67 Claudia Girnth-Diamba and Bjørn Fahnøe Solrød Gymnasium, Solrød Center, DK 680 Solrød Strand, Denmark E: sgcg@solgym.dk and sgbf@solgym.dk Vi observerer Påvisning af fotosyntesens dannelse af ilt ved hjælp af en iltindikator Formål I videnskabelige forsøg måles fotosynteseintensiteten ofte som funktion af radioaktiv kuldioxidoptagelse. Andre kvantitative metoder er dannelsen af ilt per tidsenhed. Ilten kan opsamles som gasart i måleglas o.l. I det her forsøg bruges dog kun en kvalitativ måling det er en slags alt eller intet reaktion, fordi man tester forskellige faktorers indflydelse på iltdannelsen. Mangler bare én vigtigt faktor for fotosyntesen, er der ingen iltdannelse. Iltdannelsen kan påvises med en redoxindikator, INDIGOCARMIN (figur a). Indikatoren er i iltfri (reduceret) tilstand farveløs til svag gullig. Den er meget følsom for ilt og reagerer med en stærk blå farvedannelse, når den oxideres, altså når den reagerer med ilt (figur b). Ved at bruge iltindikatoren indigocarmin påvises altså en vandplantes iltdannelse ved fotosyntese. Dermed kan der undersøges, om reaktionen hæmmes af mørke, og om den kræver levende, dvs. intakte grønkorn. Introduktion FOTOSYNTESE er plantens vigtigste biokemiske reaktion. Den skaber både energi i form af ATP (som bruges til stofskiftearbejde), og der dannes energirige kulstofforbindelser, som bruges både til opbygning af eget væv (altså til VÆKST) og til respiration. Ved hjælp af lysenergi omdannes kuldioxid og vand til glukose (druesukker), ilt og vand. Denne reaktion finder sted i plantens grønkorn (kloroplaster). Druesukkeret omdannes derefter til andre bio-organiske stoffer, f.eks. protein, fedtstof, cellulose mm. En del af druesukkeret forbrændes dog til kuldioxid og vand (reaktionen hedder RESPIRATION, og den energi, som reaktionen skaber, bruges i plantens stofskifte). I forsøget bruges vandplanter, fordi iltindikatoren indigocarmin nemt kan tilsættes vandet omkring planten. I forsøget undersøges lysets indflydelse på reaktionen ved at sætte én kolbe i lys, en anden i mørke. Man kan desuden undersøge, om intakte grønkorn er vigtige for fotosyntese-reaktionen. Grønkorn kan nemt ødelægges ved blanchering (kortvarig kogning). Selv om det grønne farvestof klorofyl stadig befinder sig i planten, bliver strukturen, som bærer klorofyl, ødelagt ved kogning og grønkornene kan dermed ikke længere udøve deres funktion. FIGUR A ILTINDIKATOR indigocarmin er meget følsom for oxygen. Her på billedet ses hvordan det i fotosyntesen dannede oxygen diffunderer ud i vandet som blå tråde. FIGUR B Tegningen viser de kemiske formler af det reducerede gule og den oxiderede blå form (tegning Niels Dalberg). Tegning af Niels Dalberg
Materialer og udstyr pr.gruppe Vandplanter, f.eks.elodea, myriophyllum, potamogeton Indigocarmin (OBS: der bruges ca.0 mg, det svarer til en spatelspids = tændstikshoveder) L Blue cap flaske til forberedelse af indigocarminopløsningen (mærkes ILTINDIKATOR) Natriumdithionit (OBS: sundhedsskadeligt og lugter af svovlbrinte, der bruges 0, g per 0 ml) 0 ml flaske med låg til fremstilling af en % natriu mdithionitopløsningen (mærkes ILTFJERNER) Salatolie, ca. 00 ml Styks 00mL konisk kolbe + styks 00 ml bægerglas Glasspatler ml pipette eller engangssprøjte Vandkogekande og vand man må godt bruge postevand Lyskilde (overhead- eller diasprojector, stærk plantelys o.l.) Vægt (0,0g nøjagtighed) bruges i fælleskab Fremgangsmåde Opløsningerne laves dagen før Der afvejes ca. 0 mg indigocarmin, det svarer til ca. spatelspids eller tændstikshoveder. Det overføres til i en 000 ml Blue cap flaske, og flasken mærkes ILTINDIKATOR. Der tændes for vandkogeren indeholdende lidt mere end L vand. Det kogende vand hældes i Blue cap flasken om muligt helt optil halsen. Flasken lukkes tæt og rystes indtil indigocarminen er opløst. Der afvejes ca. 0, g natriumdithionit pas på, stoffet er sundhedsskadeligt. Det overføres til en 0 ml flaske Flasken mærkes ILTFJERNER. Sikkerhedsregler Natriumdithionit er faremærket som sundhedsskadeligt. Husk at læse etiketten før du bruger det. Forberedelse af ILTINDIKATOR på forsøgsdagen Tilsæt 0 ml til flasken med ILTFJERNER, luk låget og ryst indtil pulveret er opløst. Hent flasken med ILTINDIKATOR. Tilsæt først ml ILTFJERNER (natriumdithion itopløsning) til ILTINDIKATOR (indigocarminopløsningen), flasken lukkes og omrystes. Derefter tilsættes ml ILTFJERNER ad gangen, og hver gang lukkes flasken og omrystes, indtil opløsningen bliver farveløs, hhv. svag gullig og gennemsigtig. Pas på, opløsningen reagerer langsomt på iltfjerneren vær derfor omhyggelig hver gang du omryster flasken. Derefter tilsættes yderligere ml dithionitopløsning. Det skal opfange den ilt, der kommer ned i opløsningen under omhældningen. Nu er ILTINDIKATOR klar til brug.
