ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗ ΕΠΙΣΤΗΜΗ - ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ Εργαστηριακή Άσκηση: Φωτοσύνθεση Οδηγίες: Στην εργαστηριακή αυτή άσκηση θα ασχοληθούμε με την διεργασία της φωτοσύνθεσης. Το πείραμα αυτής της άσκησης θα είναι ένα πείραμα επίδειξης όπου θα γίνονται ερωτήσεις τις οποίες θα απαντάται. Παρακαλώ διαβάστε προσεκτικά το παρακάτω φύλλο εργασίας στο σπίτι. Απαραίτητες Θεωρητικές Γνώσεις: Θεωρία για τον φοιτητή Η φωτοσύνθεση είναι η αντίδραση του διοξειδίου του άνθρακα με το νερό με τη βοήθεια της χλωροφύλλης κατά την οποία παράγεται γλυκόζη και ελευθερώνεται οξυγόνο. Για να γίνει η φωτοσύνθεση είναι αναγκαία η παρουσία φωτός. Χωρίς φως η φωτοσύνθεση δεν μπορεί να πραγματοποιηθεί. Οι οργανισμοί που φωτοσυνθέτουν ουσιαστικά δεσμεύουν ηλιακή ενέργεια και τη μετατρέπουν σε χημική την οποία υπό τη μορφή τροφής προσλαμβάνουν όλοι οι υπόλοιποι οργανισμοί. Έτσι μπορούμε να θεωρήσουμε ότι η φωτοσύνθεση είναι μία διαδικασία μεταφοράς ενέργειας από τον ήλιο στους έμβιους οργανισμούς. Διάφοροι περιβαλλοντικοί παράγοντες, όπως η συγκέντρωση του διοξειδίου του άνθρακα, η διαθεσιμότητα του νερού, η θερμοκρασία, η ένταση του φωτός, το είδος του φωτός, κ.α. μπορούν να επηρεάσουν την ταχύτητα της φωτοσύνθεσης. Θεωρία για τον επιμορφωτή 1. Πώς λειτουργεί ο αισθητήρας του διαλυμένου οξυγόνου; Τα κύρια μέρη του αισθητήρα του διαλυμένου οξυγόνου είναι τα εξής: δύο ηλεκτρόδια, μια ημιπερατή μεμβράνη από σιλικόνη και το ηλεκτρολυτικό διάλυμα. Η ημιπερατή μεμβράνη επιτρέπει να διέρχονται μέσω αυτής τα μόρια του διαλυμένου οξυγόνου αλλά εμποδίζει τη διέλευση των περισσότερων άλλων μορίων που μπορούν να επηρεάσουν τις χημικές αντιδράσεις που συμβαίνουν στα ηλεκτρόδια. Μεταξύ της καθόδου (που είναι από λευκόχρυσο) και της ανόδου (που είναι από άργυρο) εφαρμόζεται διαφορά δυναμικού 0.6 V - 0,7V με αποτέλεσμα το οξυγόνο να αντιδρά ηλεκτροχημικά στην επιφάνεια της καθόδου σύμφωνα με τις χημικές εξισώσεις: Ο 2 + 2Η 2 Ο + 2e - Η 2 Ο 2 + 2OH - Η 2 Ο 2 + 2e - 2OH - Τα αρνητικά φορτισμένα ιόντα του υδροξειδίου διαχέονται προς την άνοδο η οποία είναι καλυμμένη με άργυρο (Ag). Εκεί, τα ιόντα του υδροξειδίου αντιδρούν με τον άργυρο σύμφωνα με την χημική εξίσωση: και στη συνέχεια: 2Ag + 2OH - Ag 2 Ο + Η 2 Ο + 2e - 1
Ag 2 Ο + 2Cl - + Η 2 Ο 2AgCl + 2OH - Εξ αιτίας των ηλεκτρονίων που ελευθερώνονται κατά την οξείδωση του αργύρου διέρχεται ηλεκτρικό ρεύμα από το ηλεκτρικό κύκλωμα του αισθητήρα. Όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των ηλεκτρονίων που ελευθερώνονται στη μονάδα του χρόνου τόσο μεγαλύτερη θα είναι και η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος που παράγεται και επομένως, όσο μεγαλύτερη είναι η συγκέντρωση του οξυγόνου τόσο