fotosynthese practica
description
Transcript of fotosynthese practica
fotosynthese practicafotosynthese practicaVoorbereiding0. Doelstelling, Organisatie en Planning
Uitvoering1. Energiebindende eigenschappen van
fotosynthetische pigmenten
2. Fotosynthese optimalisatie bij de algChlorella sorokiniana
3. Lemnaceae in gesloten/openkas
Doe
lste
lling
, Org
anis
atie
en
Pla
nnin
g
0. Doelstelling, Organisatie en Planning0. Doelstelling, Organisatie en Planning
0. Doornemen van de praktische opdrachten. Doelen vaststellen.
Algemeen:1. Aantal deelnemende leerlingen vaststellen.2. Wie begeleid en ondersteund de module (docent(en) en TOA).3. Fasering van de moduleonderdelen plannen.4. Individuele leerlingplanning maken, rekening houdend met (jaar)rooster.
Praktisch:5. Diepgang van praktische uitvoering.6. Benodigde materialen vaststellen, Investering?7. Locatie voor de vaste opstellingen.8. Bestellingen plegen.9. Opstellingen bouwen en testen.10.Voorkweek Chlorella en Lemna inzetten.
Doe
lste
lling
, Org
anis
atie
en
Pla
nnin
g
0.0 Doornemen van de praktische opdrachten. Doelen vaststellen.0.0 Doornemen van de praktische opdrachten. Doelen vaststellen.
Schoolafhankelijk.
Algemeen:1. Aantal deelnemende leerlingen vaststellen.2. Wie begeleid en ondersteund de module (docent(en) en TOA).
Afhankelijk van de mogelijkheden binnen school worden doelen (voorde leerlingen en docenten) vastgesteld. Deze bepalen de praktischehaalbaarheid en invulling van de module.
Doe
lste
lling
, Org
anis
atie
en
Pla
nnin
g
0.3a Fasering0.3a Fasering
Doe
lste
lling
, Org
anis
atie
en
Pla
nnin
g
Aantal contact uren: Onderwerp: Onderwerp: Aantal contacturen:Inleiding in de vliegtuigreis context
(Vliegtuig en CO2 uitstoot)Fysisch/chemische inleiding
(straling/fotonen/lichtabsorptie etc)Fotosynthese theorie Inleiding Algenreactor
(chloroplasten, stroma/lumen, (Uitleg opbouw reactor, steady state flow)thylakoïden, LHC, FSII, FSI, Z-schema, Chromatografie experiment
ATP/NADPH productie, CO2 fixatie) (scheiding van pigmenten mbv aceton)Diagnostische toets Meet en regelteschniek IPCoach
(toetsing kennis van fotosynthese) (uitleg van IPCoach)Modelleren groei Algen groei experiment
(groeimodellen, S-curve, exp groei) (bestudeer groei van algen oivverschillende variabelen) (roulatie systeem)
Inleiding in de energie context(compenseren voor CO2 uitstoot, kas draait op gas, plantengroei = voedsel)
Ontwerpen efficiënte kas(zelf nadenken wat is belangrijk in energie besparing en dit koppelen aan ontwerp)
Fysica van warmte en stroming(warmte, warmtewisseling, soortelijke Testen/demonstreren zelfbouwkas
warmte, stroming) (bepaling effieciëntie van de zelfbouwkas,Diagnostische toets testen invloed verschillende variabelen op
(toetsing kennis van benodigde fysica) groei eendekroos)
3 Totaal 26 contacturen
3
Afsluiting module(Dit kan dmv een casus waarin zowel fotosynthese als
energie-efficiëntie gecombineerd worden)
2
1
2
1
11
1 2
Praktisch
1
1
2
2
3
Theoretisch
0.3b Fasering0.3b Fasering
• ‘Chlorella’ opdracht in tweetallen(de volgende groep kijkt mee op dag 2 met de uitvoerende groep)
• ‘Lemna’ opdracht in groep of klassikaal verband
Doe
lste
lling
, Org
anis
atie
en
Pla
nnin
g
0.5a Diepgang0.5a Diepgang
Afhankelijk van:
- Faciliteiten (apparatuur / materiaal / ruimte voor vaste opstellingen)- Vaardigheden en kennis OP / OOP- Ambitie
Onderzoeksopstelling met groeipotentie:
- Start met een eenvoudige hypothese en bijbehorende opstelling(docenten / TOA’s moeten kunnen groeien in de uitvoering van de module).
- Excelleer door met de opgedane ervaring (met nieuwe groepen)door de praktische mogelijkheden te vergroten(investeren in IPCoach faciliteiten).
