Handboek · hoofdstuk 27Planten: fotosynthese en groei
Hoe een plant van lucht, water en licht een krop sla maakt
Een slaplant van 100 gram groeit uit een zaadje van een milligram. Waar komt al die massa vandaan? Niet uit de grond, zoals bijna iedereen denkt, maar grotendeels uit de lucht. In dit hoofdstuk leer je hoe een plant met licht suiker maakt (fotosynthese), wat ze daarvoor nodig heeft, welke factor haar groei afremt, hoe water van de wortels tot in de bladeren komt, en hoe je een eerlijke groeiproef opzet. Je ontwerpt de groeiproef voor de meetkas, en je kweekt sla zonder aarde.
- Je kan de fotosynthese als woordvergelijking schrijven en zeggen waar elke stof vandaan komt en naartoe gaat.
- Je kan uitleggen dat planten ook ademen, en fotosynthese en celademhaling vergelijken.
- Je kan opsommen wat een plant nodig heeft en waarom, en uitleggen dat mineralen geen voedsel zijn.
- Je kan met een grafiek of een situatie bepalen welke factor de fotosynthese beperkt.
- Je kan de rol van huidmondjes, verdamping, houtvaten en bastvaten beschrijven.
- Je kan een eerlijke groeiproef met één variabele ontwerpen, uitvoeren en de resultaten verwerken.
- Je kan uitleggen hoe telen zonder aarde (hydrocultuur) werkt, en wat de aarde normaal voor een plant doet.
Waar haalt een plant haar massa vandaan?
In hoofdstuk 2 las je hoe Jan Baptist van Helmont vijf jaar lang een wilg liet groeien in een pot met gewogen aarde. De boom werd 164 pond (ongeveer 80 kg) zwaarder, de aarde verloor nog geen 60 gram. Van Helmont besloot dat de boom uit water bestond. Zijn metingen waren goed, zijn besluit maar half juist: hij vergat de lucht.
Meer dan een eeuw later zette de Engelse dominee en scheikundige Joseph Priestley in augustus 1771 een takje munt samen met een kaars onder een glazen stolp. De kaars doofde al snel: de lucht was 'bedorven'. Zevenentwintig dagen later stak hij de kaars opnieuw aan met een brandglas, en ze brandde weer. De plant had de lucht 'hersteld'. Later deed hij hetzelfde met een muis.
Maar niet elke keer lukte het. De Nederlandse arts Jan Ingenhousz ontdekte in 1779 waarom: alleen de groene delen van een plant herstellen de lucht, en alleen in het licht. In het donker bederven planten de lucht, net als dieren. Daarmee had hij de twee helften van dit hoofdstuk gevonden: de fotosynthese, die alleen met licht werkt, en de ademhaling, die altijd doorgaat.
Vandaag weten we het precies. Droog hout bestaat voor ongeveer 50 % uit koolstof, 43 % uit zuurstof en 6 % uit waterstof. De koolstof komt helemaal uit de koolstofdioxide van de lucht, de waterstof uit het water. Uit de grond komt maar ongeveer 1 %: de mineralen.
Bijna iedereen denkt dat een boom zijn massa uit de grond haalt: 'hij voedt zich met aarde'. Van Helmonts pot bewijst het tegendeel, en een slaplant die zonder aarde groeit in water met wat zouten (dit hoofdstuk) ook. Het grootste deel van de droge massa van een plant is koolstof uit de lucht, vastgelegd met lichtenergie.
Fotosynthese: suiker maken met licht
In de bladgroenkorrels van een blad (hoofdstuk 26) maakt een plant uit twee eenvoudige stoffen een suiker. Dat heet fotosynthese: 'samenstellen met licht'.
- Koolstofdioxide (CO2) komt uit de lucht, waar er maar 0,04 % van in zit. Het komt het blad binnen door de huidmondjes.
- Water komt uit de grond, via de wortels en de houtvaten.
- Licht levert de energie. Het bladgroen (chlorofyl) vangt vooral het rode en het blauwe licht op; het groene licht kaatst het grotendeels terug, daarom zie je bladeren groen.
- Glucose is een suiker, zoals druivensuiker. De plant maakt er cellulose van (voor de celwanden), bewaart ze als zetmeel (in bladeren, knollen, zaden) en verbrandt ze in haar cellen om energie te krijgen.
- Zuurstof is een 'afvalproduct' dat door de huidmondjes naar buiten gaat. Alle zuurstof die jij inademt, werd ooit door een plant, een alg of een bacterie gemaakt.
