en t n pla e d an hten v eld pdrac r e w e-o e h c do tis s e a k t Ga mee op stap in de fan ppe-leu ha c s n e t met vijf we
secundair onderwijs
1ste graad
Dit project wordt ondersteund binnen het actieplan wetenschapscommunicatie, een initiatief van de Vlaamse Overheid.
Het educatief pakket ‘Plantastisch!’ is een actie binnen het actieplan Wetenschapscommunicatie, een initiatief van de Vlaamse overheid. Het educatief pakket ‘Plantastisch!’ werd gerealiseerd door Technopolis®, het Vlaamse doe-centrum voor wetenschap en technologie in Mechelen. Met Technopolis® brengt F.T.I vzw in opdracht van de Vlaamse Regering wetenschap en technologie dichter bij de mens. Voor meer informatie over het actieplan Wetenschapscommunicatie: www.ewi-vlaanderen.be/actieplan Wees altijd voorzichtig! Technopolis® kan niet verantwoordelijk gesteld worden voor gebeurlijke schade of ongevallen tijdens het uitvoeren van de experimenten. Flanders Technology International vzw -2010- alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden gereproduceerd zonder voorafgaandelijke schriftelijke toestemming van de uitgever. Verantwoordelijke uitgever: Erik Jacquemyn, Technologielaan, 2800 Mechelen.
Voorwoord Het educatief pakket ‘Plantastisch!’ biedt via vijf thema’s (bewegen, eten, verleiden, overleven en geven) een heleboel informatie aan over de wondere wereld van de planten. Samen met je leerlingen, kun je met dit pakket op een actieve manier aan de slag met vijf wetenschappe-leuke experimenten, die je met eenvoudige materialen in de klas kunt uitvoeren.
Het pakket kan ingezet worden tijdens de lessen natuurwetenschappen. Per thema bevat dit pakket een doe-kaart voor de leerlingen en een lerarenfiche ter ondersteuning van de les. Op de doe-kaart staat telkens een leestekst die de leerlingen inleidt over het thema. Daarna voeren de leerlingen stap voor stap een eenvoudig experiment uit. Moeilijke woorden worden uitgelegd in een woordenlijst en plantastische weetjes fleuren de doe-kaart op. De doe-kaarten (één A4 voor- en achterzijde) kunnen meteen uitgeprint worden voor gebruik in de klas.
Op de lerarenfiche staan didactische tips om de les in goede banen te leiden. Daarnaast bevat elk thema extra achtergrondinformatie voor de leerkracht, met telkens een wetenschappelijk fenomeen dat verder uitgediept wordt. Achteraan dit educatief pakket staat een overzicht van de eindtermen (geldig vanaf september 2010) die het lespakket mee kan helpen realiseren.
Op de website www.technopolis.be vind je onder de rubriek “leerkrachten” nog andere educatieve pakketten die je kan gebruiken in de klas. Op die website staat nog meer nuttige informatie. Je vindt er onder meer een overzicht van alle opstellingen in Technopolis®, met telkens een beschrijving, de tekst van het label dat bij de opstelling staat, plus extra wetenschappelijke achtergrondinformatie bij het onderwerp van de opstelling. Je vindt er ook nog meer experimentjes die je met de klas kan doen – of die de leerlingen zelf achter de computer kunnen uitvoeren. En een heleboel extra educatief materiaal rond andere onderwerpen die in de klas aan bod komen.
Wij wensen jou en je leerlingen veel doe-plezier met dit wetenschappe-leuke pakket!
3
Inhoudsopgave Colofon ......................................................................................................................................................................................................................... 2 Voorwoord ................................................................................................................................................................................................................. 3 Inhoudsopgave ...................................................................................................................................................................................................... 4 Buigen en strekken – een plant… beweegt! .......................................................................................................................... 5 Experiment: Van hot naar her ................................................................................................................................................... 6 Achtergrondinformatie: Waar zit de pit van een kokosnoot? ................................................................... 8 Energiefabriek – een plant… eet! ........................................................................................................................................................ 9 Experiment: Een groen kleurtje ............................................................................................................................................ 10 Achtergrondinformatie: Waarom kleuren herfstbladeren rood? .......................................................... 12 Bloem zoekt bij – een plant… verleidt! ......................................................................................................................................... 13 Experiment: Rood of blauw? ..................................................................................................................................................... 14 Achtergrondinformatie: Pitloze vruchten ...................................................................................................................... 16 Op zoek naar water – een plant… overleeft! ........................................................................................................................... 17 Experiment: Watertransport ....................................................................................................................................................... 18 Achtergrondinformatie: Hoe krijgen bomen water tot in hun top? .................................................... 20 Onmisbaar – een plant… geeft! ........................................................................................................................................................... 21 Experiment: Groene energie ..................................................................................................................................................... 22 Achtergrondinformatie: Biomassa........................................................................................................................................ 24 Eindtermen ................................................................................................................................................................................................................ 25 Technopolis®, waar experimenteren fun is! .............................................................................................................................. 26
4
Doe-kaart
1. Buigen en strekken 1.1 Inleiding Op het eerste gezicht, zien planten er niet erg beweeglijk uit. Ze hebben geen poten of vleugels, en zitten met hun wortels stevig verankerd in de bodem. Ze lijken wel onverzettelijk. Maar planten bewegen meer dan je denkt. Het bekendste voorbeeld is het kruidje-roer-mijniet, een plant met pluizige, roze bloemen, die zijn bladeren vliegensvlug dichtklapt wanneer je kruidje-roer-mij-niet kruidje-roer-mij-niet hem aanraakt. Kruidje-roer-mij-niet bezit her open blaadjes dichtgeklapte blaadjes en der motorische cellen (letterlijk: beweeglijke cellen), waar de plant water in of uit kan pompen. In gewone toestand zitten die cellen vol met water: de turgordruk is hoog. Wanneer de plant aangeraakt wordt, daalt de turgordruk (er stroomt water uit de cellen) en gaat de plant er slapjes bij hangen.
moeilijke woorden:
En dan heb je nog de zonnebloem, die haar naam niet gestolen heeft: ze volgt de zon van oost naar west, om zo optimaal van de zonnestralen te genieten. Dat heet heliotropisme: het volgen van de zon. Heliotropisme doet zich bij de zonnebloem vooral voor in onvolwassen stadium, als de bloemknop nog groen en dicht is. Net zoals bij het kruidje-roer-mij-niet, wordt de beweging van de zonnebloem gestuurd door motorische cellen. Wanneer de bloem begint te bloeien, verstijven de motorische cellen en blijft de zonnebloem naar het oosten gericht.
zonnebloem
Heliotropisme: De eigenschap van planten om naar het licht toe te groeien of bewegen. Motorische cellen: Plantencellen die door water in of uit de cel te pompen (door de inwendige concentratie aan opgeloste stoffen te veranderen) de plant in meer of meerdere mate kunnen laten bewegen. Turgordruk: De druk van de inhoud van een cel op de wand van de cel. Hoe hoger de turgordruk, hoe steviger de plant. De cellen van een verwelkte plant ondervinden een erg lage turgordruk.
5
een plant... beweegt!
venusvliegenvanger
Een andere plant die beweegt bij aanraking, is de vleesetende Venusvliegenvanger. Die plant haalt voedingsstoffen uit insecten en overleeft in gebieden waar de grond arm is aan voedingsstoffen. Wanneer de haartjes aan de binnenkant van zijn bladeren aangeraakt worden, sluiten de bladeren zich. Om vergissingen met bijvoorbeeld regendruppels te voorkomen, moet een haartje twee keer aangeraakt worden vooraleer de vliegenval dichtklapt. Het verteren van een insect duurt ongeveer tien dagen.
Doe-kaart
weetje Sommige planten hebben de warmte van vuur nodig om hun zaaddozen te openen. Zo zijn ze er zeker van dat hun zaden na een bosbrand op een open plek terechtkomen. Voordat de volgende bosbrand toeslaat, zijn de zaden uitgegroeid tot een grote plant.
1.2 Experiment: Van hot naar her
Planten kunnen zich ook voortbewegen. Niet letterlijk; ze gebruiken allerlei hulpmiddelen om hun zaden te verspreiden, waardoor nakomelingen kilometers verderop kunnen ontkiemen. De mechanismen waarmee planten hun zaden kunnen verspreiden, zijn soms heel vernuftig: denk maar aan zaden die door speciale zaaddozen weggeslingerd worden bij droogte of door aanraking.
