Upload
leo-groen
View
222
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
fotosynthese practicafotosynthese practica
Voorbereiding0. 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
, O
rgan
isat
ie e
n P
lann
ing
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 begeleidt en ondersteunt de module (docent(en) en TOA).3. Fasering van de moduleonderdelen plannen en4. 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
, O
rgan
isat
ie e
n P
lann
ing
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
, O
rgan
isat
ie e
n P
lann
ing
0.3a Fasering0.3a Fasering
Doe
lste
lling
, O
rgan
isat
ie e
n P
lann
ing
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
, O
rgan
isat
ie e
n P
lann
ing
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
, O
rgan
isat
ie e
n P
lann
ing
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
, O
rgan
isat
ie e
n P
lann
ing
0.6b Chemicaliën kweekmedium ‘0.6b Chemicaliën kweekmedium ‘Lemna Lemna && Chlorella Chlorella’’
Doe
lste
lling
, O
rgan
isat
ie e
n P
lann
ing
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
, O
rgan
isat
ie e
n P
lann
ing
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
, O
rgan
isat
ie e
n P
lann
ing
0.10 Voorkweek0.10 Voorkweek
erlenmeyer(met vette wattenprop)
alg of eendekroos
kweekmedium(200 ml, volgens protocol)
Doe
lste
lling
, O
rgan
isat
ie e
n P
lann
ing
Ene
rgie
bind
ende
eig
ensc
happ
en v
an f
otos
ynth
etis
che
pigm
ente
n
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. IP Coach
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
rtek
rach
t
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
Ma
gn
ee
tve
ntie
l(I
PC
oa
ch g
est
uu
rd)
Re
du
cee
rve
ntie
l
CO
2 g
asf
les
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
010
2030
4050
6070
8090
100
-0,10 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60
Miljo
en
en
Extinctie 470
Ch
lore
lla s
. p
er m
l
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 warmtewisselaar
Lem
nace
ae
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 →
Te
mp
era
tuu
rre
gis
tra
tie m
et
tem
pe
ratu
urs
en
sor
(2)
om
ge
vin
g k
as
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 regeling
IP 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