Energetisch is fotosynthese een omzetting van stralingsenergie in chemische energie (hoofdstuk 15). In de meetkas komt ongeveer 1 % van het zonlicht in de suiker terecht.
Je zou denken dat de zuurstof die een plant afgeeft uit de koolstofdioxide komt. In 1941 gaven onderzoekers groene algen water met 'zware' zuurstofatomen, die ze konden herkennen. De zware zuurstof dook op in het gas dat de algen afgaven: de zuurstof komt uit het water. De zuurstofatomen van de koolstofdioxide komen in de suiker terecht.
Ook planten ademen
Een plant maakt glucose om die ook zelf te gebruiken. In elke levende cel, in de mitochondriën, wordt glucose met zuurstof 'verbrand' om energie vrij te maken: de celademhaling. Dat is precies hetzelfde proces als in jouw spiercellen (hoofdstuk 29).
Het verschil zit in wanneer. Fotosynthese gebeurt alleen in het licht, ademhaling altijd. Overdag, bij genoeg licht, maakt een plant veel meer zuurstof dan ze verbruikt: ze neemt netto koolstofdioxide op. 's Nachts gaat alleen de ademhaling door: dan neemt ze zuurstof op en geeft ze koolstofdioxide af. Bij zwak licht, 's ochtends en 's avonds, heffen beide elkaar op.
| fotosynthese | celademhaling | |
|---|---|---|
| waar | in de bladgroenkorrels (groene delen) | in de mitochondriën (alle levende cellen) |
| wanneer | alleen in het licht | altijd, dag en nacht |
| neemt op | koolstofdioxide en water | glucose en zuurstof |
| geeft af | glucose en zuurstof | koolstofdioxide en water |
| energie | lichtenergie wordt opgeslagen in suiker | energie uit suiker komt vrij voor de cel |
| wie | planten, algen, sommige bacteriën | alle organismen: planten, dieren, schimmels, bacteriën |
Planten ademen ook, dag en nacht, net als dieren. Het klopt alleen dat een groeiende plant over een hele dag méér koolstofdioxide opneemt dan ze afgeeft: het verschil zit vast in haar groei. De wortels, die nooit licht krijgen, doen alleen aan ademhaling.
Zetmeel in een blad: licht en bladgroen nodig?
Maakt een blad ook zetmeel op plaatsen zonder licht, of op plaatsen zonder bladgroen?
- een plant met bonte bladeren (groen met witte randen), twee dagen in het donker gezet
- een strook aluminiumfolie en twee paperclips
- waterkoker, twee bekerglazen, pincet
- ethanol (brandalcohol), jodiumoplossing, een petrischaal
- 1Na twee dagen donker is het zetmeel uit de bladeren verbruikt. Klem een strook folie aan beide kanten over een bont blad, zonder het blad te plooien.
- 2Zet de plant een dag in de zon of onder een lamp.
- 3Pluk het blad, haal de folie weg, en dompel het een minuut in kokend water: de cellen gaan dood en worden doorlaatbaar.
- 4Leg het blad in een bekerglas met ethanol, dat in een groter bekerglas met heet water staat, tot het blad bijna wit is: de ethanol lost het bladgroen op.
- 5Spoel het blad in lauw water (het wordt weer zacht), leg het in een petrischaal en druppel er jodiumoplossing op. Jodium kleurt zetmeel blauwzwart.
Alleen het deel van het blad dat groen was én niet onder de folie zat, kleurt blauwzwart. Het witte randje blijft geelbruin (de kleur van jodium), ook waar het licht kreeg. De strook die onder de folie zat, blijft geelbruin, ook waar het blad groen was.
Zetmeel maakt de plant van de glucose uit de fotosynthese. Waar geen licht was, of geen bladgroen, werd er geen glucose gemaakt, en dus ook geen zetmeel. De proef toont dus dat de fotosynthese licht en bladgroen nodig heeft, zoals Ingenhousz al zag. Omdat de plant eerst twee dagen in het donker stond, weet je zeker dat het zetmeel nieuw is: dat is een gecontroleerde beginsituatie.
