Fotosynteseforsøk: Hva fungerer?

Planter eller alger er ofte førstevalg når vi ønsker å gjøre undersøkelser av levende organismer på skolelaboratoriet. De er normalt lette å få tak i og lette å holde i live.

I programfaget biologi 2 på videregående skole skal elevene «gjøre greie for hvordan ytre faktorer virker inn på fotosyntesen». I faget er det også en forventning om at elevene har kunnskaper om, og kan gjennomføre, systematiske undersøkelser i laboratoriet. Denne kombinasjonen av læreplankrav gjør nok at mange gjennomfører fotosynteseforsøk i biologi 2.

Men, selv med vanligvis forutsigbare planter, kan vi fort havne i ubehagelige situasjoner der mye oppmerksomhet etter en laboratorieøvelse handler om å forklare «gale» resultater. Det gjelder derfor å velge robuste forsøk, slik at sannsynligheten for å oppnå gode resultater blir så stor som mulig.

Limnophila aquatica. Foto: Andreus Felipen CC BY SA 3.0

Hvilke organismer er gunstige å bruke?

Akvarieplanter er generelt godt egnet som forsøksorganisme ved fotosynteseforsøk. Forsøk med vasspest (Elodea sp.) er presentert i mange lærebøker. Vær oppmerksom på at salg, oppbevaring og bruk av de to viltlevende vasspestarten E. canadensis og E. nuttalli er forbudt ved lov! Vasspest som selges i akvariebutikker er Egeria densa (benevnes også som Elodea densa) og lovlig å bruke. Andre egnede akvarieplanter kan være Cabomba sp., Limnophila sp. og Hygrophila sp. Fordelen med akvarieplaneter er at de er tilgjengelige i akvariebutikker hele året. Dersom dere har anledning, kan plantene holdes i skolens akvarium til neste gang.

En gammel klassiker i lærebøkene er å bruke jod til å påvise stivelse som et indirekte mål på fotosynteseaktivitet i bladene til vanlige landplanter. Forsøket fungerer fint, men er ikke godt egnet til en kvantitativ måling av fotosyntese. For kvantitative målinger av fotosyntese på landplanter kan forsøket som kalles spinatkonfetti anbefales. I forsøket brukes spinatblader som du kan kjøpe i grønnsaksdisken på butikken hele året.

Spinatkonfetti kan brukes til fotosynteseforsøk. Foto: Gunvor Berge

Her er spinatkonfettien i begerglass med vann. Foto: Gunvor Berge

Encellede grønnalger, som Scenedesmus quadricauda, er også takknemlige å jobbe med. Med utgangspunkt i algestammer som kan kjøpes fra læremiddelfirmaer, kan grønnalgene dyrkes opp i store mengder i løpet av to-tre uker. Om du vil, kan selve oppdyrkingen også være en del av undervisningen ved å variere mengden plantenæring, lysmengden eller temperaturen som algene får til rådighet. Når algene først er dyrket opp, kan de med en enkel og fascinerende teknikk støpes inn i alginat. Deretter er de enkelt håndterbare i forsøkssammenheng (les mer på naturfag.no/algeballer).

Undersøkelse av effekten av antall algeballer.

Hvilke ytre faktorer er egnet til å undersøke?

Hovedpoenget med fotosyntesen er at plantene omformer lysenergien til kjemisk energi i organiske molekyler. Denne energien har plantene først og fremst nytte av selv, men energien kommer også forbrukerne og nedbryterne til gode gjennom næringskjedene. I biologi 2 lærer elevene gjennom teori at noen av de viktigste ytre faktorene for fotosyntesen i planter er lysstyrke, bølgelengden på lyset, CO₂-mengden og temperaturen.

Hvordan kan vi måle fotosyntesehastighet?

I fotosyntesen blir karbondioksid og vann omdannet til sukker og oksygengass ved hjelp av energien fra lys. Sukkeret blir i neste omgang brukt som energikilde og som råstoff til å bygge opp nye molekyler av forskjellig slag når planten vokser. Oksygenet er et biprodukt ved prosessen, og blir sluppet ut til omgivelsene.

I skolesammenheng er opptak av karbondioksid eller produksjon av oksygen de mest aktuelle mål på fotosynteseaktivitet i plantene. Økning i plantens biomasse eller vekst kan også være relevante mål på plantens aktivitet, men ettersom dette tar lang tid, er nok disse mindre brukt i skolesammenheng.

Måling av oksygenproduksjon

Gassoppsamling ved hjelp av begerglass, trakt og reagensglass. Det mest aktuelle målet på fotosyntese er oksygenproduksjon i vannplanter. Med vanlig laboratorieutstyr som begerglass, trakt og reagensglass kan elevene enkelt rigge til gassoppsamling. I løpet av et par døgn vil plantene produsere målbare mengder med oksygengass.

Telling av gassbobler som slipper ut av stengelen. En enda enklere og raskere metode er å telle gassbobler som slippes ut fra stengelen til en akvarieplante. Med denne metoden kan elevene gjennomføre målinger i løpet av minutter.

Måling av karbondioksidforbruk

Karbondioksid reagerer med vann og danner karbonsyre (kullsyre). Jo mer karbondioksid som er løst i vann, jo surere er løsningen. Den vanligste metoden for å måle endring i CO₂-mengde i vann skjer indirekte ved å måle pH i vannet der plantene befinner seg.

