Fotosyntese og respiration (Biologi C)

Formål:

Formålet med vores forsøg er, at påvise og undersøge fotosyntese og respiration i en grøn plante. Det afprøver vi ved at give vandpest forskellige forhold i reagensglas og tilføje pH-indikatoren BTB. Vi kan også finde svar ved at besvare følgende spørgsmål:

1.     Optager planten/vandpest CO₂ i lys?

2.     Er lys nødvendig for en fotosyntese?

3.     Er det overhovedet planten der sørger for et evt. farveskift i lys?

4.     Udskiller planten CO₂ i mørke?

5.     Er det overhovedet planten der sørger for et evt. farveskift i mørke?

Vores hypotese er i kraft af en i forvejen velfunderet teori om at;

planter skaber fotosyntese og respiration og at sollys er nødvendigt for fotosyntese, mens respiration også foregår i mørke.

Derfor forventer vi skift i pH-indikatorens farve i de forsøgsglas hvor der foregår respiration og/eller fotosyntese.

Teori:

Hvad er fotosyntese?

Fotosyntese er den absolut vigtigste biologiske proces på Jorden. Uden fotosyntese ville der ikke være liv. Det er en proces hvor solens lysenergi bliver indfanget og omdannet til en energiform der kan udnyttes af levende organismer. Denne proces bliver udført af grønne planter, alger og nogle bakterier.  Kuldioxid og vand bliver omdannet til sukkerstof og ilt. Den omdannes til kemisk energi og indbygges sammen med kulstof i sukkerstoffet glukose. Ilten udskilles nærmest som et affaldsstof. Fotosyntesen beskriver jeg i en biokemisk form nedenfor:

6CO₂ + 6H₂O  C₆H₁₂O₆ + 6O₂

pilen repræsenterer lysenergi

Hvor foregår fotosyntesen?

Fotosyntesen hos eukaryote organismer (grønne planter og alger) foregår i nogle organeller der hedder kloroplaster (grønkorn). Disse grønkorn flyder rundt i cellens cytoplasma i et antal på 1-100 pr. celle – alt efter celletype og organisme.

Hvad er respiration?

Via lysenergi fra fotosyntesen bliver energi bundet til glukosen. Denne energi kan ikke udnyttes direkte som energiform til livsprocesserne – den skal først frigøres. Frigørelsen foregår ved hjælp af ilt. Når der er ilt til stede sker det ved en proces der kaldes respiration. Nedenfor beskriver jeg respiration på en biokemisk form:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂  6CO₂ + 6H₂O + Energi

Hvor foregår respiration?

Respirationsprocessen sker i cellens mitokondrier, der ligesom kloroplaster flyder rundt i cellens cytoplasma.

Når der ikke er ilt til stede og det ikke er tilgængeligt kan glukosen kun nedbrydes delvist og der frigøres kun omkring 1/10 af den energi der frigøres ved respiration. Denne proces kaldes gæring.

Hvad er Bromthymolblåt (BTB)

Brothymolblåt (BTB) er en såkaldt pH-indikator. Det er et farvestof der kan give oplysninger om en opløsnings surhedsgrad (pH). I en basisk væske er BTB blå og i en sur væske er BTB gul. Omslagspunktet ligger ved pH 6,0-7,5.

Da en opløsnings pH er betinget af koncentrationen af brintioner (H⁺), vil et farveskift reelt set afspejle en ændring i opløsningens H⁺ -koncentration.

CO₂ + H₂O  H₂CO₃  HCO₃^- + H⁺

H₂CO₃ er kulsyre, og kulsyre bliver dannet spontant når CO₂ opløses i vand.

Generelt  kan man sige at jo mere CO₂ der er i en opløsning desto mere sur bliver væsken, da kulsyreligevægten forskydes mod højre og der dannes flere H⁺ -ioner.

Denne viden kan vi bruge i vores forsøg. Vi ved, at der ved fotosyntese forbruges CO₂ af planterne, mens der dannes CO₂ ved planternes respiration.

