Fotosynthese/assimilatie Intro, waarom heb ik dit onderwerp gekozen doelen Test jezelf. (check in duo’s) Inhoudelijk: Kern fotosynthese. (college) Wat moet een VWO leerling weten. Eindexamenprogramma (zelfstandig, groep) Hoe staat het in het boek (groep) (zelfstandig, groep) Misconcepten (soms moedwillig aangeleerd) De les: hoe kunnen we het onderwerp brengen: (zelfstandig-groep) Vanuit verschillende perspectieven Kun je het onderwerp in een practicum of buitenopdracht verwerken? Afsluitend: manieren om het aantrekkelijk, begrijpelijk te brengen Hoe staat het in de boeken? (Vergelijken met kern. wat mist de leerling, bemoeilijkt dit het begrip? (zijn de beperkte eisen voldoende voor begrip) (enkele eindexamenvragen) Veel voorkomende Misconcepten Verschillende perspectieven om fotosynthese proces te benaderen (Fred's vijftien vragen). (aan de hand van enkele voorbeelden van mij, bio's zelf aan de slag) Kun je het onderwerp in een practicum of buitenopdracht verwerken? Afsluitend: ideën verzamelen om het onderwerp aantrekkelijk, begrijpelijk te behandelen.

Test jezelf! Geef de reactievergelijking van de fotosynthese Noem drie eigenschappen van licht. Waarom zijn bladeren vaak groen? Waarom hebben ze soms een andere kleur? De donkerreactie vindt alleen in het donker plaats ja/nee? De lichtreactie vindt alleen in het licht plaats. Ja/nee? Waarom noemen we ze dan zo? Wat is de donkerreactie eigenlijk? En de lichtreactie? Waar vinden deze reacties plaats, wees zo specifiek mogelijk. Een plant heeft zuurstof nodig. Een plant fotosynthetiseert zolang het licht is. Vragenblad Geef de reactievergelijking van van de fotosynthese. Noem drie eigenschappen van licht Waarom zijn de meeste planten groen? Wat is fotosysteem 1 en wat is fotosysteem 2 en wat hebben ze met elkaar te maken?

Fotosynthese/koolstof assimilatie Fotosynthese (versimpeld) 6 CO2 + 12 H2O+licht energie C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O 6 CO2 + 6 H2O +licht energie C6H12O6 + 6 O2 Zo simpel mogelijk: CO2 + H2O  CH2O + O2 Koolstofdioxide plus water wordt koolhydraat plus zuurstof

Nodig: Energie en ‘hete’ electronen CO2 + H2O  CH2O + O2 C sterk geoxideerd (+ 4) C oxidatiestaat 0 Proces kost veel energie  ATP ATP gevormt door: ATPase, gedreven door: protonen gradient over membraan, welke ontstaat in lichtreacties van fotosynthese

Nodig: Energie en ‘hete’ electronen CO2 + H2O  CH2O + O2 C sterk geoxideerd (+ 4) C oxidatiestaat 0 Sterk (reducerend) vermogen nodig  Electronen carrier NADPH Voor vorming NADPH zijn hoog energetische elektronen nodig Vorming NADPH in lichtreacties fotosynthese

Fotosynthese vindt plaats in bladgroenkorrels

Fotosynthese bestaat uit twee fases De Lichtreacties Productie NADPH en ATP Dmv licht, pigmenten, thykaloiden, fotosysteem I en II De Calvin (donker) reacties Koolstofassimilatie, reductie koolstof verbinding In stroma van chloroplast

Lichtreactie vindt plaats in de thykaloïden

Lichtreacties - pigmenten

Lichtreacties fotosysteem I en fotosysteem II werken samen

Lichtreacties

Calvin reacties vinden plaats in stroma

Stroma reacties - Calvin cyclus

fotosynthese

Einde proces Fotosynthese Glyceraldehyde fosfaat (3C verbinding ) is eindprodukt Hiervan worden suikers, vetten, nucleine zuren en aminozuren gemaakt. Glucose is niet het eindprodukt, glucose of de disaccharide sucrose worden al snel omgezet in zetmeel voor langdurige opslag.