Plantematerialet forberedes Der er udvælges lige store stykker vandplanter. De anbringes i hver af de store kolber og kolberne mærkes -. Skub eventuelt planterne helt ned i bunden ved hjælp af en glasspatel. De to bægerglas uden planter bruges som kontrol og mærkes og. Tænd for vandet i vandkedlen. Planten i glas overhældes med kogende vand og skal stå i minutter. Derefter hældes vandet bort. Forsøget opstilles og iagttages i - timer De næste punkter skal udføres i hurtigt tempo. 6 7 8 Den fremstillede ILTINDIKATOR opløsning hældes over i de koniske kolber. Der fyldes op til næsten cm under toppen (altså dér, hvor halsen er ved at blive smal). Derefter hældes et ca. cm tykt lag olie oven på ILTINDIKATOR opløsningen i hver af de koniske kolber. Den resterende mængde ILTINDIKATOR fordeles ligeligt i de to bægerglas. Bægerglas forsynes endvidere med et lag salatolie, men udelades i bægerglas. Glassene og, samt de to bægerglas stilles i kraftigt lys. Glas stilles i mørke, f.eks. et skab eller pakkes i stanniol. Glassene i lyset observeres de næste - timer. Forandringerne beskrives og tegnes eller fotograferes. Ved slutningen af forsøget tages kolbe ud af mørket, og iagttagelsen beskrives. Nr. Nr. FIGUR I bægerglasset til venstre (nr. ) kan man se laget af madolie, som mangler oven på vandet i bægerglasset til højre (nr. ). Olien skal forhindre, at atmosfærisk ilt diffunderer ned i glasset. Resultater Beskriv ændringerne / farveskift, også undervejs i tidsforløbet. Hvad er forskellen mellem de glas, som du sammenligner? Hvad var din hypotese og kan forsøget bekræfte/afkræfte den? Sammenlign glas med glas. Sammenlign glas med glas. Sammenlign glas med glas. Sammenlign glas og glas. Diskussion Beskriv, analyser og forklar resultater for hver kolbe. Hvad forstår man ved en kontrolprøve? Husk at beskrive fejlkilder og give forslag til forbedringer. Nr. Nr. Nr. Nr. FIGUR På billedet ses opstillingen på en overheadprojektor: Glas levende plante (i konisk kolbe) Glas plante kogt i minutter (i konisk kolbe) Glas kontrol uden plante og uden olielag (i bægerglas) Glas kontrol uden plante og med olielag (i bægerglas) Ikke med på billedet er en konisk kolbe (glas ) med en levende plante, der blev sat i mørke (i et skab eller pakket i stanniol).
Pædagogiske tips Forsøget er en god øvelse i at lære at foretage gode iagttagelser. Alt, hvad der sker, er en ændring i farveskift til blå, eller ej. Man kan iagttage hvor i planten farveskiftet starter, da unge blade reagerer anderledes end gamle. Endvidere er der forskel mellem de forskellige vandplanter, alt efter hvor deres forskellige vækstzoner sidder vækstzonerne er jo særlig aktive i produktion af ilt.. Spørgsmål til eleverne Hvem laver fotosyntese? Giv eksempler på nogle forskellige organismer. Hvilken betydning har fotosyntesen for økosystemerne? Hvilken betydning har fotosyntesen for de organismer, der laver den? Hvad er respiration? Hvilken betydning har respirationen for økosystemerne? Hvilken betydning har respiration for de organismer, der laver den? Opskriv reaktionsligninger for fotosyntese og respiration. Hvad er brutto- og nettoprimærproduktion? Hvordan relateres begreberne til fotosyntese og respiration? Praktiske tips Køb planterne ca. en uge før forsøget og sæt dem under en god lampe eller i en IKKE sydvendt vindueskarm, da planter i akvarieforretninger ofte ikke har fået nok lys. I en uges tid kan planterne vokse og danne flere grønkorn, når de får godt med lys, men ikke alt for kraftigt lys. Brug rene glasvarer, da ru vægge (f.eks.kalkpletter) giver luftlommer, som er årsag til fejlkilder. Hver gruppe bruger kun små mængder af natriumdithionit, som er sundhedsskadeligt og lugter af råddent æg. Læreren burde derfor selv afveje portionerne til grupperne og uddele dem i lukkede glas. Afvejning skal ske i stinkskab. Eleverne tilsætter så bare postevand og bruger opløsningen. Dermed reduceres faremomenterne ved brugen af NaSO. Forberedelse og timing Det tager mest tid at nedkøle den kogende varme ILTINDIKATOR opløsning. Derfor kan man koge vandet dagen før og opbevare det i liter blue cap flaske med låget skruet