Wat een plant nodig heeft
Een plant is een systeem (hoofdstuk 1): er gaan stoffen en energie in, er gebeurt iets mee, en er komt iets uit. Voor een gezonde groei heeft ze zes dingen nodig:
| wat | waarvoor | in de meetkas |
|---|---|---|
| licht | energie voor de fotosynthese | zon door het polycarbonaat (±80 % gaat erdoor); ledstrip in de winter |
| water | grondstof van de fotosynthese; houdt de cellen stevig; vervoert stoffen; koelt door verdamping | druppelslang, water geven onder 30 % bodemvocht (hoofdstuk 25) |
| koolstofdioxide | grondstof: de koolstof van alle suiker, zetmeel en cellulose | uit de lucht (±0,04 %), via kieren en het dakraam |
| geschikte temperatuur | alle processen in de cel verlopen het best in een bepaald gebied | dakraam open boven 28 °C (hoofdstuk 25), 's nachts warmtebuffer (hoofdstuk 16) |
| mineralen | bouwstoffen: stikstof en zwavel voor eiwitten, magnesium in bladgroen, ijzer om bladgroen te maken, fosfor, kalium ... | voedingsoplossing 1,0 g/L (hoofdstuk 8) |
| zuurstof bij de wortels | celademhaling in de wortelcellen | geen natte voeten: water geven met mate |
De fles 'plantenvoeding' bevat mineralen: opgeloste zouten met stikstof, fosfor, kalium en andere elementen. Die zijn bouwstoffen, zoals kalk voor jouw botten, maar ze leveren geen energie. Een plant maakt haar eigen voedsel (glucose) met licht. Zonder licht helpt de beste voeding niets. En te veel voedingszouten is schadelijk: de wortels verbranden.
Lucht bestaat voor 78 % uit stikstof, maar een gewone plant kan die niet gebruiken: ze neemt stikstof alleen op als opgeloste zouten (nitraat) via de wortels. Alleen vlinderbloemigen zoals bonen en klaver krijgen hulp van bacteriën in knolletjes op hun wortels, die stikstof uit de lucht vastleggen.
Beperkende factoren
Een plant in fel licht groeit niet noodzakelijk sneller. Als er een ander ingrediënt ontbreekt, remt dat de fotosynthese. De factor die het minst voorhanden is, noem je de beperkende factor: die bepaalt hoe snel het proces gaat.
Denk aan een houten ton met duigen van verschillende hoogte: water loopt over de laagste duig weg. Zo bepaalt de 'kortste duig' hoe snel een plant groeit (de ton van Liebig, naar de Duitse scheikundige die zo over meststoffen dacht). Een langere duig (meer licht) helpt pas als de kortste (bijvoorbeeld CO2) ook langer wordt.
In de grafiek zie je het. Bij weinig licht stijgt de fotosynthese met de lichtsterkte: licht is beperkend. Bij fel licht vlakt de lijn af: meer licht helpt niet meer, iets anders beperkt, meestal koolstofdioxide. Met meer CO2 ligt het plafond hoger. Daarom blazen tuinders in hun serres extra koolstofdioxide in (tot 800 à 1000 ppm, hoofdstuk 14 van Intermediate).
Ook de temperatuur speelt mee: de fotosynthese gebeurt met enzymen (hoofdstuk 34 van Intermediate) die het best werken rond een optimum. Voor veel planten van ons klimaat ligt dat tussen 20 en 30 °C; boven 35 à 40 °C valt het snel stil.
In de Nederlandse en Vlaamse glastuinbouw rekent men: in de winter en de lente, als licht de beperkende factor is, geeft 1 % meer licht ongeveer 0,5 à 1 % meer oogst. In de zomer is het effect kleiner: dan is er vaak licht genoeg en beperkt iets anders.
Welke factor remt de sla in de meetkas?
Bepaal telkens de beperkende factor voor de pluksla in de meetkas, en wat je eraan kan doen.
(a) Een grijze ochtend in maart, 9 uur: 8 °C in de kas, weinig licht.
(b) Een zonnige aprildag, 13 uur (hoofdstuk 4): de kas is dicht en 32 °C.
(c) Een zonnige dag in mei, 25 °C, dakraam open, maar de grond is uitgedroogd: de bladeren hangen slap.
- drie situaties in de meetkas
- de regelingen van hoofdstuk 25 (water geven onder 30 %, dakraam boven 28 °C)
- de beperkende factor in elke situatie
- een maatregel
- 1(a) Er is weinig licht én het is koud. Welke is het kortst? Om 9 uur in maart is het licht zwak: licht is hier de beperkende factor, met de temperatuur als tweede. De ledstrip aanzetten helpt (daarvoor is ze er), een warmtebuffer (hoofdstuk 16) houdt de kas 's nachts warmer.
