Nr.4 september 2011 Biofag Biofag Medlemsblad for Foreningen af Danske Biologer FaDB Udkommer 5 gange årligt Deadlines: 20/1, 20/3, 20/6, 20/8, 20/10 Redaktion: Jesper Ruggaard Mebus (ansv.) Erik Frausing Svend Erik Nielsen Forsidefoto: Vandnymfe © Erik Frausing, 2011 Grafisk tilrettelæggelse: Indtryk, 8639 8580 ISSN 0106-1038 Oplag 1.000 eksemplarer Biofag trykkes på Cyclus 100 % dansk genbrugspapir Det er tilladt at citere Biofag med tydelig kildeangivelse. Meninger, der kommer til udtryk i Biofag, deles ikke nødvendigvis af redaktionen eller foreningens bestyrelse. Redaktionen afsluttet 21.08. 2011 Adresse: Biofag Lundingsgade 33 8000 Aarhus C Tlf. 8619 0455 2 Annoncer Annoncer sendes elektronisk både til redaktionen biofag@gmail.com og trykkeren udtryk@mail.tele.dk Annoncepriser 1/1 side (143 x 203 mm) kr. 2200 1/2 side (143 x 90 mm) kr. 1250 1/4 side kr. 750. Særlig pris aftales for annonce på bagsiden eller indlagt løst annoncemateriale. Det skal ske efter aftale med redaktionen senest 14 dage før deadline. Alle priser er ekskl. moms. Indlæg Redaktionen modtager gerne indlæg til Biofag. Indlæg sendes til biofag@gmail.com. Den anvendte tekstbehandling skal være umiddelbar kompatibel til Word. Fotos leveres som tiff- eller jpg-filer med god opløsning f.eks. 300 dpi. Illustrationer skal være tegnet med sort streg. Husk figurtekster og kilde angivelser. Redaktionen forbeholder sig ret til at afkorte indlæg – og at læse korrektur på indlæg. Adresseændringer Ændringsformularen på foreningens hjemmeside på EMU´en anvendes. Ændringer kan evt. fremsendes via e-mail til FaDBsekretariatet: bsv@nucleus.dk Foreningen af Danske Biologer Formand: Erik Frausing amphiphot@webspeed.dk Næstformand: Jane Burkarl bu@vestfyns-gym.dk Kasserer: Joan Ilsø Sørensen Kløvervangen 15 8541 Skødstrup joanilso@gmail.com Revisor: Benny Silvert Biofags indhold: 4 Nyt fra bestyrelsen 4 Nyt fra fagkonsulenten 6 Grønlands havalger – anmelselse 7 Årsberetning for FaDB 8 Beretning fra Nucleus 10 Budget – FaDB 2012 11 Vandremuslingen 16 Plan for Biologilympiaden 2012 20 Den brændende peanut 25 Gærs respiration af forskellige sukre © erik frausing 2011 34 Regnskab – FaDB-kurser 2010 3 Nyt fra bestyrelsen Af Erik Frausing, formand FaDB Velkommen tilbage til et nyt skoleår. Arbejdet i bestyrelsen op til og lige efter sommerferien handler traditionen tro primært om at forberede biokonference og generalforsamling, hvor vi naturligvis ser frem til og håber at se mange såvel gammelkendte som nye ansigter. Jeg har besluttet at stoppe som formand og træde ud af bestyrelsen i forbindelse med generalforsamlingen. Jeg vil derfor her gerne takke tidligere som nuværende bestyrelsesmedlemmer, samt de mange medlemmer og kollegaer, som jeg, i forbindelse med foreningsarbejdet, har været i kontakt med, for godt, konstruktivt og inspirerende samarbejde. Jeg vil i forlængelse heraf derfor også opfordre foreningens yngre medlemmer til at give jer tid til at indgå i foreningens arbejde, kurser osv. Man møder og oplever faktisk her en masse spændende og hyggelige mennesker, med gode idéer til undervisningsforløb, øvelser, samarbejdspartnere osv. Biokonferencen i Silkeborg kunne være et sted at starte. Nyt fra fagkonsulenten Kresten Cæsar Torp I skrivende stund er skoleåret netop indledt. Tiden siden sidste nummer af Biofag har været præget af en dejlig lang sommerferie, som jeg håber I har nydt. Det betyder til gengæld, jeg ikke har de store nyheder at byde på. Det nye skoleår byder på flere glæder og udfordringer: Der er meldt ikke mindre end 74 nye kolleger til pædagogikum i dette skoleår! Jeg glæder mig til at se dem komme godt i gang, udfolde sig og berige faget. Der ser på nuværende tidspunkt ud til at være 4 god interesse for bioteknologikonferencen den 8. september. I næste nummer af bladet vil jeg tage nogle af emnerne fra konferencen op. Det gælder bl.a. de foreløbige tal for elevernes valg af naturvidenskabelige studieretninger, og hvordan udbuddet af bioteknologi ser ud til at have påvirket dette. Meget tyder på at vi kan se frem til flere elever der skriver SRP i enten biologi eller bioteknologi. Det betyder også at der bliver behov for flere censorer. I bioteknologi vil man som censor forventes at kunne dække alle fagets områder. Dvs. at man enten har kompetence i både biologi og kemi, eller har arbejdet så meget og bredt med faget, at projekterne kan dækkes på forsvarlig vis. På HF vil der også være behov for flere censorer i SSO. Jeg håber mange har lyst til at deltage i censuren i et af fagene, og jeg vil opfordre jer til at sende mig en mail, hvis I er interesserede. Som jeg omtalte i sidste nummer, er der et behov for at arbejde med elevernes faglige forklaringer og ræsonnementer, ikke mindst i forhold til deres skriftlige arbejde og den skriftlige prøve. Jeg vil gerne holde fast i, at vi får sat videre tiltag i gang omkring dette, i løbet af året. Der er allerede lavet en del arbejde i forbindelse med ny skriftlighed, og mange af jer arbejder meget målrettet med eleverne. Jeg vil opfordre jer til at dele og diskutere på skolerne, og gøre mig opmærksom på gode erfaringer og på lærere som I ser, har en god praksis. Jeg ser frem til at se en god del af jer på Biokonference den 29.-30. september. Anmeldelse Grønlands havalger Af Svend Erik Nielsen Frederiksborg Gymnasium og HF I 9 veloplagte kapitler kombineres bestemmelsesnøgler og inspirerende indføring i havalgernes liv og levned. Fire af bogens kapitler er deciderede nøgler til at bestemme brunalger, rødalger, grønalger og andre alger. Forfatteren Poul Møller Pedersen har arbejdet med grønlandske havalger i mere end 40 år og denne kolossale viden formidles via gode historier og gennemgang af vegetationstyper. De abiotiske faktorer som is og bølger, der har betydning for algernes udvikling introduceres. Bogens imponerende udstyr med utallige billeder taget gennem mikroskoper, gør den anvendelig både som daglig hyggelæsning og til bestemmelse og beskrivelse af havalgerne. Bogens ambition er at inspirere og bidrage Titel: Grønlands havalger Forfatter: Poul Møller Pedersen Tegner: Claus Rye Schierbeck Forlag: Forlaget Epsilon Antal sider: 208 Pris: 260 kr. inkl. moms med kendskab til de grønlandske havalger. Dette gøres effektivt gennem tekst, de mange fotos og illustrationer som er af høj kvalitet. Gennem de senere år er der kommet mere og mere fokus på havalger eller tang, som de hedder i daglig tale. Det er der flere grunde til, nemlig tangs anvendelse som menneske 5 føde fx i sushi, havalgernes anvendelse som foder til husdyr, til produktion af bioethanol og forskellige medicinske formål. En anden anvendelse af havalgerne som omtales i bogen, er som moniterings organisme i forbindelse med dediktering af olieforurening og klimaændringer. Bogens opbygning Kapitel 1 er en kort introduktion af bogens resterende 8 kapitler og hvordan bestemmelse og navngivning af havalger foregår. Det andet og tredje kapitel ridser historien bag de grøn landske havalgers udforskning op og gennemgår fire forskellige kysttyper og deres artsdiversitet i forhold til kysttypernes herskende abiotiske forhold. De fire kysttyper og deres havalger illustreres først ved hjælp af fire skitser som efterfølges af naturlige fotos. Det er god formidling til den daglige undervisning. Udnyttelse er titlen på kapitel 4, og vi bliver heri introduceret til hvordan man i Sydgrønland anvender buletang til at lave tangmel som tilsættes fårenes foder. Der opnås en bedre vækstrate hos lam født af får som har fået tangmel på grund af tangens indholdsstoffer som mineraler, vitaminer og især jod. Ellers er kapitlet helliget havalger indenfor human ernæring fx i forbindelse med produktion af sushi. Figurer giver overblik over forskellige typer tangs indholdsstoffer og biomasse. Kapitlerne 5-8 omhandler de enkelte algeklasser. Brunalger, rødalger, grønalger og andre alger. Bogen giver her mulighed for bestemmelse på artsniveau. En spændende og under- fundig verden