Wat heb je nodig? • Allerlei zaden (vb. van esdoorn, zonnebloem, linde, eik, kokospalm, klit, paardenbloem, pindaplant, kleefkruid, appel, zuring, walnoot, tomaat, populier, druif, bes, wolfsmelk, plataan, …) • Een glazen pot zonder deksel (bijvoorbeeld een confituurpot) • Een bak met water • Een ventilator • Een wollen kledingsstuk
Aan de slag! a. Bekijk de zaden van dichtbij, gebruik een vergrootglas indien nodig. Welke eigenschappen hebben de zaden? Leg de zaden op drie hoopjes, naargelang de manier waarop ze volgens jou verspreid worden: door de wind, drijvend op het water of door dieren. b. Neem de stapel ‘door de wind’ en test met de ventilator of deze zaden door de wind meegevoerd worden. Gooi de zaden op in de wind die door de ventilator veroorzaakt wordt. c. Neem de stapel ‘drijvend op het water’ en test met de bak water of deze zaden blijven drijven of naar de bodem zinken. d. Neem de stapel ‘door dieren’ en test met het wollen kledingsstuk of deze zaden aan de vacht van dieren blijven kleven. Op welke andere manier kunnen dieren zaden verspreiden?
Hoe zit dat? Aan het uitzicht van zaden kan je vaak al zien op welke manier ze verspreid worden. Wind Planten die voor hun verspreiding van de wind afhangen, hebben meestal lichte zaden, vaak voorzien van een vruchtpluis of een andere eigenschap die hun vluchtduur verlengt. Water Water treedt op als verspreider van zaden, wanneer de zaden blijven drijven op het water. Zulke zaden zijn vaak bedekt met een wasachtig laagje om het water uit hun binnenste te houden. Ook vederachtige structuren of kleine ‘vleugeltjes’ helpen bij het drijven. Zaden blijven makkelijker drijven, wanneer er lucht ingesloten is. een plant... beweegt!
Dieren Sommige zaden hebben piepkleine haakjes, waardoor ze aan de vacht van dieren blijven kleven. Andere zaden zijn heel klein en worden, samen met de smakelijke vrucht eromheen, opgegeten door dieren. Als de zaden niet verteerd worden in het spijsverteringsstelsel van het dier, komen ze samen met de uitwerpselen onveranderd weer in de natuur terecht. Tenslotte zijn er ook zaden die verspreid worden door hongerige dieren, die een wintervoorraad aanleggen en die later niet meer terugvinden.
6
Lerarenfiche 1.3 Didactische tips Laat de leerlingen bij het begin van de les nadenken over het thema: kan een plant bewegen? Zet hen aan het nadenken en stel vragen zoals • Op welke manier zou een plant kunnen bewegen? • Waarom zou het nuttig kunnen zijn voor een plant om te bewegen? • Kan een plant zich ook voortbewegen? Deel de doe-kaart uit en laat een leerling de inleiding voorlezen. De leerlingen leren het woord ‘bewegen’ op een andere manier kennen. Niet alleen het bewegen van de plant zelf, maar ook het verspreiden van zaden (en stuifmeel) kan je interpreteren als bewegen. Dat verklaart meteen hoe er soms planten (of onkruid) op de vreemdste plekken opduiken en hoe de habitat van sommige planten onder invloed van de klimaatsverandering naar het noorden kan verschuiven. Tijdens het lezen, leren de leerlingen enkele nieuwe begrippen kennen. Planten kunnen bewegingen maken door de turgordruk van hun motorische cellen te laten variëren. Dat doen ze door actief kaliumionen in of uit de motorische cellen te pompen, waardoor de concentratie aan opgeloste stoffen in de cel verandert. Door het passieve proces osmose (zie ook hoofdstuk 4. Op zoek naar water), wordt op die manier voor een hogere of lagere turgordruk in de cel gezorgd. Daarna gaan de leerlingen aan de slag met allerlei zaden. Die zaden kunnen ze zelf van thuis meebrengen, of kunnen voorzien worden door de leerkracht. De leerlingen onderzoeken zelf op welke manieren zaden verspreid kunnen worden. Aan de hand van enkele opvallende eigenschappen, kun je vaak makkelijk afleiden op welke manier zaden verspreid worden.
een plant... beweegt!
Voorbeelden van planten waarvan de zaden door de wind verspreid worden zijn de esdoorn, paardenbloem, populier, wolfsmelk, plataan, linde. De zaden van de zonnebloem en de kokospalm zijn typische zaden die blijven drijven en door water verspreid kunnen worden. De zaden van klit, kleefkruid en zuring hebben piepkleine haakjes, waardoor ze aan de vacht van dieren blijven kleven. Zaden van bessen, appels, druiven en tomaten zijn heel klein en worden, samen met de smakelijke vrucht eromheen, opgegeten door mensen of dieren. Zulke zaden worden niet verteerd in het spijsverteringsstelsel van het dier en komen samen met de uitwerpselen onveranderd weer in de natuur terecht. Eikels, walnoten en pindanoten worden verspreid door hongerige dieren, die een wintervoorraad aanleggen en die later niet meer terugvinden.
7
Lerarenfiche
1.4 Achtergrondinformatie Waar zit de pit van een kokosnoot? Wat u en ik een kokosnoot noemen, ís de pit. De eigenlijke vrucht is een stuk groter. Het ‘vruchtvlees’ bestaat hoofdzakelijk uit vezels. Die vezels worden bij het oogsten weggehaald, om gebruikt te worden in borstels, deurmatten, aquariumfilters, isolatiepanelen, touw, of als bodemverbeteraar om grond tegen erosie te beschermen. Wat dan overblijft zijn een half dozijn harde pitten. Binnenin die pitten zit, zoals bij alle plantenpitten, het ‘endosperm’, het ‘wit’ van een pit waaruit een nieuwe plant ontstaat. In het begin is het vloeibaar, maar het wordt hard naarmate de pit rijpt. Dat harde, witte spul eten wij op. Rauw, of gebakken in makarons. De kokosmelk in de handel is niet het vocht uit onrijpe kokosnoten, maar wordt uit het harde wit geperst. Zoals gebruikelijk bij pitten, is het binnenste zeer rijk aan oliën. In het geval van kokos onder andere laurylzuur, een vetzuur dat ook in moedermelk zit en ons immuunsysteem een handje zou helpen. De olie wordt gebruikt in zepen, shampoo, zonnemelk en andere huidproducten – ‘verrijkt met monoï’ heet dat dan in het onnavolgbare reclametaaltje. Kokosolie kent ook allerlei industriële toepassingen, van remvloeistof en kaarsen tot kunstrubber en weekmakers. In de keuken kom je de olie minder vaak tegen. Kokosolie wordt vaak tot de verzadigde – en dus ongezonde – vetten gerekend, maar in feite gaat het dan om kokosolie die kunstmatig verzadigd werd, om ze harder te maken. Dat was vroeger gebruikelijk, toen mensen van hun margarine verwachtten dat die even keihard was als ‘goei boter’, en de term ‘koelkast-smeerbaar’ nog door een handige reclamejongen bedacht moest worden. Natuurlijke kokosolie is middelmatig verzadigd. Bij kokospalmen denken we spontaan aan wuivende bomen die pittoresk staan te zijn aan vakantiestranden, maar voor de mensen van de tropische eilanden is Cocos nucifera vooral een waardevolle productieboom. De levensboom, noemen ze hem op de Filippijnen. Alles wordt gebruikt, van de bladeren tot de bast en het sap. En uiteraard de noten. Die komen er als de boom zeven tot tien jaar oud is, waarna een gezonde boom wel zeventig jaar lang vrucht kan dragen. Oogsters klimmen dertig tot honderd meter de boom in, om de vruchten los te hakken. Of men wacht tot ze vanzelf afvallen. De pitten worden van de vezels gescheiden en met de machete opengehakt. Het inwendige wordt in de zon gedroogd tot kopra, die door handelaars per schip wordt opgehaald en naar de oliefabrieken gebracht. Omdat dat hele parcours nogal rustiek en niet meteen steriel verloopt, moet kopra-olie gezuiverd, gebleekt en ontgeurd worden. Waar het vlees meteen naar de oliefabriek kan, hoeft die raffinage niet. Dan krijg je ‘virgin coconut oil’, met het ‘voordeel’ dat die ook zonder toegevoegd parfum naar verse kokos ruikt.
een plant... beweegt!
