udvikler sig, er det nødvendigt at kende til de enkelte dele, som planten er bygget op af. De styrende organer hos en højere plante er roden, stilken og bladende, som er sammensat af væv. Vævet består af celler med forskellige funktioner og strukturer, som således er specialiseret. I vores konkrete tilfælde benytter vi vores kendskab til almen plantefysiologi samt plantefysiologi specifikt for karse, til at opstille en hypotese om plantens reaktionsmønstre ved stress som undertryk. Karse hører til gruppen angiospermer, de dækfrøede. Denne gruppe er evolutionært nyest og også den mest succesfulde dvs. har flest arter i øjeblikket. Taxonomisk set hører karse hjemme i planteriget efter følgende system: Domæne: Eukaryoter Rige: Plantae - planter Underrige: Tracheobionta højere planter Overphylum: Spermatophyta dækfrøede planter Phylum: Magnoliophyta Klasse: Magnoliopsida Underklasse: Dilleniidae Orden: Capparales Figur 2.2: En model af en moderne højere plante. Man kan se de forskellige dele planten består af, rod, stilk og blade. Desuden ses der et tværsnit af de forskellige dele [Raven et al., side 7] 10

12 Familie: Brassicaceae Slægt: Lepidium Art: Sativum [Jensen, link 5] Karse har tvekønnede blomster, de er enårige, og reproduceres ved fremmedbestøving, da bestøvningen sker ved hjælp af insekter. [Jensen, link 5] Karsens frø er flade og runde og har en størrelse på omkring 1,5-mm. Karse hører som tidligere nævnt til de højere planter. På figur 2.2 ses de styrende organer og væv for en moderne højere plante. Det er nødvendigt at vide noget omkring karses fysiologi, da vi under forsøget vil observere dens vækst. Det er derfor nødvendigt have en viden omkring, hvordan karse vil se ud under helt normale omstændigheder. Vi har som udgangspunkt taget en modelplante for det underrige, som karse tilhører; de dækfrøede planter. Karses opbygning er ud fra de samme principper, og det vil kun være i udformningen af det morfologiske, som er anderledes i forhold til modelplanten. Se figur 2.. Figur 2.: Illustration af en at karseplante. Der ses pæleroden med siderødder samt de to første spirede kimblade 2..1 Roden Roden er bygget op af en hovedrod og nogle siderødder, afhængig af om det er en etkims- (monocotyledones) eller tokimsblomst (eudicotyledones), vil planten have en pælerod eller et rodnet med en masse siderødder. Karse er en eudicotyledone, hvilket man tydeligt kan se på roden, se figur 2.. Rodens funktioner er at optage vand og uorganiske næringsstoffer og desuden at fastholde planten. Rodens vækst går i en bestemt retning, som styres af to faktorer; tyngdekraft og vand. Tyngdekraften, da jordens massetiltrækning får hovedroden til at vokse nedad (kaldet positiv geotropisme), og vand fordi rødderne altid strækker sig efter dette. Roden vil dog danne form, afhængig af, hvor meget vand der er til stede. Hvis der ikke er meget vand, vil planten danne lange og smalle rødder, hvorimod hvis der er meget vand, har planten ikke behov for de lange rødder til at kunne opfange vandet langt væk fra planten, og den får korte og tykke rødder. Planten vil ikke kunne ændre strukturen på roden, når den først er vokset. En plante, der har været vandt til at få meget vand og derfor har dannet en kort rod, vil derfor få det vanskeligt ved en tørkeperiode. Roden danner ikke kun facon efter vandstanden men også efter mængden af næring. Hvis der er meget næring, vil roden blive lille, og den del af planten, som er over jorden, vil blive stor. Hvis der derimod er lidt næring, får planten en lille top men en stor rod, da den skal opfange næring fra et større område [Jørgensen, s ]. 11

