Experiment B-10 FOTOSYNTÉZA CÍL EXPERIMENTU Pozorování změny koncentrace CO2 při fotosyntéze a dýchání v různých podmínkách. Studium hrubých a čistých hodnot fotosyntézy. MODULY A SENZORY PC + program NeuLog TM USB modul USB 200 CO2 senzor NUL 220 modul Baterie BAT 200 (volitelné) PŘÍSLUŠENSTVÍ skleněná nádoba na CO2 senzor (součástí senzoru) stolní lampa kompaktní žárovka POMŮCKY listy rostliny 30 cm hliníkové folie Experiment B-10: Fotosyntéza Ver 3.2.5 1
ÚVOD Fotosyntéza je proces, který probíhá v chloroplastech rostlin a řas a také u některých bakterií. V průběhu tohoto procesu se sluneční energie mění na chemickou energii, která může být použita v biologických systémech. Během fotosyntézy je CO2 změněno na sacharidy (zejména na škrob a cukr) a to v komplexním souboru reakcí. Elektrony v této reakci pocházejí z H2O, které oxidují na O2. Světlo k této oxidaci poskytuje energii a je absorbováno pigmenty. V této reakci je sacharidovým produktem glukóza: 6CO2 + 6H2O + světlo C6H12O6 + 6O2 V buněčném dýchání se chemická energie uložena v sacharidech změní na energii, kterou buňka použije ve formě ATP (adenosintrifosfát). K buněčnému dýchání (za přítomnosti kyslíku nebo bez) dochází ve všech živých buňkách. Chemická reakce pro buněčné dýchání (s glukózou) je zrcadlovým obrazem chemické reakce pro fotosyntézu: C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + energie (ATP + teplo) Míra fotosyntézy může být vyjádřena buď v hrubých, nebo čistých hodnotách. Hrubá fotosyntéza je celková hodnota vázání uhlíku (snížení CO2) bez ohledu na to, že část CO2 je spotřebována dýcháním. Čistá fotosyntéza je hodnota vázání uhlíku bez hodnoty CO2 spotřebované dýcháním. V tomto experimentu budeme měřit respirační proces a fotosyntézu listů rostlin. Dýchání se bude měřit ve tmě (fotosyntéza nemůže proběhnout bez světla) a míra čisté fotosyntézy se bude měřit ve dvou světelných podmínkách (dýchání a fotosyntéza probíhají současně). Provedeme také výpočet míry hrubé fotosyntézy, dostaneme zápornou hodnotu, takže budeme odečítat hodnotu vydechnutého CO2 od míry čisté fotosyntézy s cílem získat míru hrubé fotosyntézy. Experiment B-10: Fotosyntéza Ver 3.2.5 2
POSTUP Příprava experimentu 1. Uspořádání experimentu je znázorněno na obrázku. 2. Vezměte dvě stejné skupiny zelených listů rostlin (typ listů by měl být zkontrolován předem učitelem). První skupina je pro následující experiment a druhá skupina bude sloužit k úkolu tohoto experimentu. 3. Zabalte láhev do hliníkové folie tak, aby se do ní nemohlo dostat žádné světlo. Experiment B-10: Fotosyntéza Ver 3.2.5 3
Nastavení senzoru 4. Modul USB 200 připojte pomocí kabelu k PC. 5. K modulu USB 200 připojte CO2 senzor. Důležité: Po připojení senzoru k modulu USB 200 nebo modulu baterie vyčkejte 30 minut a poté zahajte samotnou kalibraci a měření. Poznámka: Následující funkce programu jsou vysvětleny jen v krátkosti, a proto před zahájením experimentu doporučujeme seznámit se s programovými funkcemi NeuLog TM popsanými v uživatelské příručce. 6. Spusťte program NeuLog TM a zkontrolujte, zda je CO2 senzor identifikován. Nastavení 7. V liště programu klikněte na ikonu Pokus s připojením. 8. Klikněte na ikonu Nastavení pokusu a nastavte Délka trvání pokusu 40 minut, Vzorkování 30 za minutu. Experiment B-10: Fotosyntéza Ver 3.2.5 4
Testování a měření 9. Při kalibraci senzoru, je hodnota nastavena na 380 ppm, což je venkovní hodnota CO2 na většině míst. Doporučujeme kalibrovat senzor venku (můžete jej také umístit za okno), aby se zabránilo posunu v hodnotách (pokud se rozhodnete pro kalibraci senzoru uvnitř, vypočtené hodnoty budou stále správné). 10. Poté, co byl senzor připojen k modulu USB 200 nebo k modulu baterie po dobu nejméně 30 minut, zkontrolujte, že jsou hodnoty relativně stabilní (je nutné si uvědomit, že vaše dýchání ovlivňuje hodnoty). Pokud hodnoty nejsou stabilní, nechejte senzor stále připojen a znovu zkontrolujte. 