Niemand weet hoe de kokospalm zich precies over de wereld heeft verspreid, maar een vrucht kan maanden in zeewater drijven en bij aanspoelen nog steeds in staat zijn tot schieten. De rondreizende mens heeft zeker ook een handje geholpen. Zandige grond (liefst met een vleugje zout) en tropisch weer zijn voldoende voor de nieuwe palm om zich doorheen een van de drie minder harde ‘ogen’ in de wand van de pit te boren en tot een boom uit te groeien. Je kunt het inwendige van de pit eten of in gebak verwerken, maar het wordt ook in melkvorm gebruikt in allerlei drankjes, vaak in combinatie met rum, ananassap, limoen en andere tropische verhemeltesmeersels. Je kunt er zelfs soep mee maken: fruit een paar fijngehakte Spaanse pepertjes in olie, doe er een blik kokosmelk bij en laat sudderen, zonder koken. Voeg twee blikken groene asperges toe, uitgelekt en fijngemalen, en laat nog enkele minuutjes sudderen. Heel eenvoudig. En als het resultaat wat te exotisch was voor de brave Vlaamse smaak, dan was het toch nog steeds een wetenschappeleuk experimentje. Want het devies van de ware wetenschapper blijft: “De wereld is er om verkend te worden”. 8
Doe-kaart
2. 2 Energiefabriek 2.1 Inleiding Planten hebben geen spijsverteringsstelsel zoals mensen en dieren. Toch groeien ze en zitten ze boordevol voedingsstoffen. Ze maken hun voedsel zelf en halen alles wat ze nodig hebben uit lucht, water, aarde en het licht van de zon. Uit de lucht halen planten koolstofdioxide of CO2 . Dat doen ze met hun huidmondjes of stomata, piepkleine openingen in hun bladeren. Met hun wortels nemen ze water op uit de grond. Ze zuigen dat water niet actief op uit de bodem, maar het water beweegt passief omhoog door osmose, waarbij het water doorheen de celmembraan van cel tot cel reist. Van water en CO2 maken planten koolhydraten of suikers, die ze broodnodig hebben zonlicht om te overleven. Een deel van de koolhydraten gebruiken ze water direct als energiebron. Een ander deel gebruiken ze om te groeien: ze maken er stevige structuren zoals cellulose van. De rest van de koolhydraten slaan ze op als reserve-energie in hun stengels (krokus), wortels (wortel), zaden (bonen) of vruchten (banaan). Het zijn net die delen, rijk aan voedingsstoffen, die wij opeten en die ons van plantaardige energie voorzien. lucht
aarde
Om van water en CO2 koolhydraten te maken, hebben planten energie nodig. Die energie halen ze uit zonlicht, via een proces dat fotosynthese heet. Zonder licht is een plant ten dode opgeschreven.
Cellulose: Stof die in de wanden van plantencellen zit en voor stevigheid zorgt. Plantaardige vezels (denk aan katoen) bestaan vaak (gedeeltelijk) uit cellulose. Chlorofyl (of bladgroen): Groene kleurstof in planten die gevormd wordt onder invloed van licht. Chloroplast (of bladgroenkorrel): Plantorganel dat zonlicht opvangt en omzet in chemische energie. Fotosynthese: Biochemisch proces in de plant waarbij koolhydraten gevormd worden uit water en CO2, met zonlicht als energiebron. Koolhydraten: Verzamelnaam voor chemische verbindingen die we ook ‘suikers’ noemen. De witte suiker die je op een pannenkoek doet is een koolhydraat, maar niet alle koolhydraten zijn de suiker die wij kennen. Koolhydraten of suikers kunnen als energiebron dienen voor planten en dieren. Koolstofdioxide/CO2: Chemische stof die planten nodig hebben om te overleven. CO2 is ook een broeikasgas, dat ontstaat bij de verbranding van fossiele brandstoffen zoals olie, aardgas, …. Osmose: Een passieve manier van watertransport, waarbij water doorheen de celmembraan van een cel met een lage concentratie aan opgeloste stoffen naar een cel met een hoge concentratie aan opgeloste stoffen reist. Spijsverteringsstelsel: Opeenvolging van organen (mond, slokdarm, maag, darmen) waarin voedsel verwerkt wordt tot voedingsstoffen die ons lichaam kan opnemen. Stomata (of huidmondjes): Spleetvormige orgaantjes in de bladhuid van planten, waarmee ze zuurstof en CO2 uit de lucht halen.
9
een plant... eet!
moeilijke woorden:
Tenslotte halen planten allerlei extraatjes uit de grond, bijvoorbeeld stikstof, fosfor, kalium… De voedingsstoffen die ze uit de aarde verzamelen, gebruiken ze om eiwitten en onderdelen van plantencellen aan te maken. Om te zorgen dat de bodem niet uitgeput raakt, krijgen kweekplanten af en toe extra meststoffen toegediend.
Doe-kaart
weetje
2.2 Experiment: Een groen kleurtje
CO2 is een belangrijk broeikasgas: het warmt de aarde op. Daarom noemt men bossen en regenwouden de ‘groene longen van de aarde’. Ze halen schadelijk CO2 uit de lucht en geven zuurstof af.
Planten zijn niet zomaar groen, daar is een goede reden voor. De groene kleur van hun bladeren wordt veroorzaakt door bladgroen of chlorofyl (chloro = groen, fyl = blad), een stofje dat gevormd wordt onder invloed van licht. Chlorofyl zit opgeslagen in bladgroenkorrels of chloroplasten, kleine fabriekjes die de energie uit licht omzetten in chemische energie. In dit experiment ga je de groene kleur van planten isoleren. Bovendien ontdek je welke andere kleuren er in een plant verborgen zitten.
Wat heb je nodig?
• Een handvol spinazie • Vijzel of een scherp mes • Bunsenbrander • Vuurvaste maatbeker van 1l • Hoge maatcilinder • Trechter • Witte koffiefilter • Aceton • White spirit
Aan de slag! a.Maal de spinaziebladeren fijn met de vijzel of hak ze in kleine stukjes met een scherp mes. Doe de spinazie in de maatbeker en voeg 300ml aceton toe. Verwarm het mengsel gedurende enkele minuten op een zacht vuurtje, tot de aceton groen ziet. b.Laat het mengsel afkoelen. Giet het mengsel doorheen de trechter, voorzien van een koffiefilter, in de maatcilinder. c.Voeg nu 300ml white spirit toe (ongeveer evenveel als aceton), meng goed en laat het mengsel bezinken. Al snel kan je zien dat het mengsel zich splitst in twee lagen. De vloeistof bovenaan de cilinder krijgt een groene kleur, onderaan zie je een gele kleur verschijnen.
Hoe zit dat? Door de bladeren fijn te stampen en op te koken in aceton, hebben ze hun kleurstoffen ‘losgelaten’. Niet alleen het groene chlorofyl, maar ook caroteen en xanthofyl, die een gele tot oranje kleur hebben. Al die kleurstoffen zitten nu opgelost in de aceton en het mengsel ziet er groen uit. Maar die verschillende kleuren hebben ook verschillende eigenschappen. Chlorofyl lost goed op in white spirit, terwijl caroteen en xanthofyl beter oplossen in aceton. Omdat white spirit lichter is dan aceton, gaat de white spirit bovenop de aceton drijven. En dus ook de groene kleur. Na enkele minuten kan je al een dunne, donkergroene ring zien bovenaan de maatcilinder. Na enkele uren rusten, zie je duidelijk de groene white spirit drijven op de gele aceton.
een plant... eet!
weetje Zonder planten zijn dieren gedoemd om uit te sterven. Planten zijn niet alleen de eerste schakel in alle voedselketens, ze zorgen ook voor zuurstof in de atmosfeer.