- 2(b) Licht is er genoeg. Maar in een dichte kas nemen de planten de koolstofdioxide sneller op dan er bijkomt: de lucht in de meetkas (576 L) bevat maar een halve gram CO2. En 32 °C ligt boven het optimum van sla. Koolstofdioxide en temperatuur beperken; het dakraam openen lost beide op: verse lucht met CO2, en afkoeling (dat doet de regeling van hoofdstuk 25 vanaf 28 °C).
- 3(c) Slappe bladeren: de vacuoles zijn leeg, de plant heeft te weinig water. Om minder water te verliezen, sluit ze haar huidmondjes. Dan komt er ook geen CO2 meer binnen, en stopt de fotosynthese, hoe fel de zon ook schijnt. Water geven, en de drempel van de vochtregeling nakijken.
Huidmondjes: de poorten van het blad
Een blad moet koolstofdioxide binnenlaten, maar de waslaag laat geen gas door. De oplossing: honderden piepkleine poortjes per vierkante millimeter, de huidmondjes (hoofdstuk 26). Elke poort heeft twee sluitcellen die de spleet open en dicht kunnen doen.
- 1Sluitcel
Boonvormige cel met een dikke binnenwand. Neemt ze water op, dan zwelt ze op en buigt ze naar buiten: de spleet gaat open.
- 2Spleet (open)
Hierlangs gaat koolstofdioxide naar binnen, en zuurstof en waterdamp naar buiten.
- 3Bladgroenkorrels
Sluitcellen zijn de enige opperhuidcellen met bladgroenkorrels. Ze reageren op licht: bij licht gaan de huidmondjes open.
- 4Opperhuidcel
Doorzichtige cellen zonder bladgroen, die als puzzelstukken in elkaar passen (zie de nagellakafdruk van hoofdstuk 26).
- 5Gesloten huidmondje
In het donker, en bij droogte, verliezen de sluitcellen water en worden ze slap: de spleet sluit. De plant verliest dan bijna geen water meer, maar kan ook geen CO2 opnemen.
Verdamping en watertransport
Door de open huidmondjes ontsnapt er voortdurend waterdamp: de plant verdampt water (ook wel transpiratie genoemd). Dat lijkt verspilling, maar het is de motor van het watertransport:
- Wortelharen, heel fijne uitstulpingen van wortelcellen, nemen water en opgeloste mineralen op uit de grond. Ze vergroten het oppervlak van de wortel enorm.
- Het water gaat omhoog door de houtvaten: lange buisjes van dode cellen, van de wortel door de stengel tot in de nerven van elk blad.
- In het blad verdampt water uit de cellen in de luchtholtes, en ontsnapt het door de huidmondjes.
- Waterdeeltjes trekken elkaar aan (hoofdstuk 6). Verdwijnt er bovenaan water, dan trekt dat de hele waterdraad in de houtvaten een stukje omhoog, als een ketting. Zo krijgen de hoogste bomen ter wereld, kustmammoetbomen van ruim 115 m, water tot in hun top, zonder pomp.
De glucose die in de bladeren gemaakt wordt, gaat via de bastvaten (levende cellen) naar alle delen die groeien of voorraad aanleggen: wortels, jonge bladeren, bloemen, vruchten, knollen. Dat kan naar beneden én naar boven.
Verdamping koelt ook het blad af (verdampen kost energie, hoofdstuk 6), en ze gaat sneller als het warm, zonnig, droog en winderig is. Van al het water dat een plant opneemt, blijft er maar een paar procent in de plant: de rest verdampt. Daarom is de lucht in een kas zo vochtig, en beslaat de wand 's nachts (hoofdstuk 6).
Niemand zuigt: de verdamping bovenaan trekt aan een ononderbroken draad van water. Zit er lucht in een houtvat (bijvoorbeeld als je een bloem lang droog laat liggen), dan breekt de draad. Daarom snij je bloemstelen onder water af voor je ze in een vaas zet.
Welke kant van het blad verdampt het meest?
Verliest een blad zijn water vooral langs de bovenkant of langs de onderkant?
- vier ongeveer even grote bladeren van dezelfde plant (bijvoorbeeld laurier of klimop), met steel
- vaseline
- een balans tot op 0,01 g
- touw en wasknijpers
- 1Blad A krijgt geen vaseline, blad B een dun laagje op de bovenkant, blad C op de onderkant, blad D op beide kanten. Vaseline laat geen waterdamp door.
