ΠΡΟΤΥΠΟ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟΥ ΠΑΤΡΩΝ. ΟΜΙΛΟΣ ΒΙΟΛΟΓΙΚΩΝ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ Υπεύθυνη καθηγήτρια: Κατερίνα Καλόσακα

Transcript

1 Μαθητές του Ομίλου Τεύχος 3 με αλφαβητική σειρά: Αγγελική Γιαννακοπούλου ΠΡΟΤΥΠΟ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟΥ ΠΑΤΡΩΝ ΟΜΙΛΟΣ ΒΙΟΛΟΓΙΚΩΝ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ Υπεύθυνη καθηγήτρια: Κατερίνα Καλόσακα Ανδρέας Λικμέτα Ανδριάνα Κατσιγιάννη Ασπασία Κουκουβέλα Δήμητρα Δημακοπούλου Δημήτρης Σπανός Ευαγγελία Παπαϊωάννου Ιωάννα Δημητροπούλου Μάιρα Σπυροπούλου Μαρία Μπαντούνου Ναταλία Ροδοπούλου [ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ΕΝΤΑΣΗΣ ΦΩΤΟΣ ΣΤΗ ΦΩΤΟΣΥΝΘΕΣΗ] Η εργασία αυτή πραγματοποιήθηκε στο εργαστήριο Φυσικών Επιστημών του Πρότυπου Πειραματικού Λυκείου του Πανεπιστημίου Πατρών σε διάστημα 2 διδακτικών ωρών από τους μαθητές που συμμετείχαν στον Όμιλο Βιολογικών και Φυσικών Επιστημών. Τα πειράματα αυτά πραγματοποιήθηκαν σε εικονικό εργαστήριο με τη χρήση Η/Υ και διαδικτύου.

2 2 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η ενέργεια του ήλιου μετατρέπεται σε χημική ενέργεια με τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης και στη μορφή αυτή μπορεί να αξιοποιηθεί από τους οργανισμούς για να καλύψουν τις ενεργειακές τους ανάγκες για την επιβίωσή τους. Η φωτοσύνθεση είναι το παράθυρο εισαγωγής ενέργειας στον πλανήτη γη. Φωτοσύνθεση πραγματοποιούν τα φυτά (υδρόβια και χερσαία), τα φύκη και τα φωτοσυνθετικά βακτήρια. Η διαδικασία αυτή μπορεί να παρουσιαστεί συνοπτικά με τη χημική αντίδραση, εικόνα 1. Εικόνα 1 Όπως φαίνεται στην πιο πάνω αντίδραση, με τη βοήθεια της φωτεινής ενέργειας, φωτοσυνθετικών χρωστικών, διοξειδίου του άνθρακα (CO 2 ) και νερού (H 2 O), παράγεται γλυκόζη (C 6 H 12 O 6 ) ενώ εκλύεται και οξυγόνο (O 2 ) από τη φωτόλυση του νερού. Η γλυκόζη περιέχει τη χημική ενέργεια που μπορεί να αξιοποιηθεί από τα κύτταρα. Πολλοί παράγοντες επηρεάζουν τη διαδικασία αυτή, όπως είναι το μήκος κύματος της ακτινοβολίας, η ένταση της ακτινοβολίας, η θερμοκρασία, τα επίπεδα του CO 2 και φυσικά η παρουσία νερού. Στην εργασία μας αυτή, μελετήσαμε την επίδραση της έντασης του φωτός στο ρυθμό της φωτοσύνθεσης και οι μετρήσεις έγιναν σε εικονικό εργαστήριο (virtual lab) που έχει δημιουργηθεί από το Πανεπιστήμιο του Redding (1)

3 3 ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ Χρησιμοποιήσαμε το λογισμικό από το Πανεπιστήμιο του Redding (1) το οποίο δίνει τη δυνατότητα να μελετήσουμε την επίδραση της έντασης του φωτός στο ρυθμό της φωτοσύνθεσης στο υδρόβιο φυτό Elodea (εικόνα 2). ΕΙΚΟΝΑ 2 ΕΙΚΟΝΑ 3 Στην εικόνα 3, παρουσιάζονται τα στοιχεία που χρησιμοποιούμε: 1: δείγμα υδρόβιου φυτού 2: χάρακας για να μετράμε την απόσταση που τοποθετούμε τη λάμπα από το φυτό 3: η λάμπα με το φως 4: ολισθητής κάτω από τον χάρακα για την μετακίνηση της φωτεινής πηγής. Η μέθοδος βασίζεται στην έκλυση οξυγόνου από το φυτό, δηλαδή φυσαλίδων μέσα στο νερό ως αποτέλεσμα της διαδικασίας της φωτοσύνθεσης και συγκεκριμένα των φωτεινών αντιδράσεων.