10
Lerarenfiche 2.3 Didactische tips Laat de leerlingen bij het begin van de les nadenken over het thema: waar haalt een plant energie? Zet hen aan het nadenken en stel vragen zoals • Heeft een plant voedsel nodig? • Waar haalt een plant energie om te groeien? Om vruchten en zaden te maken? • Wat heeft een plant nodig om te overleven? • Waarom zijn planten groen? Deel de doe-kaarten uit en laat een leerling de inleiding voorlezen. De leerlingen leren enkele moeilijke woorden die wat extra uitleg nodig hebben. Zo omvat het woord ‘suikers’ veel meer dan alleen maar de witte suiker die de leerlingen uit de keuken kennen. De leerlingen leren niet alleen de Nederlandse namen van bijvoorbeeld bladgroen, maar ook de benamingen die wetenschappers gebruiken (chlorofyl). Tijdens het lezen van de tekst ontdekken de leerlingen de vier basisbehoeften van een plant: licht, lucht, water en aarde. Al is die laatste behoefte relatief: sommige plantensoorten kunnen makkelijk zonder aarde overleven, als ze alle nodige voedingsstoffen en mineralen via hun water aangevoerd krijgen. Die techniek heet ‘hydrocultuur’ en wordt bijvoorbeeld op grote schaal toegepast bij het kweken van tomaten en witlof. Daarna gaan de leerlingen aan de slag met spinazie. Ze extraheren de verschillende kleurstoffen van een groene plant uit de bladeren en leren meer over bladgroenkorrels, de groene energiefabriekjes van een plant.
een plant... eet!
De leerlingen volgen de instructies op de doe-kaart en ontdekken zo dat er niet alleen groene kleurstoffen in een plant verscholen zitten, maar ook gele en oranje. Na enkele minuten zien de leerlingen al resultaat, maar door de maatcilinder een paar uur of zelfs een hele dag te laten staan, wordt de scheiding tussen geel en groen steeds duidelijker. Het opkoken van de spinazie in aceton zal het experiment duidelijker maken, maar indien geen bunsenbranders voorhanden zijn, volstaat het om enkele minuten goed te schudden.
11
Lerarenfiche 2.4 Achtergrondinformatie Waarom kleuren herfstbladeren rood? De dagen worden korter, de nachten kouder en de bladeren aan de bomen krijgen een warmrood of dieporanje kleurtje, alvorens ze levenloos naar beneden dwarrelen. Wat een kleurenpracht kunnen we elk jaar bewonderen, als de ‘R’ weer in de maand zit. De kleur van een blad ontstaat door een combinatie van pigmenten, met ronkende namen als porfyrinen, flavanoïden en carotenoïden. Chlorofyl, of bladgroen, behoort tot de porfyrinen. In lente en zomer wordt chlorofyl in zo’n grote hoeveelheden aangemaakt, dat het alle andere bladpigmenten overheerst. Maar als de herfst in het land is, ontvangen plant en boom allerlei signalen die de winter aankondigen. Op de grens tussen bladsteel en tak, ontstaat een dun laagje kurk, waar geen enkel voedingsmiddel doorheen geraakt. De bladeren teren nog even op hun reserves om bladgroen aan te maken, maar al gauw valt de volledige productie stil. En dan komen eindelijk al die andere prachtige kleuren op het toneel. Caroteen en xanthofyl bijvoorbeeld, die de bladeren geel tot oranje kleuren. Of lycopeen, dat voor een helderrode tint zorgt. Deze carotenoïden zijn stabieler, hebben minder last van lichtschade en zijn een langer leven beschoren dan hun groene broertje. Naast die immer aanwezige carotenoïden duiken in herfstbladeren ook nieuwe pigmenten op. Anthocyanen worden aangemaakt uit overtollige suikers onder invloed van licht. Zonnige herfstdagen doen dus dieprode tot paarse kleuren in het herfstpalet verschijnen (dit pigment zorgt er trouwens ook voor dat appeltjes langs een kant gaan blozen). Anthocyanen kunnen met gemak de veel flauwere kleur van de carotenoïden overtreffen. We weten nu hoe, maar eigenlijk nog niet waarom bladeren in de herfst rood kleuren. Het is erg onwaarschijnlijk dat bomen gewoon ‘mooi’ willen zijn. Sommige wetenschappers beweren dat bladluizen veel liever op gele dan rode bladeren vertoeven. Wanneer in de herfst het groene chlorofyl plaatsmaakt voor de geel-oranje anthocyanen, kan een boom dus maar best antwoorden door roodpaarse anthocyanen te gaan produceren. Andere onderzoekers twijfelen aan die theorie. Volgens hun zijn anthocyanen een reactie op stress. Ja, ook bomen hebben er last van. Vooral dan op zonnige herfstdagen, wanneer hun afgezwakte bladeren toch nog een redelijke hoeveelheid zonlicht te verduren krijgen. Anthocyanen minimaliseren de schadelijke gevolgen van dat soort stress. Voor een kleurrijk landschap, is het dus duimen voor wat stress: en wie geniet er nu niet van een zonnige, droge herfstdag? een plant... eet! 12
Doe-kaart
3. Bloem zoekt bij 3.1 Inleiding Als een jongen de aandacht wil trekken van een meisje, trekt hij zijn beste kleren aan en doet hij gel in zijn haar. Meisjes kiezen een leuk kleedje uit en gebruiken een vleugje van hun allerbeste parfum. Vervolgens gaan ze in de buurt van hun doelwit rondhangen, in de hoop om zo snel mogelijk opgemerkt te worden. Voor planten is die strategie heel wat moeilijker uit te voeren. Ze kunnen zich niet verplaatsen, laat staan op zoek gaan naar een verleidelijke partner om stuifmeel uit te wisselen. Daarom gebruiken ze allerlei boodschappers om pakketjes bij hun partners af te leveren. Veel planten rekenen op insecten om stuifmeel naar hun soortgenoten te vervoeren. Zij moeten dus geen andere planten het hof maken, maar insecten verleiden! Daarvoor gebruiken ze hun bloemen. Felgekleurde geurige bloemen lokken insecten naar zich toe. Insecten weten immers dat er zoete nectar te rapen valt in zo’n kleurig juweeltje. Maar er zijn nog andere manieren waarop planten hun stuifmeel verspreiden. Met behulp van de wind bijvoorbeeld, zoals de meeste grassen. Ook vogels kunnen goede bestuivers zijn. De kolibrie, een piepklein vogeltje dat ter plaatse kan blijven vliegen, zorgt ervoor dat het stuifmeel van bloemen met diepgelegen nectar op zijn bestemming geraakt. Daarnaast doen ook sommige slakken en vleermuizen dienst als bestuiver van bepaalde bloemen. Tenslotte bestaan er ook bloemen waarvan het stuifmeel op water blijft drijven. Het liefst van al heeft een bloem dat haar stuifmeel naar een bloem op een andere plant gebracht wordt. Dat heet kruisbestuiving. Maar soms valt het stuifmeel op de eigen stempel. Dat heet zelfbestuiving. Tenslotte kan er ook buurbestuiving optreden: dan komt stuifmeel terecht op een andere bloem van eenzelfde plant.
buurbestuiving
kruisbestuiving
Bestuiving: Het overbrengen van stuifmeel van meeldraad naar stamper. Dat kan gebeuren door insecten, vogels, vleermuizen of slakken, door de wind of met behulp van water. Zelfbestuiving: Wanneer stuifmeel op de stamper van dezelfde bloem terechtkomt. Buurbestuiving: Wanneer stuifmeel op de stamper van een andere bloem van dezelfde plant terechtkomt. Kruisbestuiving: Wanneer stuifmeel op de stamper van een bloem van een andere plant terechtkomt. Nectar: Suikerrijk vocht dat bestuivers (insecten, vogels, vleermuizen) uit bloemen halen. Stuifmeel: Poeder dat bij zaadplanten in de meeldraden gevormd wordt. Wanneer stuifmeel op een stamper terechtkomt, vindt bevruchting plaats. Zuurgraad: De mate waarin een stof zuur of eerder basisch is.
13
een plant... verleidt!
moeilijke woorden:
zelfbestuiving
Doe-kaart
weetje Sommige bloemen zijn uitgerust met een honingmerk, een gekleurd merkteken dat insecten toont waar de nectar zit. Honingmerken kunnen verschillende kleuren hebben, zelfs kleuren die onzichtbaar zijn voor de mens!
3.2 Experiment: Rood of blauw?
De kleur van een bloem is meestal genetisch bepaald. Zo zijn boterbloemen altijd geel en hebben madeliefjes steevastwitte bloembladeren. Rozen en tulpen komen in verschillende kleuren voor. Toch ligt ook hun volwassen kleur al vast wanneer ze nog een zaadje zijn. Maar soms kunnen bloemen zich gedragen als een toverbal: afhankelijk van de plaats waar ze groeien, hebben ze een verschillende kleur.
Wat heb je nodig?
