Express Yourself 2016 Autori: M.F. De Nicola, L. Fiorentino, C.Giso, A. Monteriso e L. Zampino ( I A, LS “ Cuoco – Campanella” di Napoli, prof. A. La Pegna)

1. Express Yourself
2016

2.  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

3. PROPOSTE INIZIALI
PIANTE 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

4. FOTOSINTESI

5. CLOROPLASTI E CLOROFILLA
luce
6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6 O2

6. ELODEA CANADENSIS ...in laboratorio
Scopo dell’esperienza
Misurare 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)

7. LA LUCE

8. 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

9. 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)

10. OSSERVAZIONE E RACCOLTA DATI

11. 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
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0 5 10 15 20 25 30 35
luce rossa
luce verde
luce blu
tempo (min)
volume di O2 (ml)

12. ELABORAZIONE DATI
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0 5 10 15 20 25 30
luce rossa
luce verde
luce 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

13. 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.

14. LUCE AD INTERMITTENZA
La produzione di ossigeno da parte delle piante sarà molto più efficiente se ci sarà un
Intervallo tra luce e buio di circa 0,5 secondi. Più l’intervallo è minore, maggiore sarà
la produzione di ossigeno.

15. L’esperimento continua...
Domanda di ricerca
L’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 luce
CONCLUSIONI
Abbiamo solo constatato una maggiore produzione di bolle
all’interno della buretta a concentrazione maggiore ma la
variazione di volume non ci è sembrata significativa

16. 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

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