Materiale:
Elodea (vandpest)

8 reagensglas og et stativ

Kuldioxid (danskvand)

BTB farvestof

Parafilm

Stanniolpapir

Blyant og papir

Fremgangsmåde:

1)   Jeg tog de 8 reagensglas og delte dem systematisk op fra 1 til 8 -  således at jeg fra starten ikke var i tvivl om hvilket glas hørte til hvad.

2)   Jeg puttede Elodea i de glas, hvor der skulle plante i (benytter 2 cm til hvert glas)

3)   Vand og få dråber BTB blev hældt i alle glassene. Det skal give vandet en lyseblå farve. Vandet skulle fyldes op til ca. 2 cm fra kanten. Her var vi ikke så præcise.

4)   I 4 af glassene blev der tilføjet CO₂ – her blev tilføjet tilstrækkelig danskvand i, indtil en gul farve fremkom.

5)   Parafilm blev sat på, så det sluttede tæt (vi undgår derved at partikler udefra kan påvirke resultatet eller at CO₂ kan sive ud)

6)   Glas 1,2,3 og 4 skal have lys gennem vinduet i lokalet. De resterende glas bliver placeret samme sted, men her satte jeg stanniolpapir rundt om hvert enkelt glas, så de ikke blev påvirket af lyset og forblev i mørke.

7)   Det sidste skridt var at vente 7 dage. (Da vores timer ikke faldt i hak på denne måde var det kun 6 dage vi ventede.)

Resultater:

Nedenfor har jeg lavet et skema der viser forsøgsopstillingen. Den inkluderer også både den forventede og den reelle BTB-farve.

Reagensglas nr.	+/- CO2	+/- Plante	+/- Lys	BTB’s farve v. start	Forventet farve v. slut	Faktisk farve v. slut
1	+	+	+	Gul	Blå	Klar gul/mindre gul
2	+	-	+	Gul	Gul	Klar gul
3	-	+	+	Blå	Blå	Blå
4	-	-	+	Blå	Blå	Blå
5	+	+	-	Gul	(mere) Gul	Gul/mere gul
6	+	-	-	Gul	Gul	Gul
7	-	+	-	Blå	Gul	Mindre blå/på vej mod gul
8	-	-	-	Blå	Blå	Blå

Billedet ovenfor dokumenterer forsøgsresultatet, og her prøves derudover så vidt muligt at vise farverne på væsken, som var svær at beskrive i mange tilfælde.

Diskussion:

1.    glas:  Laves for at se om planten optager CO₂ i lys. I hypotesen forventes farven blå da planten skulle optage CO₂ grundet fotosyntesen.

2.    glas: Er et kontrolglas. Vi sikrer os her, at CO₂ forbliver i glasset i lys. Vi forventer at farven forbliver gul

3.    glas: Laves for at tjekke om planten selv udskiller CO₂. I hypotesen forventes at farven forbliver blå.

4.    glas: Er også et kontrolglas. Her sikres at der ikke opstår CO₂ alene ved sollys. Derfor forventes farven også at forblive blå.

5.    glas: Laves for at undersøge om planten optager CO₂ i mørke. I dette glas foregår respiration. Her udskiller planten CO₂. Hypotesen er at farven forbliver gul eller bliver mere gul, da planten som nævnt udskiller CO₂ under respiration.

6.    glas: Endnu et kontrolglas. Som i 2. glas sikrer vi os at kuldioxiden ikke slipper ud af glasset. Denne gang under forholdet mørke. Vores hypotese er at farven forbliver gul.

7.    glas: Laves for at undersøge om planten udskiller CO₂  i mørke. Her foregår respiration og vi forventer at farven skifter fra blå til gul.

8.    glas: Et sidste kontrolglas. Laves for at tjekke om væsken skifter farve i mørke uden en plante. Vi forventer slutfarven blå.