μεγαλύτερη είναι και η ένταση του ρεύματος που παράγεται. Επειδή η ταχύτητα των αντιδράσεων που προαναφέραμε εξαρτάται από τη θερμοκρασία, η τιμή του ρεύματος πρέπει να ανάγεται σε σταθερή θερμοκρασία. Αυτό επιτυγχάνεται αυτόματα με τη χρήση ενός thermistor που υπάρχει μέσα στον ανιχνευτή. Με το thermistor αυτό καταγράφεται η θερμοκρασία στον ανιχνευτή και το ρεύμα που παράγεται, με βάση το μηχανισμό που προαναφέραμε, ενισχύεται αυτόματα σε τέτοιο βαθμό έτσι ώστε να αντισταθμίζεται η επίδραση της θερμοκρασίας στην ταχύτητα των αντιδράσεων. 2. Φωτοσύνθεση και περιβάλλον Η φωτοσύνθεση είναι η αντίδραση του διοξειδίου του άνθρακα με το νερό με τη βοήθεια της χλωροφύλλης κατά την οποία παράγεται γλυκόζη και ελευθερώνεται οξυγόνο. Για να γίνει η φωτοσύνθεση είναι αναγκαία η παρουσία φωτός. Χωρίς φως η φωτοσύνθεση δεν μπορεί να πραγματοποιηθεί. Κατά τη φωτοσύνθεση ουσιαστικά αποθηκεύεται η ενέργεια του ηλιακού φωτός στα φυτά. Πιο συγκεκριμένα η ενέργεια του ηλιακού φωτός δεσμεύεται από τα φυτά και αποθηκεύεται με τη μορφή χημικής ενέργειας στη γλυκόζη ενώ ως παραπροϊόν παράγεται οξυγόνο. Η γλυκόζη που παράγεται κατά τη φωτοσύνθεση αποτελεί ουσιαστικά πηγή ενέργειας για όλα τα φυτά και όλα τα ζώα ενώ το οξυγόνο χρησιμοποιείται από τη συντριπτική πλειοψηφία των οργανισμών της γης κατά τη διαδικασία της αναπνοής. Χωρίς τη φωτοσύνθεση δεν μπορεί να υπάρξει ζωή. Μεταξύ των περιβαλλοντικών παραγόντων που επηρεάζουν τη φωτοσύνθεση περιλαμβάνονται η συγκέντρωση του διοξειδίου του άνθρακα, η διαθεσιμότητα του νερού, η θερμοκρασία, η ένταση του φωτός καθώς και το είδος του φωτός. Για παράδειγμα, είναι δυνατόν, σε ζεστό και ξηρό περιβάλλον, η διαδικασία της φωτοσύνθεσης να ανασταλεί και αντί γι αυτήν να πραγματοποιείται η φωτοαναπνοή κατά την οποία καταναλώνεται οξυγόνο και παράγεται διοξείδιο του άνθρακα. Επίσης και διάφοροι ρύποι μπορούν να μειώσουν σημαντικά την ταχύτητα της φωτοσύνθεσης. Για παράδειγμα, τα PCBs μειώνουν την ταχύτητα της φωτοσύνθεσης στα άλγη (τα οποία παράγουν το 40% με 50% του οξυγόνου της ατμόσφαιρας). 3. Η διαδικασία της φωτοσύνθεσης Γενικά. Την ενέργεια που χρειάζονται τα κύτταρα για να εκτελέσουν τις διάφορες λειτουργίες τους, την προσλαμβάνουν μέσω της τριφωσφορικής αδενοσίνης (ΑΤΡ). Η απελευθέρωση της ενέργειας από το μόριο της ΑΤΡ γίνεται με την αποβολή μιας φωσφορικής ομάδας από τις τρεις που διαθέτει. Με τον τρόπο αυτό προκύπτει η 2