- 2Weeg elk blad en noteer de massa. Hang de vier bladeren naast elkaar aan een touw, op dezelfde plaats in het lokaal.
- 3Weeg elke dag op hetzelfde tijdstip, vier dagen lang.
- 4Bereken voor elk blad de massa als percentage van de beginmassa, en zet alles in één grafiek.
Een voorbeeld van resultaten:
| blad | vaseline | dag 0 (g) | dag 1 (g) | dag 2 (g) | dag 3 (g) | dag 4 (g) | massaverlies |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| A | geen | 2,14 | 1,91 | 1,70 | 1,52 | 1,35 | 37 % |
| B | bovenkant | 2,08 | 1,88 | 1,70 | 1,54 | 1,39 | 33 % |
| C | onderkant | 2,20 | 2,15 | 2,11 | 2,06 | 2,01 | 9 % |
| D | beide kanten | 2,11 | 2,09 | 2,07 | 2,05 | 2,03 | 4 % |
Blad A verliest het meest, B bijna evenveel, C veel minder en D bijna niets.
De massa daalt doordat er water verdampt. Vaseline op de onderkant (C) remt het verdampen veel sterker dan op de bovenkant (B): de meeste huidmondjes zitten onderaan, zoals je in de nagellakafdruk van hoofdstuk 26 zag. D verliest nog een klein beetje, door de waslaag en door plekjes waar de vaseline dun was. Dat alle bladeren van dezelfde plant komen en op dezelfde plaats hangen, maakt de proef eerlijk: alleen de plaats van de vaseline verschilt. Nog beter: meerdere bladeren per groep.
Hoeveel water verdampen de planten in de meetkas?
De meetkas verbruikt ongeveer 1,8 L water per dag (hoofdstuk 3), bijna allemaal door de planten. Na 6 weken oogst je in elk van de 12 bakjes ongeveer 100 g pluksla. Sla bestaat voor 94 % uit water. (a) Hoeveel water per bakje per dag? (b) Hoeveel water ging er in 6 weken door de kas? (c) Welk deel daarvan zit in de geoogste sla?
- verbruik per dag
- 12 bakjes, 6 weken = 42 dagen
- oogst per bakje, 94 % water
- (a) water per bakje per dag
- (b) water in 6 weken
- (c) aandeel dat in de oogst zit
- 1(a) per bakje per dag.
- 2(b) in 6 weken.
- 3(c) Oogst: sla, waarvan 94 % water: , ongeveer water.
- 4Aandeel: .
- 5De andere 98,5 % is verdampt: ongeveer 1,8 L waterdamp per dag in 576 L kaslucht, die er bij 20 °C maar hoogstens een tiental gram kan bevatten (hoofdstuk 6). Het meeste verlaat de kas via kieren en het dakraam, de rest condenseert op de koude wanden.
Een eerlijke groeiproef
In hoofdstuk 2 leerde je een eerlijke proef opzetten: één variabele veranderen, één meten, al de rest gelijk houden, met herhalingen. Bij planten komen daar drie aandachtspunten bij.
1. Wat meet je? 'Groei' kan je op verschillende manieren meten:
| afhankelijke variabele | voordeel | nadeel |
|---|---|---|
| lengte of hoogte (mm) | snel, de plant blijft leven | langer is niet altijd beter (zie figuur) |
| aantal bladeren | eenvoudig tellen | zegt niets over de grootte |
| versgewicht (g) | wat je oogst en eet | de plant moet eraf; hangt af van hoeveel water ze net had |
| drooggewicht (g) | de echte opgebouwde massa | drogen in een oven, de plant is weg |
2. Planten verschillen van nature. Geen twee zaadjes zijn gelijk: gebruik veel planten per groep en meerdere bakjes, en werk met gemiddelden.
3. De plaats telt. Vooraan in de kas is het lichter en warmer dan achteraan, vlak bij de wand kouder dan in het midden. Zet niet alle bakjes van één groep naast elkaar, maar loot hun plaats, zodat elke groep op goede en minder goede plaatsen staat.
Zet tuinkers een week in een donkere doos, en ze wordt langer dan in het licht: lange, dunne, bleke stengeltjes met kleine gele blaadjes. De plant verbruikt de voorraad in het zaad om zo snel mogelijk licht te zoeken (etiolement). Ze is niet gezonder, wel uitgeput. Wie alleen de lengte meet, besluit dan dat licht de groei remt!
