Biologi Fotosyntese og respiration Kasper Angelo, Klasse 1.3, HTX Roskilde 16/12 2007 Formål Der uføres og analyseres nogle forsøg der kan besvare: Forbruger en grøn plante kuldioxid (CO 2), når den udsættes for lys? Behøver en grøn plante lys for at kunne lave fotosyntese? Optager eller udskiller en grøn plante CO 2, når den ikke er i lys? Teori En relevant teori kan være, a) Processernes fotosyntese og respiration, Fotosyntese: Fotosyntesen ved vi er den proces, hvor lysenergi fra solen indfanges og omdannes til en energiform der kan udnyttes af levende organismer. Processen udføres af grønne planter, alger og nogle få bakterier. I selve fotosynteseprocessen omdannes kuldioxid og vand til sukkerstof og ilt. Processen drives som før nævnt af lysenergi fra solen. Den omdannes til kemisk energi og indbygges sammen med kulstof i sukkerstoffet glukose. Ilten udskilles nærmest som et affaldsstof, dog er det meget vigtigt for respirationen. Den overordnede kemiske reaktion for fotosyntesen er: 6CO 2 + 6H 2 O + El C 6 H 12 O6 + 6O 2 ( l ) Kuldioxid vand lysenergi glukose ilt Respiration: Respiration ved vi er den proces, hvor produktet af fotosyntesen bruges til at frigøre energien, sådan så planterne kan bruge det, altså til ATP. Respiration udskiller CO 2 som en slags affaldsstof.
Respirationen ser således ud: C 6 H 12 O6 + O 2 6CO 2 + 6H 2 O + E2 ( 2 ) glucose ilt kuldioxid vand kemisk energi (ATP) Udvidelse: For ca. 3,5 milliarder år siden begyndte de første levende organismer (prokaryoterne) at lave anaerob respiration, men efter godt 1 milliard år var mængden af svovl begrænset, og dermed udviklede nogle mutationer evnen til at bruge vand i stedet for svovlbrinte til deres fotosyntese. De kunne derfor lave det vi kender som en almindelig fotosyntese. Det var en meget epokegørende begivenhed for jorden. For omkring 600-700 millioner år siden skete der så endnu en stor omvæltning på jorden. Det var oprindelsen af de eukaryote(flercellede) organismer. Svampe, planter og dyr er lavet af eukaryote celler. Man mener at den eukaryote celle er opstået som en symbiose mellem to eller flere prokaryoter, hvoraf den oprindelige prokaryot(bakterie) har været en anaerob heterotrof. Den har, som føde, optaget en aerob prokaryot, som i stedet for at blive nedbrudt har respireret, og derved har den oprindelige prokaryot opnået et langt større udbytte af energi end normalt. Man mener også, at den eukaryote celles mitokondrie opstod ved denne symbiose. Den eukaryote celle er altså en flercellet organisme med cellekerne, med undtagelse af protisterne, som man ikke rigtig kan klassificere. Grønkornene er de organeller hvor fotosyntesen foregår. Fotosyntesen foregår i thylakoidmembranen, inde i grønkornene. Nogle planter, karakteriseret som lysplanterne, har mange grønkorn og kan derfor lave meget fotosyntese hvis der er lys nok, og planter med en mindre mængde grønkorn, skyggeplanterne, satser derimod på at være effektive ved lave lysmængder. Der findes også Klorofyl A, som er det stof der giver bladene deres grønne farve, i grønkornene, men den kommer oprindeligt fra solens stråler. Mitokondrien er cellens kraftværk. Her frigøres, ved respirationsprocessen, den energi der er brug for. Mitokondrien indeholder også et spor af DNA. Det mener man skyldes at mitokondrien engang har været et bakterieagtigt(selvstændigt) væsen.