lukker sig op, hvis man allierer sig med et mikroskop. Bogens 9. og afsluttende kapitel lyser ind i fremtiden med angivelse af store fremtidige udnyttelses potentialer inden for menneskeføde og dyrefoder. Men ”fokuseringen skyldes også den globale opvarmning med stigende temperaturer, mindre vinteris i de polare områder, afsmeltning af gletsjere, CO2-forøgelse og forsuring af havet og de deraf afledte konsekvenser”. I dette landskab kan de grønlandske havalger blive vigtige moniterings organismer for indikation af hvor store klimaændringerne rent faktisk er. Endelig kan man sagtens forestille sig at de grønlandske havalger fremover får en særdeles fremtrædende plads i forbindelse med den intense interesse der i disse år er for den grønlandske undergrund, dels på grund af mineraler men i særlig grad på grund af olieefterforskningen som pågår vest for Disko. I de grundige basisundersøgelser for en vurdering af virkningen på miljøet, som bør foretages inden udvindingen af olie påbegyndes, vil det være nærliggende at lade de fastsiddende havalger indgå. DNA-analyser af brunalger har på et mere overordnede systematisk niveau medført sammenstød mellem på den ene side den traditionelle systematik og på den anden side den systematiske slægtsskabsforskning. Summa summarum vil jeg anbefale at man køber et eksemplar af bogen til skolens bibliotek eller til den lokale biologi samling. Skrevet af Poul Møller Pedersen som kom i gang med algestudierne ved et tilfælde. Erratum I Artiklen ”En verden af viden”, Biofag 3/2011 side 9 er der en fejl, som redaktionen påtager sig ansvaret for. To gange står der digets natur, hvor det korrekte er digtets natur (se annonce side …(henvisning til Essaykonkurrence (Digtets natur).pdf ) 6 Årsberetning for FaDB I indeværende bestyrelsesår har været afholdt bestyrelsesmøde ca. hver anden måned. På dagsordenen har især været synliggørelse af faget biologi og fagets status, optagelseskrav, kursusaktiviteter og samarbejde med andre faglige foreninger m.fl. Samarbejde med GL Der har i indeværende bestyrelsesår været afholdt et seminar for de faglige foreningers bestyrelser den 1. marts 2011, samt et møde i PS (Pædagogisk samarbejdsudvalg) den 17. maj 2011. Fokus her har været på vilkårene for arbejdet i de faglige foreninger, GL og den faglige forenings rolle i relation til faglig udvikling og kvalitetssikring i forhold til Undervisningsministeriet, samt samarbejdet mellem de faglige foreninger og GL. På bestyrelsesseminaret deltog repræsentanter fra FaDB’s bestyrelse i forskellige workshops om bl.a. ”Efteruddannelse og kursusudvikling, At påvirke uddannelsespolitikken, kommunikation med offentlighed og politikere, samt Administration og regnskab i en faglig forening”. FaDB har sammen med Kemilærerforeningen gennem tiden, ved flere lejligheder, henvendt sig til GL med krav om opstillingstimer til Cniveauerne til det eksperimentelle arbejde for biologi og kemi, således de to fag blev ligestillet på alle niveauer med fysik. Ikke mindst fordi der omfangsmæssigt kræves den samme mængde eksperimentelt arbejde i de 3 fag. I forbindelse med forhandlingerne af OK-11 er det lykkedes at gøre indtryk på GL, som denne gang tog det med til forhandlingsbordet, således at fagene nu mht. apparatopstilling er ligestillet. Det var dog et krav fra Finansministeren og Undervisningsministeren at apparatopstilling blev omlagt til funktionstillæg. Samarbejde med de faglige fora Der har i indeværende år været mindre aktivitet i de faglige fora end de seneste foregående, hvor der blev arbejdet med justeringer af læreplanerne. Det har i år primært handlet om indsatsområder. De faglige fora er udvalg i forskellige fag nedsat af Undervisningsministeriet. I disse udvalg sidder fagenes fagkonsulenter og der er tilknyttet en række ressourcepersoner. Personerne i fagligt forum sidder der som enkeltpersoner, men der er personsammenfald med repræsentanter fra de faglige foreninger, rektorforeningen m.fl. Konsortier og kurser For FaDB og FaDB-kurser har skoleåret 201011 været præget af aktivitet inden for både udviklingsarbejde indenfor forskellige konsortier og egentlig kursus aktivitet. Foreningen har været involveret i følgende udviklingsarbejde som er støtte økonomisk af UVM: eksperimentel klimaundervisning, biologiske fagdidaktik, ny skriftlighed i biologi, SRP-samarbejde indenfor biologi og idræt og SRP-samarbejde mellem biologi og kemi. De tre første er afsluttet i løbet af skoleåret. Resultatet af arbejdet i konsortiet om eksperimentel klimaundervisning har været afholdelse af et velbesøgt efteruddannelseskursus om Vaden i forandring, med fokus på Vadehavet set i klimaændringernes tegn. Udviklingsarbejdet i konsortierne biologisk fagdidaktik og ny skriftlighed i biologi resulterede i deltagelse i en efteruddannelseskonference for i fynske biologer med afholdelse i januar 2011. Eksperimentel klimaundervisning arbejder videre med at planlægge et efteruddannelseskursus og tilpasning til kulde med afholdelse i foråret 2012. I foråret 2011 blev udviklingsarbejdet med de to SRP-konsortier sat i gang med afholdelse 7 af velbesøgte inspirationsdage, hvor forskellige forskere sætte skub i arbejdsgrupperne med spændende input med nyeste viden indenfor blodets kemi og arbejdsfysiologi og træning. På kursusfronten har 3 totalt udsolgte kurser i eksperimentel genteknologi sat sit præg på arbejdet i FaDB-kurser, derudover har der været arrangeret kurser i: Malaria og antistoffer, fra gen til protein, Strøm på mennesket, tilpasning og bæredygtighed i verdens største fjordsystem og et kursus om klimaforandringer det sidste tre måtte desværre aflyses på grund af for få tilmeldte. Alt i alt et godt år med megen aktivitet og stor kursusdeltagelse fra medlemmerne. Og dejligt at se at andre kurser end gentekkurserne kan trække folk af huse. Til trods for den store kursusaktivitet vil vi gerne benytte lejligheden til at efterlyse ideer til kommende efteruddannelsesaktiviter fra medlemmernes side. Regionsarbejdet Der blev afholdt regionssekretærmøde den 6-8. maj på vandrehjemmet i Byxelkrok på den nordligste spids af Øland. På programmet var dels status på arbejdet i regionerne, kontakt imellem regioner og bestyrelse, hvordan kan regionerne bedst støttes, samt præsentation af regionssekretærmateriale under udarbejdelse. IBO For syvende gang deltog danske elever i biologiolympiaden. Der var i år to kvalificerende prøver på skolerne inden de 30 semifinalister blev fundet. Semifinalen blev afholdt i samarbejde med SDU, hvor de 15 bedste kvalificerede sig til at gå videre til træning og finale, som blev gennemført i samarbejde med forskere fra KU og AU samt tidligere deltagere i den internationale biologiolympiade. De fire vindere der i år repræsenterede Danmark ved den internationale biologiolympiade i Taiwan var; Liane Dupont, Lea Rueløkke, Monica Oyre og Johan Nitschke. Johan opnåede at få en bronzemedalje mens de øvrige tre placerede sig fint i feltet under medaljerækken. Det virker meget motiverende for eleverne at deltage i de praktiske og teoretiske opgaver i forbindelse med biologiolympiaden og det kan kun anbefales at alle elever med Biologi B / A eller Bioteknologi tilbydes muligheden for at deltage i testen på skolerne. Tidsplanen for biologiolympiaden 2011/12 kan findes i dette nummer af Biofag og på biologiolympiadens hjemmeside. Beretning fra Nucleus Forlag 2010 har igen været et år med en større ak tivitet end forventet og et tilfredsstillende resultat. Udgivelsen af serien af bioteknologibøger er fortsat i 2010 med udgivelse af bind 2 og 3 både som p-bøger og e-bøger. Der er produceret nye oplag af seks titler fra backlisten og Økologibogen er digitaliseret og udgivet som e-bog. Forlagets hjemmesider har været under fortsat udvikling og er bl.a. udvidet med handelsfacilitet til e-bøger og forbindelse til en e-bogsplatform hos Publizon som styrer det tekniske hus C, 86 19 04 55 8 omkring download og rettighedsforhold. – Der har været udsendt digitale