IIntermediate · deel I9 · Leven en biotechnologie

Oplossingen · hoofdstuk 35Micro-organismen en biotechnologie

Onzichtbare helpers en belagers: van gist in je brood tot insuline uit een bacterie, en een compostvat voor Habitat

Uitgewerkte oplossingen bij de 16 opdrachten van het werkboek. Voor de leerkracht, en voor wie zichzelf wil verbeteren nadat hij het eerst zelf probeerde.

5× oefenen7× toepassen4× uitdagen± 499 min

BLeven en systemen OOnderzoeken en meten WWiskundig modelleren

Elk stipje is een kolonie van miljoenen cellen, gegroeid uit één enkele bacterie of spore.

Voor de leerkrachtDeze pagina bevat de antwoorden. Druk het werkboek af zonder deze pagina.

Oefenen

één stap, direct toepassen

35.1

Bacterie, gist, schimmel of virus?

Oefenen3Begrijpen10 min

Welke groep past bij elke uitspraak? Er kunnen meer antwoorden goed zijn.

a
(a) heeft geen celkern maar wel een celwand; (b) vermeerdert door knopvorming; (c) kan zich niet zonder gastheercel vermenigvuldigen; (d) groeit met hyfen en verspreidt zich met sporen; (e) wordt niet geremd door antibiotica; (f) is kleiner dan het oplossend vermogen van een lichtmicroscoop.
(a) bacterie; (b) gist; (c) virus; (d) schimmel; (e) virus (en ook gisten en schimmels: antibiotica richten zich op bacteriën); (f) virus (de meeste virussen).
b
Waarom noemt men een gist een schimmel, al heeft ze geen draden?
Omdat ze tot hetzelfde rijk (fungi) hoort: cellen met een kern, een celwand van chitine, geen bladgroen, en ze leeft van organisch materiaal. Sommige gisten maken onder bepaalde omstandigheden zelfs draadjes.

35.2

Van nanometer tot millimeter

Oefenen3Rekenen12 min

Gebruik 1 mm = 1000 µm en 1 µm = 1000 nm.

a
Hoeveel bacteriën van 2 µm liggen er achter elkaar op een lijn van 1 cm? Hoeveel griepvirussen van 100 nm?
$1 cm = 10000 μ m$ : $10 000/2 = 5000$ bacteriën. $1 cm = 1 0^{7} nm$ : $1 0^{7} /100 = 100000$ virussen.
b
Een bacterie is ongeveer een cilinder van 2 µm lang en 1 µm dik. Bereken haar volume in µm³. Hoeveel bacteriën passen er in 1 mm³ (dicht op elkaar)?
$V = π r^{2} h = π \cdot 0, 5^{2} \cdot 2 = 1, 57 μ m^{3}$ . $1 m m^{3} = 1 0^{9} μ m^{3}$ : $1 0^{9} /1, 57 \approx 6 \cdot 1 0^{8}$ bacteriën.
c
Een mens bevat ongeveer 4 · 10¹³ bacteriën, vooral in de darmen. Hoeveel is dat, als ze allemaal 1,5 µm³ groot zijn, in cm³?
$4 \cdot 1 0^{13} \cdot 1, 5 μ m^{3} = 6 \cdot 1 0^{13} μ m^{3}$ ; $1 c m^{3} = 1 0^{12} μ m^{3}$ : 60 cm³, ongeveer een klein glas (ruwweg 60 g).

35.3

Delen en verdubbelen

Oefenen4Rekenen15 min

Eén bacterie komt op een stukje vlees bij 30 °C; ze verdubbelt elke 30 minuten.

a
Hoeveel bacteriën zijn er na 3 uur, en na 10 uur, als niets de groei remt?
3 uur = 6 verdubbelingen: $2^{6} = 64$ . 10 uur = 20 verdubbelingen: $2^{20} \approx 1, 05 \cdot 1 0^{6}$ .
b
Na hoeveel uur zijn er een miljoen? Gebruik logaritmen (hoofdstuk 5).
$2^{g} = 1 0^{6}$ geeft $g = 6/ lo g 2 = 19, 9$ verdubbelingen, dus $19, 9 \cdot 0, 5 h \approx 10 h$ .
c
In de koelkast (4 °C) verdubbelt deze bacterie niet meer. Een andere soort, Listeria, verdubbelt er elke 30 uur. Hoeveel keer is ze na een week vermeerderd?
Een week is 168 uur: $168/30 = 5, 6$ verdubbelingen, $2^{5, 6} \approx 49$ keer zoveel.