4 4 Στην εικόνα 4 φαίνονται οι οδηγίες για την έναρξη ενός πειράματος και έχουμε μεταφράσει στην Ελληνική γλώσσα τα βήματα που πρέπει να εκτελέσουμε αφού πατήσουμε την έναρξη (START). Α. Μετρώντας το ρυθμό με τον οποίο παράγονται οι φυσαλίδες μπορούμε να πούμε πόσο γρήγορα το φυτό φωτοσυνθέτει. Ο ρυθμός παραγωγής φυσαλίδων μπορεί να μετρηθεί με δύο τρόπους Β. Χρησιμοποιώντας το μετρητή BPM (beats per minute) δηλαδή κτύποι ανά λεπτό που στην περίπτωσή μας, κτυπούμε ελαφριά το κουμπί μόλις εμφανίζεται μια φυσαλίδα και ο μετρητής υπολογίζει τον αριθμό των φυσαλίδων που παράγονται ανά λεπτό. Γ. Χρησιμοποιώντας έναν μετρητή (counter) το 1, και ένα ρολόι το 2, μετράμε πατώντας το (+) τις φυσαλίδες σε ένα καθορισμένο χρονικό διάστημα. Το ρολόι και ο μετρητής επανέρχεται στην αρχή με το reset για την επόμενη μέτρηση. Δ. Όταν είμαστε ικανοποιημένοι από τις μετρήσεις μας με ένα αξιόπιστο αποτέλεσμα, επιστρέφουμε με το back, στην εικόνα 1, για να μετακινήσουμε τη φωτεινή πηγή σε διαφορετική θέση και να καταγράψουμε τις νέες μετρήσεις. ΕΙΚΟΝΑ 4 Όλες μας οι μετρήσεις είναι ο μέσος όρος τριών επαναλήψεων. Ο ρυθμός της φωτοσύνθεσης αντιστοιχεί όπως αναφέραμε και πιο πάνω, στο ρυθμό παραγωγής φυσαλίδων (βλέπε και εικόνα 1).

5 5 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ KAI ΣΥΖΗΤΗΣΗ Ο ρυθμός έκλυσης του Οξυγόνου είναι άμεση απόδειξη του ρυθμού με τον οποίο πραγματοποιείται η διαδικασία της φωτοσύνθεσης σύμφωνα και με την αντίδραση (εικόνα 1). Θεωρήσαμε ότι όλες οι άλλες συνθήκες στο περιβάλλον του φυτού είναι σταθερές, όπως το CO 2, η θερμοκρασία και το μήκος κύματος ακτινοβολίας. Είναι γνωστό ότι η ένταση του φωτός είναι αντιστρόφως ανάλογη του τετραγώνου της απόστασης Ε = Κ/ r 2 όπου Κ μια σταθερά. Σύμφωνα και με τις δυνατότητες του λογισμικού, μεταβάλλαμε την απόσταση στην οποία βρίσκεται η λάμπα από το φυτό (βλέπε και εικόνα 2) δηλαδή, μεταβάλλαμε την ένταση του φωτός. Στον πίνακα 1 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των μετρήσεων που πήραμε χρησιμοποιώντας την επιλογή με τον μετρητή και το ρολόι όπως αναφέραμε και στα υλικά και μέθοδοι. Απόσταση λάμπας από φυτό Αριθμός φυσαλίδων/ λεπτό (mm) Χρησιμοποιήσαμε το πρόγραμμα Origin για να παρουσιάσουμε σε γράφημα (γράφημα 1) τα αποτελέσματα του πίνακα 1.

6 6 Γράφημα 1. Μεταβολή του ρυθμού παραγωγής φυσαλίδων σε συνάρτηση με την απόσταση της φωτεινής πηγής από το φυτό. Παρατηρούμε ότι, όταν η λάμπα για παράδειγμα είναι στη μέγιστη απόσταση, στα 200 mm, παράγονται 21 φυσαλίδες ανά λεπτό. Αντίθετα, όταν τοποθετούμε τη λάμπα πλησιέστερα στο φυτό 150 mm, οι φυσαλίδες παράγονται με τριπλάσιο ρυθμό δηλαδή, 61 στο λεπτό. Γενικότερα, όπως φαίνεται και στο γράφημα 1, όσο η φωτεινή πηγή πλησιάζει το φυτό τόσο πιο γρήγορος είναι ο ρυθμός παραγωγής φυσαλίδων. Το λογισμικό αυτό δεν δίνει τη δυνατότητα να πλησιάσουμε τη φωτεινή πηγή περισσότερο στο φυτό. Είναι γνωστό από τη βιβλιογραφία (2) ότι από μια τιμή της έντασης του φωτός και πάνω ο ρυθμός της φωτοσύνθεσης δεν μεταβάλλεται διότι επέρχεται φωτοκορεσμός. ΣΧΟΛΙΑ Το πείραμα αυτό που πραγματοποιήθηκε σε εικονικό εργαστήριο, αυτό καθ εαυτό είναι πολύ εντυπωσιακό. Όμως δεν μας έδωσε τη δυνατότητα να μελετήσουμε και άλλες

7 7 παραμέτρους. Μας δόθηκε η δυνατότητα όμως να αναλύσουμε τα δεδομένα και να φτιάξουμε γραφήματα. Συνειδητοποιήσαμε πόση υπομονή χρειάζεται όταν εκτελείται ένα πείραμα και πώς όλες οι επιστήμες βιολογία, μαθηματικά, φυσική, τεχνολογία και πληροφορική εμπλέκονται προκειμένου να ερμηνευτούν τα αποτελέσματα. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ (1) (2) Καψάλης Ι., Μπουρμπουχάκης Ε., Περάκη Β. και Σαλαμαστράκης Σ., 2011, Βιολογία Β Λυκείου, Παιδαγωγικό Ινστιτούτο