13 2..2 Stilken Stilkens hovedfunktioner er at give støtte til plantens blade og bringe disse i en favorabel position med hensyn til lyset samt at bringe vand og næring op og ned gennem planten. Det er vigtigt at bladene kommer et stykke over jorden, så de bliver udsat for mere lys, og derfor kan lave en mere effektiv fotosyntese. Transporten af vand og næring sørger planten for, ved forskellige transportsystemer i stilken. Disse transportsystemer er henholdsvis xylem til vandtransport og phloem til næringstransport. Transportsystemernes virkemåder forklares i afsnittet om transpiration. 2.. Bladet På figur 2.4 ses et tværsnit af et blad, hvor man kan se opbygningen. På bladet er der spalteåbninger, som kaldes stomata. Når alle stomata er helt åbne, vil de udgøre ca.1% af bladets overflade. epidermis xylem phloem mesofyl stomata Figur 2.4: Model over tværsnittet af et blad, hvor man kan se placeringen af xylem og phloem, samt epidermis, mesofyl og stomata er markeret. [Raven et al., s. 7] Bladets vigtigste funktioner er at optage sollys, og CO 2 gennem stomata og forarbejde CO 2 ved fotosyntese i bladets chloroplast. Bladet er opbygget på en sådan måde, at CO 2 på den letteste og mest hensigtsmæssige måde kan diffundere gennem stomata ind i bladet, hvor CO 2 let kan fordele sig i de intercellulære rum. Vanddamp kan ligeledes diffundere ud gennem stomata, men da det kræver, at stomata er åbne for at kunne optage CO 2, vil der forsvinde vanddamp. For yderligere uddybelse omkring stomata og CO 2 henvises til afsnittet om transpiration. Lys påvirker også åbning og lukning af stomata. Stomata er åben, når der er lys, og lukket, når der er mørkt, hvis ikke et faldende turgortryk saftspæningen i planten - lukker stomata. Stomata vil dog straks åbne sig, når der er tilstrækkeligt med vand, og vil dermed opretholde turgortrykket. En yderligere forklaring om stomata findes i afsnittet om stomata Plantecellen Plantens celler er alle eukaryoter, dvs. at alle cellerne har en kerne og organeller i modsætning til de mere primitive prokaryote celler, man blandt andet finder hos bakterier, som ingen kerne har. På figur 2.5 ses organellerne i en plantecelle. I plantecellen foregår fotosyntese, som er en af plantens vigtigste processer. Afsnittet om fotosyntese gennemgår denne proces grundigere. 12

14 Figur 2.5 viser plantecelle og dens organeller. For en uddybelse af organellerne og dets betydning henvises til teksten nedenfor [Bruus, s.1] Yderst på cellen er en cellevæg, hvori der er porer med plasmaforbindelser, som går fra celle til celle, og som har forbindelse til det endoplasmatiske reticulum (ER). ER er et membransystem af membranbegrænsende rør eller sække i cytoplasmaet. ER findes i to former, en glat og en ru, som er besat af ribosomer på oversiden. Dets funktion er at danne og transportere proteiner og lipider, der indgår i cellens membraner. En sammensmeltning af afsnøret blærer fra ER og kernemembranen danner en struktur, der hedder golgi-apparatet hvilket er en samling flade vesikler omgivet af en membran [Bruus, s. 17]. Det har til funktion at transportere materiale ud til plasmamembranen fra kernemembranen og ER. Kernen er vigtig for cellen, da det er den, som styrer hele cellens udvikling og er produktionsstedet for cellens genetiske materiale. Mitochondrierne er ovale legemer, yderst er der en glat membran, og inderst er der en meget foldet membran. Mellem disse to membraner er der en proteinrig væske, hvori stofskifteprocesser foregår. I alle celler er der ribosomer, og de består af protein og RNA. I bladenes celler finder man yderligere chloroplast, der er et stort organel. Det er her fotosyntesen finder sted. De er afgrænset fra cytoplasmaet med en dobbeltmembran. Den