διφωσφορική αδενοσίνη (ADP). Αν η ADP προσλάβει μία φωσφορική ομάδα μετατρέπεται και πάλι σε ΑΤΡ ενώ ταυτόχρονα αποθηκεύεται ενέργεια. Τα φυτά μπορούν να σχηματίσουν ΑΤΡ χρησιμοποιώντας το φως ως πηγή ενέργειας. Η ΑΤΡ μπορεί να υπάρξει για λίγα μόνο δευτερόλεπτα και θα πρέπει να παράγεται συνεχώς. Απουσία φωτός, η παραγωγή της ΑΤΡ σταματά οπότε τα κύτταρα κινδυνεύουν να νεκρωθούν. Κάτι τέτοιο όμως δεν συμβαίνει γιατί τα κύτταρα διαθέτουν αποθηκευμένη ενέργεια είτε με τη μορφή μορίων γλυκόζης είτε με τη μορφή αμύλου τα οποία έχουν σχηματισθεί με τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Η φωτοσύνθεση πραγματοποιείται στους χλωροπλάστες παρουσία του φωτός. Η ενέργεια του φωτός αποθηκεύεται σε μόρια γλυκόζης (C 6 H 12 O 6 ). Πιο συγκεκριμένα, το διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 ) που προσλαμβάνει το φυτό από τον αέρα καθώς και το νερό (H 2 O) που απορροφά το φυτό κυρίως από το έδαφος, με την παρουσία φωτός, αντιδρούν μεταξύ στους χλωροπλάστες και παράγεται γλυκόζη (C 6 H 12 O 6 ) και οξυγόνο. 1 Για την πραγματοποίηση αυτής της αντίδρασης είναι απαραίτητη η χλωροφύλλη. Η χλωροφύλλη βρίσκεται κατά κύριο λόγο στους χλωροπλάστες. Η αντίδραση που συμβαίνει, και η οποία όμως δεν γίνεται σε ένα μόνο στάδιο, συνοπτικά είναι η εξής: 6CO 2 + 6H 2 O + φωτεινή ενέργεια C 6 H 12 O 6 + 6O 2 Το διοξείδιο του άνθρακα υπάρχει στην ατμόσφαιρα. Δια μέσου των στοματικών πόρων των φύλλων εισέρχεται στο εσωτερικό τους και διαλύεται σε ένα λεπτό στρώμα νερού που περιβάλλει τα τοιχώματα των κυττάρων. Στη συνέχεια, διαμέσου του κυτταρικού τοιχώματος, διαχέεται στο κυτταρόπλασμα και τέλος φτάνει στους χλωροπλάστες. Το νερό χρησιμοποιείται στη φωτοσύνθεση ως πηγή ηλεκτρονίων. Έχει βρεθεί με τη χρήση ισοτόπων 18 Ο ότι το οξυγόνο που ελευθερώνεται κατά τη φωτοσύνθεση προέρχεται από το νερό και όχι από το διοξείδιο του άνθρακα. Περίπου το 40% της ενέργειας του ήλιου που φτάνει στη γη είναι με τη μορφή του ορατού φωτός. Αν και σχεδόν όλα τα χρώματα του ορατού φωτός μπορούν να χρησιμοποιηθούν στη φωτοσύνθεση εν τούτοις χρησιμοποιούνται κυρίως αυτά που βρίσκονται μεταξύ του ιώδους και του μπλε καθώς και μεταξύ του κόκκινου και του πορτοκαλί. Το φως της πράσινης περιοχής ανακλάται. Τα φύλλα συνήθως προσροφούν περίπου το 80% του ορατού φωτός που φτάνει σ αυτά. Μηχανισμός της φωτοσύνθεσης. Για την πραγματοποίηση της φωτοσύνθεσης είναι απαραίτητη η χλωροφύλλη. Υπάρχουν αρκετοί διαφορετικοί τύποι μορίων χλωροφύλλης. Όλοι οι τύποι της χλωροφύλλης περιέχουν ένα άτομο μαγνησίου καθώς επίσης και μία μακριά λιπόφιλη «ουρά» με την οποία μπορούν να συνδέονται με τα λιπώδη στρώματα των μεμβρανών των θυλακοειδών που βρίσκονται μέσα στους χλωροπλάστες. Τα περισσότερα φυτά περιέχουν δύο είδη χλωροφύλλης. Την χλωροφύλλη α που έχει πράσινο χρώμα και μοριακό τύπο C 55 H 72 MgN 4 O 5 και τη 1 Το οξυγόνο που παράγεται ουσιαστικά αποτελεί παραπροϊόν της διαδικασίας της φωτοσύνθεσης. 3