Cellemembranen har to funktioner. Den fungerer som et slags filter for cellen, da kun nogle stoffer kan trænge igennem den. Den sørger også for at de forskellige molekyler i cellen ikke flyder frit rundt. Fotosyntesen har en enorm betydning for naturens økosystem. Eftersom fotosyntesen foregår i stort set alle planter, kan den ikke undværes. Fotosyntesen foregår nemlig i alle grønne planter. Ilten er livsnødvendig for os, men kun et affaldsprodukt fra fotosyntesen. Derfor er den ekstremt vigtig. Hypotese Vi forventer at vandpesten i lys vil forbruge dens CO 2 til fotosyntesen, mens den i mørke ikke kan lave fotosyntese pga. mangel på sollys. Hypotese for de 4 forsøg: 1. Den vil ændre farve til blå da alt CO 2 en fra danskvandet lynhurtigt vil blive brugt til fotosyntesen, og da der ikke er noget CO 2 til stede vil farven naturligvis blive blå. Altså optager planter CO 2 i lys ved fotosyntese. Den vil bibeholde sin gule farve da CO 2 en i vandet ikke bliver brugt, og derfor vil BTB en blive gul. 1. Den vil bibeholde sin blå farve da der ikke er noget danskvand, og dvs., CO 2 i vandet. Da der hverken er CO 2 eller nogen plante til stede vil vandet forblive blåt. Der kan hverken ske fotosyntese eller respiration i glasset. 2. Der er både vandpest og CO 2 i glasset, men desværre intet lys til at kunne lave fotosyntese. Derfor vil CO 2 en ikke blive brugt og vandet blive endnu mere gult.
Danskvanden vil udlede CO 2 i vandet, men da der ingen plante er til at lave fotosyntese vil Vandet blive endnu mere gult. 3. Planten laver respiration, men ikke fotosyntese pga. mangel på lys og den kan derfor ikke bruge CO 2 en, dannet af respirationen. Derfor vil vandet blive gult. Planten udskiller altså CO 2 i mørke ved respirationen. Der er hverken lys, vandpest, eller CO 2 til stede og der kan derfor dannes absolut ingenting. Materiale 8 reagensglas lukket med parafilm, bromthymolblåt (BTB), vandpest, danskvand (CO2), sugerør, stanniol, lyskilde. Metode Først hældte vi ca. 2 ml postevand i et reagensglas og tilsatte et par dråber BTB. Så stak vi sugerøret ned i væsken og pustede indtil væskens farve skiftede fra blå til gul. Derefter tilsatte vi et par dråber danskvand i stedet for at puste. Så fyldte vi 8 nye reagensglas op med postevand + 2 ml danskvand efter skemaet og tilsatte et par dråber BTB. Nu tilføjede vi stykker af vandpestplanten og danskvand, som det fremgik af opgavebeskrivelsen. 4 af dem pakkede vi ind i et tætsiddende stanniolomslag. Vi stillede alle reagensglassene under en lyskilde i en uge.
Resultater Resultaterne af forsøget er angivet i et skema: Glas 1 2 3 4 5 6 7 8 vækstebetingelser lys lys lys lys mørke mørke mørke mørke vandpest plus minus plus minus plus minus plus minus danskvand (CO 2 ) plus plus minus minus plus plus minus minus startfarve gul gul blå blå gul gul blå blå forventet slutfarve blå gul blå blå gul gul blå blå eksperimentel slutfarve grøn/mørk blå gul blå blå gul gul gul blå Fejlkilder Ingenting gik galt hos os, men hvad der kunne være sket, kunne f.eks. have været en danskvand hvor CO 2 en var sluppet ud, en halvvissen vandpestplante, osv. Resultatbehandling Glas 1: Blå slutfarve. Det skyldes at fotosyntesen optager alt CO 2 en og dermed bliver vandet blåt. Glas 2: Gul slutfarve. Der er ingen plante og dermed kan der hverken dannes respiration eller fotosyntese. Glas 3: Blå slutfarve. Der er intet CO 2 i vandet og væsken vil derfor forblive blå. Glas 4: Blå slutfarve. Der er ingen plante og dermed kan der hverken dannes respiration eller fotosyntese. Glas 5: Gul slutfarve. Væsken vil blive mere gul, eftersom den respirerer og udskiller CO 2 en, men der kan ikke laves fotosyntese pga. mangel på lys.