yderste membran er glat, hvorimod den inderste er et lamelsystem med forgreninger. Inden i dette lamelsystem er der thylakoider, som er små fladtrykte sække, som ligger i små stabler, grana. I chloroplasterne er der desuden fyldmasse, som kaldes matrix eller stroma. I dette ligger chloroplastrets eget DNA, hvor der ved deling kan dannes chloroplaster. Plantecellen er opbygget på omtrent samme måde for alle planter, og karseplanten er ingen undtagelse. Udover organellerne som er beskrevet, er der vakuoler, både store centrale og små, de er omgivet af en membran. Vakuolen bruges som oplagsnæring for f.eks. sukker og er vigtig for plantecellen for at kunne opretholde saftspændingen. 2.4 Diffusion Diffusion er stoffers evne til at bevæge sig derhen, hvor koncentrationen af stoffet er lavest se figur 2.6. Hvis man for eksempel hælder koncentreret saft i en kande med vand, vil saften diffundere ud i hele kandens vandmasse, så den fremkomne opløsning af saft og vand bliver én homogen væske med ens koncentration overalt. Diffusion indgår i næsten alle processer i planten. 1

15 Dette er en elementær lov, som er universelt gældende, så længe der ikke er nogen faktorer til stede, som vil forhindre de forskellige masser i at blande sig. Faktorer som forskellighed i stoffernes densitet og polaritet, eller ensartethed i stoffernes ladninger. Diffusion skyldes molekylers konstante bevægelse. Så længe et stof har en temperatur på over 27,15ºC (0 grader kelvin) vil molekylerne være i svingning. Denne svingning er afhængig af, hvor høj temperaturen i stoffet er og omvendt. Temperaturen er defineret ved, hvor meget molekylerne svinger i et givent stof. Det er dette kaos af molekyler i bevægelse som gør, at en gas med tiden vil sprede sig på et større og større rumfang, og at én væske med en vis hastighed vil blande sig fuldstændigt med en anden væske. Da det er disse svingninger, som er årsagen til diffusion, og svingningernes omfang er givet af temperaturen, er denne naturligvis en afgørende faktor for diffusionen og dens hastighed. Ved vores forsøg nr. 2 har vi omkring planterne en relativt høj temperatur sammenlignet med forsøg nr.1. Da mange processer i planter er afhængige af stoffers diffusion, må vi være opmærksomme på, at mange processer i vores karseplanter sandsynligvis er forløbet hurtigere i forsøg nr. 2 end i det forrige som følge af temperaturforøgelsen. Høj koncentration Lav koncentration Figur 2.6 [McFadden, link 8] Figuren viser at opløsningen bevæger sig fra højre til venstre pga. koncentrationsforskellen. Diffusion af gasser påvirkes også af trykændringer, hvilket kan forklares matematisk. Når gasser udbredes, støder de ind i hinanden. Atomerne ramler altså ind i hinanden under koncentrationsudligningen. Nedenstående formel beskriver den afstand, atomerne tilbagelægger, før de støder ind i et andet atom. λ = k T σ P Lambda, afstanden mellem sammenstød, afhænger af en konstant k og temperaturen T i grader kelvin, som i vores forsøg variere så lidt, at vi betragter den som konstant. Sigmaσ er en konstant der afhænger af den bestemte gasart. Trykket P, er den eneste variabel. Vi kan derfor skrive alle konstanterne om til en samlet konstant λ = k T σ P = K1 K P 2 = 1 K P 14