- Uitwisseling van meetgegevens met andere NLT scholen(via een NLT fotosynthese platform).
Doe
lste
lling
, Org
anis
atie
en
Pla
nnin
g
0.5b Diepgang0.5b Diepgang
Organisme
Nutriënten
Licht (W/m2)
pH / CO2
Geleidbaarheid (µS/cm)
Temperatuur (°C)
?
Onderzoeksopstelling gefaseerd bouwen, testen en introduceren bij leerlingen
0.6a Materialen0.6a Materialen
In de schriftelijke handleiding behorend bij deze module is eenmaterialen- en chemicaliënlijst ter ondersteuning opgenomen.
Doe
lste
lling
, Org
anis
atie
en
Pla
nnin
g
0.6b Chemicaliën kweekmedium ‘0.6b Chemicaliën kweekmedium ‘Lemna Lemna && Chlorella Chlorella’’
Doe
lste
lling
, Org
anis
atie
en
Pla
nnin
g
0.8 Bestellingen0.8 Bestellingen
Minimaal 5 weken voor aanvang van de practica.
Nadat de uit te voeren practica zijn vastgesteld en de diepgang van deonderzoeken is bepaald dienen bestellingen van benodigde materialenplaats te vinden.
Doe
lste
lling
, Org
anis
atie
en
Pla
nnin
g
0.9 Opstelling(en) bouwen en testen0.9 Opstelling(en) bouwen en testen
Uitvoering is afhankelijk van:
- Gewenste diepgang
- Aanwezige faciliteiten en materialen
Bestel de benodigde materialen minimaal vijf weken voor aanvang van de leerlingenpraktijk.
Bouw de opstelling(en) drie weken voor aanvang om te kunnen testen.Zie voor beschrijvingen de opdrachtonderdelen 2 en 3.
Foto: Chlorella sorokiniana chemostaat-opstellingDoe
lste
lling
, Org
anis
atie
en
Pla
nnin
g
0.10 Voorkweek0.10 Voorkweek
erlenmeyer(met vette wattenprop)
alg of eendekroos
kweekmedium(200 ml, volgens protocol)
Doe
lste
lling
, Org
anis
atie
en
Pla
nnin
g
Ene
rgie
bind
ende
eig
ensc
happ
en v
an fo
tosy
nthe
tisch
e pi
gmen
ten
demonstratie’s in de klas
Chl
orel
la s
orok
inia
na
2. Fotosynthese (optimalisatie) bij de alg 2. Fotosynthese (optimalisatie) bij de alg Chlorella sorokinianaChlorella sorokiniana(effecten van o.a. lichtenergie en CO2 op fotosynthese)
1. Hypothese, Model
2. Chlorella batch- en/ofchemostaat cultuur
3. Doseersysteem
4. IPCoach
5. Lichtenergie
6. Analyse
Chl
orel
la s
orok
inia
na
2.1 2.1 Hypothese Hypothese (algemeen)(algemeen)
De factor* (benoem) heeft onder de gegeven De factor* (benoem) heeft onder de gegeven omstandigheden** een positieve/negatieve invloed op de omstandigheden** een positieve/negatieve invloed op de fotosynthese (vorming van biomassa).fotosynthese (vorming van biomassa).
*factor: variabele welke (mogelijk) van invloed is op groei (biomassatoename van bladgroenhoudende organismen)
**gegeven omstandigheden: al dan wel of niet gecontroleerde variabele kweekomstandigheden zoals pH, temperatuur gecontroleerde, kweekomstandigheden zoals pH, opgeloste nutriënten, CO2, licht, etc.
Chl
orel
la s
orok
inia
na
2.2a2.2a batch cultuur batch cultuur
Kweekfles
Opening voor electroden,sensoren, medium engassen in/afvoer
kweekmedium
Chl
orel
la s
orok
inia
na
het te analyseren verschilis het effect van één verschil in
kweekomstandigheden
1
kweek-fles, -vat of –kas
+
medium
+
organisme
2.2a2.2a batch cultuur batch cultuur
2
kweek-fles, -vat of –kas
+
medium
+
organisme
Chl
orel
la s
orok
inia
na
2.2b2.2b ChemostaatChemostaat
Kweekmedium(gecontroleerde invoer, ml/minuut)
Opening voor electroden,sensoren, gassen enmedium invoer
medium- & gasafvoer(kweekflesvolume afhankelijk: 200, 300 of 400 ml enz.)