11. Jděte ven, počkejte několik minut a začnete kalibrovat (v případě potřeby, odpojte senzor od modulu USB 200 a rychle připojte k bateriovému modulu). Držte kalibrační tlačítko přibližně 3-5 sekund. 12. Vraťte se dovnitř a ujistěte se, že hodnoty CO2 jsou opět relativně stabilní (měly by být vyšší než venku). 13. Vložte první část listů do láhve. 14. Budeme měřit dýchání rostliny ve tmě (fotosyntéza nemůže proběhnout bez světla). 15. Uzavřete láhev pomocí CO2 čidla a počkejte tři minuty před zahájením měření. 16. Spusťte měření kliknutím na ikonu Spustit pokus v liště programu. 17. Měli byste vidět zvýšení hodnoty CO2. Experiment B-10: Fotosyntéza Ver 3.2.5 5
18. Asi po 15 minutách odbalte alobal a zapněte lampu (lampa by měla být asi 8 cm od láhve). Doporučené hodnoty CO2, které byste měli vidět před začátkem fotosyntézy, by měly být vyšší než 1000 ppm (změny mezi různými rostlinami). Jestliže jsou maximální hodnoty nižší než 1000 ppm, proveďte experiment znovu. Před uzavřením láhve do láhve foukněte. 19. Vyčkejte do konce měření. 20. Grafický výsledek pokusu můžete zvětšit kliknutím na ikonu Optimalizace zvětšení v okně grafu. 21. Váš graf by měl být podobný následujícímu grafu. 22. Graf uložte. Experiment B-10: Fotosyntéza Ver 3.2.5 6
23. Chcete-li zjistit hodnotu dýchání, klikněte v okně grafu na ikonu Zobrazit funkce. 24. Klikněte na záložku Funkce a vyberte Lineární optimalizace (mezi kurzory). 25. Klikněte na ikonu Zobrazit kurzory a kurzorem vyberte část lineárního nárůstu grafu. 26. K získání rovnice klikněte na ikonu Vypočítat statistiku. 27. Rovnice respirace tohoto experimentu. 28. Směrnice přímky vyjadřuje hodnotu respirace v ppm/min. 29. K získání čisté hodnoty fotosyntézy klikněte v okně grafu na ikonu Zobrazit funkce. Experiment B-10: Fotosyntéza Ver 3.2.5 7
30. Klikněte na záložku Funkce a vyberte Lineární optimalizace (mezi kurzory). 31. Klikněte na ikonu Zobrazit kurzory a kurzorem vyberte část lineárního poklesu grafu. 32. K získání rovnice klikněte na ikonu Vypočítat statistiku. 33. Rovnice čisté fotosyntézy tohoto experimentu. 34. Směrnice přímky vyjadřuje hodnotu fotosyntézy v ppm/min. 35. V našem příkladu je dechová frekvence 0,58 ppm/min a hodnota čisté fotosyntézy 0,19 ppm/min. Hodnota fotosyntézy je se záporným znaménkem, protože se hodnota CO2 snížila. Experiment B-10: Fotosyntéza Ver 3.2.5 8
36. Hrubá hodnota fotosyntézy: 0,19 ppm/min 0,58 ppm/min = 0,77 ppm/min 37. Vložte vaše hodnoty do tabulky (v části úkol se dozvíte více). Proces Hodnota CO2 zvýšení/snížení [ppm/min] Dýchání ve tmě Čistá fotosyntéza Hrubá fotosyntéza Dýchání ve tmě (úkol) Čistá fotosyntéza (úkol) Hrubá fotosyntéza (úkol) 38. Vidíme, že když jsou listy vystaveny světlu, je výroba CO2 (dýchání ve tmě) změněna na spotřebu CO2 díky procesu fotosyntézy (stále dýchá). 39. U tohoto experimentu předpokládáme, že dýchání ve tmě se rovná dýchání na světle. Lineární hodnota fotosyntézy znamená, že rostlina má dostatek CO2 (nad bodem nasycení rostliny). Experiment B-10: Fotosyntéza Ver 3.2.5 9
ÚKOLY 40. Odstraňte sondu senzoru a listy v láhvi několikrát protřepejte tak, aby se promíchaly plyny s okolním vzduchem. 41. Všimněte si, jak se hodnota CO2 na modulu senzoru mění zpět na původní hodnotu (nebo se jí blíží). 42. Opakujte pokus, ale nyní dejte lampu blíže k láhvi. Před začátkem měření napište alespoň dvě hypotézy o možných dopadech na výsledek změnou vzdálenosti lampy od listů. Co si myslíte, že se vlastně stane? 43. Měřili jsme hodnoty dýchání a fotosyntézy celé skupiny listů. Obvykle je hodnota fotosyntézy vypočtena v ppm/min na gram. Pokud je to možné, zvažte každou skupinu listů a vypočtěte hodnotu gramu. SOUHRNNÉ OTÁZKY 1. Vypočtěte hrubou hodnotu fotosyntézy u prvního experimentu a po vykonání úkolu, vložte své výsledky do tabulky. 2. Vysvětlete výsledek vašeho úkolu použitím vaší hypotézy. 3. Vysvětlete význam rostlin pro člověka a životní prostředí. Experiment B-10: Fotosyntéza Ver 3.2.5 10