16 Det ses at jo lavere trykket bliver, des større bliver afstanden før sammenstød, lambda. I vores forsøg sænkes trykket til ca. en fjerdedel i forhold til almindeligt tryk. Dette medføre som vist nedenunder, at λ bliver 4 gange større. λ1 er afstanden mellem molekylesammenstød ved normalt tryk 1 λ 1 = K = K 1 λ2 er afstanden mellem molekylesammenstød ved fjerde del tryk 1 λ 2 = K = 4 K 1/ 4 Vi har nu vist, at afstanden mellem molekylesammenstødene bliver 4 gange større ved en fjerdedel tryk, og vi vil nu vise, hvad det betyder for udbredelsen af molekylerne, altså for diffusionskoefficienten D. D er udtrykt ved: 1 D = λ c Idet c er et udtryk for molekylernes gennemsnitshastighed som funktion af temperaturen, og denne i vores tilfælde er konstant, er c derfor også konstant. D afhænger kun af λ multipliceret med en konstant, og derfor er der indbyrdes proportionalitet mellem disse størrelser. λ vil altså blive 4 gange større når trykket sænkes til en fjerdedel, og derved bliver diffusionshastigheden også 4 gange større [Atkins s ]. 2.5 Osmose Osmose er vands evne til at gennemtrænge en semipermeabel membran for at udligne forskellen i vandkoncentrationen på hver side af membranen. Semipermerabel betyder helt kort, gennemtrængeligt for vand, eller mindre molekyler. Osmose er altså det, der sker, når vand diffunderer igennem en membran, der på grund af sin semipermeabelitet skaber en forskel i stofkoncentrationen og dermed vandkoncentrationen i en given væske. Koncentrationen af vand vil automatisk falde, hvis koncentrationen af opløst stof i vandet stiger. Dette flow af vand kan en celle for eksempel udnytte til at opretholde en spænding i sig, hvis den kan opretholde en forskel i stofkoncentrationen over membranen. På figur figur 2.7 ses det, hvordan vandet er trukket ud af et membranafgrænset rum vand, da den store mængde opløst stof i vandet udenom har sænket denne opløsnings koncentration af vand, og derved forsaget at vand fra det membranafgrænset rum er diffunderet ud. Vand Figur 2.7: Koncentrationsforskellen i de to vandmasser forsager osmose. Den lige linie er start positionen og den stiplede linie er som ændringen vil forløbe ved osmose. Sukkervand 15

17 Af figur 2.8 ses det omvendte eksempel. Vandstanden i det membranafgrænsede rum stiger, fordi vand-koncentrationen her er mindre end i den omkringliggende opløsning. Hvis membranen her var lukket helt til, ville der skabes en spænding, som måske ville få membranen til at briste. Planteceller kan pga. deres cellevæg, som modvirker, at membranen brister, udnytte denne spænding til f.eks. at holde planten oprejst, fordi stofkoncentrationen i plantecellerne skaber et osmotisk tryk. 90% vand, 10% sukkervand Figur 2.8: Her er vandkoncentrationen i posen lavest. Og vandet trænger ind for at udligne Den lige linie er start positionen og den stiblede linie er som ændringen vil forløbe ved osmose. 2.6 Transpiration Planter optager store mængder vand hver dag. Sammenlignet med dyr optager planter meget mere vand pr. vægtenhed. En solsikke optager f.eks. sytten gange så meget vand som et menneske, pr. kg. Langt størstedelen af den mængde vand planterne optager fordamper lige så hurtigt igen. 99 % af det vand, rødderne suger op, fordamper primært igennem bladene via stomata. Denne proces er en del af transpirationen. Plantens blade optager så meget sollys som muligt. Men for at fotosyntesen skal kunne fungere, skal chloroplastret i bladene også have CO 2 (jf. teori om fotosyntese). Plantecellerne optager CO 2, fra den omkringliggende luft ved hjælp af diffusion og kan derfor ikke optage CO 2 på gas form, altså direkte fra luften. CO 2(g) kan ikke slippe igennem cellevæggen, og må derfor bringes på væskeform. Måden hvorpå planter laver CO 2 om til væskeform, er ved at sørge for at der hele tiden er vand på overfladen af de celler der skal optage CO 2. Når CO 2 på gasform kommer i kontakt med vandet på celleoverfladen, bliver det optaget i vandet. Derefter bliver det optaget af cellen og transporteret videre til chloroplastret med diffusion, da det nu er kommet på en form, hvor det kan trænge gennem cellevæggen. Planten