• 2 rode rozen • Beker • Ammoniak 30% • Absorberend papier (bijvoorbeeld keukenrol)
Aan de slag! a.Doe een prop absorberend papier in de beker en giet er wat ammoniak op, zodat het papier vochtig wordt. b.Knip één roos van de stengel. Laat nog een klein stukje van de stengel aan de bloem hangen. c.Leg de afgeknipte roos in de beker met ammoniak, met de bloemblaadjes naar beneden. De bloem verkleurt.
Hoe zit dat? De kleurstof die de roos haar rode kleur geeft, verandert van kleur wanneer ze in een zure of basische omgeving terecht komt. Zure stoffen smaken meestal zuur, zoals citroensap, pompelmoessap, azijn. Basische stoffen smaken eerder zeepachtig. Bekende basische stoffen zijn toiletzeep, afwasmiddel, maagzout en ammoniak. De ammoniak in de beker is een base en doet de roos paars verkleuren. De mogelijkheid om van kleur te veranderen, zorgt soms voor grappige taferelen. Mensen die een blauwe hortensiastruik aangekocht hebben, schrikken zich het volgende seizoen een hoedje wanneer de nieuw uitgekomen hortensia’s roze zijn. Dat heeft alles te maken met de zuurgraad. In kalkrijke bodems krijgt de hortensia roze bloemen, in eerder zure bodems kleuren de bloemen mooi blauw.
een plant... verleidt!
Kleurstoffen die van kleur veranderen met de zuurgraad, kunnen erg handig zijn voor wetenschappers. Als je wil weten of een stof zuur of basisch is, kan je immers niet altijd gewoon proeven. Sommige stoffen zijn giftig, andere smaken zoet vanwege de grote hoeveelheid suiker die erin opgelost is (denk maar aan cola, die zoet smaakt maar eigenlijk heel zuur is). Een bekende zuur-base indicator is lakmoes, dat rood kleurt in een zure omgeving en blauw in een basische omgeving. Lakmoes wordt gewonnen uit korstmossen (geen zuivere plant maar een combinatie van algen en schimmels).
14
Lerarenfiche 3.3 Didactische tips Laat de leerlingen bij het begin van de les nadenken over het thema: hoe zorgt een bloem ervoor dat haar stuifmeel op de stamper van een andere bloem terechtkomt? Zet hen aan het nadenken en stel vragen zoals • Welke dieren kunnen daarbij helpen? • Hoe worden zulke dieren verleid? • Zijn er nog andere hulpmiddelen waarvan planten gebruik kunnen maken om hun stuifmeel te verspreiden? Deel de doe-kaarten uit en laat een leerling de inleiding voorlezen. De leerlingen leren enkele moeilijke woorden die wat extra uitleg nodig hebben. Ze leren ook minder bekende voorbeelden van bestuiving kennen, zoals bestuiving door slakken (die goudveil bestuiven, een plant die ook bij ons voorkomt) of vleermuizen (die o.a. cactussen bestuiven wanneer die ’s nachts hun bloemen openen). Tijdens het lezen van de tekst ontdekken de leerlingen ook de verschillende types bestuiving. Sommige planten kunnen zich voortplanten door middel van zelf- en buurbestuiving. Een perzikboom bijvoorbeeld, kan perfect vruchten met vruchtbaar zaad opleveren zonder dat er een andere perzikboom in de buurt te vinden is. Andere planten zijn afhankelijk van kruisbestuiving: zonder soortgenoot in de buurt, kunnen ze zich niet voortplanten (bijvoorbeeld de meeste appelrassen). Opgelet: Het is belangrijk de bestuiving niet te verwarren met de verspreiding van zaden. Misschien beginnen de leerlingen spontaan over bijvoorbeeld kleefkruid, dat in de vacht van zoogdieren blijft hangen, of over onverteerbare pitten die dieren met hun ontlasting uitscheiden. In beide gevallen gaat het hier echter over zaden en niet over stuifmeel. Daarna gaan de leerlingen aan de slag met rode rozen. Ze leggen een bloem met rode kleurstof (een anthocyaan) in een base (ammoniak) en zien een kleurverandering optreden. Ze kunnen de link leggen met rode kool (in de winkel paars), waaraan tijdens de bereiding steevast zure appeltjes toegevoegd worden om een mooie, rode kleur te verkrijgen. Doe je een base bij rodekoolsap (bijvoorbeeld bakpoeder), dan kleurt het sap blauwgroen. Misschien kunnen de leerlingen nog andere bloemen vinden, die een interessante verkleuring vertonen wanneer je ze blootstelt aan een basische omgeving.
In de bedrijfswereld worden indicatoren gebruikt om te bepalen of een bepaalde stof aanwezig is. De indicator zit meestal op een strookje papier. Met zo’n strookje kun je bijvoorbeeld onderzoeken hoe zuur iets is, maar onderzoekt de dokter ook of er suiker of eiwitten in onze urine zitten. In laboratoria gebruiken ze als zuur-base indicatoren: methyloranje, methyleenblauw, fenolftaleïne of lakmoespapier. Lakmoespapier is niet gekleurd met rodekoolsap maar wel met korstmossen (een symbiose van een schimmel en een alge of wier). De zuurgraad wordt in laboratoria ook uitgedrukt in pH-waarden (van 0 tot 14). Hoe lager de pH-waarde, hoe zuurder de stof is.
15
een plant... verleidt!
De kleurverandering treedt op omdat verschillende structurele veranderingen plaatsvinden in de indicatormolecule, afhankelijk van de zuurgraad van de oplossing. Andere moleculaire structuren absorberen en reflecteren andere kleuren van licht. De specifieke kleuren zijn afhankelijk van de gebruikte indicator.
Lerarenfiche 3.4 Achtergrondinformatie Pitloze vruchten Hoe zit dat ook alweer met de bloemetjes en de bijtjes? Onderaan de stamper van een bloem, in het vruchtbeginsel, versmelten eicellen met zaadcellen: de bevruchting. Het vruchtbeginsel begint te rijpen en groeit uit tot een aantrekkelijke, vlezige structuur met de vruchtbare zaden of pitten erin. Tot zover hoe de theorie het voorschrijft. Maar soms beginnen vruchten te groeien zonder dat er een bevruchting aan vooraf gegaan is. Zulke vruchten bevatten geen zaden en zijn dus steriel. Biologen spreken dan ook over parthenocarpie, letterlijk: maagdelijk fruit. Zo’n onbevlekte ontvangenis bij planten bereiken fruittelers op verschillende manieren. Citrusvruchten en ananassen (jawel, die zijn standaard pitloos) zijn een gemakkelijke klant. Die hebben een aangeboren mechanisme om inteelt te vermijden. Een eicel kan enkel bevrucht worden door een zaadcel van een boom of plant met een andere genetische samenstelling. In kwekerijen van zaadloze mandarijnen komt het er dus op neer om de bomen te enten, zodat de hele boomgaard bestaat uit klonen van elkaar. Omdat de bomen elkaar niet kunnen bevruchten, worden er geen pitten gevormd. Door een soort uit te kiezen met een grote aanleg voor parthenocarpie, groeien de onbevruchte vruchtbeginsels toch uit tot een volwaardig stuk fruit. Komkommers, die wij ook alleen in zaadloze vorm nuttigen, doen enkel aan parthenocarpie als bestuiving wordt verhinderd. Daarom worden in komkommerkwekerijen de mannelijke bloemen voortdurend weggenomen. En leuk neveneffect, is dat zulke onvruchtbare komkommers veel regelmatiger van vorm zijn. Een andere veel voorkomende praktijk is het gebruik van planten met een extra set chromosomen. Een normale plant, net zoals een normaal dier, draagt in elke cel twee sets chromosomen bij zich: van elke ouder één. Met speciale kruisingstechnieken worden triploïde planten aangemaakt, met drie sets chromosomen. Drie sets zijn erg moeilijk in twee te delen voor een niet-wiskundig aangelegde plant, en dus wordt de voortplanting bij zulke planten verhinderd. Onze consumptiebananen zijn een voorbeeld van triploïde vruchten. Wilde bananen, met slechts twee sets chromosomen, hebben dikke, harde zaden, waardoor ze niet geschikt zijn voor consumptie. Triploïde bananenplanten worden vermeerderd door uitlopers opnieuw uit te planten, hier wordt dus ook gekloond. Watermeloenen zijn moeilijker te manipuleren: zonder zaad, geen watermeloen. En toch vind je in de winkel watermeloenen zonder pit. Inventieve kwekers hebben een manier gevonden om zaden met drie chromosomensets te produceren. Daarvoor kruisen ze een normale, mannelijke meloenplant met een vrouwelijke plant van een ras met maar liefst vier sets chromosomen. Die worden gemaakt door planten te behandelen met colchicine, een stofje dat ervoor zorgt dat alle chromosomen in de behandelde plant verdubbeld worden. Een eeuwenoude vorm van genetische manipulatie. een plant... verleidt!