35.4

Fermentaties kloppend maken

Oefenen3Rekenen12 min

Maak kloppend en zeg welk micro-organisme het doet en waar je het tegenkomt.

a
(a) $C_{6} H_{12} O_{6} ⟶ C_{2} H_{5} OH + C O_{2}$
$C_{6} H_{12} O_{6} ⟶ 2 C_{2} H_{5} OH + 2 C O_{2}$ : gist; brood, bier, wijn.
b
(b) $C_{12} H_{22} O_{11} + H_{2} O ⟶ C_{3} H_{6} O_{3}$ (lactose tot melkzuur)
$C_{12} H_{22} O_{11} + H_{2} O ⟶ 4 C_{3} H_{6} O_{3}$ : melkzuurbacteriën; yoghurt, kaas.
c
(c) $C_{2} H_{5} OH + O_{2} ⟶ C H_{3} COOH + H_{2} O$
Klopt al (C: 2 = 2, H: 6 = 6, O: 3 = 3): azijnzuurbacteriën, met zuurstof; azijn.
d
(d) $C_{6} H_{12} O_{6} ⟶ C H_{4} + C O_{2}$
$C_{6} H_{12} O_{6} ⟶ 3 C H_{4} + 3 C O_{2}$ : methaanvormers (archaea) in een vergister; biogas.

35.5

Vier fasen herkennen

Oefenen4Analyseren15 min

De grafiek toont een groeicurve met vier fasen A, B, C en D.

De groeicurve van het handboek op een logaritmische as, zonder namen.

a
Geef elke fase haar naam en zeg in één zin wat de bacteriën er doen.
A: aanloopfase, de bacteriën passen zich aan en maken enzymen. B: exponentiële fase, elke 20 minuten verdubbeling. C: stationaire fase, voedsel op, evenveel bijkomen als sterven. D: afstervingsfase, meer sterven dan erbij komen.
b
Waarom is fase B een rechte op deze as? Hoe zou ze eruitzien op een gewone as?
Exponentiële groei is op een logaritmische as een rechte, omdat log N dan lineair stijgt met de tijd. Op een gewone as is het een kromme die eerst vlak lijkt en dan steil omhoog schiet.
c
Lees af: hoeveel bacteriën per mL zijn er na 6 uur en na 30 uur (orde van grootte)?
Na 6 uur ongeveer $1 0^{7}$ per mL (model: 6,4 · 10⁶); na 30 uur ongeveer $1 0^{8}$ (model: 1,2 · 10⁸).

Toepassen

meerdere stappen, in een context

35.6

Labo: gist en suiker in een ballon

Toepassen5Labo60 min

Onderzoek met de opstelling van het handboek één veranderlijke: de temperatuur (15, 25, 35, 45 °C), de hoeveelheid glucose (1, 2,5, 5 en 10 g) of de soort suiker (glucose, sacharose, lactose, zetmeel).

a
Kies je veranderlijke, formuleer een hypothese en noem wat je gelijk houdt.
Bv. hoeveelheid glucose: hypothese 'meer glucose, meer gas, niet sneller in het begin'. Gelijk: 5 g gist, 100 mL water, 35 °C, zelfde ballonnen.
b
Meet de omtrek om de 10 minuten en bereken het volume.
Tabel met omtrekken; volume met V = C³/(6π²): een omtrek van 30 cm is 456 mL.
c
Teken de grafieken. Bepaal de snelheid (mL per minuut) in het steilste stuk.
De steilste helling ligt vaak tussen 20 en 50 minuten (bij 35 °C ongeveer 11 à 12 mL per minuut).
d
Verklaar je resultaat met enzymen (hoofdstuk 34) of met stoichiometrie. Welke fout heeft je meting?
Temperatuur: optimum rond 35 °C, bij 45 °C al denaturatie. Suiker: meer suiker geeft uiteindelijk meer gas (evenredig), in het begin even snel (de gist is verzadigd). Soort: glucose en sacharose werken (gist heeft invertase), lactose nauwelijks (geen lactase), zetmeel heel traag. Fouten: de ballon is geen bol, gas lost op in het water, de ballon drukt het gas samen.