Habitat: de groeiproef in de meetkas ontwerpen
Groeit pluksla in de meetkas in april trager als ze minder licht krijgt, en hoeveel? Ontwerp een eerlijke proef met de twaalf bakjes van de kas.
- 12 bakjes van 30 × 20 cm in twee rijen van zes, elk met een eigen druppelaar
- pluksla, zaad uit één pakje
- schaduwdoek van 30, 50 en 70 % (tuincentrum), houten raampjes
- lichtsensor (LDR) op de microcontroller (hoofdstuk 25)
- onderzoeksvraag en hypothese
- variabelen
- de indeling van de bakjes
- het meetplan
- 1Vraag en hypothese. 'Hoe hangt de oogst van pluksla na vijf weken af van de hoeveelheid licht?' Hypothese: 'Als de sla minder licht krijgt, dan wordt de oogst kleiner, omdat licht in april de beperkende factor is voor de fotosynthese.'
- 2Onafhankelijke variabele: het licht, met een schaduwdoek op een raampje boven het bakje: 0 % (A), 30 % (B), 50 % (C) en 70 % (D) schaduw. Vier groepen van drie bakjes. Groep A is de controlegroep. Afhankelijke variabele: het versgewicht per bakje bij de oogst, gewogen op een keukenweegschaal (en van één bakje per groep ook het drooggewicht).
- 3Gecontroleerd: zaad uit hetzelfde pakje, 30 zaadjes per bakje, na twee weken uitgedund tot 10 plantjes; dezelfde potgrond (hoofdstuk 7); water via de druppelslang, voor elk bakje dezelfde druppelaar en dus hetzelfde water; dezelfde voedingsoplossing; zaaidag en oogstdag gelijk; de ledstrip blijft uit. De raampjes staan 20 cm boven de grond, zodat de lucht onder het doek vrij kan stromen.
- 4Loten. De plaats van de groepen wordt geloot, met de afspraak dat elke groep in beide rijen staat (zie het plan): zo krijgt geen enkele groep alleen de lichte voorkant.
- 5Meetplan. Elke week: aantal bladeren en een foto van boven. Met de lichtsensor meet je onder elk doek hoeveel licht er echt overblijft (een doek van '50 %' laat niet altijd precies de helft door). De temperatuursensor noteert de kastemperatuur. Na vijf weken: alles oogsten op dezelfde hoogte (2 cm boven de grond), elk bakje apart wegen.
De resultaten van de groeiproef verwerken
Na vijf weken weegt een klas de sla per bakje. Verwerk de resultaten en trek een besluit.
| schaduwdoek | licht | bakje 1 (g) | bakje 2 (g) | bakje 3 (g) | gemiddelde (g) | bereik (g) | t.o.v. 100 % licht |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 % | 100 % | 98 | 106 | 101 | 101,7 | 8 | 100 % |
| 30 % | 70 % | 74 | 69 | 78 | 73,7 | 9 | 72 % |
| 50 % | 50 % | 51 | 57 | 49 | 52,3 | 8 | 51 % |
| 70 % | 30 % | 29 | 33 | 26 | 29,3 | 7 | 29 % |
- versgewicht van 3 bakjes per groep
- licht = 100 % min het percentage schaduw
- gemiddelde en bereik per groep
- een grafiek
- een besluit
- 1Gemiddelde van de controlegroep: ; bereik . Zo ook voor de andere groepen (tabel).
- 2Zet het licht (onafhankelijke variabele) horizontaal en het versgewicht verticaal. Teken de afzonderlijke bakjes en het gemiddelde met het bereik als streepje.
- 3Vergelijk met de controlegroep: bij 70 % licht nog van de oogst, bij 30 % licht nog maar 29 %.
- 4De verschillen tussen de groepen (20 g en meer) zijn veel groter dan het bereik binnen een groep (7 à 9 g): het effect is echt, geen toeval (hoofdstuk 2).
- 5De punten liggen dicht bij een rechte door de oorsprong: minder licht geeft ongeveer evenredig minder oogst. Per procent licht minder, ongeveer 1 % minder sla: dat past bij de vuistregel van de tuinders.
Telen zonder aarde
Wat doet de aarde eigenlijk voor een plant? Vier dingen: ze houdt de plant overeind, ze bewaart water, ze levert mineralen, en tussen de korrels zit lucht voor de wortels. Alle vier kan je ook anders regelen. Dan teel je zonder aarde: hydrocultuur of hydroponie (Grieks: 'werk met water').