Voor de volledigheid vermelden we ook nog de pitloze druiven, die wél ontstaan na bevruchting. Een geval van stenospermocarpie, voor de kenners. Hun zaadknoppen of embryos groeien niet uit tot volwaardige zaden. Dat heeft men bereikt door een sterk staaltje van klassieke veredeling: kruisen, kruisen en blijven kruisen tot je een vrucht zonder zaden bekomt.
16
Doe-kaart
4. Op zoek naar water 4.1 Inleiding
cactussen
mossen
algen
edelweiss
Planten leven in de meest extreme omstandigheden, van kletsnat tot kurkdroog. In rivieren en oceanen (algen) hebben planten geen moeite om water te vinden. In het ijskoude Antarctica (mossen) en op hoge bergtoppen (edelweiss) wordt het vaak al wat moeilijker om aan voldoende water te geraken; planten zijn er dan ook meestal klein en gedrongen, om hun waterbehoefte tot een minimum Maar zelfs in woestijngebieden – waar soms wel tien jaar verstrijkt tussen twee opeenvolgende regenbuien – vind je planten terug, zoals cactussen, agaven en wolfsmelk. Het zijn succulenten, planten die grote hoeveelheden water kunnen bewaren in een deel van hun lichaam. Cactussen kunnen enorm veel water opslaan in hun vlezige stengel, agaven hebben aangepaste bladeren. Hun stekels houden dieren op een afstand, die op zoek zijn naar een sappige hap.
Koolstofdioxide/CO2: Chemische stof die planten nodig hebben om te overleven. CO2 is ook een broeikasgas, dat ontstaat bij de verbranding van fossiele brandstoffen zoals olie, aardgas, …. Osmose: Een passieve manier van watertransport, waarbij water doorheen de celmembraan van een cel met een lage concentratie aan opgeloste stoffen naar een cel met een hoge concentratie aan opgeloste stoffen reist. Succulent (of vetplant): Plant die water kan opslaan in een deel van zijn lichaam om te overleven in droge, warme gebieden. een plant... overleeft!
moeilijke woorden:
Extreme omstandigheden of niet, elke plant is op zichzelf aangewezen om te overleven en gebruikt daarvoor de middelen die hij ter beschikking heeft. Via zijn wortels haalt hij water en voedingsstoffen uit de bodem, met zijn bladeren neemt hij zuurstof en CO2 op uit de lucht en haalt hij energie uit zonlicht. Elke plant, ook in België, is in min of meerdere mate aangepast aan de omgeving waar hij leeft.
17
Doe-kaart
weetje Baobabs slaan water op in hun houtige stam, die plaatselijk opgezwollen is.
4.2 Experiment: Watertransport De hoogste boom ter wereld meet meer dan 115 meter! Al dat water moet van diep onder de grond tot in het topje van zijn kruin geraken. In deze proef ontdek je welke drijvende krachten achter het watertransport in planten zitten.
Wat heb je nodig?
• Een grote aardappel • Aardappelmesje • Suiker • Kopje met 2 cm water
Aan de slag! a.Snijd de aardappel in twee. Maak met het aardappelmesje voorzichtig een kuiltje van ongeveer 2 cm diep in de vlakke kant van de aardappel. b.Schep een theelepel suiker in het kuiltje. c.Zet de aardappel met het kuiltje naar boven rechtop in het kopje, zodat de onderkant van de aardappel in het water staat. d.Bekijk het kuiltje met suiker na ongeveer 30 minuten.
Hoe zit dat? De suiker in het kuiltje is nat geworden. Het water uit het kopje wordt, door de aardappel heen, in het kuiltje gezogen. Water reist altijd van een plek met weinig opgeloste stoffen naar een plek met veel opgeloste stoffen. In dit geval reist het van een plek zonder suiker (in het kopje), via de aardappel naar een plek met veel suiker. Het water reist doorheen de aardappel, van plantencel naar plantencel, omhoog tot in het kuiltje. Wanneer het water in het kuiltje aankomt, lost de suiker op.
een plant... overleeft!
Het reizen van water van een plek met een lage concentratie aan opgeloste stoffen naar een plek met een hoge concentratie aan opgeloste stoffen, noemen wetenschappers osmose. Niet alleen suiker heeft dit effect, maar ook bijvoorbeeld zout of alle andere stoffen die in de cellen van de aardappel opgelost zijn. Planten halen met behulp van osmose met hun wortels water uit de bodem om er voedingsstoffen en levensnoodzakelijk vocht uit te halen.
18
Doe-kaart 4.3 Didactische tips Laat de leerlingen bij het begin van de les nadenken over het thema: hoe geraakt een plant aan water? Zet hen aan het nadenken en stel vragen zoals • Staan er planten in de woestijn? • Hebben zulke planten water nodig? • Hoe krijgen hoge bomen water tot in hun top? Deel de doe-kaarten uit en laat een leerling de inleiding voorlezen. De leerlingen leren enkele nieuwe begrip die wat extra uitleg nodig hebben. Ze leren ook op welke manier planten kunnen overleven bij extreme droogte. Daarna gaan de leerlingen aan de slag met een aardappel. Tijdens het experiment ontdekken ze hoe osmose werkt: water reist van een kopje zuiver water, doorheen de aardappel naar het kuiltje in de aardappel dat gevuld is met suiker. Het water reist dus van een plaats met een lage concentratie aan opgeloste stoffen, naar een plaats met een hoge concentratie aan opgeloste stoffen. Het water reist van cel tot cel doorheen de aardappel. Daarom werkt het experiment alleen met een rauwe aardappel. Wanneer je een aardappel kookt, gaan de cellen in de aardappel stuk. Dan kan er geen water meer opgezogen worden en raakt het water nooit tot in het kuiltje. Osmose is een belangrijke manier van watertransport, maar met osmose alleen geraakt water nooit tot aan het topje van de allerhoogste bomen. Een andere drijvende kracht is de verdamping van water aan het bladoppervlak. Het sap in de bladeren bevat hoge concentraties aan opgeloste stoffen, waardoor de bladeren water aanzuigen. Eens boven aangekomen, verdampt het water ter hoogte van de huidmondjes, die in verbinding staan met de lucht.
een plant... overleeft!
Door de sterke cohesiekrachten die de waterdeeltjes onderling bij elkaar houden, blijft de waterkolom van wortel tot blad steeds intact. Bomen zuigen water op vanuit hun wortel, doorheen miljarden kanaaltjes die minder dan een halve millimeter dik zijn. In principe zijn de cohesiekrachten van de waterdeeltjes sterk genoeg om water tot 3 000 m hoog te krijgen! Maar planten kunnen onmogelijk een structuur bouwen die sterk genoeg is om zo hoog te groeien. De hoogste boom ter wereld staat in Californië: een sequoia die wel 115,6 m meet, toch ook niet onaardig voor een plant!