Zo wordt dit beoordeeld

Opzet	Eén veranderlijke, de rest gelijk (volume, gist, temperatuur of suiker), een controle zonder gist of zonder suiker.
Metingen	Omtrek regelmatig gemeten, volume correct berekend met V = C³/(6π²).
Analyse	Grafiek, snelheid uit de helling, vergelijking met het maximum uit de stoichiometrie.
Verklaring	Temperatuuroptimum en denaturatie, of evenredigheid met de suiker; lactose en zetmeel: gist heeft er geen (of weinig) enzymen voor.

35.7

Labo: yoghurt maken

Toepassen5Labo60 min

Voer de proef van het handboek uit met een pH-meter of pH-papier. Werk voedselveilig.

a
Waarom verwarm je de melk eerst tot net onder de kook? Waarom mag de yoghurt pas bij 43 °C erbij?
Om de meeste bacteriën die al in de melk zitten te doden (zodat de yoghurtbacteriën geen concurrentie hebben) en om de eiwitten te veranderen zodat de yoghurt steviger wordt. Boven ongeveer 50 °C zouden ook de yoghurtbacteriën sterven.
b
Meet de pH elk uur in de drie potjes.
Zoals de voorbeeldmeting: A daalt van 6,6 naar ± 4,2 in 8 uur, B traag, C bijna niet.
c
Teken de drie curven. Wanneer wordt A dik, en bij welke pH?
A wordt dik rond 4 à 6 uur, als de pH onder ongeveer 4,6 zakt.
d
Verklaar de vorm van curve A met de groeicurve van de bacteriën.
Eerst weinig bacteriën (aanloop): de pH daalt traag. Dan verdubbelen ze snel en maken ze steeds meer melkzuur: de pH daalt steil. Onder pH 4,5 remt het zuur de bacteriën zelf: de curve vlakt af (stationair).

Zo wordt dit beoordeeld

Voedselveilig	Schone potjes, geen labomateriaal, proeven alleen als het mag.
Metingen	pH-meter geijkt of pH-papier consequent afgelezen; elk uur gemeten.
Grafiek	Drie curven, assen met eenheid, het moment van stremmen aangeduid.
Verklaring	Aanloop, exponentiële groei, afremming door het zuur; stremmen bij pH ± 4,6 (caseïne).

35.8

Labo: kiemen op agar, veilig

Toepassen5Labo50 min

Kies zelf een onderzoeksvraag voor de agarproef, bijvoorbeeld: 'Helpt handgel even goed als handen wassen met zeep?' of 'Hoeveel bacteriën zitten er op een smartphone na een dag?' Werk volgens de veiligheidsregels van het handboek.

a
Onderzoeksvraag, hypothese, en welke platen je nodig hebt (met blanco).
Bv. drie platen: vingers na handgel, vingers na zeep, vingers ongewassen; plus een blanco.
b
Noteer de veiligheidsregels die je volgt, van het werkblad tot het vernietigen van de platen.
Werkblad met ethanol 70 %; handen wassen; op de bodem schrijven; deksel kort en schuin open; dichtplakken met 2 of 4 stroken; omgekeerd bij 20-25 °C; niet openen; tellen door het deksel; de leerkracht steriliseert (121 °C, 15 min) of legt ze in javel; handen wassen.
c
Tel de kolonies door het deksel en beschrijf hun uitzicht.
Bv. ongewassen 40-60, zeep 5-15, handgel 5-20 kolonies; ronde glanzende bacteriekolonies en soms een pluizige schimmel.
d
Trek een besluit. Wat zou je veranderen om het betrouwbaarder te maken?
Zeep en handgel verminderen allebei sterk; het verschil tussen beide is binnen de spreiding van één plaat niet te zien. Betrouwbaarder: meer leerlingen of meer platen per situatie, altijd dezelfde vingers, even hard drukken.

Zo wordt dit beoordeeld

Veiligheid	Werkblad ontsmet, beschrift op de bodem, 2-4 stroken plakband, 20-25 °C, nooit geopend, vernietigd door de leerkracht.
Opzet	Blanco, één veranderlijke, vergelijkbare werkwijze per plaat.
Waarneming	Kolonies geteld, soorten onderscheiden naar kleur en vorm.
Besluit	Voorzichtig: één plaat per situatie is weinig; voorstel voor herhalingen.