kweekfles
Limonadefles wordt op gewenste kweekvolume enkele keren ingezaagd zodat een overloop ontstaat. Het teveel aan medium met cellen loopt langs de buitenwand van de fles naar een trechter onder de opstelling alwaar het afgevoerde vocht wordt opgevangen en verzameld in een fles (met voldoende volume om lekkage te voorkomen)
Chl
orel
la s
orok
inia
na
2.2c2.2c Chemostaat, opstellingChemostaat, opstelling
medium voorraad (1L) met druppelaar
aquariumpomp (met flowmeter)
kweekfles met ledbelichting
computer (software IP Coach5)(niet afgebeeld)
Interface (CoachlabII)gekoppelde sensoren/electrodengekoppelde actuatoren(niet afgebeeld)
CO2 gasfles/reduceerventiel, electrische gasklep en flowmeter(niet afgebeeld)
medium afvalfles (2L) (niet afgebeeld)
Chl
orel
la s
orok
inia
na
↑medium voorraadvat
druppelaar:volume per minuut afstellen(25 tot 50 µl / druppel)
siliconenslang
slangklem
↓kweekfles medium invoer
2.3a Doseersysteem, druppelaar2.3a Doseersysteem, druppelaar
zwaa
rtekr
acht
Chl
orel
la s
orok
inia
na
2.3b Doseersysteem, D(illution) – waarde berekening2.3b Doseersysteem, D(illution) – waarde berekening
CO2 invoer met spargerpH electrode
medium invoertemperatuur sensor
lucht invoerkweekmedium
kweekfles
300---200---100---
2.3c 2.3c ChemostaatChemostaat
Chl
orel
la s
orok
inia
na
De limonadefles kan niet met dopgesloten te worden.Het betreft een open chemostaat(Het is géén steriele kweek)
2.4a IP Coach2.4a IP Coach
Chl
orel
la s
orok
inia
na
IPCoachmeet en regeltechniek‘sturen’
software
interface
2.4b Meet en regeltechniek, 2.4b Meet en regeltechniek, ‘regellus(sen)’
Benodigdheden:(naast kweekfles, -vat of kas)
1. sensor of een electrode (: functie)
2. actuatoren: parameter(s) ofwel variabele(n)
3. meet- en regelapparatuur
temperatuursensor
verwarming- en/of koelsysteem
interface en eencomputer met interface-software
Chl
orel
la s
orok
inia
na
2.4c pH ‘CO2.4c pH ‘CO22 gereguleerd’ gereguleerd’
pH >7 is dodelijk voor de algpH >7 is dodelijk voor de alg
Benodigdheden:(naast CO2 gasfles, reduceer- en magneetventiel)
Zodra de alg start met groeien dan zal de pH stijgen (alkaliseren) door het verbruik van het vrije CO2↑ enconsumptie door de alg (HCO3‾ → CO2↑ + OH‾ ). Dezealkalisering wordt geneutraliseerd door de Na2HCO3 enonvoldoende neutralisatie door de aparte injectie vanmicro-gasbellen CO2↑ in het medium.
Door de CO2↑ toevoer aan de pH regulatie te hangen meteen magneetventiel kan de pH regulatie vollediggeautomatiseerd verlopen via IPCoach/CoachlabII
Gasverdeling door het medium m.b.v. aquariumluchtsteenof (uitkookbare) rvs sparger
Mag
neet
vent
iel
(IPC
oach
ges
tuur
d)
Red
ucee
rven
tiel
CO
2 gas
fles
Chl
orel
la s
orok
inia
na
2.4d pH ‘IPCoach sturing’ 2.4d pH ‘IPCoach sturing’
Programmeren in IPCoach: (pH controle)
HerhaalAls Meetwaarde (1 pH sensor) > 7 DanZet Aan (A1 relais/magneetventiel CO2)EindAlsAls Meetwaarde (1 pH sensor) < 7 DanZet Uit (A1 relais/magneetventiel CO2)EindAlsTotdat <ESC>
http://www.science.uva.nl/institutes/cma/indexNL.html
Chl
orel
la s
orok
inia
na
2.5 Lichtenergie2.5 Lichtenergie
- 4 x diode verlichting- 7000 lux (gemeten)-8 W/m2 (gemeten)
Chl
orel
la s
orok
inia
na
2.6 2.6 AnalyseAnalyseOptische Dichtheid (OD) als afgeleide van fotosynthese (biomassa toename)
Chl
orel
la s
orok
inia
na
2.6 2.6 AnalyseAnalyseOptische Dichtheid (OD) als afgeleide van fotosynthese (biomassa toename)
Chl
orel
la s
orok
inia
na
Chlorella sorokoniana per ml bij E470
0102030405060708090
100
-0,10 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60
Milj
oene
n
Extinctie 470
Chl
orel
la s
. pe
r ml
telkamerraster
Lem
nace
ae
3.3. Lemnaceae Lemnaceae in gesloten of open kas in gesloten of open kas(effecten van o.a. lichtenergie en temperatuur op de fotosynthese)
1. Hypothese
2. Kas (open / gesloten)
3. Warmtewisselaar
4. IP Coach
5. Analyse
Lem
nace
ae
Lem
nace
ae
3.1 3.1 Hypothese Hypothese (algemeen)(algemeen)
De factor* (benoem) heeft onder de gegeven De factor* (benoem) heeft onder de gegeven omstandigheden** een positieve/negatieve invloed op de omstandigheden** een positieve/negatieve invloed op de fotosynthese (vorming van biomassa).fotosynthese (vorming van biomassa).