χλωροφύλλη b που έχει χρώμα πρασινομπλέ και μοριακό τύπο C 55 H 70 MgN 4 O 6. Συνήθως σε έναν χλωροπλάστη υπάρχει τριπλάσια ποσότητα χλωροφύλλης α σε σχέση με τη χλωροφύλλη b. Όταν ένα μόριο από την χλωροφύλλη b απορροφήσει φως, μεταφέρει την ενέργεια που απορρόφησε σε ένα μόριο της χλωροφύλλη α. Έτσι η χλωροφύλλη b κάνει εφικτή την φωτοσύνθεση με ένα ευρύτερο τμήμα του φάσματος του φωτός σε σχέση με τη δυνατότητα της χλωροφύλλης α από μόνη της. Στους χλωροπλάστες η χλωροφύλλη καθώς και τα υπόλοιπα μόρια των χρωστικών που χρησιμοποιούνται από το φυτό για τη δέσμευση του ηλιακού φωτός βρίσκονται στα θυλακοειδή σχηματίζοντας τα φωτοσυστήματα. Κάθε φωτοσύστημα περιέχει 250 με 400 μόρια χρωστικών. Υπάρχουν δύο είδη φωτοσυστημάτων. Τα φωτοσυστήματα Ι και τα φωτοσυστήματα ΙΙ. Τα δύο αυτά είδη φωτοσυστημάτων λειτουργούν ταυτόχρονα και συνεχώς, αν και το φωτοσύστημα Ι μπορεί να δράσει και μόνο του. Η διαδικασία της φωτοσύνθεσης γίνεται με δύο σειρές αντιδράσεων: Η πρώτη σειρά αντιδράσεων εξαρτάται από το φως (φωτεινή φάση) ενώ η δεύτερη σειρά αντιδράσεων είναι ανεξάρτητες από την παρουσία φωτός (σκοτεινή φάση). Αν και οι αντιδράσεις της σκοτεινής φάσης χρησιμοποιούν προϊόντα από τις αντιδράσεις της φωτεινής φάσης, εν τούτοις και οι δύο φάσεις ουσιαστικά γίνονται ταυτόχρονα. Στην πρώτη φάση, δηλαδή στη φωτεινή, η ενέργεια του φωτός μετατρέπεται σε χημική ενέργεια με το σχηματισμό της ΑΤΡ και του NADPH (όξινου φωσφορικού νικοτινάμινο αδενίνο δινουκλεοτίδιου). Πιο συγκεκριμένα, στο στάδιο αυτό, η φωτεινή ενέργεια που απορροφάται από ένα μόριο χρωστικής του φωτοσυστήματος ΙΙ μεταφέρεται σε κάποιο επόμενο μόριο χρωστικής μέχρις ότου φτάσει στο σημείο στο οποίο περιέχεται ένα ζευγάρι μορίων χλωροφύλλης. Ένα από τα δύο μόρια της χλωροφύλλης απορροφά την ενέργεια οπότε ένα από τα ηλεκτρόνιά του ωθείται σε υψηλότερη ενεργειακή στάθμη, προς ένα μόριο αποδέκτη (πιθανόν μία κινόνη). Ακολουθεί ροή των ηλεκτρονίων προς το φωτοσύστημα Ι. Με τη διαδικασία αυτή όμως το μόριο της χλωροφύλλης του φωτοσυστήματος ΙΙ οξειδώνεται και φορτίζεται θετικά. Το ιόν αυτό επαναποκτά από το μόριο του νερού το ηλεκτρόνιο που «έχασε». Αυτό έχει ως αποτέλεσμα το μόριο του νερού να διασπάται σε κατιόντα υδρογόνου και σε αέριο οξυγόνο. Στο φωτοσύστημα Ι, με την επίδραση της φωτεινής ενέργειας, τα ηλεκτρόνια από το μόριο της χλωροφύλλης ωθούνται σε έναν αποδέκτη (που είναι μία πρωτεΐνη η οποία περιέχει σίδηρο και θείο). Τα ηλεκτρόνια αυτά στη συνέχεια ανάγουν το NADP + στο οποίο καταλήγουν, σε NADPH. Με τον τρόπο αυτό όμως οξειδώνεται η χλωροφύλλη. Τα ηλεκτρόνια που μετέβηκαν στο φωτοσύστημα Ι από το φωτοσύστημα ΙΙ αναπληρώνουν τα ηλεκτρόνια που έφυγαν. Ταυτόχρονα τα κατιόντα υδρογόνου αντλούνται από το στρώμα στα θυλακοειδή. Κατά την επιστροφή τους στο στρώμα διέρχονται από την ΑΤΡ - συνθετάση και έτσι σχηματίζεται η ΑΤΡ. Έχουμε δηλαδή συνολικά ροή ηλεκτρονίων από το νερό στο φωτοσύστημα ΙΙ, από το φωτοσύστημα ΙΙ στο φωτοσύστημα Ι και από το φωτοσύστημα Ι στο NADP + καθώς και μεταφορά κατιόντων υδρογόνου από το στρώμα στα θυλακοειδή και επιστροφή πάλι στο στρώμα. Η ενέργεια που εκλύεται από τη διαδικασία αυτή δεσμεύεται στα μόρια της ΑΤΡ και του NADPH. 4
