fotosynthese practica

1. fotosynthese practica Voorbereiding 0. Doelstelling, Organisatie en Planning Uitvoering • Energiebindende eigenschappen vanfotosynthetische pigmenten • Fotosynthese optimalisatie bij de algChlorella sorokiniana • Lemnaceae in gesloten/openkas

2. 0 Doelstelling, Organisatie en Planning

3. 0. Doelstelling, Organisatie en Planning • 0. Doornemen van de praktische opdrachten. Doelen vaststellen. • Algemeen: • Aantal deelnemende leerlingen vaststellen. • Wie begeleid en ondersteund de module (docent(en) en TOA). • Fasering van de moduleonderdelen plannen. • Individuele leerlingplanning maken, rekening houdend met (jaar)rooster. • Praktisch: • Diepgang van praktische uitvoering. • Benodigde materialen vaststellen, Investering? • Locatie voor de vaste opstellingen. • Bestellingen plegen. • Opstellingen bouwen en testen. • Voorkweek Chlorella en Lemna inzetten. Doelstelling, Organisatie en Planning

4. 0.0 Doornemen van de praktische opdrachten. Doelen vaststellen. • Schoolafhankelijk. • Algemeen: • 1. Aantal deelnemende leerlingen vaststellen. • Wie begeleid en ondersteund de module (docent(en) en TOA). • Afhankelijk van de mogelijkheden binnen school worden doelen (voor • de leerlingen en docenten) vastgesteld. Deze bepalen de praktische • haalbaarheid en invulling van de module. Doelstelling, Organisatie en Planning

5. 0.3a Fasering Doelstelling, Organisatie en Planning

6. 0.3b Fasering • ‘Chlorella’ opdracht in tweetallen(de volgende groep kijkt mee op dag 2 met de uitvoerende groep) • ‘Lemna’ opdracht in groep of klassikaal verband Doelstelling, Organisatie en Planning

7. Doelstelling, Organisatie en Planning • 0.5a 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). Doelstelling, Organisatie en Planning

8. Doelstelling, Organisatie en Planning 0.5b Diepgang Organisme Nutriënten Licht (W/m2) pH / CO2 Geleidbaarheid (µS/cm) Temperatuur (°C) ? Onderzoeksopstelling gefaseerd bouwen, testen en introduceren bij leerlingen

9. 0.6a Materialen In de schriftelijke handleiding behorend bij deze module is een materialen- en chemicaliënlijst ter ondersteuning opgenomen. Doelstelling, Organisatie en Planning

10. 0.6b Chemicaliën kweekmedium ‘Lemna & Chlorella’ Doelstelling, Organisatie en Planning

11. 0.8 Bestellingen Minimaal 5 weken voor aanvang van de practica. Nadat de uit te voeren practica zijn vastgesteld en de diepgang van de onderzoeken is bepaald dienen bestellingen van benodigde materialen plaats te vinden. Doelstelling, Organisatie en Planning

12. 0.9 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-opstelling Doelstelling, Organisatie en Planning

13. 0.10 Voorkweek erlenmeyer(met vette wattenprop) alg of eendekroos kweekmedium(200 ml, volgens protocol) Doelstelling, Organisatie en Planning

14. 1 Energiebindende eigenschappen van fotosynthetische pigmenten demonstratie’s in de klas

15. 2 Chlorella sorokiniana

16. 2. Fotosynthese (optimalisatie) bij de algChlorellasorokiniana • (effecten van o.a. lichtenergie en CO2 op fotosynthese) • Hypothese, Model • Chlorella batch- en/ofchemostaat cultuur • Doseersysteem • IPCoach • Lichtenergie • Analyse Chlorella sorokiniana

17. 2.1 Hypothese (algemeen) De factor* (benoem) heeft onder de gegeven omstandigheden** een positieve/negatieve invloed op de 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. Chlorella sorokiniana

18. 2.2a batch cultuur Kweekfles Opening voor electroden, sensoren, medium en gassen in/afvoer kweekmedium Chlorella sorokiniana

19. 2.2a batch cultuur 2kweek-fles, -vat of –kas + medium + organisme 1kweek-fles, -vat of –kas + medium + organisme het te analyseren verschil is het effect van één verschil in kweekomstandigheden Chlorella sorokiniana

20. 2.2bChemostaat Kweekmedium(gecontroleerde invoer, ml/minuut) Opening voor electroden, sensoren, gassen en medium invoer medium- & gasafvoer(kweekflesvolume afhankelijk: 200, 300 of 400 ml enz.) kweekfles Chlorella sorokiniana 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)

21. 2.2cChemostaat, 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) Chlorella sorokiniana

22. 2.3a Doseersysteem, druppelaar ↑medium voorraadvat druppelaar:volume per minuut afstellen (25 tot 50 µl / druppel) siliconenslang slangklem ↓kweekfles medium invoer zwaartekracht Chlorella sorokiniana

23. 2.3b Doseersysteem, D(illution) – waarde berekening

24. 2.3c Chemostaat CO2 invoer met sparger pH electrode medium invoer temperatuur sensor lucht invoer kweekmedium kweekfles 300 - - - 200 - - - 100 - - - Chlorella sorokiniana De limonadefles kan niet met dop gesloten te worden.Het betreft een open chemostaat(Het is géén steriele kweek)