fordamper altså store mængder vand for at bevare en fugtig celleoverflade, som CO 2 kan gennemtrænge. På den måde er fordampning af vand og optag af CO 2 i planten fuldt afhængig af hinanden. Hele transpirationen, hvor transporten af vand fra rod til blad også indgår, er ikke energikrævende for planten. Det eneste ved processen der kræver energi er at få vandet til at fordampe, og dette sørger solen og ikke planten for. Stort set alt det vand planten optager, går derfor til at holde celleoverfladerne fugtige, så det er muligt for planten at optage CO 2 fra luften. Da luften oftest ikke er mættet med vanddamp, vil vandet på cellerne hele tiden fordampe, og er nødt til at skulle erstattes. Deraf kommer plantens store vandoptag, som beskrives i afsnittet om xylem. En vigtig faktor der spiller ind på transpirationens hastighed er luftfugtigheden. Transpirationshastigheden er omvendt proportionel med luftfugtigheden [Raven et al., s.671]. Det vil sige at transpirationshastigheden stiger i takt med at luftfugtigheden falder, og omvendt. Planter der lever i fugtige omgivelser har store blade for at øge transpirationen, som ellers er svækket på grund af luftfugtigheden. Med store blade har planten en stor overflade, den kan transpirer fra. De store blade har også den fordel, at planterne kan optage en masse lys og dermed forøge fotosyntesen. Omvendt er det med planter, der lever i et tørt miljø. Her er små blade vigtige for at mindske overfladen, hvor transpirationen forgår, for hermed at undgå kraftig transpiration, som vil medføre udtørring. Karse har som bekendt forholdsvist små blade, og er dermed tilpasset et miljø med lav luftfugtighed. Hvis luftfugtigheden er højere end normalt, vil karse ikke kunne transpirerer meget, da de små blade begrænser overfladen, hvor transpirationen forgår, samtidig med at den høje 95% vand, 5% sukkervand 16

18 luftfugtighed sænker transpirationshastigheden. En længerevarende nedsat transpiration vil have en stagnerende effekt på plantens vækst. Høje luftfugtighed blev netop et problem i vores forsøg. Mere om dette i afsnittet om eksperimentelt arbejde Stomata Fordampning af vand er som beskrevet en nødvendig funktion for planter. Hvis fordampningen af vand overgår optaget af vand, kan dette være ekstremt skadeligt for planten. Det kan bremse væksten eller helt dræbe planten. Derfor har den et vokslag kaldet kutikula på overfladen af bladene, som forhindrer vandet i bladene i frit at fordampe til omgivelserne. Dette vokslag forhindrer dog samtidig, at CO 2 kan optages. Kutikula bliver brudt af stomata, de indbyggede åbneog lukkemekanismer i bladene. Stomata er de mikroskopiske huller, der kontrollerer fordampningen, og åbner eller lukker sig som reaktion på miljøet i og omkring planten. Derved forbedrer eller forhindrer planten udveksling af gasser igennem plantens overflade. Stomata findes på langt de fleste udadvendte overjordiske planteorganer, men er i klart overtal på bladene. Fordampningen af vand igennem stomata kan inddeles i to trin. Fordampning af vand fra cellevæggen af de celler, der grænser op til de intercellulære luftrum i bladene, og diffusion af denne vanddamp fra de intercellulære luftrum ud i atmosfæren gennem stomata [Raven et al., s.668]. Stomata er altså kontrollerbare åbninger ind til hulrummet i bladene. Hver åbning er omgivet af to vagtceller, som kan ændre deres form for dermed at åbne og lukke stomata. Det er åbningen og de to vagtceller, der tilsammen kaldes stomata. Fig. 2.9: Her ses et stærk forstørret billede af (a) en åben stomata i epidermis på et agurke- (Cucumis sativus) blad. (b) En lukket stomata i epidermis af et persille- (Apium petroselinum) blad. [Raven