nyhedsbreve og et nyt katalog over forlagets udgivelser. Året har desuden været præget af arbejde med at orientere sig i den digitale udvikling. Forlaget har besøgt it-konferencer og -messer. Der arbejdes fremadrettet med udgivelse af e-bøger og andre digitale materialetyper. Personalet er blevet udvidet med Anette Verner som hjælp til pakning og forefaldende arbejde. På bestyrelsens vegne Birthe Møller Nielsen ESSAYKONKURRENCE FOR GYMNASIEELEVER s tat e n s n at u r h i s t o r i s k e m u s e u m kø b e n h av n s u n i v e r s i t e t VIND 5.000 KR.! I september måned fyldes Botanisk Have i København med poesi. Rundt omkring i haven vil de besøgende kunne møde en lang række digte i stort format fra de sidste 500 års danske litteraturhistorie. De udvalgte digte har det til fælles, at naturen indgår som element – naturen som scene, resonansrum, stemningsbærer, symbol, metafor, projektion, motiv, tema. Statens Naturhistoriske Museum indbyder hermed alle landets gymnasieelever til at deltage i essaykonkurrencen DIGTETS NATUR. Konkurrencen udspringer af udstillingen »Poesi i Botanisk Have«. ˤ I dit essay skal du præsentere og diskutere et selvvalgt digt fra den danske litteraturhistorie, hvori naturen eller udvalgte naturelementer spiller en særlig rolle. ˤ ˤ ® ˤ Vinderen vil blive belønnet med 5.000 kr., og de bedste essays vil alle få en udtalelse med på vejen af poesipanelet – ligesom de vil blive offentliggjort på Statens Naturhistoriske Museums gymnasieportal. Dit essay skal desuden indeholde en refleksion over forholdet mellem poesi og natur (evt. litteratur og natur eller kunst og natur) i al almindelighed. ˤ De indkomne essays vil blive bedømt af et panel bestående af professor Anne-Marie Mai, professor emeritus Erik A. Nielsen og anmelder Lars Bukdahl. Konkurrencen vil med fordel kunne ligge i forlængelse af klassens arbejde med poesi, litteraturanalyse, litteraturhistorie og/eller genreskrivning. ˤ Essayet må fylde 3-5 sider og skal være os i hænde senest tirsdag d. 1. november 2011. Send dit essay (og eventuelle spørgsmål) til konkurrence@snm.ku.dk. ® går sammen med Totalleverandør til naturfag ✔ Firmanavnet er fra maj 2011 Frederiksen ✔ Mere end 10.000 varenumre ✔ Du kan nu samle alle dine bestillinger ét sted og spare fragt A/S Søren Frederiksen, Ølgod Tlf. 7524 4966 Viaduktvej 35 · 6870 Ølgod Fax 7524 6282 info@frederiksen.eu www.frederiksen.eu CVR DK 36996617 Bank 2540-0206106204 Afd. Aarhus: Silkeborgvej 765 8220 Brabrand 9 Budgetforslag 2012 Budget 2012 Faktiske tal 2010 Kontingent Abonnement ( 40 á 300 kr ) Renter Copydan Volvox-overhead ECB5 Portostøtte For lidt udbetalt 308.000,00 12.000,00 1.500,00 2.000,00 18.000,00 - 309.850,00 11.100,00 1.402,70 3.145,51 10.335,30 54.000,00 18.656,94 100,00 I alt 341.500,00 408.590,45 140.000,00 Biofag Biofag særnummer/medlemshåndbog 25.000,00 7.500,00 Biofag-redaktion 36.000,00 Biokonference 40.000,00 Møder 20.000,00 Regionsmøder 0,00 FaDB-kurser incl. forsikringer 28.000,00 Regionssekretærmøde 13.000,00 Porto/telefon/it 10.000,00 Kontor diverse 18.000,00 Nucleus sekretær 400,00 Gebyrer ECB5 3.600,00 Fagdidaktiske kurser 134.134,50 38.659,00 6.854,89 30.740,10 41.334,29 354,30 19.777,96 9.035,70 9.070,10 17.633,60 1.556,00 53.979,00 3.500,00 341.500,00 366.629,44 Indtægter Udgifter I alt Joan Ilsø Sørensen Aarhus august 2011 10 Vandremuslingen eller zebramuslingen Dreissena polymorpha Af Eske Bruun Biologi Vandremuslingen stammer oprindeligt fra Sortehavsområdet, den bliver ca. 3 cm lang og kom til Danmark i midten af 1800-årene, og Wesenberg-Lund beskriver den fra Esrum Sø i begyndelsen af forrige århundrede. Dens stribede udseende har således givet den navnet ”Zebra-musling”. Ved hjælp af bysustråde kan muslingen hæfte sig til fast underlag, sten, grene og fast sandbund og andre muslinger. Hyppigt ses den i klumper hæftet på malerog dammusling, hvis vækst herved hæmmes og måske udkonkurreres, idet den specielt gerne vil sætte sig ved muslingernes ind- og udstrømningsåbning. Den er særkønnet og ligner i formeringsmåde blåmuslingen. De fritsvømmende larver repræsenterer derfor et stort spredningspotentiale nedstrøms. Den er således, i modsætning til de fleste andre ferskvandsmuslinger, ikke afhængige af spredning ved hjælp af fisk. Dette har været tydeligt i Silkeborgsøerne. Her har den på få år spredt sig fra Ry-området 2006 til hele Gudenåsystemet nedstrøms. I Gudenåen midt i Silkeborg findes der store banker med mere end 100.000 pr. m2. Vandremuslingen er en effektiv filtrator. Nogle kilder nævner, at den kan filtrere op til 5 L vand pr. døgn. Invasiv art En invasiv art karakteriseres af: At være indført bevidst eller ubevidst, en trussel mod den naturlige flora / fauna, økologisk fleksibel og fravær af naturlige fjender. Den har en høj reproduktionsrate, hurtig vækst, god spredningsevne, god tilpasningsevne. De flest af ovennævnte udsagn passer på vandremuslingen, hvorfor den må karakteriseres som invasiv – og vi kan intet gøre. Betydning for åsystemet Påvirkning på Gudenåsystemet nedstrøms Ry har været kolossal: sigtdybden er på få år øget fra under 1 m i Brassø til over 3 m! Den øgede lysmængde i vandsøjlen, har hurtigt sat gang i rankegrøden. Overalt i Gudenåen slynger vandplanterne sig nu tæt til gavn for dyrelivet og til stor skade for afstrømningen. Der er nu konstant forhøjet vanstand i store dele af åsystemet. Lodsejerne klager sig, vil have gennemført effektive grødeskæringer og erstatninger for de ødelæggelser, den permanente højere vandstand medfører. Samtidigt er Gudenåområdet et EF-habitatsområde, så indgrebsmulighederne er begrænsede. 11 Eksperimenter Materialer: Gæropløsning 1g/L, turbiditetsmåler, peristaltisk pumpe, luftpumpe med pimpsten, store kanyler og silikoneslange Ø 5 mm. Bægerglas 500 ml. Ca. 40 g vandremuslinger. Turbiditetsmåleren, her fra LoggerPro, er meget følsom over for ændringer af gærcellekoncentrationen og meget let at bruge. Den måler i enheden NTU, se vejledning til denne. Det er let at lave et flowkammer (se foto) ved hjælp af to store kanyler. Den ene med spidsen dybt i flowkammeret, den anden i toppen. Den peristaltiske pumpe er fra Gundlach. Det betyder at man løbende kan registrere mængden af gærceller i vandet. Flowkammer med kanyler Man kan foretage eksperimenter på mange niveauer. Peristaltisk pumpe, bægerglas med muslinger, flowkammer og turbiditetsmåler 12 1. Det simpleste er blot at registrere, hvad der sker på en time (se foto), man får dog betydeligt flere informationer ved at datalogge resultaterne. 2. Man kan måle vandets gennemsigtighed og dermed gærkoncentrationen ved løbende at udtage prøver og måle i turbiditetsmåleren. 3. Man kan etablere opsætningen med den peristaltiske pumpe og flowkammeret. Herved fås flest informationer om eksperimentet i et kontinuert forløb. Ved måling med turbiditetsmåleren skal først fremstilles en standardkurve: Ud fra gærstamopløsningen (1g gær/L) foretages en fortyndingsprocedure, idet der løbende tilsættes 100 ml H2O. Filtrationsraten F kan bestemmes ud fra F=((G0-G1)/(T0-T1)*vol)/G0 , hvor G0 er gærkoncentrationen til tiden T0 , G1 er gærkoncentrationen til tiden T1 vol er testglassets volumen. Gær g Vand ml Gær g Vand Gærkonc. Turbiditet Gær g Vand ml 0,5 Gærkonc. (g/l) 0,5 0,5 0,5 500 1 0,5 0,5 0,5 600 0,83 0,5 700 0,71 0,5 0,5 0,5 800 : 0,63 0,5 900 0,56 ml (g/l) 500 1 0,5 Turbiditet 600 0,83 0,5 NTU 700 0,71 0,5 800 281,9 0,63 900 0,56 1000 0,5 133,7 0,5 1100 0,45 132,4 Gærkonc. (g/l) Turbiditet NTU 1 281,9 0,83 227,2 0,71 189 281,9 600 227,2 189 700 170 800 Tid i min 170 153,4 133,7 132,4 Gær Koncentration g/l Filtrationsrate ml/min Tid i min 153,4 153,4 : 0,5 500 0,63 227,2 0,5 900 0,56 1000 0,5 133,7 1000 0,5 1100 0,45 0,5 132,4 189 1100 0,45 0,5 Turbiditet 170 Tid i min NTU 0,5 : NTU Efter en time er vandet klart. Beluftningsstenen kan nu ses Turbiditet NTU Gær Koncentration g/l Filtrationsrate ml/min Skema til måleresultater Turbiditet NTU Gær Koncentration g/l Filtrationsrate