25. 2.4a IP Coach IPCoachmeet en regeltechniek ‘sturen’ softwareinterface Chlorella sorokiniana

26. 2.4b Meet en regeltechniek, • ‘regellus(sen)’ • Benodigdheden: • (naast kweekfles, -vat of kas) • sensor of een electrode (: functie) • actuatoren: parameter(s) ofwel variabele(n) • meet- en regelapparatuur temperatuursensor verwarming- en/of koelsysteem interface en een computer met interface-software Chlorella sorokiniana

27. 2.4c pH ‘CO2 gereguleerd’ pH >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↑ en consumptie door de alg (HCO3‾ → CO2↑ + OH‾ ). Deze alkalisering wordt geneutraliseerd door de Na2HCO3 en onvoldoende neutralisatie door de aparte injectie van micro-gasbellen CO2↑ in het medium. Door de CO2↑ toevoer aan de pH regulatie te hangen met een magneetventiel kan de pH regulatie volledig geautomatiseerd verlopen via IPCoach/CoachlabII Gasverdeling door het medium m.b.v. aquariumluchtsteen of (uitkookbare) rvs sparger Magneetventiel(IPCoach gestuurd) Reduceerventiel CO2 gasfles Chlorella sorokiniana

28. 2.4d pH ‘IPCoach sturing’ • Programmeren in IPCoach: (pH controle) • Herhaal • Als Meetwaarde (1 pH sensor) > 7 Dan • Zet Aan (A1 relais/magneetventiel CO2) • EindAls • Als Meetwaarde (1 pH sensor) < 7 Dan • Zet Uit (A1 relais/magneetventiel CO2) • EindAls • Totdat <ESC> • http://www.science.uva.nl/institutes/cma/indexNL.html Chlorella sorokiniana

29. 2.5 Lichtenergie • - 4 x diode verlichting- 7000 lux (gemeten) • 8 W/m2 (gemeten) Chlorella sorokiniana

30. 2.6 AnalyseOptische Dichtheid (OD) als afgeleide van fotosynthese (biomassa toename) Chlorella sorokiniana

31. 2.6 AnalyseOptische Dichtheid (OD) als afgeleide van fotosynthese (biomassa toename) Chlorella sorokiniana telkamerraster

32. 3 Lemnaceae

33. 3. Lemnaceae in gesloten of open kas • (effecten van o.a. lichtenergie en temperatuur op de fotosynthese) • Hypothese • Kas (open / gesloten) • Warmtewisselaar • IP Coach • Analyse Lemnaceae

34. 3.1 Hypothese (algemeen) De factor* (benoem) heeft onder de gegeven omstandigheden** een positieve/negatieve invloed op de 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. Lemnaceae

35. 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 warmtewisselaar Lemnaceae

36. Kas (open / gesloten met Lemna) opties: - ventilatie? - lucht / CO2 afvoer / invoer? - geleidbaarheid? IPcoach pH elektrode (IP coach) kweekmedium kweekmedium Samenstelling? Lemnaceae

38. Temperatuurregistratie met temperatuursensor (2) omgeving kas Lichtenergie Lichtsensor 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 Temperatuurcontrole Temperatuursensor (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 →

39. 3.3a Temperatuur regeling IP Coach sturing Het programma Coach en de CoachlabII interface meten re regelen de temperatuur in de kweekkas. (de temperatuur sensor registreert de temperatuur op een representatieve plaats in de kweekkas) Koeling kaswarmte wordt afgegeven aan een in het water gelijkmatig verspreid gelegen siliconenslang. Deze slag is gekoppeld aan een koelunit (zoiets als een pc-cooler, met radiator / fan en pomp). Het systeem wordt IPCoach gestuurd. Verwarming (een geïsoleerde verwarmingskabel wordt m.b.v. een relaisschakeling aan of uit gezet gestuurd ) Lemnaceae

40. 3.4b Meet en regeltechniek, • ‘regellus(sen)’ • Benodigdheden: • (naast kweekfles, -vat of kas) • sensor of een electrode (: functie) • actuatoren (: parameter(s) ofwel variabelen) • meet- en regelapparatuur temperatuursensor verwarming- en/of koelsysteem interface en een computer met interface-software Lemnaceae

41. 3.4a IP Coach IPCoachmeet en regeltechniek ‘sturen’ softwareinterface Lemnaceae

42. 2.4d pH ‘IPCoach sturing’ Programmeren in IPCoach: (Koeling) http://www.science.uva.nl/institutes/cma/indexNL.html temperatuur buiten de kas temperatuur binnen de kas overdag-koelsysteem Nachtverwarming Lichtenergiemeting binnen de kas Lichtenergiemeting buiten de kas Chlorella sorokiniana

43. 2.4d pH ‘IPCoach sturing’ relais koelsysteem relais verwarmingssysteem temperatuur buiten de kas temperatuur binnen de kas Chlorella sorokiniana lichtmetingen buiten de kas lichtmeting binnen de kas

44. 3.5 Analyse fotosynthese aktiviteit (toename biomassa)digitale (pixel) bladoppervlakteanalyse (kweekzones kas) Bsurface.exe Lemnaceae

45. 4. Links