Space Salad

Modulo : Le piante nello spazioClasse 1^A

Express Yourself 2016

SCOPO DEL PROGETTO

Ideazione di un ambiente di vita sostenibile per voli spaziali con durata maggiore di due anni

Studiare come ottenere il maggior quantitativo di cibo e ossigeno dalle piante presenti sulla navicella

PROPOSTE INIZIALIPIANTE C4

piante con maggior efficienza fotosintetica come il sorgo,il mais e l’ananas.

le piante C4 hanno sviluppato un meccanismo più efficiente per far arrivare la CO2 all'enzima Rubisco

maggiore resistenza alle alte temperature rispetto alle C3 e di conseguenza le potenzialità produttive risultano più alte

FOTOSINTESI

CLOROPLASTI E CLOROFILLAluce

6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6 O2

ELODEA CANADENSIS ...in laboratorio

Scopo dell’esperienzaMisurare l’efficienza fotosintetica in termini di produzione di ossigeno al variare della luce e della CO2

Elodea canadensis : pianta modello• Pianta erbacea idrofita che assorbe

rapidamente le sostanze nutritive• Temperatura ottimale 10°C – 25°C• Produce molto ossigeno ( Acquarofilia)

LA LUCE

LUCE MONOCROMATICA

620–750 nm 495–570 nm 450–475 nm

PROGETTAZIONE

Sottoporre le piante di Elodea a luce continua ma monocromatica per monitorare l’attività fotosintetica in termini di produzione di O2

L’ESPERIMENTO Abbiamo collocato tre campioni di Elodea (lo stesso numero di rametti) in

differenti becher trasparenti colmi d’acqua (3 L)

Le piante sono state inserite in imbuti di vetro che capovolti sono stati adagiati sul fondo dei becher .

Su ogni imbuto è stata collocata una buretta capovolta piena d’acqua . ( portata 50 mL- E s =0,05 mL )

Le piante sono state illuminate con luce diversa per frequenza ma con la stessa potenza (100 watt)

L’ossigeno prodotto da Elodea salirà all’interno della buretta facendo scendere una corrispondente quantità d’acqua

L’ossigeno liberato dalle piante è stato misurato come differenza di volume d’acqua in funzione del tempo (5 minuti)

OSSERVAZIONE E RACCOLTA DATI

t (min ) V di H2O(mL) Δ V (mL ) V di O2 t (min) V di H2O(mL)

Δ V (mL ) V di O2 t (min)'

V di H2O(mL)

Δ V (mL )

V di O2

12 h 00’ 17.70 12 h 00’ 22.00 9h45’ 19.80

12 h 05’ 17.50 0.20 0.20 12 h 05’ 22.00 0.00 0.00 9h50’ 19.85 0.05 0.05

12 h 10’ 17.40 0.10 0.30 12 h 10’ 22.00 0.00 0.00 9h55’ 19.65 0.15 0.20

12 h 15’ 17.40 0.10 0.30 12 h 15’ 21.95 0.05 0.05 10h00’ 19.55 0.10 0.30

12 h 20’ 17.40 0.10 0.30 12 h 20’ 21.90 0.05 0.10 10h05’ 19.50 0.05 0.35

12 h 25’ 17.40 0.10 0.30 12 h 25’ 21.90 0.00 0.10 10h10’ 19.50 0.00 0.35

12 h 30’ 17.40 0.10 0.30 12 h 30’ 21.90 0.00 0.10 10h15’ 19.50 0.00 0.35

12 h 35’ 17.40 0.10 0.30 12 h 35’ 21.90 0.00 0.10 10h20’ 19.50 0.00 0.35

12 h 40’ 17.40 0.10 0.30 12 h 40’ 21.90 0.00 0.10 10h25’ 19.50 0.00 0.35

12 h 45’ 17.40 0.10 0.30 12 h 45’ 21.90 0.00 0.10 10h30’ 19.50 0.00 0.35

0 5 10 15 20 25 30 350

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

luce rossaluce verdeluce blu

tempo (min)

volume di O2 (ml)

ELABORAZIONE DATI

0 5 10 15 20 25 30

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

luce rossaluce verdeluce blu

tempo (min)

volume di O2 (ml)

Volume di O2 prodotto

Lampada blu V ( O2 ) : 0,35 ± 0,10 mL

Lampada rossa V ( O2 ) : 0,30 ± 0,10 mL

Lampada verde V ( O2 ) : 0,10 ± 0,10 mL

t (') V (ml) ΔV(H2O) V(O2)

±1' ±0,05 ml ±0,10 ±0,10

La massima attività fotosintetica è stata registrata con le luci blu e rossa mentre non avviene la fotosintesi con la luce verde

LABORATORIO VIRTUALE

I nostri dati sono stati confermati dalla simulazione al computer.

Lo spettro di assorbimento della clorofilla e lo spettro d’azione della fotosintesi sono simili.

Abbiamo dedotto che la clorofilla presenta un massimo di assorbimento nel rosso e nel blu mentre non assorbe la luce verde.

LUCE AD INTERMITTENZA

La produzione di ossigeno da parte delle piante sarà molto più efficiente se ci sarà unIntervallo tra luce e buio di circa 0,5 secondi. Più l’intervallo è minore, maggiore saràla produzione di ossigeno.

L’esperimento continua...

Domanda di ricercaL’incremento di CO2 influenza la produzione di O2 ?

Due piante di Elodea in soluzione 0,1 M e 0,05 M di bicarbonato di sodio (NaHCO3 )

Il bicarbonato in acqua libera CO2

Esperimento condotto con la luce blu Rilevazione dati condotta come nell’esperimento con la luceCONCLUSIONIAbbiamo solo constatato una maggiore produzione di bolleall’interno della buretta a concentrazione maggiore ma lavariazione di volume non ci è sembrata significativa

Mettiamo il turbo alla fotosintesi

Per ottenere un aumento della resa fotosintetica occorre potenziare il consumo di CO2 .

Nelle piante C4 l’enzima chiave nella conversione della CO2 in zuccheri è il RUBISCO che produce quantità limitate di zuccheri in tempi piuttosto lunghi ( O2 compete con CO2)

I Cianobatteri presentano strutture proteiche, i CARBOSSISOMI ricchi di CO2, che intrappolano l’enzima e favoriscono la reazione fotosintetica

CONCLUSIONI

L’enzima RUBISCO dei Cianobatteri presenta una maggiore affinità con la CO2 rispetto all’enzima corrispondente delle piante C4

OGM ?

Modificando il genoma delle nostre piante C4 in modo che esprimano la variante dell’enzima dei Cianobatteri potremmo incrementare la produzione di cibo e di ossigeno ed abbassare il livello di CO2 all’interno della navicella

SPACE SALAD ?

Maria Francesca De NicolaLaura Fiorentino

Ciro GisoAlessandro Monteriso

Luca Zampino