et al., s.669]. Planten producerer en hvis mængde CO 2 ved respiration og kan ved hjælp af dette opretholde en lav grad af fotosyntese, selv om stomata er lukket. Respiration er den proces planten laver for at få energi. Ved at lave glukose og O 2 om til CO 2 og vand får planten energi. Denne proces er modsat fotosyntese. Se mere i afsnit om fotosyntese og respiration. Som sagt åbner og lukker stomata sig som reaktion på forskellige miljømæssige ændringer omkring planten. Disse ændringer virker alle ved at ændre vandindholdet eller turgortrykket [Rasmussen, s.628] i vagtcellerne, som derved åbner eller lukker stomata. Vandtab hos planter er den vigtigste påvirkning, der lukker stomata, altså når planter oplever væske mangel, betyder alle andre faktorer, der påvirker stomata, næsten intet, og stomata vil lukke for at forhindre yderligere tab ved fordampning. Dette sker dog ikke kun ved stort vandtab. Åbning og 17

19 lukning af stomata sørger for balancen mellem optag og fordampning af vand, så når vandtrykket i et blad falder til en hvis grænse, mindskes stomatas åbning, hvilket mindsker vandtabet. En anden faktor, der kan ændre åbningen af stomata, er koncentrationen af CO 2 omkring planten. Vagtcellerne omkring stomata registrerer forhøjelser af CO 2 koncentrationen omkring planten. Hvis denne er for høj, lukker stomata. Det varierer dog fra art til art, hvor stor en forøgelse af CO 2 koncentrationen, der skal til, for at stomata lukker, og her betyder det også noget, hvis planten gennemgår en periode med mangel på vand. I så fald skal der en mindre ændring af CO 2 koncentrationen til, for at lukke stomata [Raven et al.,670]. Stomata lukker, når der er akkumuleret CO 2 i bladene for at forhindre yderligere og unødigt væsketab. Derudover kan høje temperaturer på 5 C og derover påtvinge lukning af stomata. Mindre temperaturer påvirker dog også stomata indirekte, i kraft af at fordampningshastigheden fordobles for hver 10 C forøgelse. Fugtigheden omkring planten er også vigtig, da vand fordamper meget hurtigere i luft, der ikke i forvejen indeholder meget vanddamp Phloem Phloem er det transportsystem, der sørger for, at sukkeret, der dannes i plantens blade ved fotosyntese, bliver transporteret til de steder, hvor der er brug for vækst. Det kunne være til nye skud, rødder eller til sukkerlagre såsom frø og frugter. Alle de stoffer, der er assimileret i phloemmet, kan hurtigt transporteres til det sted i planten, hvor der er brug for det, da det kan transporteres med en hastighed op til 1 meter i timen. Se figur Denne transport er ikke energikrævende, da den kun afhænger af osmose. Når der dannes sukkerstoffer i plantens celler, bliver det transporteret ud i det omkringliggende phloem. Dette betyder, at der opstår en vandkoncentra-tionsforskel mellem phloem og cellerne. Derfor vil vand diffundere ud i phloem for at udligne forskellen. Den øgede mængde af vand og sukkerstof i phloem vil medføre, at der sker en transport af stofferne væk fra det sted, hvor de blev transporteret ud i phloemmet, og hen imod lavere koncentrationer, hvor der er brug for det. Her optages sukkerstoffet af de celler, der har brug for det til f.eks. vækst eller respiration. Selvom selve transporten ikke er energikrævende, er det stadig en energikrævende proces, der skal til for at udskille og optage sukkeret fra phloemmet. Vandtilførslen, som stammer fra xylem, kræver ingen energi. Figur 2.10: Til venstre er xylem hvor vandet transporteres op, og til højre ses phloem hvor sukkerstof transporteres ned. Pilenes tykkelse er et udtryk for størrelsen af vabddiffusionen. [Raven et al., s.68] 2.6. Xylem Transpiration omhandler som før nævnt fordampning af vand fra bladene. Dette vand er blevet optaget i jorden af rødderne, og er i store mængder transporteret op til bladene. Det rørsystem, som vandet transporteres op igennem, kaldes xylem. 18