Κατά τη σκοτεινή φάση, η οποία συμβαίνει στο στρώμα του χλωροπλάστη, το διοξείδιο του άνθρακα συνδέεται με ένα μόριο σακχάρου που έχει πέντε άτομα άνθρακα (πεντόζη) και με μία σειρά αντιδράσεων παράγεται ένα σάκχαρο με έξι άτομα άνθρακα (εξόζη). Η ενέργεια και τα ηλεκτρόνια που χρειάζονται και γι αυτές τις αντιδράσεις παρέχονται από το τα μόρια της ΑΤΡ και του NADPH που είχαν παραχθεί στην φωτεινή φάση. Μερικά από τα σάκχαρα με τα έξι άτομα άνθρακα ανακυκλώνονται ενώ άλλα αποθηκεύονται με τη μορφή αμύλου ή άλλων πολυσακχαριτών. Παράγοντες που επηρεάζουν την απόδοση της φωτοσύνθεσης. Η απόδοση της φωτοσύνθεσης εξαρτάται: α) Από την θερμοκρασία. Σε γενικές γραμμές όσο η θερμοκρασία αυξάνεται η απόδοση της φωτοσύνθεσης αυξάνεται γιατί αυξάνεται η ταχύτητα των αντιδράσεων που συμβαίνουν. Επειδή όμως οι αντιδράσεις αυτές γίνονται με τη βοήθεια ενζύμων σε θερμοκρασίες μεγαλύτερες των 30 ο C η απόδοση της φωτοσύνθεσης μειώνεται γιατί τα ένζυμα καταστρέφονται. β) Από την ένταση του φωτός. Τα φυτά ποικίλουν σημαντικά ως προς την ένταση του φωτός που χρειάζονται για να φωτοσυνθέσουν με την βέλτιστη απόδοση. Για παράδειγμα, έχουν βρεθεί βρύα τα οποία χρειάζονται από 0,05% έως 0,01% του φωτός που υπάρχει το μεσημέρι μιας ηλιόλουστης μέρας για να φωτοσυνθέσουν. Αύξηση της έντασης του φωτός έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση της απόδοσης της φωτοσύνθεσης. Αυτό όμως μέχρις ενός ορισμένου ορίου πέρα από το οποίο η αύξηση της έντασης του φωτός δεν επηρεάζει την απόδοση της φωτοσύνθεσης. Παράγοντες όπως η θερμοκρασία και η συγκέντρωση του διοξειδίου του άνθρακα μπορούν να δράσουν περιοριστικά. Για παράδειγμα, σε ορισμένα φυτά η απόδοση της φωτοσύνθεσης δεν θα αυξηθεί αν η ένταση του ηλιακού φωτός γίνει μεγαλύτερη από 670 μmols ανά τετραγωνικό μέτρο εκτός και αν διατεθεί περισσότερο διοξείδιο του άνθρακα. Πολύ έντονο φως μπορεί να αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο συμβαίνει ο μεταβολισμός σε ορισμένα κύτταρα. Έτσι, υψηλή ένταση του φωτός και ψηλή θερμοκρασία μπορεί να αλλάξει την αναλογία διοξειδίου του άνθρακα και οξυγόνου στο εσωτερικό των φύλλων με αποτέλεσμα να επιταχυνθεί η διαδικασία της φωτοαναπνοής κατά την οποία χρησιμοποιείται οξυγόνο και ελευθερώνεται διοξείδιο του άνθρακα. Επίσης μπορεί να παρατηρηθεί φωτοοξείδωση κατά την οποία καταστρέφεται η χλωροφύλλη από το φως. Επιπλέον το έντονο φως μπορεί να οδηγήσει στην αύξηση της διαπνοής με αποτέλεσμα το κλείσιμο των στοματικών πόρων με επακόλουθο τη μείωση του διοξειδίου του άνθρακα που προσλαμβάνει το φυτό. γ) Από τη συγκέντρωση του διοξειδίου του άνθρακα. Μια μικρή αύξηση της συγκέντρωσης του διοξειδίου του άνθρακα μπορεί να αυξήσει την ταχύτητα της φωτοσύνθεσης. Σε θερμοκήπια στα οποία διοχέτευσαν διοξείδιο του άνθρακα πάνω 5