ml/min 13 Vand ml 500 600 700 800 900 1000 1100 Gærkonc. (g/l) Turbiditet NTU 0,83 227,2 0,71 189 0,63 170 0,56 153,4 0,5 133,7 0,45 132,4 Resultat af eksperiment på en time. De første Tid i stiger min Turbiditet Gær 10 min. NTU, da flowkammeret førstFiltrationsrate skal ml/min NTU Koncentration g/l fyldes med gæropløsningen 1 281,9 Eksponentiel fit til gærkoncentrationen. Da muslingerne filtrerer en konstant andel af vandet pr. tidsenhed Resultater I eksperimentet er der anvendt 40 g muslinger. Da muslingerne i dette eksperiment vejer ca. 2 g betyder det, at hver musling filtrerer ca.1 L vand/døgn! Og taget i betragtning, at Gudenåsystemet er tæppebelagt med muslinger, betyder det atter at vandremuslingen medfører en endog meget effektiv algerensning i Gudenåsystemet, hvilket medfører en øget sigtdybde. Filtrationsraten er ca. 16 ml/min. Filtrationsraten er ca. 16 ml/min. ST.nr. NTU 013 18 012 20 011 30 010 15 009 15 008 27 ST.nr. NTU 007 21 013 18 012 2006 0 28 011 3005 0 34 010 1004 5 36 009 15 003 42 008 27 007 2002 1 36 006 2 8 005 34 004 36 003 42 002 36 Filtrationsraten er cer a. 1ca. 6 ml/min. Filtrationsraten 16 ml/min 14 Afstanden fra station 2 til 13 er 3,4 km. Station 2 er i Brassø, station 13 er i havnen. Dato: 1.07.2011 ST.nr. NTU 013 18 012 20 011 30 010 15 009 15 Registreringer i Gudenåen i Silkeborg Den del af Gudenåen der løber gennem Silkeborg kan betragtes som én stor muslingebanke. Åens bund er tæppetæt belagt med vandremuslinger. På kortet ses, at vandets gennemsigtighed gennem dette åforløb øges. Turbulensen fra turistbådene i havneområdet skaber en vis usikkerhed om registreringerne her. Kilder: Se filmen på YouTube: http://www.youtube.com/ watch?v=P0XMevMECV8 http://ferskvandssymposiet.dk/PDF/Per%20Andersen%20-%20FERSKVANDSSYMPOSIET.pdf http://www.naturstyrelsen.dk/Naturbeskyttelse/invasivearter/Myndighed/ProjektVandremusling.htm Box beregninger: I dette eksperiment bestemmes filtrationsraten F ud fra F=((G0-G1)/(T0-T1)*vol)/Go, hvor G0 er gærkoncentrationen til tiden T0, G1 er gærkoncentrationen til tiden T1 vol er testglassets volumen. Filtrationsraten beregnes ud fra et eksponentielt fit, da muslingerne filtrerer en konstant andel af vandet per tidsenhed så koncentrationen skal falde efter formlen: Xt = X0 * e (F*t) hvor Xt er konc til tiden t, X0 = start konc, F = reduktionsraten per tidsenhed og t = tidsrummet fra 0 til t, Mængden af vand, som vandremuslingen kan filtrere (filtrationsraten), er afhængig af muslingens størrelse, temperaturen og fødemængden og kan variere mellem 10 og 500 ml/individ/time, Claudi & Mackie 1993, Kryger & Riisgård 1988. Kryger & Riisgård 1988, angiver følgende sammenhæng mellem vandremuslingens tørvægt og filtrationsraten: F (L/time) = 6,82 * DW (tørvægt i g)0,88 Tørvægten (DW i g) kan ifølge Kryger & Riisgård 1988, beregnes ud fra skal-længden (SL i mm) efter følgende formel: DW (g) = 1,54 * 10-5 *SL (mm)2,42 Ved beregning af vandremuslingens filtrationspotentiale i Fårup Sø er følgende værdier anvendt på baggrund af Kryger & Riisgård 1988: L (mm) 10 20 30 Filtrationsrate (l/time) 0,05 0,22 0,5 Filtrationsrate (l/døgn) 1,2 5,3 12,0 15 Tidsplan for biologiolympiaden 2011-2012 Oktober 2011: Første runde - på skolen Opgaverne sendes til skolen elektronisk. Prøven varer 90 minutter. Eneste tilladte hjælpemiddel er en lommeregner. Resultatet af skolernes første runde skal foreligge inden d. 1. november. styregruppen. På baggrund af de indsendte besvarelser udvælges de 30 elever med højeste antal point på landsplan. Skolen bliver medio december 2011 underrettet om, hvilke elever der har kvalificeret sig til videre til semifinalen. Senest d. 1. november 2011. Indsend tilmeldingsblanket til vibeke.birkmann@greve-gym.dk Søndag aften d. 22. - tirsdag d. 24. januar 2012: Semifinale på SDU, Odense Torsdag d. 10. november 2011: Anden runde - på skolen Torsdag aften d. 2. - søndag d. 5. februar 2012: Træning på Videncenter Sorø Tilmeldingsblanket udsendes sammen med opgaver til første runde. Vi er meget interesserede i at høre hvor mange elever der har deltaget i første skoletest – også selv om der evt. ikke er nogen der går videre til anden runde på skolen. Derfor vil vi gerne have en tilbagemelding fra alle skoler som gennemfører første test. Prøven varer 90 minutter. Eneste tilladte hjælpemiddel er en lommeregner. Skolens kontaktperson får opgaver, svarark og facitliste tilsendt elektronisk senest d. 8. november. Opgaverne rettes af læreren. Såfremt datoen kolliderer med skolens øvrige aktiviteter, kan man – efter aftale med styregruppen – rykke bio-OL til en anden dato. Dog skal deadlines overholdes. Senest d. 30. november 2011: Send svar fra de tre bedste elever Skolen sender svararkene fra de tre elever der har klaret prøven bedst til en repræsentant fra 16 Semifinalen omfatter en teoretisk prøve (uden hjælpemidler) og praktisk laboratoriearbejde. Deltagernes ophold i Odense bliver betalt. Blandt de tredive deltagere nomineres de 15 bedste som finalister, der alle trænes forud for den egentlige finale. Det forudsættes at finalisterne er så engagerede, at de har lyst til at forberede sig. Her trænes teknikker, laboratoriefærdigheder, biologiske observationer mv. Træningen foregår i samarbejde med uddannelsesinstitutioner m.m. i København. Her får eleverne ny viden og lærer metoder og teknikker som også kommer dem til gode til eksamen! Opholdet bliver betalt. Fredag aften d. 2. - søndag d. 4. marts 2012: Træning på Aalborg Universitet Onsdag aften d. 21. - fredag d. 23. marts 2012: Finale på Århus Universitet Finalestævnet består af en teoretisk prøve og praktiske eksperimenter. Her kåres de fire vindere, der deltager i den 23. Internationale Biologi Olympiade i Singapore i juli 2012. Opholdet i Århus bliver betalt. Weekend i april 2012: Træning med tidligere IBO deltagere Lørdag d. 7. - tirsdag d. 10. juli 2012: Træning i København De fire danske repræsentanter ved IBO i Singapore deltager i yderligere et træningsophold umiddelbart før afrejsen. Træningen foregår på KU, DTU og evt. i Københavns Zoolo giske Have. Opholdet bliver betalt. Onsdag d. 11. - d. 22. juli 2012: Singapore! Samtidigt med at vi vænner os til tidsforskellen og kroppen tilpasses de nye omgivelser bliver der trænet teoretisk stof forud for selve olympiaden d. 15. – 22. juli. Rejse og ophold bliver betalt. Mvh. styregruppen for biologiolympiaden i Danmark Kirsten Wøldike, kirsten@jooze.dk Vibeke Birkmann, vibeke.birkmann@grevegym.dk Birthe Zimmermann, bz@ags.dk Anparter til salg nucleus forlag aps Lundingsgade 33 8000 Århus C T 8619 0455 F 8619 6355 nucleus@nucleus.dk www.nucleus.dk To anparter i Nucleus – Foreningen af Danske Biologers Forlag udbydes hermed til salg til medlemmer af Foreningen af Danske Biologer. Nærmere oplysninger fås ved henvendelse til forlaget. Ønske om erhvervelse skal ske ved skriftlig henvendelse til forlaget senest en måned efter udgivelsen af dette nummer af Biofag. 17 PÅ VEJ bioteknologi 5 Tema 9: Farmakologi og ny medicin. Tema 10: Stamceller. Tema 11: Nervesystemet og neurale proteser. Af Bodil Blem Bidstrup og Søren Mortensen Udkommer december 2011. bioteknologi 6 – nYHeD bioinformatik Også temabog til biologi A og B. Tema 12: Molekylær evolution. Tema 13: Genetisk variation. Af Frank Grønlund Jørgensen. Udkommer juni 2012. IntEraktIVE E-bøgEr • direktelinksfrae-bogensknapper til hjemmesidens opgaver og supplerende materialer • aktiveregistreie-bogengørdet let at komme fra det ene afsnit til det andet • aktivelinksinterntogeksternt, de interne er markeret med understregning, de eksterne linker op til bl.a. forsøg, andre hjemmesider og animationer • alletegnedefigurerfindespå hjemmesiden nucleus forlag Lundingsgade 33 8000 Århus C 86 19 04 55 18 Billede hentet fra Ingeniørens artikelbase på www.ing.dk Se mere på www.bioteknologibogen.dk s Bioteknologi Er udkommEt Seks temahæfter til det nye bioteknologifag – 1, 2, 3 og 4 er udkommet. Serien fås både som trykte bøger og e-bøger. bioteknologi 1 Tema 1: Cellernes kemi. Tema 2: DNA og DNA-teknikker. Af Bodil Blem Bidstrup og Johanne Jensen. 