- De wortels staan in water met opgeloste voedingszouten, zoals de voedingsoplossing van de meetkas (1,0 g per liter, hoofdstuk 8).
- Steun komt van een netpotje met kleikorrels of steenwol, die zelf geen voeding geven.
- Lucht voor de wortels: door een luchtlaag, door luchtbellen (een aquariumpompje) of doordat de oplossing stroomt.
De eenvoudigste methode, bedacht door de Amerikaanse tuinbouwkundige Bernard Kratky, heeft zelfs geen pomp nodig. Een pot wordt gevuld met voedingsoplossing tot net onder het netpotje. Terwijl de plant drinkt, zakt het niveau en ontstaat er een luchtlaag waarin de bovenste wortels ademen; de onderste wortels blijven water opnemen. Voor één slaplant is een pot van ongeveer 5 liter genoeg voor haar hele leven (in de meetkas drinkt een bakje 150 mL per dag).
| voordelen | nadelen |
|---|---|
| geen ziektes en onkruid uit de grond | algen als er licht bij de oplossing komt |
| minder water: niets zakt weg in de ondergrond | je moet zoutgehalte (EC) en zuurtegraad (pH) bewaken |
| snelle groei, veel planten op weinig plaats | pompen en lampen verbruiken elektriciteit |
| werkt ook waar geen goede grond is: op een dak, in een station | een fout (te sterk, geen lucht) treft meteen alle planten |
Een slaplant van 150 g die groeit zonder een korrel aarde, alleen in water met een paar gram zouten, is het sterkste bewijs dat een plant haar massa uit de lucht en het water haalt. In de klimaatmodule van Intermediate (hoofdstuk 36) bouw je een echt hydroponiesysteem, met een pomp, een EC- en een pH-meting.
Overzicht: fotosynthese, ademhaling en groei
De twee woordvergelijkingen, wat een plant nodig heeft, en de checklist voor een groeiproef.
| fotosynthese | celademhaling | |
|---|---|---|
| waar | in de bladgroenkorrels (groene delen) | in de mitochondriën (alle levende cellen) |
| wanneer | alleen in het licht | altijd, dag en nacht |
| neemt op | koolstofdioxide en water | glucose en zuurstof |
| geeft af | glucose en zuurstof | koolstofdioxide en water |
| energie | lichtenergie wordt opgeslagen in suiker | energie uit suiker komt vrij voor de cel |
| wie | planten, algen, sommige bacteriën | alle organismen: planten, dieren, schimmels, bacteriën |
| wat | waarvoor | in de meetkas |
|---|---|---|
| licht | energie voor de fotosynthese | zon door het polycarbonaat (±80 % gaat erdoor); ledstrip in de winter |
| water | grondstof van de fotosynthese; houdt de cellen stevig; vervoert stoffen; koelt door verdamping | druppelslang, water geven onder 30 % bodemvocht (hoofdstuk 25) |
| koolstofdioxide | grondstof: de koolstof van alle suiker, zetmeel en cellulose | uit de lucht (±0,04 %), via kieren en het dakraam |
| geschikte temperatuur | alle processen in de cel verlopen het best in een bepaald gebied | dakraam open boven 28 °C (hoofdstuk 25), 's nachts warmtebuffer (hoofdstuk 16) |
| mineralen | bouwstoffen: stikstof en zwavel voor eiwitten, magnesium in bladgroen, ijzer om bladgroen te maken, fosfor, kalium ... | voedingsoplossing 1,0 g/L (hoofdstuk 8) |
| zuurstof bij de wortels | celademhaling in de wortelcellen | geen natte voeten: water geven met mate |
| transport | wat | richting | motor |
|---|---|---|---|
| houtvaten | water en mineralen | van de wortels naar boven | verdamping in de bladeren |
| bastvaten | suikers | van de bladeren naar alle delen, op en neer | levende cellen |
| huidmondjes | CO2 in; O2 en waterdamp uit | met de lucht | open bij licht en genoeg water |
| checklist groeiproef |
|---|
| Eén onafhankelijke variabele, met een controlegroep. |
| Veel planten per groep en meerdere bakjes; gemiddelde en bereik. |
| Plaatsen geloot; elke groep op goede en minder goede plaatsen. |
| Een zinvolle maat voor groei: versgewicht of drooggewicht, niet alleen de lengte. |
| Wat je niet kan gelijk houden, meet en vermeld je. |
Waar fotosynthese terugkomt
Fotosynthese is het begin van bijna elke voedselketen en de bron van de zuurstof in de lucht: in het volgende hoofdstuk zie je hoe ze de energiestroom en de koolstofkringloop van elk ecosysteem aandrijft. Scheikundig is het een reactie (leerlijn Materie en chemie) die in Intermediate een kloppende reactievergelijking wordt, met getallen. Energetisch is het een omzetting van licht in chemische energie met een laag rendement (leerlijn Energie). En de groeiproef is zuiver Onderzoeken en meten.