35.9

Tellen met een verdunningsreeks

Toepassen5Rekenen20 min

Om de kwaliteit van het water in het reservoir van Habitat te controleren, maakt een bewoner een verdunningsreeks van tien keer per stap en strijkt telkens 0,1 mL uit. Resultaten na 3 dagen: onverdund: te veel; 10⁻¹: 312; 10⁻²: 34; 10⁻³: 2.

a
Welke plaat gebruik je voor de berekening? Waarom niet de andere?
De plaat van 10⁻² met 34 kolonies: tussen 30 en 300. 312 is net te veel (kolonies groeien samen), 2 is te weinig (grote toevalsfout).
b
Bereken het aantal KVE per mL in het reservoir.
$34/ (0, 1 mL \cdot 1 0^{- 2}) = 3, 4 \cdot 1 0^{4} KVE/mL$ . (Controle met 10⁻¹: $312/0, 01 = 3, 1 \cdot 1 0^{4}$ : klopt.)
c
Hoeveel KVE zitten er dan in het hele reservoir van 60 L?
$60000 mL \cdot 3, 4 \cdot 1 0^{4} = 2, 0 \cdot 1 0^{9}$ KVE.
d
Waarom zegt dit getal alleen niet of het water gevaarlijk is?
De telling zegt niet welke soorten het zijn: in een voedingsoplossing leven vooral onschuldige (en nuttige) bacteriën op de wortels. Voor ziekteverwekkers zoals Salmonella of Legionella heb je een specifieke voedingsbodem of een DNA-test nodig (E30). Wat wel telt: een plotse stijging tegenover vorige metingen.

35.10

Generatietijd bij twee temperaturen

Toepassen5Analyseren20 min

Twee culturen van dezelfde bacterie, bij 20 °C en bij 37 °C. Metingen in de exponentiële fase: 20 °C: 1,2 · 10⁴ per mL om 2 h en 3,1 · 10⁵ per mL om 10 h; 37 °C: 2,0 · 10⁴ per mL om 1 h en 1,3 · 10⁷ per mL om 4 h.

a
Bereken bij elke temperatuur het aantal verdubbelingen en de generatietijd.
20 °C: factor $3, 1 \cdot 1 0^{5} /1, 2 \cdot 1 0^{4} = 25, 8$ ; $g = lo g 25, 8/ lo g 2 = 4, 69$ in 8 h, $t_{d} = 1, 7 h \approx 102 min$ . 37 °C: factor $650$ ; $g = lo g 650/ lo g 2 = 9, 34$ in 3 h, $t_{d} = 0, 32 h \approx 19 min$ .
b
Bereken Q10 voor de groei tussen 20 en 37 °C (per 10 °C). Vergelijk met de vuistregel voor enzymen (hoofdstuk 34).
De groeisnelheid is $102/19 = 5, 3$ keer zo groot over 17 °C: $Q_{10}^{1, 7} = 5, 3$ , dus $Q_{10} = 5, 3^{1/1, 7} = 2, 7$ . Iets meer dan 2: de groei van een hele cel hangt van veel enzymen tegelijk af, en ligt onder het optimum steiler.

35.11

Hoe lang mag de sla buiten de koelkast?

Toepassen5Rekenen20 min

Gebruik de generatietijden uit het temperatuurmodel van het handboek: Listeria 30 h bij 4 °C, 13 h bij 7 °C, 2,0 h bij 20 °C; E. coli groeit niet onder 7 °C, verdubbelt om de 1,6 h bij 20 °C en om de 32 min bij 30 °C. De Europese regels laten in kant-en-klaar voedsel hoogstens 100 KVE Listeria per gram toe tot de houdbaarheidsdatum.

a
Verse sla bevat 10 KVE Listeria per gram. Hoeveel na 5 dagen bij 4 °C, en bij 7 °C? Wordt de grens van 100 per gram overschreden?
4 °C: 120 h / 30 h = 4 verdubbelingen: $10 \cdot 2^{4} = 160$ per gram, al boven 100. 7 °C: $120/13 = 9, 2$ verdubbelingen: $10 \cdot 2^{9, 2} \approx 5900$ per gram. Een koelkast op 7 °C is dus veel riskanter.
b
Een slaatje met 100 E. coli per gram blijft 4 uur in een warme auto (30 °C). Hoeveel zijn er daarna?
4 h / 0,53 h = 7,5 verdubbelingen: $100 \cdot 2^{7, 5} \approx 18000$ per gram.
c
Formuleer twee regels voor de bewoners van Habitat voor de oogst en de opslag van sla.
Bv.: 'Geoogste sla binnen een uur in de koelkast op 4 °C en binnen drie dagen opeten.' En: 'Oogst alleen wat vandaag of morgen gegeten wordt; sla blijft het best aan de plant.'