Ikke alle forsøgene har givet det forventede resultat. Samtidig har den reelle farve har i nogle af tilfældene været svær at beskrive. F.eks. beskriver vi reagensglas nr. 7 som ”Mindre blå/på vej mod gul.” Da vi ikke var præcise med hverken mængde af vand, kuldioxid eller BTB i glassene er de farvemæssigt svære at sætte ved siden af hinanden. Dertil kommer også at vi ikke kan sammenligne slutfarverne i glassene med farverne fra start, da der ikke findes visuel dokumentation for startfarverne. 

Umiddelbart har vi fået de forventede resultater i forhold til hypotesen. Enkelte kan diskutere: Reagensglas 1 har som tidligere viste billede indikerer en meget klar gul, næsten gennemsigtig farve. I hypotesen forventedes en blå farve, og dette er ikke opnået. Derimod kan man forestille sig, at lader man forsøget forlænge med et par dage, vil farven det sidste CO₂ i glasset optages og farven vil blive mere blå end gul. En anden fejlkilde kunne også være at både planten har været rådden og det CO₂ der ikke længere er i glasset er sluppet ud pga. utilstrækkeligt parafilm-lukning.

Reagensglas 7 har heller ikke givet det forventede resultat. Igen gælder det at det kan skyldes at planten har været rådden og ikke har kunne lave respiration. Farven virker dog som om den er på vej til at blive gul, så der konsensus om at den vil skifte over til en mere gul farve inden for et par dage.

Der er blevet foretaget respiration i følgende reagensglas: 1, 5 og 7

Respiration foregår hele tiden (så længe der er glukose og ilt) - både om natten og dagen. Men det er om natten at den er dominerende. Om dagen er fotosyntesen dominerende. I reagensglas 1 er der både foregået fotosyntes og respiration. Her har planten kunne udnytte glukosen og ilten til at lave respiration. Det er dog fotosyntesen der er dominerende.

I reagensglas 5 er der også foretaget respiration, men ingen fotosyntese da den har stået i mørke.

Også i reagensglas 7 er der sket respiration. Igen ingen fotosyntese pga. mørke. Planten har skabt CO₂ ved hjælp af ilten i vandet.

Der er blevet foretaget fotosyntese udelukkende i reagensglas 1. Her har Elodea-planten optaget kuldioxiden og vandet til at danne glukose og ilt. Det beviser også at vandpest optager CO₂ i lys.

Konklusion:

1.    Optager planten/vandpest CO₂ i lys?

Ja, ud fra forsøg nr. 1, 2 og 3 kan vi påvise at det er planten der optager CO₂ og det foregår i lys.

2.    Er lys nødvendig for en fotosyntese?

Ja, uden lys kan planten ikke lave fotosyntese. Dette påvises både i forsøg 1 og 5 hvor eneste forskel er lys, samt teori-afsnittet hvor vi ved den biokemiske form er klar over at lysenergi er en nødvendighed for fotosyntese. I glas nr. 5 der var mørklagt skete der ingen forandring.

3.    Er det overhovedet planten der sørger for et evt. farveskift i lys?

Ja, her kommer forsøg 2 og 4 os til gode, da de ikke indeholder en plante og intet farveskift opstår.

4.    Udskiller planten CO₂ i mørke?

Ja, dette påvises i glas nr. 5 og 7 hvor vi ser at farveskiftet i nr. 5 bliver mere gult eller som i glas nr. 7 skifter helt fra blåt til gult. Det er pga. CO₂ som planten udskiller og gør vandet surt – hvilket giver den gule farve jf. pH indikatoren BTB. Dvs. her foregår respiration.

5.     Er det overhovedet planten der sørger for et evt. farveskift i mørke?

Ja, i forsøg 6 og 8 vises dette, da der ikke indeholder nogen plante og der ingen ændringer bliver foretaget.

Spørgsmålene i forsøgets formål er nu besvaret og disse besvarelser samt teorien bag det danner konklusionen om fotosyntese og respiration i planter.