20 Hos store planter er det mange meter lodret op, at vandet skal transporteres. Måden planten bærer sig ad med at transportere de store mængder vand op til bladene, er ved at udnytte det undertryk, der opstår, når noget af vandet fordamper i bladene. Når vand fordamper fra cellens overflade, diffundere vand fra cellens indre ud til overfladen på grund af koncentrationsforskellen, osmose. Nu vil de celler, der er ved siden af denne celle, have en større vandkoncentration, idet de ikke har afgivet noget vand. Derfor vil de celler udligne koncentrationsforskellen og afgive vand til den celle, der er i underskud. Sådan vil processen forløbe fra celle til celle, indtil vandunderskuddet når en af de celler, der ligger op til xylem. Her vil cellen optage vand fra xylemmet. Vandunderskuddet har så at sige vandret fra de yderste celler ved stomata til de celler, der ligger op ad xylem. Meget af det vand, der er i xylem, vil også diffundere ud i phloem i de øverste dele af planten, da phloem her har en højere sukkerkoncentration, og dermed lavere vandkoncentration, end xylemmet. Meget af dette vand ender dog igen i xylemmet i de områder af planten, hvor sukkerkoncentrationen er lav, og danner derved en cyklus inde i planten. Når vandet optages fra xylem, bliver der her dannet et undertryk. Da det er i de øverste dele af planten, denne optagelse finder sted, betyder det, at der er mindre vand her end i de lavere liggende dele af planten. Udligningen af denne trykforskel sker helt automatisk, og undertrykket kan kun udlignes ved, at der kommer vand op. En hel søjle af vand vil derfor bevæge sig op og udligne trykket. Grunden til, at en hel søjle af vand kan trækkes op på denne måde, er at vand har en høj kohæsion dvs. tiltrækningen indbyrdes mellem molekylerne. Undertrykket forplanter sig hele vejen ned til rødderne, hvor det udlignes ved, at rødderne optager vand fra den omkringliggende jord. Hvis vandsøjlen i xylemmet bliver brudt, ved at der kommer luft eller andet ind, vil undertryksmekanismen ikke længere fungere. Plantens rødder er derfor indrettet, så der ikke så let kommer luftbobler eller andre fine partikler ind i xylemmet. Alligevel sker det, at der kommer luft ind og ødelægger trykket. Da xylemmet er delt op i mange små rør, er risikoen minimeret for, at alle rør bliver blokeret og dermed ødelægger vandtransporten i planten. Før vandet når til xylem, skal det først optages fra jorden af plantens rødder Rodnet I rødderne bliver vand optaget ved diffusion og ledt ind til midten af roden, hvor xylemmet er placeret, hvorefter det bliver suget videre op i planten på grund af transpirationen. I rodcellernes vægge har planterne særlige proteiner, som fungerer som transportrør, så vand optages hurtigere end ved almindelig diffusion. Denne diffusion kaldes faciliteret diffusion. I de perioder, hvor transpirationen er meget lav, f.eks. om natten, kan noget af vandet alligevel transporteres videre op i planten. Dette tryk er ikke stort nok til at skabe en vandstrøm, der er lige så stor som den, der opnås ved transpiration. Måden, hvorpå rødderne laver dette tryk, er ved at udnytte, at xylemmet holder på de ioner, det har optaget. Ionerne kan komme ind i xylem, men kan ikke forlade det igen på grund af, at det er omgivet af epidermis, der er det yderste lag af roden. Ionerne ophobes i xylem, og der dannes en koncentrationsforskel i forhold til de celler, der omgiver xylemmet. Dette udlignes ved osmose. Der diffunderer vand ind