από τα φυτά υπολογίστηκε ότι η παραγωγή αυξήθηκε περισσότερο από 20%. Η αύξηση του ατμοσφαιρικού διοξειδίου του άνθρακα ναι μεν μπορεί να αυξάνει την ταχύτητα της φωτοσύνθεσης, αλλά συνοδεύεται με σημαντικές μεταβολές του κλίματος καθώς και με αύξηση της αναπνοής με αποτέλεσμα να αναιρούνται οι θετικές επιδράσεις του διοξειδίου του άνθρακα στην παραγωγικότητα φυτικών οργανισμών. δ) Από την παρουσία του νερού. Όταν υπάρχει ξηρασία η απόδοση της φωτοσύνθεσης μειώνεται εξ αιτίας αφενός μεν της μικρής συγκέντρωσης του νερού που είναι διαθέσιμο για να λάβει μέρος στις αντιδράσεις της φωτεινής φάσης, αφ ετέρου δε εξ αιτίας του ότι κλείνουν οι στοματικοί πόροι των φύλλων (ώστε να ελαττωθεί η διαπνοή του φυτού) με αποτέλεσμα να μειώνεται και η ποσότητα του διοξειδίου του άνθρακα που εισάγεται στο φυτό και είναι απαραίτητο για τη σύνθεση των υδατανθράκων στην σκοτεινή φάση. ε) Από την παρουσία ανόργανων ιόντων. Για τον σχηματισμό των διαφόρων χημικών ενώσεων που λαμβάνουν μέρος στη φωτοσύνθεση είναι απαραίτητα διάφορα στοιχεία τα οποία τα φυτά τα προσλαμβάνουν με τη μορφή ανόργανων ιόντων, συνήθως από το έδαφος, διαλυμένα μέσα στο νερό. Έτσι, η απουσία συγκεκριμένων ιόντων από το έδαφος έχει ως αποτέλεσμα τον μειωμένο σχηματισμό των ενώσεων που είναι απαραίτητες για τη φωτοσύνθεση και επομένως και για την μικρή απόδοση της φωτοσύνθεσης. Διαδικασία Ερωτήσεις: 1. Τοποθετείστε το δοχείο της φωτοσύνθεσης πάνω στον μαγνητικό αναδευτήρα. 2. Γεμίστε το εσωτερικό ποτήρι του δοχείου της φωτοσύνθεσης με νερό από τη βρύση. 3. Εισάγετε το μαγνήτη μέσα στο εσωτερικό ποτήρι του δοχείου της φωτοσύνθεσης. 4. Προσθέστε ένα κουταλάκι σόδας μέσα στο νερό που βρίσκεται στο εσωτερικό ποτήρι του δοχείου της φωτοσύνθεσης. 5. Γιατί νομίζετε ότι προσθέτουμε σόδα, δηλαδή ανθρακικό νάτριο, στο νερό; Απάντηση.. 6. Με τη βοήθεια του μαγνητικού αναδευτήρα αναδεύεστε το διάλυμα μέχρι να διαλυθεί η σόδα. Στο σημείο αυτό χρειάζεται ΠΡΟΣΟΧΗ σε δύο πράγματα: α) Να μην ανάψετε το θερμαντικό σώμα αντί για τον μαγνητικό αναδευτήρα (το θερμαντικό σώμα ανάβει από τον αριστερό διακόπτη ενώ ο αναδευτήρας ενεργοποιείται από τον δεξιό) β) Η ταχύτητα της ανάδευσης να είναι τέτοια ώστε να μην δημιουργείται στρόβιλος 7. Κλείστε τον μαγνητικό αναδευτήρα 8. Γεμίστε το εξωτερικό δοχείο με νερό. 6