2009, 78 sider, kr. 98 ekskl. moms. E-bog, kr. 98 ekskl. moms. bioteknologi 2 Tema 3: Fermentering og stofskifte. Tema 4: Enzymer og gensplejsning. Af Carsten Skovsø Bugge, Kresten Cæsar Torp og Stephan Vogelius Wiener. 2010, 88 sider, kr. 98 ekskl. moms. E-bog, kr. 98 ekskl. moms. bioteknologi 3 Tema 5: Planter som biokemiske fabrikker. Tema 6: Fra biogas til flybrændstof. Af Bodil Blem Bidstrup og Carsten Skovsø Bugge. 2010, 96 sider, kr. 98 ekskl. moms. E-bog, kr. 98 ekskl. moms. bioteknologi 4 Tema 7: Infektionsbiologi. Tema 8: Blodets kemi. Af Bodil Blem Bidstrup og Benthe Schou. 2011, 99 sider, kr. 98 ekskl. moms. E-bog, kr. 98 ekskl. moms (på vej). www.nucleus.dk 19 Den brændende peanut Et didaktisk forsøg med mange anvendelsesmuligheder Af Frank Bo Jensen, Biologisk Institut, Syddansk Universitet Peter Windfeldt, Nordfyns Gymnasium Vi vil henlede opmærksomheden på et simpelt eksperiment – den brændende peanut – der er velegnet til at illustrere centrale biologiske principper, og som desuden rummer potentiale for interdisciplinært samarbejde mellem biologi og andre naturvidenskabelige fag i gymnasieskolen. Vi har gennem en årrække benyttet forsøget på et kursus i “Biologieksperimenter – Biologiformidling” ved Syddansk Universitet, og har også positive erfaringer med dets anvendelse i gymnasieskolen. Eksperimentet er velkendt i engelsktalende lande (Wood-Robinson, 1981), men det synes mindre anvendt i Danmark, hvilket har motiveret os til at skrive dette indlæg. Det basale eksperiment Det er et centralt biologisk princip, at heterotrofe organismer indtager energirige organiske forbindelser med føden, hvorefter energien frigives (trinvist) i cellernes metabolisme/respiration med henblik på anvendelse i forskellige processer i organismen. Den brændende peanut er ideel til at illustrere, at organisk stof vitterligt er energirigt. I det grundliggende eksperiment bestemmes den energimængde der frigives, når peanuts forbrændes: Et 100 ml Pyrexglas med 20 ml (20 g) vand fastgøres på skrå i et forsøgsstativ (figur 1). Der isættes et termometer og vandtemperaturen aflæses (T1). En halv peanut vejes (masse = Mp) og placeres på en nål, hvorefter jordnødden antændes med en brændende tændstik. Når der er ild i jordnødden placeres den straks 20 under Pyrexglasset, således at varmen der frigives i forbrændingen overføres til vandet (figur 1). Når nødden er udbrændt aflæses sluttemperaturen (T2). Man kan nu beregne forbrændingsvarmen af jordnødden (Ep i Joule) ud fra vandmassen (Mvand i gram), temperaturstigningen (ºC) samt vandets varmefylde (4.2 J g-1 °C-1): Ep (J) = Mvand × (T2 – T1) × 4.2 Herefter kan energifrigivelsen per gram peanut beregnes som Ep/Mp i kJ/g. Eksperimentets force er, at eleverne først forundres over hvor godt og med hvor stor flamme en halv peanut brænder, dernæst forbløffes de over hvor længe den brænder, for sluttelig at overraskes over, hvor stor en temperaturstigning det giver anledning til i vandet. Eleverne får med andre ord en åbenlys aha-oplevelse af, at energiindholdet er højt i fødemidler, og at energien kan frigives i en forbrændingsproces. Behandling af resultater I en klassesituation vil det være oplagt at ar bejde med hold af 2-3 personer, hvor hvert hold f.eks. afbrænder 3 halve jordnødder. Dernæst samles hele holdets resultater til videre forarbejdning. Det vil hurtigt være klart for eleverne, at der er stor variation i forbrændingsvarmen fra forsøg til forsøg, og at den lange liste over de fundne værdier er lidet informativ. Dette leder naturligt til overvejelser over, hvordan eksperimentets resultater kan kom- Antal observationer i interval 35 (intervalstørrelse: 0,7 kJ g-1) Gauss fit Antal observationer 30 25 Middelværdi: 7,0 kJ g-1 Standardafvigelse: 1,5 kJ g-1 (N = 140) 20 15 10 5 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Forbrændingsvarme (kJ g ) -1 Figur 1. Forsøgsopstilling med brændende peanut (Foto: FBJ) munikeres videre til andre på en mere sigende og overskuelig måde. Sådanne overvejelser kunne involvere brug af deskriptive statistiske metoder, f.eks. i samarbejde med matematikundervisningen. En bestemmelse af middelværdien reducerer den lange liste af målte tal til en repræsentativ gennemsnitsværdi, mens en bestemmelse af standardafvigelsen giver et mål for variationen i bestemmelserne. Resultaterne kan også bruges til at illustrere, at biologiske måledata ofte er normalfordelte. Ved at gruppere måleværdierne i successive intervaller og optælle antal observationer i hvert interval, kan der laves en frekvensfordeling over resultaterne (figur 2). Dette illustrerer umiddelbart for eleverne, at resultaterne er normalfordelte, men kan ydermere underbygges ved at gennemføre en statistisk test (f.eks. Shapiro-Wilk test) eller ved at fitte en Gausisk normalfordeling til frekvensfordelingen (figur 2). Figur 2. Resultater fra den brændende peanut. Der er benyttet et talmateriale på 140 observationer (afbrændinger), men øvelsens resultater vil være pænt normalfordelte også med et væsentligt mindre talmateriale Eksperimentelle refleksioner Efter at forsøgets resultat er klart, er det oplagt at sammenligne den bestemte middelværdi med det energiindhold der er påtrykt posen med peanuts. En typisk middelværdi fra eksperimentet er på omkring 7 kJ/g (figur 2), hvorimod den påtrykte værdi er 25 kJ/g. Der er altså en væsentlig forskel mellem den eksperimentelle værdi og den teoretiske værdi, hvilket giver anledning til at studenterne vurderer det eksperimentelle design og mulige fejlkilder. Forsøgsmetoden er ikke specielt effektiv, fordi flammens varme ikke kun overføres til vandet men også til omgivelserne. Desuden skaber temperaturstigningen i vandet en anselig temperaturforskel mellem vand og omgivelser, som forstærker varmetabet. Studenterne kan overveje forskellige forbedringer af forsøgsdesignet, f.eks. (1) at afskærme varmetabet via konstruktion af et simpelt kalorimeter, eller (2) at benytte et 21 større volumen vand i glasset (Wood-Robinson, 1981). Vi har prøvet at lave forsøget med både 20 ml (g) vand i glasset og 50 ml (g) vand i glasset. Et større vandvolumen resulterer i en højere middelværdi for forbrændingsvarmen Ep, hvilket underbygger at ΔT mellem vand og omgivelser er vigtig for varmetabet til omgivelserne. Man kan teste om de to middelværdier er signifikant forskellige ved at benytte en uparret t-test, hvilket igen kunne kalde på tværfagligt samarbejde med matematikundervisningen. Hvis man undersøger resultater fra tre eller flere forskellige voluminer af vand, ville den statistiske metode være en envejs ANOVA med efterfølgende ”post-hoc” test (f.eks. Tukey test). Biologiske refleksioner Den brændende peanut kan indpasses i mange undervisningsforløb. I et økologi-forløb kan forsøget benyttes til at illustrere at planter gennem fotosyntese opbygger energirigt organisk materiale, der dernæst indgår i fødekæder og stofkredsløb. I et fysiologi og biokemiforløb kan forsøget illustrere energifrigivelsen i forbrændingsprocesser og benyttes til at reflektere over principielle forskelle mellem direkte forbrænding og den trinvise energifrigivelse i kroppens intermediære stofskifte. Man kan desuden sætte energiindholdet i peanuts i perspektiv, ved at bede studenterne beregne, hvor mange peanuts der minimalt skal spises for at opretholde hvilestofskiftet gennem et døgn: Hvilestofskiftet hos mennesket svarer til et iltforbrug på ca. 0.25 l O2/min (360 l O2/ døgn). Da ilts energetiske værdi er 20 kJ/l O2 bliver hvilestofskiftet 7200 kJ/døgn. Eftersom energiindholdet i peanuts er 25 kJ/g, må minimal-indtaget af peanut være 7200/25 = 288 g. Man kunne efterfølgende diskutere, hvorfor dette er en minimummængde til at dække kroppens energibehov, ligesom man kunne inkludere nogle ernæringsfysiologiske betragtninger ved at nærstudere varedeklarationens informationer. På Nordfyns Gymnasium