Når plantene forbruker karbondioksid ved fotosyntesen, avtar mengden karbonsyre og dermed stiger pH. Endringer i løsningens surhet kan vi måle med pH-meter eller ved å bruke følsomme hydrogenkarbonat-indikatorer.

Noen konkrete erfaringer og tips

Ved fotosynteseforsøk ønsker vi gjerne å undersøke betydningen av en eller flere ytre faktorer, som lysstyrke, bølgelengden på lyset, karbondioksidkonsentrasjon eller temperatur. Selv med godt egnede alger eller planter er det en god del mulige fallgruver vi bør ta hensyn til før vi setter i gang forsøket om vi skal få best mulig resultater.

Lyskilde

• Mange alger og vannplanter er tilpasset liv i svakt lys. Ved fotosynteseforsøk kan vi oppleve at det er vanskelig å bestemme lysmetningsstyrken rett og slett fordi vi tilfører plantene for mye lys.
• Lyskilder avgir ofte mye varmeenergi i tillegg til lys. Dette kan lett føre til en oppvarming av «forsøksvannet». 
• Når vi undersøker effekten av lysstyrke, varierer vi gjerne avstanden mellom lyskilde og planta. I så fall vil oppvarmingen også variere mellom prøvene.
• I butikken finnes det nå uoversiktlig mange lyspærer. Vi kan med fordel velge pærer som gir hvitt lys; en blanding av alle bølgelengder.
• Anbefaling: Kompakte, fluoriserende pærer (10–20 W). Disse pærene gir brukbar lysintensitet og avgir lite varme.
• Gratis lysmålerapper kan lastes ned på telefonen. De fleste av disse er luxmålere. De gir enkelt en indikasjon om lysmengden (egentlig belysningsstyrke), men gir ikke absolutte verdier av fotosyntetisk aktivt lys. 
• Mange akvarieplanter gir brukbare resultater i området fra
  10 000 til 1000 lux når vi undersøker belysningsstyrkens betydning for fotosyntesen.
• Skal vi undersøke effekten av andre ytre faktorer enn belysningsstyrken, kan det være passe med en fast lysmengde på om lag 5000 lux.

Lysfarge

Det er ikke lett å gjøre forsøk der vi får fram resultater som demonstrer absorpsjonsspekteret til klorofyll a, eller aksjonsspekteret til en plante. Årsaken til dette er at lyskilder av ulike farger eller fargefiltre som kan plasseres foran en lyskilde, som oftest ikke er monokromatiske. De gir planten lys med mange forskjellige bølgelengder. Dessuten slipper de gjennom ulik mengde lys slik at intensiteten varierer i tillegg til bølgelengden. Ved forsøk av denne typen må du være forberedt på en diskusjon om hvorfor resultatene avviker fra forventningene.

Temperatur

• Skal vi sjekke temperaturens innvirkning på fotosyntesen, kan vi med fordel legge de fleste målepunktene i toleranseområdet for planten vi bruker. Temperaturtoleransen til akvarieplanter er vanligvis angitt på informasjonen som følger med planten. Går dere ut over toleranseområdet, er det lurt å ligge rett over, eller rett under.
• For å få raskest mulig fotosyntese bør temperaturen holdes i øvre del av toleranseområdet.
• Scenedesmus quadricauda trives og vokser godt ved romtemperatur. 
• Det kan være en utfordring å holde temperaturen konstant ved fotosynteseforsøk. Temperaturøkning i forsøksglasset kan reduseres ved å plassere et beger eller kar med kaldt vann mellom lyskilden og planten. En annen mulighet for å redusere problemet er å bruke stort vannvolum og korte måleintervaller, som for eksempel ved telling av oksygenbobler fra stengelen til akvarieplanter i ett minutt.

Karbondioksidmengde

• Akvarieplantene trenger CO₂ i vannet for å drive fotosyntese. Vi kan tilføre forsøksvannet karbondioksid ved å tilsette litt natriumhydrogenkarbonat, som vi kanskje finner i skolen kjemikalieskap. Natron og bakepulver kjøpt på butikken inneholder også NaHCO₃. Vær oppmerksom på at bakepulver også inneholder litt stivelse, og dermed vil gjøre vannet litt grumsete.
• Vil dere undersøke effekten av karbondioksidmengden i vannet, er det greit å starte med nylig kokt, avkjølt vann, der karbondioksid er boblet ut. Bruk dette vannet for å lage en serie med ulike karbondioksidkonsentrasjoner.
• Det er ikke mulig å undersøke karbondioksidmengdens betydning for fotosyntese med forsøksoppsett som baserer seg på endring i pH. Årsaken er at karbondioksid reagerer med vann og danner karbonsyre som i seg selv vil forandre pH i løsningen.

Fotosynteseforsøk med alger eller planter gir mulighet for å drive systematiske undersøkelser på laboratoriet. Med noe tilpasning av biologisk materiale og utstyr ligger alt til rette for å få gode, illustrerende resultater. Gjennom styrte forsøk får elevene metodekunnskap som de kan anvende ved planlegging og gjennomføring av mer åpne undersøkelser.