9. Τοποθετείστε φύλλα από ένα υδρόβιο φυτό μέσα στο δοχείο της φωτοσύνθεσης έτσι ώστε ο μίσχος τους να βρίσκεται μέσα στο νερό. Θα πρέπει να προσέξετε να τοποθετήσετε τα φύλλα έτσι ώστε τα να μην εμποδίζουν την περιστροφή του μαγνήτη. Στερεώστε τα φύλλα με το καπάκι. 10. Κλείστε καλά το δοχείο και εισάγετε τον αισθητήρα του διαλυμένου οξυγόνου στην οπή που έχει το καπάκι. ΠΡΟΣΟΧΗ: Ο αισθητήρας του διαλυμένου οξυγόνου είναι πολύ ευαίσθητος σε κτυπήματα! 11. Βυθίστε τον αισθητήρα του διαλυμένου οξυγόνου μέσα στο νερό έτσι ώστε το μεταλλικό δακτυλίδι να βρίσκεται τουλάχιστον 1cm κάτω από την επιφάνεια του νερού και κοντά στο μαγνήτη. 12. Συνδέστε τον αισθητήρα του διαλυμένου οξυγόνου με το όργανο ψηφιακής συλλογής δεδομένων. 13. Συνδέστε το όργανο ψηφιακής συλλογής δεδομένων με τον ηλεκτρονικό υπολογιστή και τον ηλεκτρονικό υπολογιστή με το προβολικό μηχάνημα. 14. Ανοίξτε τον μαγνητικό αναδευτήρα έτσι ώστε το νερό να αναδεύεται χωρίς όμως να δημιουργείται στρόβιλος. ΠΡΟΣΟΧΗ και πάλι να μην ανάψετε το θερμαντικό σώμα (το θερμαντικό σώμα ανάβει από τον αριστερό διακόπτη ενώ ο αναδευτήρας ενεργοποιείται από τον δεξιό). 15. Ανοίξτε το όργανο ψηφιακής συλλογής δεδομένων και πατήστε το F1 16. Πατήστε το κουμπί έναρξης ( ) του οργάνου ψηφιακής συλλογής δεδομένων. 17. Τοποθετήστε τους λαμπτήρες σε απόσταση 20 περίπου εκατοστών από το δοχείο της φωτοσύνθεσης και τον ανάψτε τους. 18. Σχεδιάστε τη μορφή της γραφικής παράστασης της συγκέντρωσης του διαλυμένου οξυγόνου σε συνάρτηση με το χρόνο, όπως νομίζετε ότι θα είναι. Εξηγήστε τη μορφή της γραφικής παράστασης που σχεδιάσατε. 7
19. Μετά από 15 20 λεπτά, παρατηρήστε τη γραφική παράσταση που σχηματίζεται στην οθόνη 20. Εξηγείστε τη μορφή της γραφικής παράστασης που προέκυψε. Απάντηση:... 21. Τώρα που ξέρετε ποια είναι η μορφή του διαγράμματος της συγκέντρωσης του διαλυμένου οξυγόνου, δηλαδή ουσιαστικά του οξυγόνου που παράγεται κατά τη φωτοσύνθεση, σε συνάρτηση με το χρόνο, τι νομίζετε θα μας σήμαινε ένα αντίστοιχο διάγραμμα με διαφορετική κλίση; 22. Πώς θα αλλάξει η μορφή του διαγράμματος σε σχέση με τη μορφή του διαγράμματος που έχουμε ήδη λάβει αν το φυτό φωτιζόταν με περισσότερους λαμπτήρες;.. 23. Πως επηρεάζει η ένταση του φωτός την ταχύτητα της φωτοσύνθεσης;.. 24. Μπορείτε να εξηγήσετε γιατί στις λίμνες που έχουν θολά νερά υπάρχει και μικρή συγκέντρωση διαλυμένου οξυγόνου;.. 25. Σβήστε τους λαμπτήρες και σκεπάστε το δοχείο της φωτοσύνθεσης με ένα αδιαφανές πανί. 26. Σχεδιάστε τη μορφή της γραφικής παράστασης της συγκέντρωσης του διαλυμένου οξυγόνου σε συνάρτηση με το χρόνο, όπως νομίζετε ότι θα είναι. Εξηγείστε τη μορφή της γραφικής παράστασης που σχεδιάσατε. 8
27. Μετά από 15 20 λεπτά, παρατηρείστε τη γραφική παράσταση που σχηματίζεται στην οθόνη 28. Εξηγείστε τη μορφή της γραφικής παράστασης που προέκυψε..... 29. Πατήστε το κουμπί παύσης ( ) του οργάνου ψηφιακής συλλογής δεδομένων. 9