godt til. Næste dag er det afkølet og forsøget starter med at omdanne det tilden reduceret form. Ideer til yderligere undersøgelser Man kan bruge forskellige slags vandplanter og sammenligne dem. Især interessant er at iagttage hvor i planten iltdannelsen starter. Bruger man Elodea, så starter iltdannelse i toppen af planten, altså i vækstzonen, hvor de yngste blade sidder. Gamle dele, som er længst væk fra toppen er ofte død og producerer derfor ikke længere ilt, selv om de stadig indeholder klorofyl. Planten Myriophyllum derimod danner ilt dér hvor bladene forgrenes fra stænglen. Bemærkninger til sikkerhed Natriumdithionit er faremærket som sundhedsskadeligt. Afvejning skal ske i stinkskab. Det foretages bedst af læreren se i øvrigt mere under praktiske tips. Indigocarmin er ikke skadelig, men giver blå farvede mærker på tøj og på fingrene / huden, som ikke umiddelbart kan vaskes ud. Håndtering af affald Affaldet kan hældes ud i vasken, da alt materiale er nedbrydeligt i naturen og der kun bruges små mængder. Opbevaring af materialer Natriumdithionit skal opbevares i aflåst kemikalieskab med udluftning.. Afvejede portioner kan opbevares i f.eks. 0 ml glas med tæt lukkende skruelåg. Mulige fejlkilder Der er fare for overtitrering med iltfjerneren. Hvis man tilsætter for meget iltfjerner tager det længere tid før der indikatoren bliver blå. Man burde derfor have god tid til forsøget, som jo kan ske mens eleverne f.eks. arbejder med opgaver, som de kan afbryde så snart der sker noget i glassene. Ved tilsætning af for lidt ILTFJERNER bliver væsken allerede blå ved om hældning af ILTINDIKATOR til kolberne. Når det sker, skal alt tilbage i flasken og man tilsætter mere ILTFJERNER. Små luftbobler langs glasvæggene danner også blå farve. Det kan eleverne godt forklare.
Indkøb og leverandører Alle kemikalier kan købes hos autoriserede kemikalieforhandlere. De er ikke særlig dyre. Vigtigt er, at man har rene glasvarer, da f.eks. kalkbelægning giver små bobler af luft se fejlkilder. Andre kilder til information Bøger Forsøget er forandret efter bogen Experimente zur Pflanzenphysiologie" af Peter Schopfer, Verlag Rombach & Co GmbH, Freiburg Tyskland 970. Frank B. Salisbury and Cleon W. Ross, Plant Physiology (third edition, 98), Wadsworth Publishing Compagny, Inc., Belmont, California, USA Websider på dansk http://www.netbiologen.dk/ zoologi/efteraarsfarver.htm http://www.biosite.dk/leksikon/caroten.htm http://www.biosite.dk/leksikon/chlorophyl.htm http://www.biosite.dk/leksikon/ absorptionsspektroskopi.htm www.tropica.com/article.asp?t ype=aquaristic&id= Websider på engelsk www.ch.ic.ac.uk/local/projects/steer/chloro.htm www.chm.bris.ac.ukmotm/ chlorophyll/chlorophyll_h.htm Tak til Denne øvelsesvejledning er først blevet publiceret som Biofag Særnummer i december 006 og sidenhen blevet tilpasset til Volvox projektet, der er støttet af "The Sixth Framework Programme" af Europa Kommissionen.
FaDB, Foreningen af Danske Biologer Figur B Efter mellem 0 min og time er væsken i kolben blevet mørkeblå. Den døde plnte i kolben til højre ændrer ikke farve fordi den ikke producerer oxygen. Figur A Efter ca. 0-0 min starter den levende plante i den koniske kolbe til venstre at producere oxygen omkring de yngste blade. Nogle af elevernes resultater Figur A og B For at forhindre atmosfærens oxygen i at diffundere i opløsningen hældes et cm tykt lag madolie på overfladen - se bægerglasset til højre. Allerede efter kort tid kan man se farveskiftet i bægerglasset til venstre, som ikke er beskyttet af et lag olie. 6
Figur 6 Det synes mærkeligt, at indikatorens farve i kolben med planter er blevet mere blå end i bægerglasset, som er i kontakt med luftens ilt. Men det viser bare, at vandplanter kan producere iltmætningsprocenter på mere end 00 %. Derfor er vandplanter på bunden af lave søer, åer og fjorde så vigtige for et godt vandmiljø. Fotografi af Bjørn Fahnøe Figur 7 Her har fotografen fanget den rigtige moment med cameraet: Elodea canadensis producerer mest ilt i toppen af planten. Figur 8 Forskellige vandplanter giver forskellige resultater - her et billede af Myriophyllum. 7