har ”den bræn22 dende peanut” været benyttet både i den almindelige eksperimentelle undervisning på forskellige niveauer samt i et indledende naturvidenskabeligt grundforløb, hvor forsøget indgår som en bestanddel af den afsluttende NV prøve. Eksperimentet er fremragende til at introducere de nye 1.g´er til den naturvidenskabelige tankegang, hvor de unge skal lære at søge og udvikle ny viden gennem forsøg. Samtidig kan der sættes fokus på gruppetænkning kontra kritisk refleksiv tænkning, når et hold arbejder med øvelsen, dvs. rent praktisk udfører eksperimentet og løbende forholder sig til data. Det ses jævnligt, at den første og (ikke altid) den bedste idé, som formuleres af et gruppemedlem, ”købes af ” resten af gruppen uden kritisk refleksiv tænkning. Eleverne bibringes en forståelse/erkendelse af dette dilemma gennem opfølgende diskussion. Risikomomenter Selvom forsøget er simpelt og uden de store risici, er der to risikomomenter, som eleverne bør informeres om i forbindelse med udførelse af øvelsen. En indlysende instruktion at give før øvelsen er, at afbrændingen af jordnødderne skal foregå på en sikkerhedsmæssig forsvarlig måde, da der er tale om åben ild. En anden (og måske mindre åbenbar) risiko er, at nogle personer er allergiske over for peanuts. For sådanne personer kan eksponering til selv små mængder peanut udløse en kraftig allergisk reaktion (i værste tilfælde et anafylaktisk chok). Skulle nogen af eleverne (eller læreren) have peanut-allergi, må de derfor ikke være i lokalet og deltage i øvelsen! Konklusion Den brændende peanut er et simpelt forsøg med stort didaktisk potentiale, som kan begejstre både elever og lærere. Reference: Wood-Robinson, C. (1981). The burning peanut. Journal of Biological Education 15, 262-265. [indblik] s tat e n s n at u r h i s t o r i s k e m u s e u m kø b e n h av n s u n i v e r s i t e t Antikkens græske filosoffer, heriblandt Empedokles, Platon og Aristoteles, var af den overbevisning, at alt værende består af og kan reduceres til fire elementer: FOREDRAG • EFTERÅRET 2011 De fire elementer er temaet for efterårets foredragsrække for gymnasieklasser på Statens Naturhistoriske Museum. Se programmet på næste side. ILD, LUFT, VAND & JORD Foredragene finder sted på Geologisk Museum, prisen er 25 kr. pr. elev, og tilmelding foregår pr. mail (tilmelding@snm.ku.dk). Selv om elementlæren ikke længere udgør grundlaget for vores naturvidenskabelige verdensbillede, så er både livet og Jorden i høj grad underlagt de kræfter, processer og produkter, som ilden, luften, vandet og jorden repræsenterer og tilvejebringer. Efter foredragene vil der være mulighed for at besøge museets udstillinger på egen hånd. Vel mødt. [indblik] s tat e n s n at u r h i s t o r i s k e m u s e u m kø b e n h av n s u n i v e r s i t e t ˭ ILD ˭ LUFT ˭ VAND ˭ JORD Tirsdag d. 30.8., kl. 13.00-15.30 Onsdag d. 21.9., kl. 13.00-15.30 Torsdag d. 13.10., kl. 13.00-15.30 Tirsdag d. 25.10., kl. 13.00-15.30 ˤ En hed begyndelse. Historien om Jordens oprindelse (Henning Haack) ˤ Luft og liv – om planternes betydning for livet på Jorden (Poul Erik Jensen) ˤ Jordens vand – en kosmisk oprindelse? (Uffe Gråe-Jørgensen) ˤ Geogenetik – livets spor i jord (Eske Willerslev) ˤ Når Jorden spyer. Om vulkaner (Tod Earle Waight) ˤ Kosmisk stråling og skydannelse (Henrik Svensmark) ˤ ˤ Når liv bliver til sten (Bent Lindow) Solen: varme, lys og grundstoffer (Bertil Dorch) ˤ Snowball Earth – hypotesen om en bundfrossen fortid (Michael Houmark-Nielsen) ˤ Darwin som geolog og palæontolog (Svend Stouge) ˤ Atmosfæren på Mars – er der tegn på liv? (Morten Bo Madsen) ˤ Vand på Mars. Hvor, hvor meget, hvornår og hva’ så? (Christine Hvidberg) 23 Miljøproblemer er vores udfordringer − DTU Miljø inviterer din klasse på besøg! Besøg med tilknyttede laboratorieforsøg – varer en hel dag Spildevandsrensning i Danmark Giftige kemikalier i økosystemer NO2-forurening i Danmark Besøg med foredrag uden laboratorieforsøg – varer en halv dag Spildevandsrensning i Danmark Giftige kemikalier i økosystemer Forurening fra andefodring Besøgene indeholder tværfaglighed indenfor biologi, kemi, bioteknologi og matematik. De fleste aktiviteter kan efter nærmere aftale tilpasses jeres besøgsmuligheder. Ring eller send en mail med besøgsdetaljerne og jeres ønsker til besøget til Kåre Press-Kristensen: ka rp@env.dtu.dk eller tlf. 22 81 10 27 OBS: Af ressourcemæssige årsager gennemføres kun 27 besøg – derfor prioriteres naturvidenskabelige 3. g klasser højest Gærs respiration af forskellige sukre Lars Bjarne Nielsen, Brøndby Gymnasium, Marianne Schou Nielsen og Marie Eiland, Køge Gymnasium Det er oplagt at anvende CO2-sensorer og dataopsamling til at undersøge forskellige forhold ved respirationsprocesserne. Gær er især en god organisme at undersøge.Vi har selv første gang set denne metode til at undersøge gærs respiration af forskellige sukre på fagdidaktisk kursus i september 2005, og Vernier har udgivet en bog med forskellige øvelser. Men der har alligevel manglet lettilgængelig anvisning på metode og fremgangsmåde. Vi har derfor gennemgået forskellige mulige måleopstillinger og er kommet frem til en fremgangsmåde, der meget ligner Verniers.Vi viser i det følgende nogle resultater samt en fremgangsmåde. Øvelsen egner sig til A og B-niveau, men man kan simplificere den til brug for c-niveau. Undersøgelse af respiration af glukose, laktose og galaktose helsebranchen som et naturligt middel mod urinvejsinfektioner. Teori Galaktose findes især som en del af mælkesukkeret, laktose, i pattedyr. Man skulle derfor forvente, at gær ikke vil omsætte det så godt, da det ikke er så almindeligt i naturen. Glykolysen omsætter D-monosakkarider til kuldioxid og vand. I naturen findes især glukose (druesukker) og fruktose (frugtsukker) som almindelige monosakkarider. Blandt disakkariderne er sakkarose (rørsukker) almindelig. Man vil derfor forvente, at bagegær (Saccharomyces cerevisae), der forekommer udbredt i naturen, især på vindruer, udnytter disse kulhydrater særligt godt. Mannose findes især i glykoproteiner hos eukaryote organismer. Det omsættes dårligt hos mennesker og kommer stort set uomsat ud igennem nyrerne. Det anvendes derfor af Laktose, se Tabel 1, består af glukose, der via OH-gruppe nr 4 er bundet til OH-gruppe nummer 1 på galaktose (beta 1-4 binding). Laktose nedbrydes af laktase (beta-galaktosidase, b-Gal) til glukose og galaktose. Mangler man dette enzym, er man laktoseintolerant og tåler ikke mælkeprodukter. Livslang laktaseekspression er knyttet til de områder, der fra oldtiden har holdt mælkeproducerende husdyr. Uden for Europa, Vestasien, Indien 25 Tabel 1 Tabel 1. Nogle naturligt forekommende mono- og disakkarider. Glukose – Monosakkarid Fruktose – Monosakkarid Galaktose – Monosakkarid Laktose – Disakkarid Mannose – Monosakkarid og dele af Østafrika holder man op med at producere laktase som voksen. Da laktose ikke er er et almindeligt plantekulhydrat, skulle man forvente, at gær ikke omsætter laktose særligt godt. Respirationen er omsætning under iltforbrug. Respirationsligningen for monosakkarider er: C6H12O6 + 6O2 → 6 CO2 + 6 H2O + energi Forsøget og dets resultater. I dette forsøg undersøges omsætningen af glukose, laktose og galaktose. Hypotesen er: Gær omsætter glukose bedre end laktose og galaktose. Materialerne er her 4 CO2-sensorer tilsluttet en Labquest fra Vernier, men man kan lave 26 forøget succesivt med et kulhydrat ad gangen, så man kun benytter 1 sensor og erstatte Labquest med en Go-link som PC-opkobling. Sensorerne er via Labquest (eller GO-link) tilsluttet en PC, se Figur 1. Labquest kan arbejde alene (evt. på batteri), så man kan sende resultaterne til PC 'en bagefter. Der er plads til 4 sensorer. GO-link kræver direkte opkobling. PC'en er udstyret med programmet LoggerPro. Hver monosakkarid er opløst til 0,3 M. Se Tabel 2. Som gærkilde er anvendt tørgær. Det er lettere at styre end frisk gær. Gæren opslemmes til 0,05 g/mL på en