Glas 6: Gul slutfarve. Der er ingen plante og dermed kan der hverken dannes respiration eller fotosyntese. Glas 7: Gul slutfarve. Respirationen danner CO 2, men fotosyntesen kan ikke bruge det, da den intet lys får. Glas 8: Blå slutfarve. Der er igen plante og dermed kan der hverken dannes respiration eller fotosyntese. Supplerende spørgsmål/diskussion 1. Forklar hvordan vandplanters optagelse og afgivelse af CO 2 kan påvises ved hjælp af syre-base indikatoren BTB. Hvis vandplanten har optaget CO 2 vil vandet blive blåt, og hvis den ikke har, vil vandet blive gult. Dette skyldes at BTB indikerer om væsken er sur eller basisk. Tilsætter man danskvand til vandet vil det blive surt, og dermed vil BTBet blive gult. Gør man ikke, vil BTBet blive blåt pga. vand er basisk. 2. Giv en kort beskrivelse af hvert reagensglas i forhold til kontrolglasset. Hvad skal det bruges til og hvilke farveændringer forventes. Kontrolglasset var grundlaget for hele forsøget, da det var det der viste hvordan vi kunne gætte os frem til resultaterne i de andre glas. Beskrivelse af de 8 reagensglas findes under Hypotese for de 8 reagensglas. 3. Svarer hypoteserne til det forventede? Begrund svaret. Det gør de. Alle hypoteserne stemmede med slutresultatet. Det gør de naturligvis, eftersom vi kunne komme frem til hver enkelt reagensglas slutfarve, ved at notere om den indeholdt vandpest, CO 2, eller om den var stillet i lys/mørke.
4. Forbruger en plante kuldioxid (CO 2 ) når den udsættes for lys? Hvis den også får vand, ja. Den bruger CO 2 en til at lave fotosyntese. Det kan den ikke gøre i mørke. Med fotosyntesen følger respirationen, som den også vil lave under disse vilkår. 5. Optager eller udskiller en plante CO 2 når den er i mørke. Planten vil respirere, og da den ikke kan bruge CO 2 en til noget (den kan ikke lave fotosyntese pga. mangel på lys), vil den udskille det. 6. I hvilke reagensglas har planterne foretaget respiration? I glas 5 og 7, da der er mørke. Grunden til at der ikke bliver lavet respiration i glas 6 og 8 er fordi der ingen plante er. 7. I hvilke glas er iltkoncentrationen større ved forsøgets slut end ved forsøgets start. I glas 1, idet den laver fotosyntese, hvoraf der bliver udskilt ilt (O 2 ). 8. Er det i det hele taget planten som sørger for farveskiftet. Hvilke glas viser dette? Ja, for uden planten ville der ikke kunne foregå hverken fotosyntese eller respiration. Ved farveskiftet fra gul til blå (glas 1) skal der også være CO 2 og lys, mens der kun behøver være en plante ved farveskiftet fra blå til gul (glas 7). Farveskiftet fra gul til blå vil sige at der har været fotosyntese, mens farveskiftet fra blå til gul vil sige at der har været respiration.
Udvidelse Reagensglas nr. 1 påviser kulstofkredsløbet, der i naturen danner grundlag for jordens fødekæder. Planter laver fotosyntese hvor ilt er et spildprodukt. Vi indånder så ilten og puster CO 2 ud til planterne igen. Det er kulstofkredsløbet. Lysintensiviteten har stor betydning. Jo mere lys planten får, desto mere fotosyntese kan den lave. Det er selvfølgelig ikke det eneste fotosyntesen afhænger af, men så længe der er en vis mængde lys til stede kan den yde maksimal fotosyntese. I vores forsøg kan det have haft stor betydning. F.eks., hvis et af reagensglassene ikke er pakket ordentligt ind i stanniol, kan der være forekommet ukorrekte resultater. Konklusion Jeg har med forsøget fået bevist min teori og mine hypoteser. Forsøget viste at fotosyntesen kræver CO 2, H 2 O og lys, og respirationen kræver O 2 og Glukose, som jeg allerede var klar over. Jeg fandt også ud af at så længe der er lys og H 2 O til stede er det underordnet om der er CO 2 eller ej, da planten selv kan danne CO 2 ved respirationen.