*factor: variabele welke (mogelijk) van invloed is op groei (biomassatoename van bladgroenhoudende organismen)
**gegeven omstandigheden: al dan wel of niet gecontroleerde variabele kweekomstandigheden zoals pH, temperatuur gecontroleerde, kweekomstandigheden zoals pH, opgeloste nutriënten, CO2, licht, etc.
3.2 Kas (open / gesloten)3.2 Kas (open / gesloten)Lichtenergie (kWh IN)Lamp? met als variabelen:- kleurfilters- Afstand tot de kas- Lichtsensor (IPcoach)
temperatuur sensor(2x: binnen en buiten de kas,IP coach)
fankoeling (kWh UIT)Koel(slang)spiraal op bodem,pomp met warmtewisselaarLe
mna
ceae
Kas (open / gesloten met Lemna)Kas (open / gesloten met Lemna)
opties:- ventilatie?- lucht / CO2 afvoer / invoer?- geleidbaarheid?IPcoach
pH elektrode(IP coach) kweekmedium
kweekmedium Samenstelling?
Lem
nace
ae
TemperatuurcontroleTemperatuursensor (1) in de kas(IPcoach)
230V
Watt (KwH) meter
Bij te hoge T↑ (dagritme):koeling; IPcoach-relais gestuurd
Bij te lage T↓ (nachtritme):verwarming; IPcoach-relais gestuurd
← relais →
← Koeling
Verwarming →
Tem
pera
tuur
regi
stra
tie m
et te
mpe
ratu
urse
nsor
(2) o
mge
ving
kas
LichtenergieLichtsensor in de kas(IPcoach)
230V
Watt (KwH) meter
Tijdschakelaar-dag/nachtritme
Lamp? met als variabelen:- kleurfilters- afstand tot de kas
Lichtsensor- registratie ΔJ- registratie dag/nachtritme
3.3a Temperatuur regeling3.3a Temperatuur regelingIP Coach sturingHet programma Coach en deCoachlabII interface meten re regelende temperatuur in de kweekkas.(de temperatuur sensor registreert de temperatuur op een representatieve plaats in de kweekkas)
Koelingkaswarmte wordt afgegeven aan een inhet water gelijkmatig verspreid gelegensiliconenslang. Deze slag is gekoppeldaan een koelunit (zoiets als eenpc-cooler, met radiator / fan en pomp).Het systeem wordt IPCoach gestuurd.
Verwarming(een geïsoleerde verwarmingskabel wordt m.b.v. een relaisschakelingaan of uit gezet gestuurd )
Lem
nace
ae
3.4b Meet en regeltechniek, 3.4b Meet en regeltechniek, ‘regellus(sen)’
Benodigdheden:(naast kweekfles, -vat of kas)
1. sensor of een electrode (: functie)
2. actuatoren (: parameter(s) ofwel variabelen)
3. meet- en regelapparatuur
temperatuursensor
verwarming- en/of koelsysteem
interface en eencomputer met interface-software
Lem
nace
ae
3.4a IP Coach3.4a IP Coach
IPCoachmeet en regeltechniek‘sturen’
software
interface
Lem
nace
ae
2.4d pH ‘IPCoach sturing’ 2.4d pH ‘IPCoach sturing’
Programmeren in IPCoach: (Koeling)
http://www.science.uva.nl/institutes/cma/indexNL.html
Chl
orel
la s
orok
inia
na
2.4d pH ‘IPCoach sturing’ 2.4d pH ‘IPCoach sturing’
Chl
orel
la s
orok
inia
na
temperatuur buiten de kas temperatuur binnen de kas
lichtmetingen buiten de kas lichtmeting binnen de kas
relais koelsysteem
relais verwarmingssysteem
3.5 Analyse fotosynthese aktiviteit (toename biomassa)3.5 Analyse fotosynthese aktiviteit (toename biomassa)digitale (pixel) bladoppervlakteanalyse (kweekzones kas)
Lem
nace
ae
Bsurface.exe
4. Links4. Links