magnetomrører. Fremstil nok til hele forsøget. Dette kan gøres en time i forvejen. Man skal beregne lidt tid til at få gærsuspensionen helt jævn. Evt kan man pipettere op og ned nogle gange. Lad Figur 1. Opstilling til måling af 4 prøver på en gang. Det ses, at der er 4 indgange til Labquest'en i baggrunden gæren stå under jævnlig omrystning, men fjern den fra magnetomrøreren. Temperaturen registreres. Programmet sættes til at optage data i 20 min med 15 målinger pr min. Med en automatpipette blandes 1 mL kulhydrat med 1 mL gærsuspension i den specielle 250 mL sensorkolbe (se Figur 1), så slutkoncentrationen af sukker er 0,15 M i alle blandinger. Som kontrol blandes 1 mL gær med 1 mL demineraliseret vand. Sensoren sættes i kolben, og dataopsamlingen startes. Efter 20 min kan resultatet aflæses, og der beregnes hældning af en ret linje som fittes til kurven ved hjælp af LoggerPros indbyggede værktøj. Hældningen, som i LoggerPro-sprog hedder "m", får enheden ppm/min (parts per million per minute) Tabel 2 Kulhydrat M (g/mol) Glukosemonohydrat 198,17 Laktose 360,32 Galaktose 180,2 m (g) 5,94 10,80 5,40 Tabel 2. Anvendte kulhydrater med molar masse, M, og afvejet mængde, m, til 100 mL. 27 Time (min) Figur 2. Resultat fra respirationsforsøg med glukose, galaktose og laktose med gær. Slutkoncentrationer i blandingen er 0,15 M for kulhydraterne og 0,0025 g/mL. T = 25 0C Det ses, på Figur 2, at der går lidt tid, inden forsøget stabiliserer sig. Der skal typisk gå ca. 10 min., før kurverne er stabile. Det ses også, at glukosekurven ikke er lineær, men at respirationshastigheden (tangenthældningen) vokser. Imidlertid giver en ret linje en god beskrivelse for forholdet mellem de enkelte prøver, og det giver ikke tolkningsmæssige problemer. Det ses også, at der er respiration, målt som kuldioxidudledning, i vandprøven. Resultaterne er sammenfattet i Tabel 3, hvor den relative respiration er regnet ud som procent CO2-udledning i forhold til glukose. Grafisk kan dette vises i et søjlediagram, som i Figur 3., hvor det fremgår, at laktose og galaktose i forhold til vand i dette forsøg ingen effekt har på respirationsprocessen, og man 28 må konkludere, at hypotesen holdt. Galaktose og laktose udnyttes tilsyneladende ikke af gær inden for det målte tidsinterval. Bemærkninger til forsøget Det er meget vigtigt, at elektroderne ikke bliver våde. De kan ikke tåle det og bliver uanvendelige. Vi har varieret på gærmængden, og den her anvendte mængde (0,005 g pr prøve) eller mængder i dette område giver et godt støj/signalforhold. Det vil sige mellem udledningen af CO2 for glukose og den negative kontrol, vand: Ved højere koncentrationer af gær stiger respirationen yderligere i den negative kontrol, så der ikke er meget vundet. Forskellen bliver ikke væsentlig større. Desuden tager det længere tid at opnå stabile målinger. Vi har også justeret på det Tabel 3 totale volumen. Man kan godt gå op på et Relativ Absolut CO2-‐ Kulhydrat total volumen på 4 mL og sikkert også noget udledning respiration højere; men går man op til for eksempel 100 100 Glukose 137 mL, bliver diffusionen en begrænsende faktor, 13 Laktose 18 selv om man bruger omrører. Vi antager, at 21 Galaktose 29 der er tilstrækkeligt ilt til rådighed for cel20 Vand 27 lerne ved de små volumener, men vi har ikke systematisk undersøgt det. Der er en lineær Tabel 3. Resultaterne fra Figur 2 ses her sammensammenhæng mellem det totale volumen og fattet. Glukoses respiration er sat til 100%. respirationen (med hældning på ca 1,5) mellem 0 mL og 4 mL. Vi har holdt glukosekoncentrationen på 0,3 M i alle prøver. Dette sikrer gær, enzymer mm. samme mængde substrat og ensartede osmolære forhold. Vi har ikke prøvet at justere til isosmolaritet ved at tilsætte for eksempel salt til 0,075 M. 137 18 29 27 Rela4v respira4on 100 13 21 20 pH falder under forsøget til 5-6 (kulsyre!). Vi har ikke prøvet at bufre opløsningen til pH 7. I den her viste opsætning egner dette forsøg sig til fællesforsøg eller demonstrationsforsøg. Vil man lade eleverne arbejde i hold med 4 forskellige prøver (f.eks 3 kulhydrater + kontrol), kan man blande hvert kulhydrat med gær i mikrotiterbakker med 24 brønde (Gundlach), hvor hver brønd sagtens kan indeholde indeholde 2 mL. Hvis man blander dem med ca 5 min. mellemrum og måler i ca 5 min, kan man få pæne resultater. Bliver tidsrummet for stort, bliver der for stor forskel på gærens tilstand i første og sidste prøve. Man kan selvfølgelig ikke udtage præcis 2 mL fra en prøve på 2 mL, men der bliver med lidt træning højst et tab på ca. 0,035 mL. Det skal bemærkes, at sukkerindholdet i prøverne ikke er en begrænsende faktor, som følgende beregning viser. Der tilsættes n = C*v = 0,3*0,001 mol = 0,0003 mol (0,3 mmol) kulhydrat til hvert forsøg. Gærs evne %l at udny4e glukose, laktose og galaktose %l respira%on 100 90 80 Real%v respira%on Absolut CO2-‐ udledning Glukose Laktose Galaktose Vand 70 60 50 40 30 20 10 0 Glukose Laktose Galaktose Vand Figur 3. Grafisk fremstilling af den relative respiration af glukose, galaktose og laktose som opnået i Figur 2 og Tabel 3 C er koncentrationen, og V det tilsatte volumen, og n er stofmængden i mol. Forbruget er meget mindre. Man omregner fra ppm til stofmængdekoncentration i mol/L ved at anvende, at 1 ppm af en gas er det samme som 10-6 L gas pr L luft. Det molære rumfang Vm er 24 L. Dvs i 1 L ren gas er der 1/24 mol gasart. Derfor er den molære koncentration (C) af 1 ppm CO2: 1 𝑝𝑝𝑚 𝐶𝑂2=10−624 𝑚𝑜𝑙/𝐿 𝐶𝑂2 Volumenet af prøveflasken er 0,25 L. Prøven fylder 2 mL og sensoren har vi målt til at kunne fortrænge 7 mL . Dvs Vgas = 0,250 - 0,007 - 0,002 L = 0,241 L. Da 1 ppm gas 29 Figur 4. Laktase (B-gal) katalyserer hydrolysen af laktose giver 𝑛=𝐶∙𝑉𝑔𝑎𝑠 (𝑚𝑜𝑙), fås: 1 𝑝𝑝𝑚 𝐶𝑂2=10−624 𝑚𝑜𝑙/𝐿 𝐶𝑂2= 10−624∙ 0,241 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑂2 Da respirationen udsender 6 mol CO2 for hvert mol forbrugt glukose, skal dette tal divideres med 6, og derfor bliver glukoseforbruget pr ppm CO2: demonstrere temperaturens betydning for respirationen af f.eks. glukose. Man skal da lige vente med at optage målingen, til prøven har fået vandtemperaturen. Her blev der arbejdet ved 25 grader. Laktases virkning 1 𝑝𝑝𝑚 𝐶𝑂2= 10−624∙ 0,241 6𝑚𝑜𝑙= 1,67∙10−9 𝑚𝑜𝑙 𝑓𝑜𝑟𝑏𝑟𝑢𝑔𝑡 𝑔𝑙𝑢𝑘𝑜𝑠𝑒 Man kan bruge opsætningen til at demonstrere laktases (beta-galaktosidases, b-gals) virkning på laktose. Laktase katalyserer nedbrydningen af laktose til glukose og galaktose under vandoptagelse (Figur 4) ∆n= 137∙1,67∙10−9 𝑚𝑜𝑙/𝑚𝑖𝑛=2,29∙10−7 𝑚𝑜𝑙/𝑚𝑖𝑛. Det er altså en hydrolase, der har EC3.2.1.108. Det tilhører beta-galaktosidasefamilien. B-gal fra E. coli er et stort molekyle med en molar masse på 464.000 g/mol, da det består af ens peptidkæder på hver 1024 aminosyrer. Det anvendes som markørenzym i bioteknologi, da der findes en række kunstige substrater, der bliver farvede ved reaktionen. Ved spaltningen af 1 mol laktose optages 1 mol vand og frigives 1 mol glukose og 1 mol galaktose. Er udledningen ikke 1 ppm men "m" (ppm/ min) skal man gange ovenstående med m, hvorved man får forbruget i mol/min. For forsøget med glukose, m = 137 ppm/min, giver det: Der var tilsat 𝑛=3∙10−4 𝑚𝑜𝑙 glukose. Så det varer således med dette forbrug 3∙10−42,29∙10−7min= ca 1300 min eller ca 22 timer, før al glukose ville være opbrugt. Der er altså rigeligt glukose. Glukose er således ikke begrænsende faktor i forsøget, og det samme vil gælde de øvrige kulhydrater, man kunne bruge (fruktose, mannose, xylose, maltose mfl.). Man kan naturligvis anbringe kolberne i termostateret vandbad under forsøget og 30 Resultater for måling af laktase-aktivitet Hypotesen er, at man kan følge reaktionen semikvantitativt med Diastix (apoteket), der er beregnet til glukosemåling i urin. Diastix har et felt, der indeholder glukoseoxidase og peroxidase samt et peroxidasesubstrat, der bliver brunt ved peroxidasereaktionen. Glukoseoxidase oxiderer specifikt glukose til glukoronsyre og producerer brintoverilte, som starter peroxidasereaktionen. Det har den fordel, at reaktionen er specifik for glukose. Andre kulhydrater (laktose, galaktose m.fl.) giver ikke farvning af diastix'en. Man fugter Diastix'en i væsken et øjeblik, lader reaktionen forløbe og sammenligner efter 30 s farven med skalaen på beholderen. Man kan se resultatet på Figur 5, hvor resultatet af et forsøg ses: 30 mL mælk blev behandlet i 20 min med 575 unit laktase (ud fra producentens aktivitetsangivelse). Der blev målt glukoseindhold med Diastix efter 0, 1, 2, 5, 10 og 20 minutter. Stiksene ligger i rækkefølge på figuren, hvor Diastix-beholderen og forsøgsopstillingen også ses. Det ses, at stiksene bliver brunere, jo længere tid, der går. Figur 5. Behandling af laktose (0,3 M) på de to nederste Diastix og af mælk (øverste 6 Diastix) med laktase (fra Slagteriskolen) og efterfølgende glukosemåling. 