19
Lerarenfiche 4.4 Achtergrondinformatie Hoe krijgen bomen water tot in hun top? Omwille van de beperkingen die aardse natuurwetten ons opleggen, kan de aanzuighoogte van een pomp theoretisch gezien nooit meer dan 10 meter bedragen. Toch slagen bomen erin om water tot in hun hoogste toppen te transporteren. En dan spreken we over heel wat meer dan 10 meter… Bomen maken dan ook geen gebruik van ‘pompen’ die water van beneden naar boven stuwen, maar zuigen vanuit hun bladeren het bodemwater opwaarts. De drijvende kracht daarachter is de verdamping van water aan het bladoppervlak. De kanaaltjes waardoorheen het water in planten naar boven stroomt, heet xyleem. Ze bestaan uit aaneengeschakelde, langgerekte, dode cellen van slechts enkele micrometers diameter, die zich uitstrekken van de diepste wortels tot in de hoogste blaadjes. Die blaadjes zijn voorzien van talrijke huidmondjes, holtes waarlangs water kan ontsnappen. Vlak onder zo’n huidmondje zit een piepkleine holte, waarin de lucht verzadigd is met waterdamp. Wanneer de lucht buiten het blad niet verzadigd is, migreert de waterdamp uit de holte naar de buitenlucht. Om de lucht onder het huidmondje opnieuw te verzadigen, wordt water vanuit het blad aangetrokken. Dat proces heet ‘transpiratie’. De resterende watermoleculen in het blad gaan nu harder ‘trekken’ aan de waterkolom in het xyleem, waardoor water vanuit de bodem, doorheen de wortels, de stam, de takken en de bladeren aangezogen wordt. Dat zorgt voor een enorme negatieve druk: tot bijna - 20 000 hPa in de allerhoogste sequoia’s. (Ter vergelijking: de atmosferische druk bedraagt niet meer dan 1000 hPa.) Het systeem kan alleen maar werken omwille van de sterke cohesiekrachten, die de watermoleculen stevig bij elkaar houden in het smalle xyleem. Boomkundigen hebben berekend dat de waterkolom intact blijft tot op een hoogte van 120 tot 130 m (zo hoog als de Onze-Lieve-Vrouwekathedraal in Antwerpen), daarna breekt ze in stukken. Jammer genoeg worden hoge bomen als eerste gekapt, en zijn zulke uitschieters vandaag niet meer aanwezig op aarde. Maar niet getreurd, de hoogste nog levende boom meet circa 115,6 m en groeit gemiddeld nog 25 cm per jaar. Het is dus slechts een kwestie van jaren vooraleer de eerste mammoetboom de kaap van 120 m bereikt.
een plant... overleeft! 20
Doe-kaart
5. Onmisbaar 5.1 Inleiding Wat zouden we doen zonder planten? We kunnen ze niet missen, ze zijn onlosmakelijk verbonden met het leven dat we leiden. En dat op ontelbaar veel manieren.
katoenplant
tarweplant
koolzaad
populier
Allereerst zorgen planten ervoor dat de aardatmosfeer leefbaar is voor mens en dier. Ze halen het broeikasgas koolstofdioxide of CO2 uit de lucht en geven zuurstof af. Planten zijn de ‘longen’ van de aarde. Maar planten vormen ook het basisvoedsel van al het leven op aarde. Ze zijn de eerste schakel in de meeste voedselketens. Planten worden opgegeten door herbivoren, die op hun beurt gegeten worden door carnivoren. Dieren die zowel planten als andere dieren eten, noemt men omnivoren. Daarnaast zijn planten ook verwerkt in allerlei gebruiksvoorwerpen. Denk maar aan kleding, meubelen en muziekinstrumenten.
Aardatmosfeer: De lucht omheen de aarde. Broeikasgas: Gas dat de warmte in onze atmosfeer vasthoudt. Als er teveel broeikasgassen in de lucht zitten, warmt de aarde op. Biodiesel: Dieselolie die gewonnen wordt uit landbouwgewassen, zoals koolzaad. Carnivoor: Dier dat andere dieren eet (vb: vos, hond, kat). Fotosynthese: Biochemisch proces in de plant waarbij koolhydraten gevormd worden uit water en CO2, met zonlicht als energiebron. Herbivoor: Dier dat planten eet (vb: konijn, schaap, koe, paard). Koolhydraten (of suikers): Verzamelnaam voor chemische verbindingen die we ook ‘suikers’ noemen. De witte suiker die je op een pannenkoek doet is een koolhydraat, maar niet alle koolhydraten zijn de suiker die wij kennen. Koolhydraten of suikers kunnen als energiebron dienen voor planten en dieren. Koolstofdioxide/CO2: Chemische stof die planten nodig hebben om te overleven. CO2 is ook een broeikasgas, dat ontstaat bij de verbranding van fossiele brandstoffen zoals olie, aardgas, …. Omnivoor: Dier dat zowel planten als andere dieren eet (vb: varken, mens, chimpansee, bruine beer).
21
een plant... geeft!
moeilijke woorden:
Tenslotte worden planten tegenwoordig steeds vaker ingezet als energiebron. Koolzaad, suikerriet, wilg, populier en olifantsgras zijn voorbeelden van snelgroeiende planten die aangeplant kunnen worden voor de opwekking van energie.
Doe-kaart
weetje Soms worden grote velden snelgroeiende populieren aangeplant voor de productie van bio-energie.
5.2 Experiment: Groene energie Zaden en noten zijn plantendelen die typisch veel olie en dus veel energie bevatten. Ontdek in dit experiment dat een pinda meer in zijn mars heeft dan je denkt.
Wat heb je nodig? • Een zakje ongezouten pinda’s • Een groot en een klein conservenblik, een blikopener • Een thermometer en een chronometer • Water • Een pin • Een lange nagel • Een naald • Een kurk • Een theelichtje • Lucifers
Aan de slag! a.Verwijder de bovenkant ende onderkant van het grote blik. Maak met de pin enkele gaten onderaan het blik. Maak twee gaten bovenaan het kleine blik, steek er een lange nagel doorheen en hang het kleine blik in het grote blik. Doe wat water in het kleine blik en meet de temperatuur. b.Steek het oog van de naald in de kurk en steek de punt van de naald voorzichtig in een pinda. Ontsteek het theelichtje en houd de pinda in de vlam tot die vuur vat. c. Start de tijd en plaats de brandende pinda onder het kleine blikje met water. Meet de temperatuur opnieuw als de pinda gedoofd is.
Hoe zit dat? Planten hebben energie nodig om te groeien. Die energie is voornamelijk afkomstig van de zon. Dat merk je omdat de meeste planten op schaduwrijke plaatsen niet goed groeien. Tijdens de fotosynthese nemen de plantencellen zonne-energie op. Dankzij die energie grijpt een ingewikkelde reeks chemische reacties plaats, waardoor de plant in staat is om te groeien. In de natuur geldt een algemene regel dat energie niet verloren gaat. Dat betekent dus dat de zonne-energie opgeslagen is in de plant.
een plant... geeft!
Je kunt die energie weer laten vrijkomen als je de plant letterlijk als brandstof gebruikt. De energie wordt dan omgezet in licht en warmte. Dat gebeurt wanneer je hout stookt in een kachel of wanneer je een auto laat rijden met biodiesel, geperst uit bijvoorbeeld koolzaad. Ook als je een plant opeet komt die energie weer vrij: je lichaam gebruikt die energie om te groeien en om op temperatuur te blijven. Hoe meer olie een plantendeel bevat, hoe meer energie erin zit. Dat komt omdat vetten dubbel zoveel energie bevatten als suikers of koolhydraten.
22
Lerarenfiche 5.3 Didactische tips Laat de leerlingen in het begin van de les nadenken over de noodzaak van planten in ons leven. Zet hen aan het nadenken en stel vragen zoals • Kunnen wij zonder planten? • Wat kan je nog eten als er geen planten meer zijn? • Gebruiken we planten nog voor andere dingen behalve als voedsel? De leerlingen zullen al gauw beseffen dat een leven zonder planten erg moeilijk wordt. Planten vormen de eerste schakel in onze voedselketen, waardoor ze onmisbaar zijn in ons ecosysteem. Als er geen planten meer zijn, kan je ook geen vlees meer eten (want wat zouden al die koeien, kippen en varkens dan nog eten?). Deel de doe-kaart uit en laat een leerling de inleiding voorlezen. In de woordenlijst leren de leerlingen enkele belangrijke begrippen uit de plantenwereld kennen. In de inleiding worden ook andere toepassingen van planten aangehaald. Ze zuiveren onze lucht, worden verwerkt in talloze gebruiksvoorwerpen en doen steeds vaker dienst als energiebron. Vervolgens gaan de leerlingen aan de slag met pindanoten. Laat de leerlingen het experiment uitvoeren in een goed verluchte ruimte. De pinda’s branden hevig en kunnen wat rook- en geurhinder geven. Leg uit dat na de verbranding alleen nog koolstof overblijft, het restproduct van de chemische reactie Je kunt de klas ook in groepjes verdelen en de leerlingen laten experimenteren met verschillende soorten noten. Achteraf kunnen de resultaten vergeleken worden.
een plant... geeft!
Laat de leerlingen ook nadenken over de toepassingen en het gebruik van energie uit planten in onze dagelijkse omgeving. Denk daarbij ook aan het feit dat met warmte elektriciteit kan geproduceerd worden. Bespreek de energiewaarden van verschillende voedingsstoffen. Laat de leerlingen eventueel verschillende verpakkingen meebrengen waarop de energiewaarden zijn af te lezen.