i xylemmet så koncentrationsforskellen mindskes, og skaber et overtryk, som trykker vand og ioner længere op i xylem. Dette tryk kaldes for rodtrykket. Rodtrykket kan i løbet af natten blive så stort, at man næste morgen på nogle planter kan se noget, der ligner dug på bladene. Dette er ikke dug men vand inde fra planten, der er presset ud på overfladen, fordi rodtrykket har været så stort. Udover at planten skaber et overtryk i xylemmet om natten, transporterer den også vand fra de dybere jordlag op til højere jordlag. Denne proces kaldes hydraulisk løft. På den måde er der mere vand til rådighed, når transpirationen sætter ind igen, samt 19

21 der ikke er lige så langt at transportere det vand, der er løftet op i højere jordlag, når det skal ud i resten af planten. Absorption af vand i rødderne er ikke en energikrævende proces, da processen sker ved osmose. Når planten optager næringsstoffer fra jorden, er der dog tale om en aktiv transport, idet diffusionen sker fra en lav næringskoncentration til en høj. Aktiv transport er energikrævende, og derfor følger transporthastigheden ofte plantens tilstand. Ved ugunstige forhold nedsættes plantens mineraloptag for at spare energi. Fordelingen af næring i planten sker på samme måde som vand, idet næringsstofferne også kommer fra rødderne ind i xylem. Herefter bliver det transporteret ud i hele planten. Undervejs vil mineralerne diffundere ud i celler, hvor der er brug for dem eller, som de fleste mineraler gør, diffundere ud i phloem, som sørger for videre distribution. Da vi i vores forsøg til sidst måler næringsindholdet, er det godt vi kender noget til, hvordan disse næringsstoffer er blevet optaget i planten, så vi herigennem kan redegøre for, hvad der skyldes eventuelle forskelle på optaget og koncentrationen af de forskellige stoffer. Hele transpirationsafsnittet giver indblik i de mange systemer, der skal kunne fungere sammen for at få en succesfuld næringsoptagelse. Vil et ændret tryk betyde forskel i næringsoptaget, skyldes det højst sandsynligt, at trykket har ændret på samspillet af de systemer, der holder transpirationen kørende. 2.7 Fotosyntese Fotosyntese er den vigtigste proces for alt liv. Fotosyntesen dannes i grønne planter heriblandt karse, fotosyntetiske bakterier og encellede eukaryoter (alger) [Nelson & Cox, s. 72] Planter er i stand til at omdanne uorganisk stof til organisk, dvs. energien fra sollyset bliver omdannet til kemisk energi, der anvendes til opbygning af glucose. For at dette kan ske, skal der være CO 2 og vand til stede. Fotosyntesen kan skrives som: lys 6 CO H 2 O C 6 H 12 O O 2, kuldioxid og vand bliver omdannet til sukkerstoffer og ilt. Dette er en forsimplet model, da der sker en række mellemliggende processer. Man inddeler derfor fotosyntesen i to faser. Disse faser kaldes for lysreaktionen og mørkereaktionen og kan foregå uafhængigt af hinanden men hænger dog nøje sammen. Fotosyntesen er en redoxreaktion, carbon reduceres, når det omdannes fra kuldioxid til sukkerstoffer, dvs. at carbon optager en elektron. Oxygen oxideres, idet den fra H 2 O afgiver en elektron og bliver til O 2 [Bruus, s. 9]. Reaktionen sker i de grønne planters chloroplast, se figur 2.11, som er omgivet af 2 membraner, en indre og en ydre. Derudover er der inde i chloroplastret endnu en membran, som hedder thylakoidmembran, som består af thylakoider, der er stablet og disse udgør grana. Det er i denne membran lysreaktionen foregår. For at opfange lys er der desuden på membranen klorofyl, accessoriske pigmenter og elektrontransportkædens enzymer. Thylakoidmembranen omgives af stroma væske mellem indre membran og thylakoidmembran hvor mørkeprocessen foregår. 20