5 mL laktose blev behandlet med 575 unit laktase i 20 min. Nederst: før spaltning (blå), øverst: efter spaltning (brun). De 6 Diastix ovenover viser tidsforløbet for laktasebehandling (575 unit) af 30 mL mælk efter 0, 1, 2, 5, 10 og 20 min. Glukosekoncentrationerne kan semikvantitativt bestemmes v.h.a. farvekoden på beholderen (til højre). T = 25 oC. Desuden ses Diastix-beholderen med aflæsningsskalaen (til højre) og forsøgsopatillingen 31 Ulempen er dels, at det tager 30 s, før man kan aflæse resultatet og dels, at farvningen fortsætter herefter. Trods forsinkelsen kan man få rimeligt pæne resultater med nogenlunde lineært forløb, Figur 6. Vi kan altså måle glukosekoncentrationerne i prøverne, så hypotesen er bestyrket, og man kan vise laktoses hydrolyse ved hjælp af laktase (Lactozym® fra Novozymes, fås hos Slagteriskolen). Man kan derfor opstille hypotesen, at laktose efter fuldstændig spaltning vil være et lige så godt substrat for gær som glukose. Vi behandlede 5 mL laktose med 575 unit laktase i 15 min, og målte derefter gærs evne til at udnytte produktet i respirationen. Desuden var der prøver med glukose, galaktose og laktose, Figur 7. Kurverne forløber pænt og tilnærmet lineært i beregningsområdet for "hældningen, m", mellem 15-20 min. Det ses, at glukose igen er det mest effektive substrat, som det skulle være, og at den laktasebehandlede prøve når tæt på glukoses effektivitet som substrat. Glukosekoncentrationen var mere end 111 mol/L efter behandlingen (målt med Diastix). Effektiviteten af den behandlede laktose er på 80% af glukose. Muligvis er der en inhiberende faktor i enzymopløsningen. Dette kan 5 10 20 Figur 6. Laktasebehand28 75 111 ling af mælk. 30 mL mælk blev behandlet med 575 unit laktase. Der blev taget prøver til måling for glukosekoncentration vha. Diastix. Der er indsat tendenslinje med angivelse af den bedste rette linjes ligning for de fundne data samt forklaringsgraden (R2). T = 25 oC 32 Kommentarer til forsøget Vi har forsøgt at anvende en blodglukosemåler, Accu-check, men det kan tilsyneladende ikke lade sig gøre. Hvis der er nogen læsere, der kender et blodsukkerapparat, der kan bruges, ville det være dejligt at høre. Der er mange interessante muligheder. Også med denne forsøgsrække er det muligt at køre successivt, så man kan en klasse kan gennemføre med relativt få sensorer til rådighed. Vi har ud over de her nævnte kulhydrater prøvet med mannose og stivelse, som begge har en meget lav effektivitet som substrater. Og fruktose og amylasebehandlet stivelse er jo også relevante. Glukosekoncentra-on i mælk e7er laktasebehandling Glukosekoncentra-on (mmol/L) 2 20 nemt undersøges. I Figur 8 er aflæst hældningene på de rette stykker for hver kurve i ppm/ min, og de er omregnet til relativ respiration i forhold til glukose på samme måde som i Figur 3. Det ses, at laktose igen ligge på 20-25% af glukose. Der er derfor måske en vis laktaseaktivitet i gær. Men det ser ud som om, at laktase-behandlet laktose er et lige så godt substrat til respiration i gær som glukose (hypotesen blev undersøttet). 140 120 100 80 y = 5,5806x + 5,3226 R² = 0,96815 60 40 20 0 0 5 10 15 Tid e7er behandling (min) 20 25 Time (min) Figur 7. Gærs evne til at anvende laktose, spaltet laktose (Laktase 115 u/mL i 15 min.) og galaktose. T = 25 oC Med gær som model for glykolyseeffektivitet evt. i kombination med laktase og amylase får man med andre ord nogle letudførlige forsøg, der kan gennemføres på ca 90 min., og hvor man dækker fysiologi, genetik og enzymkemi med relevant og illustrativt eksperimentelt arbejde. 215 Behandlet laktose 175 54 Laktose -1,5 Galaktose Rela4v respira4on 100 81 25 -‐0,7 Virkning af laktase på laktose 100 90 80 Rela%v respira%on Absolut CO2-‐ udledning Glukose 70 60 50 40 30 Hvis man fokuserer på laktose i mælk og intolerans, kan man alene med laktase-forsøget dække genetik og enzymkemi samt fordøjelse med relevant forsøg. Elevvejledninger til de her viste forsøg vil blive lagt på http://www.brondby-gym.dk/ undervisning/fag/biologi/ 20 10 0 Glukose Behandlet laktose Laktose Galaktose Figur 8. Resultatet fra Figur 7 opgjort som søjlediagram af relativ respiration . T = 25 oC 33 Regnskab for FaDB-kurser 2010 Overført fra 2009 Administration Kurser Konsortier Indtægt Udgift Saldo 0,00 202.400,00 143.200,00 22.446,06 178.685,97 143.200,00 206.324,22 183.878,16 207.592,19 207.592,19 0,00 826,00 9.505,95 4.950,86 4.109,75 1.958,50 1.095,00 0,00 74.800,00 64.600,00 63.000,00 53.929,83 75.294,47 49.461,67 20.870,17 -10.694,47 13.538,33 143.200,00 143.200,00 0,00 Noter Administration Kontorartikler Mødeudgifter Transport Forsikring Sekretariatsbistand Gebyrer Renter Kurser Eksperimentel gentek Horsens Eksperimentel gentek Solrød Eksperimentel gentek Horsens Konsortium Biofysik 34 Foreningen af Danske Biologer E-mail til hele bestyrelsen: fadb@groupcare.dk Formand: Erik Frausing, 4656 1008 amphiphot@webspeed.dk Regional kontakt: Joan Ilsø Sørensen Jane Burkarl Kontakt til IBO: Joan Ilsø Kontakt til Dansk Industri: Hanne Juhl Næstformand: Jane Burkarl, 2868 6284 bu@vestfyns-gym.dk EMU Biologis hjemmeside: Jørgen Wilhelmsen, 9892 9375 Hjemmeside-adresse: http://www.emu.dk/gym/fag/bi Kasserer: Joan Ilsø Sørensen, 2332 4402 Kløvervangen 15 8541 Skødstrup joanilso@gmail.com Kontakt til videregående uddannelser: Joan Ilsø Sørensen (AU) Claudia Girnth-Diamba (KU-LIFE) Erik Frausing (KU i øvrigt) Jane Burkarl (SDU) Øvrige bestyrelsesmedlemmer: Svend Erik Nielsen, 4824 9226 alrune@post.tele.dk FaDB-kurser: Svend Erik Nielsen (formand) Hanne Juhl Christian Rix Claudia Girnth-Diamba, 2180 9484 claudia.girnth@newmail.dk Hanne Juhl, 3323 5274 hanne@juuhl.dk Christian Rix, 3142 1976 crrix1976@gmail.com Ole Fristed Kunnerup, 98 28 48 38 ok@drlund-gym.dk Fagkonsulent for Gymnasiale uddannelser: Kresten Cæsar Torp kresten.caesar.torp@uvm.dk Kontakt til GL/Pædagogisk samarbejdsudvalg (PS): Erik Frausing Indmeldelse i foreningen samt adresseændringer kan ske via foreningens hjemmeside på EMU´en - eller ved henvendelse til FaDBsekretariatet hos Nucleus Forlag ApS. FaDB´s hjemmeside: http://www.emu.dk/gym/fag/bi GMO-høringer: Marianne Johansen Revisor: Benny Silvert Forlag Nucleus’s bestyrelse: Formand: Peter Abildgaard Andersen Tlf. 3860 1653 aa@kalgym.dk Øvrige bestyrelsesmedlemmer: Jane Sundbæk Johansen Lene Beck Mikkelsen Kirsten Hede Niels Jørgensen Nucleus Foreningen af Danske Biologers Forlag Aps Lundingsgade 33, 8000 Århus C. Tlf. 8619 0455 Fax: 8619 6355 dgl. 09.00-15.00 E-mail: nucleus@nucleus.dk Hjemmeside-adresse: http://www.nucleus.dk 35 ' ) NYHED biologi sundervisning materialer Nyt bogkatalog fra Nucleus Udsendes til skolerne i september måned Scan koden og se kataloget onlineog htx. Bogen til biologi C for stx På www.biologitiltiden.dk findes opgaver, forsøgwww.nucleus.dk og bogens figurer. 190 sider, helbind, 260 kr. ekskl. moms. 36 nucleus forlag, •Lundingsgade 33, 8000 C, 86 19 04 C 55• 86 19 04 55 NUCLEUS FORLAG Lundingsgade 33 Århus • 8000 Århus Afsender: Afsender: BiofagBiofag c c /o Nucleus ForlagForlag ApS ApS /o Nucleus Lundingsgade 33 Lundingsgade 33 8000 8000 ÅrhusÅrhus C C
© Copyright 2024