Fotosynthese 2.0 expertgroep 4: Planten gevoelig maken voor infrarood

• Biologie
• Natuur, Leven en Technologie
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 5,6

Introduction

Dit is een deelles (expertles) die hoort bij de les 'Hoe kan fotosynthese 2.0 de wereld redden?'

Instructions

Deze les vormt onderdeel van een les met 5 deellessen (expertwerkvorm). Ga voor de totale les naar 'Hoe kan fotosynthese 2.0 de wereld redden?'

Ondertitel

Hoe kan FOTOSYNTHESE 2.0 

de wereld redden?

Expertgroep 4: 

Planten gevoelig maken voor infrarood

expertgroep instructie

Werk met de leerlingen in deze expertgroep samen de dia's in deze deelles door. Pak je binas erbij, misschien ook je boek. Leg aan elkaar uit als iemand iets niet snapt. Samen weet je meer! Straks moet elk expertgroepslid kunnen uitleggen waar het over gaat! Veel succes.

Ondertitel

Fotosynthese: een complex proces. Je kent de lichtreactie en de Calvincyclus. 

Planten vangen zonlicht op en zetten de energie daarvan om in chemische energie: glucose.

Maken ze efficiënt gebruik van dat zonlicht? Welke golflengtes gebruiken ze en kan dat niet beter? Daarover gaat deze (deel)les.

Vraag

Binas 72: Welke golflengtes van zonlicht worden voornamelijk door fotopigmenten geabsorbeerd?

1. 300-500nm, 650-700nm en 750-800nm
2. voornamelijk 300-500nm
3. 500-650nm
4. 400-500nm en 650-700nm

Vraag

Binas 72: Wat valt op aan de geel-groene lijn tussen 700 en 800 nm?

Les 1. Wat is creativiteit?

Planten en infrarood? (IR)

Planten gebruiken vrijwel alleen fotonen uit zichtbaar licht (400-700nm) voor fotosynthese. Dit beperkt het gebruik van zonne-energie die de aarde bereikt met zo'n 50%. Dat moet beter kunnen!

Bepaalde cyanobacteriën bevatten pigmenten voor licht boven de 700nm (infrarood).

Als we in staat zijn het spectrum van planten uit te breiden tot 750nm zou dat 20% meer lichtabsorptie opleveren. We noemen dit deel van het infrarode spectrum 'verrood'.

Bron: Carbon Heating

Er is discussie over de termen 'infrarood' en 'ver-rood'. Hier hanteren we 700-750 nm als 'ver-rood' en alles daarboven als infrarood. Maar die grenzen zijn discutabel. Tot 750 nm is in beperkte mate zelfs nog tot het zichtbare licht te rekenen.

Les 1. Wat is creativiteit?

Planten en infrarood? Top- en bottombladeren

Gele vlak: spectrum dat op kroonbladeren van een plant valt (top)

Bruine vlak: spectrum dat op onderste bladeren van een plant valt (bottom): het meeste (zichtbare) licht is hier dus al weggefilterd.

Rode, zwarte, blauwe lijnen: absorptiespectra van verschillende cyanobacteriën. Zij kunnen ook boven de 700nm nog licht absorberen en gebruiken voor fotosynthese, de plant kan dat niet.

Wat kunnen we met deze informatie?

Vraag

Wat kan een plantenwetenschapper met de kennis uit de vorige dia?

Les 1. Wat is creativiteit?

Chlorofyl a en b, d en f, en carotenoiden...

Planten hebben als fotopigmenten chlorofyl a en b (chl-a en chl-b) en daarnaast carotenoiden, om - vooral blauw en rood - licht te absorberen.

Cyanobacteriën hebben chlorofyl d en f (chl-d en chl-f), goed met infrarood.

Er is slechts 1 enzym nodig om chl-a te transformeren tot chl-d of chl-f, in planten. Het koppelen van deze voor de plant nieuwe pigmenten aan de fotosynthese-eiwitten (binas 69B) lijkt te lukken!

Vraag

Andere ingang: aanpassing van chl-a aan infrarood licht. Dit blijkt in de natuur op zeer beperkte schaal al voor te komen! Wat is het voordeel van het gebruik van dit chl-a boven de techniek uit de vorige dia?

1. Er is geen genetische modificatie nodig
2. Ook de bovenste bladeren kunnen nu profiteren van infrarood licht
3. Routes in de plant (fotosynthese-eiwitten) hoeven niet aangepast te worden
4. De fotosynthese verloopt met deze techniek efficiënter in vergelijking met die uit de vorige dia

Ondertitel

Je bent nu infrarood-expert:

* Je weet welke rol de fotopigmenten en hun absorptiespectra in de fotosynthese spelen, ook bij cyanobacteriën.

* Je kent 2 mogelijkheden om de pigmenten aan te passen.

* Je snapt waarom er hier onderscheid gemaakt wordt tussen top- en bottombladeren.