Wat moet de VWO leerling uiteindelijk weten? Examenprogramma: Ontbreken er voor begrip essentiele zaken? Onjuiste zaken? Hoe wordt het in het examen gevraagd? Leerlingen krijgen een brede, maar niet diepe basis: van molecuul tot planten morfologie tot ecosysteem. Maar… Geen pigmenten, elektronen keten, reductie vermogen Geen lichtsysteem I en II Benaming lichtreactie en donkerreactie verwarrend Aan co-enzym gekoppelde waterstof(?!) Eindproduct glucose (ipv glyceraldehyde fosfaat) Voortgezette assimilatie (suikers, aminozuren, vetten, etc) uit glucose Wat voor mogelijkheden bieden deze termen, kun je hier mee uit de voeten? Zijn er belangrijke zaken die niet behandeld worden? Bemoeilijkt dit het begrip? Leidt dit tot misconcepten? Wat zijn volgens jullie de belangrijkste misconcepten die op kunnen treden bij fotosynthese en verdere assimilatie bij planten?

Wat zou jij doen als je het examenprogramma zou vaststellen? De fotosystemen erin? Begrippen als reducerend vermogen inbrengen?

Hoe wordt het behandeld? Vergelijken boeken Is het volledig? (meer dan eindexamenprogramma) Wordt het interessant en begrijpelijk gebracht? Wordt het correct gebracht? BVJ: Fotosynthese uitvoerig behandeld. BVJ maakt grote fout: verwarren fotosystemen met cyclische vs noncyclisch electronen transport Is dit bewust? Materiaal:

Aantal misconcepten Donkerreactie vindt in het donker plaats Planten photosynthetiseren overdag en aerobe dissimilatie vindt `s nachts plaats Glucose is het eindprodukt van de fotosynthese Lln denken mogelijk dat de donkerreacties alleen in het donker plaatsvindt Photosynthesis MISCONCEPT: Bladeren reflecteren al het groene licht en gebruiken geen groen licht voor fotosynthese. Vaak absorberen bladeren meer dan 50% van het groene licht en gebruiken het efficiënt in de fotosynthese. De oorsprong van dit misconcept ligt waarschijnlijk un in de boeken afgebeelde absorptie spectrum van chlorophyl. Het chlorophyl absorptie spectrum The chlorophyll absorption spectrum is a graph of light absorption versus light color. It shows that chlorophyll absorbs much red and blue light but little green light. However, accessory pigments absorb green light and pass that energy on to chlorophyll. A common student misconception is that plants photosynthesize during the day and conduct cellular respiration only at night. Some teaching literature even states this. Cellular respiration occurs continuously in plants, not just at night. The “dark reactions” of photosynthesis are a misnomer that often leads students to believe that photosynthetic carbon fixation occurs at night.23 It is preferable to use the term “Calvin cycle” instead of dark reactions. Bubble formation on leaves submerged in water is not always caused by photosynthesis. If the water is cold, bubbles form on leaves as the water warms and gases become less soluble.6 The aquatic plant Elodea is often used to visualize gas formation in photosynthesis. The gas produced is not pure oxygen, as often claimed.6 As photosynthetic oxygen dissolves, some of the nitrogen comes out of solution. Oversimplifications Many misconceptions involve oversimplification of concepts, particularly at the precollege level. Such an “extreme of simplification” in plant teaching is not new.6 The following summary equation for plant photosynthesis is an oversimplification that contains several misconceptions:                           sunlight, chlorophyll 6 CO2 + 6 H2O -----------------------------> 6 O2 + C6H12O6 (glucose)   The explanation of photosynthesis is a particularly good example. Chlorophyll alone is insufficient for plant photosynthesis. Many other enzymes and organic compounds are required. “Chloroplasts” is a better requirement. Glucose is not the major photosynthetic product. There is virtually no free glucose produced in photosynthesis.7 The most common product is starch or sucrose, and students often test leaves for starch. Starch is approximated as (C6H10O5)n, where n is in the thousands.8 The six water molecules consumed per glucose molecule generated underestimates the water required. Much larger amounts are transpired to keep the stomata open. Without open stomata, photosynthesis is limited by lack of carbon dioxide. Submerged aquatic plants require large amounts of water for their aquatic environment. Drawing a single arrow wrongly implies that photosynthesis occurs in one step. Many small arrows should be used. Some of the energy captured in the light reactions of photosynthesis is used in the chloroplast to synthesize fatty acids and proteins.7 Thus, there are other types of “photosynthesis.” The biology teaching literature contains much information on photosynthesis, yet it often has minimal discussion of mineral nutrient uptake by plants.9 To counter this problem, “mineral nutrients” should be added to the equation. Most essential mineral nutrients play a role in photosynthesis. afgebeelde absorptie spectrum van chlorophyl. Het chlorophyl absorptie spectrum The chlorophyll absorption spectrum is a graph of light absorption versus light color. It shows that chlorophyll absorbs much red and blue light but little green light. However, accessory pigments absorb green light and pass that energy on to chlorophyll. Oversimplifications Many misconceptions involve oversimplification of concepts, particularly at the precollege level. Such an “extreme of simplification” in plant teaching is not new.6 The following summary equation for plant photosynthesis is an oversimplification that contains several misconceptions: afgebeelde absorptie spectrum van chlorophyl. Het chlorophyl absorptie spectrum The chlorophyll absorption spectrum is a graph of light absorption versus light color. It shows that chlorophyll absorbs much red and blue light but little green light. However, accessory pigments absorb green light and pass that energy on to chlorophyll. Oversimplifications Many misconceptions involve oversimplification of concepts, particularly at the precollege level. Such an “extreme of simplification” in plant teaching is not new.6 The following summary equation for plant photosynthesis is an oversimplification that contains several misconceptions: Oversimplifications Many misconceptions involve oversimplification of concepts, particularly at the precollege level. Such an “extreme of simplification” in plant teaching is not new.6 The following summary equation for plant photosynthesis is an oversimplification that contains several misconceptions:                           sunlight, chlorophyll 6 CO2 + 6 H2O -----------------------------> 6 O2 + C6H12O6 (glucose)   The explanation of photosynthesis is a particularly good example.