23
Lerarenfiche 5.4 Achtergrondinformatie Biomassa Auto’s laten rijden op gras of suikerriet gebruiken als motorbrandstof: dat zijn maar enkele voorbeelden van wat in de toekomst misschien mogelijk wordt als we de energie uit planten beter gaan gebruiken. Planten krijgen tijdens hun groeiproces die energie van de zon. De zonnestraling zet koolstofdioxide en water om in suikers, die de bouwstof van de plant vormen. Die suikers kunnen later opnieuw als energiebron gebruikt worden. Naast suiker is ook het vet in planten een belangrijke bron van energie. Het geheel van plantaardig en dierlijk materiaal dat als energiebron kan dienen, noemen we biomassa. Biomassa wordt net als zonne- en windenergie gerekend tot de hernieuwbare energiebronnen: uit biomassa kan bio-energie geproduceerd worden. Hoe dat precies in zijn werk gaat hangt af van de oorsprong van de biomassa. Die kan afkomstig zijn van afval van land- en tuinbouw (bv. stro, mest, …), bosbeheer en houtverwerkende nijverheid (bv. resthout, …), huishoudelijk afval (GFT, …) of van de voedings-, papier- of textielindustrie. Bio-energie wordt niet alleen uit afval gewonnen. Er worden ook snelgroeiende gewassen aangeplant die uitsluitend voor de opwekking van energie worden geteeld. Het zijn plantensoorten die veel olie of suikers en daardoor veel energie bevatten. Suikerriet, koolzaad, wilg, populier, olifantsgras… zijn enkele voorbeelden. Zowel de biomassa afkomstig van afval als de energieteelten, kunnen op verschillende manieren aangewend worden als energiebron. Een eerste toepassing is de biomassa letterlijk gebruiken als brandstof. Tijdens de verbranding komt warmte vrij die bijvoorbeeld in een elektriciteitscentrale kan dienen om stoom te maken. Die stoom doet turbines ronddraaien die op hun beurt grote generatoren aandrijven. Die generatoren produceren, net zoals bij de dynamo van een fiets, elektriciteit. Met speciale technieken kan uit biomassa ook een gasvormige of vloeibare brandstof worden vrijgemaakt, die als energiebron kan dienen voor motoren of elektrische installaties. In Brazilië rijden auto’s op een soort alcohol (maceton) dat uit suikerriet is omgezet. Je kunt je terecht afvragen of de verbranding van die nieuwe biobrandstoffen niet even schadelijk is als de verbranding van steenkool, aardolie en aardgas. Die fossiele brandstoffen produceren immers koolstofdioxide (CO2), die verantwoordelijk is voor de opwarming van de aarde, wat tot een klimaatsverandering kan leiden. Ook biomassa produceert bij verbranding koolstofdioxide. Alleen is die CO2 rechtstreeks afkomstig van de planten die tijdens hun groei die CO2 uit de natuur hadden weggenomen. Tijdens de verbranding komt er dus geen extra CO2 in de natuur terecht. Dat is het grote verschil met fossiele brandstoffen die wel voor extra CO2 zorgen en daardoor schadelijk zijn voor het milieu. een plant... geeft! 24
Eindtermen
Dit educatief pakket kan gebruikt worden om volgende eindtermen te helpen realiseren (geldig vanaf 1 september 2010):
Vakgebonden eindtermen: Natuurwetenschappen De leerlingen kunnen Systemen 1 illustreren dat er in een organisme een samenhang is tussen verschillende organisatieniveaus (cel, weefsel, orgaan, stelsel, organismen); 3 bij een bloemplant de functies van de wortel, de stengel, het blad en de bloem aangeven; 6 met concrete voorbeelden aangeven dat organismen op verschillende manieren aange past zijn aan hun omgeving; 7 in een concreet voorbeeld van een biotoop aantonen dat organismen een levensgemeenschap vormen waarin voedselrelaties voorkomen; 8 in concrete voorbeelden aantonen dat de omgeving het voorkomen van levende wezens beïnvloedt en omgekeerd; 9 in een concreet voorbeeld aantonen dat de mens natuur en milieu beïnvloedt en dat hierdoor ecologische evenwichten kunnen gewijzigd worden; Interactie 13 uit waarnemingen afleiden dat in planten stoffen gevormd worden onder invloed van licht en met stoffen uit de bodem en de lucht; Energie 19 in concrete voorbeelden uit het dagelijks leven aantonen dat energie in verschillende vor men kan voorkomen en kan omgezet worden in een andere energievorm; Wetenschappelijke vaardigheden 21 onder begeleiding, bij een onderzoeksvraag gegevens verzamelen en volgens een voorgeschreven werkwijze een experiment, een meting of een terreinwaarneming uitvoeren; 23 onder begeleiding, verzamelde en beschikbare data hanteren, om te classificeren of om te determineren of om een besluit te formuleren; 24 onder begeleiding resultaten uit een experiment, een meting of een terreinstudie weergeven. Dit kan gebeuren in woorden, in tabel of grafiek, door aan te duiden op een figuur of door te schetsen. De leerlingen gebruiken daarbij de correcte namen en symbolen; Wetenschap en samenleving 26 gehanteerde wetenschappelijke concepten verbinden met dagelijkse waarnemingen, concrete toepassingen of maatschappelijke evoluties; 27 het belang van biodiversiteit, de schaarste aan grondstoffen en aan fossiele energiebronnen verbinden met een duurzame levensstijl.
Vakoverschrijdende eindtermen: context Omgeving en duurzame ontwikkeling De leerlingen: 3 zoeken naar mogelijkheden om zelf duurzaam gebruik te maken van ruimte, grondstoffen, goederen, energie en vervoermiddelen; 5 tonen interesse en uiten hun appreciatie voor de natuur, het landschap en het cultureel erfgoed; 6 voelen de waarde aan van natuurbeleving en het genieten van de natuur.
25
Technopolis®,
waar experimenteren fun is! Fietsen op een kabel op 5 meter hoogte? Zelf een vliegtuig aan de grond zetten? In een superzeepbel staan? Een dutje doen op een spijkerbed? ... Je kunt het zo gek niet bedenken of je beleeft het in Technopolis®, het Vlaamse doe-centrum voor wetenschap en technologie. Technopolis® is geen gewoon museum, maar een doe-centrum, waar je je uitleeft in meer dan 280 experimenten. Kinderen tussen 4 en 8 jaar kunnen zich uitleven in het Kinder-doe-centrum, waar 90 bijkomende interactieve opstellingen werden aangebracht op kindermaat en aangepast aan hun leefwereld. En in de Doe-tuin kun je zelfs in openlucht experimenteren. Je mag hier overal je neus insteken: je voelt, probeert en experimenteert zelf. Zo begrijp je de dingen beter en sneller en leer je op een toffe en spannende manier iets bij over wetenschap en technologie. Je zult merken dat wetenschap allesbehalve saai is! Spannende shows en toffe demo’s maken je bezoek aan Technopolis® extra leuk. Edutainers, Technopolis® -medewerkers, laten je tijdens zo’n show of demo op een leuke manier kennismaken met wetenschap. Zo kun je bijvoorbeeld je haren rechtop laten zetten aan de Van de Graaff-generator. Niet met gel of haarlak maar ... met elektriciteit! Regelmatig staan er nieuwe shows en demo’s op het programma.
Technopolis® trekt er ook regelmatig op uit! Kinderhappenings, beurzen, evenementen voor het grote publiek ... Afhankelijk van het soort evenement, zijn we aanwezig met een stand, een wetenschappelijke doe-hoek, opstellingen met experimenten, de TechnoVelo® of de wetenschapstruck MysteriX®. Voor scholen heeft Technopolis® een uitgebreid educatief aanbod. Educatieve pakketten en werkboekjes, educatieve parcours, wetenschapstheater, een wetenschapstruck ... Leerkrachten uit zowel het basis- als het secundair onderwijs gebruiken het educatief materiaal van Technopolis® om de wetenschappelijke of technologische lessen aantrekkelijker te maken. Op www.technopolis.be vind je gratis downloadbaar educatief materiaal en meer informatie over het educatieve aanbod van Technopolis®.
Wil je nog meer experimenteren? Neem dan een kijkje op www.experimenteer.be. Je vindt er heel wat leuke proefjes die je thuis of in de klas zelf kunt doen.
Meer info? Surf naar www.technopolis.be of bel: 015 / 34 20 00. Technopolis®, Technologielaan, 2800 Mechelen
26