Van Helmonts wilg, de eerlijke proef en herhalen: de basis van elke groeiproef.
Verdampen en condenseren: de vochtige kaslucht komt uit de bladeren.
De voedingsoplossing: 1,0 g voedingszouten per liter.
Van 1000 J zonlicht wordt ongeveer 10 J suiker in de plant.
Water geven en het dakraam: regelingen die de beperkende factoren water en temperatuur bewaken.
Bladgroenkorrels, mitochondriën en huidmondjes: waar het allemaal gebeurt.
Producenten aan het begin van de voedselketen; de koolstofkringloop.
De woordvergelijking wordt een kloppende reactie: hoeveel CO₂ een slaplant opneemt.
Waarom de temperatuur een optimum heeft: enzymen.
Hydroponie op schaal: EC, pH, groeilampen en opbrengst per kWh.
Algen kweken voor zuurstof en voedsel in een reactor.
In het kort
- Fotosynthese: koolstofdioxide + water → glucose + zuurstof, met licht als energiebron en bladgroen, in de bladgroenkorrels.
- De droge massa van een plant komt grotendeels uit de koolstofdioxide van de lucht; uit de grond komen alleen water en een klein beetje mineralen.
- Celademhaling (glucose + zuurstof → koolstofdioxide + water + energie) gebeurt in alle cellen, dag en nacht, ook bij planten.
- Een plant heeft licht, water, koolstofdioxide, een geschikte temperatuur, mineralen en zuurstof bij de wortels nodig. Mineralen zijn bouwstoffen, geen voedsel.
- De factor die het minst voorhanden is, beperkt de snelheid van de fotosynthese (de kortste duig).
- Huidmondjes laten CO₂ binnen en waterdamp buiten; de verdamping trekt water door de houtvaten omhoog. Suiker gaat via de bastvaten.
- Een eerlijke groeiproef: één variabele, veel planten, geloten plaatsen, en een zinvolle maat (versgewicht of drooggewicht).
- Hydrocultuur vervangt de aarde door water met voedingszouten, steunmateriaal en lucht voor de wortels.
Wat je nu kent
- fotosynthese
- Het proces waarbij een plant met lichtenergie en bladgroen koolstofdioxide en water omzet in glucose en zuurstof.
- glucose
- Een suiker die de plant bij de fotosynthese maakt; bouwstof (cellulose, zetmeel) en brandstof voor de cellen.
- bladgroen (chlorofyl)
- De groene kleurstof in de bladgroenkorrels die licht opvangt voor de fotosynthese.
- celademhaling
- Het vrijmaken van energie uit glucose met zuurstof, waarbij koolstofdioxide en water ontstaan; gebeurt in alle levende cellen, dag en nacht.
- beperkende factor
- De factor die het minst beschikbaar is en daardoor de snelheid van een proces bepaalt.
- huidmondje
- Opening tussen twee sluitcellen in de opperhuid, vooral aan de onderkant van het blad, waardoor koolstofdioxide, zuurstof en waterdamp gaan.
- verdamping (transpiratie)
- Het ontsnappen van waterdamp uit de bladeren via de huidmondjes; het trekt water van de wortels naar boven.
- houtvaten
- Buisjes van dode cellen die water en mineralen van de wortels naar de bladeren vervoeren.
- bastvaten
- Buisjes van levende cellen die suikers van de bladeren naar alle delen van de plant vervoeren.
- mineralen
- Opgeloste zouten (met stikstof, fosfor, kalium, magnesium ...) die een plant als bouwstof nodig heeft; ze leveren geen energie.
- versgewicht
- De massa van een plant zoals ze geoogst wordt, met al het water erin.
- drooggewicht
- De massa van een plant nadat al het water eruit gedroogd is.
- hydrocultuur
- Telen zonder aarde: de wortels staan in water met opgeloste voedingszouten, eventueel in een steunmateriaal zoals kleikorrels.