Hoe zou je het in een les kunnen brengen? Hoe kun je het benaderen? Verschillende perspectieven. Hoe maak je een onzichtbaar proces tastbaar? Kunnen we hiervoor een practicum/buitenopdracht bedenken? Kunnen we het combineren met andere onderwerpen uit de plantkunde en ecologie?

Fred’s Famous Fifteen: Biologie in 15 vragen Wat neem je er van waar? Wat is het? Waarmee vertoont het overeenkomsten/verschillen? Waarvoor dient het? Hoe werkt het? Wat is het nadeel van een eenvoudiger manier? Wat heeft het in zijn omgeving nodig? Hoe is het ontwikkeld? Hoe is het geëvolueerd? Wat kan er mee misgaan? Wat kan je er mee doen? Wat mag je er mee doen? Hoe beleef je het? Wat betekent het voor je? Hoe werd er vroeger over gedacht? Perspectieven: Vergelijkend Functioneel Bouw&werking Ontwikkeling Diagnostisch Technisch Ethisch Persoonlijk Vanuit welke perspectieven zou jij het onderwerp benaderen? Wat zou jouw voorkeur zijn? Kun jij uitgaande van deze algemene vragen drie vragen uit verschillende perspectieven bedenken waarmee je leerlingen aan het denken zet en zelf het onderwerp kan laten verkennen?

Mogelijke practica/buiten opdrachten Hoe kunnen we fotosynthese gebruiken als uitgangspunt of onderdeel van een practicum of buiten schoolse activiteit. Planten fysiologie, structuur, huidmondjes Veldwerkopdracht, hortus Strijd om het licht! (verschillende pigmenten, andere bladeren) Heet! Dorst! (fotosynthese in c4 en cam planten, structuren, processen) Bidplant: hoe volgt deze het licht Strijd om licht, bovenste nemen zoveel mogelijk jummie licht deeltjes. Hoe meer naar beneden hoe minder licht, maar dat niet alleen groener het licht. De fotosynthese pigmenten kunnen geen groen licht gebruiken ( 500-600nm). Hoe kan een plant dit oplossen?

Hoe kunnen we fotosynthese aantrekkelijk en begrijpelijk brengen? Verschillende perspectieven gebruiken. In groter geheel plaatsen: combineren met structuur plant, ecosysteem etc… Combineren met practicum, buitenschoolse activiteit