35.12

Python: het groeimodel aanpassen

Toepassen5Programmeren25 min

Neem groei.py uit het handboek.

a
Start met 10 keer meer bacteriën (n0 = 1e4). Hoeveel sneller wordt het plafond bereikt? Verklaar met de generatietijd.
Het plafond komt ongeveer 1,1 uur vroeger: 10 keer meer is $lo g 10/ lo g 2 = 3, 3$ verdubbelingen minder, van 20 minuten elk.
b
Maak de generatietijd 60 minuten in plaats van 20 (koeler). Hoe lang duurt het nu tot het plafond?
MU_MAX = math.log(2) / 1 geeft drie keer zo lange generaties; de aanloop blijft in het model 1,5 uur. Het plafond komt na ongeveer 23 uur in plaats van 9 uur: de 20 verdubbelingen duren nu elk een uur.

Voeg een functie verdubbelingstijd(curve, t1, t2) toe die uit twee punten van de curve de generatietijd berekent. Test ze tussen 3 en 6 uur.

def verdubbelingstijd(curve, t1, t2):
    dt = curve[1][0] - curve[0][0]
    n1 = curve[round(t1 / dt)][1]
    n2 = curve[round(t2 / dt)][1]
    return (t2 - t1) / (math.log(n2 / n1) / math.log(2))

print(verdubbelingstijd(groeicurve(), 3, 6) * 60, 'min')

Tussen 3 en 6 uur geeft het 21,5 minuten: de exponentiële fase met 20 minuten generatietijd.

Uitdagen

transfer, open problemen, leerlijnen combineren

35.13

Habitat: het compostvat ontwerpen

Uitdagen7Habitat75 min

Habitat wil de plantenresten (2,4 kg per teelt van 35 dagen) en het keukenafval (± 0,25 kg per dag voor twee bewoners) composteren, met karton van de bevoorrading erbij. Rekenwaarden: slaresten 5 % droge stof (40 % C, 4,0 % N); keukenafval 20 % droge stof (45 % C, 2,5 % N); karton 90 % droge stof (42 % C, 0,14 % N). Goede compost: C/N 25 tot 35, vocht 50 tot 65 %, zuurstof, en enkele dagen boven 55 °C om ziekteverwekkers te doden.

Voorbeeldverloop van de temperatuur in een groot en een klein compostvat.

a
Hoeveel slaresten en keukenafval komen er per week binnen? Bereken hun samen C/N en het vochtgehalte.
Per week: slaresten $2, 4/5 = 0, 48 kg$ , keukenafval $0, 25 \cdot 7 = 1, 75 kg$ . C: $0, 167 kg$ ; N: $0, 0097 kg$ ; C/N = 17,2. Vocht 83 %.
b
Hoeveel karton per week brengt de C/N op 28? Wat wordt het vochtgehalte? Hoeveel karton heb je nodig voor 65 % vocht, en wat is dan de C/N?
Karton $m$ : $\frac{0 , 167 + 0 , 378 m}{0 , 00971 + 0 , 00126 m} = 28$ geeft $m = 0, 31 kg$ per week; vocht dan 74 %. Voor 65 % vocht: ongeveer 0,7 kg karton, maar dan C/N = 42.
c
Kies een mengsel en verdedig je keuze. Wat doe je met het teveel aan vocht?
Bv. 0,6 kg karton per week: C/N ongeveer 38, vocht ongeveer 68 %: iets te veel koolstof (trager, maar geurloos) en iets te nat. Het vocht kan weg via een afvoer onderaan (het percolaat is een vloeibare meststof voor de meetkas, verdund), of door de resten eerst een dag te laten drogen in de warme, droge lucht bij de lampen.
d
Waarom haalt een klein vat moeilijk 55 °C (grafiek)? Wat doe je eraan, en welke regel volgt daaruit voor het gebruik van de compost?
Een klein vat heeft veel oppervlak tegenover zijn inhoud: het verliest de warmte van de bacteriën sneller dan het ze maakt (zoals een kleine kop thee sneller afkoelt, hoofdstuk 5). Oplossing: isoleren, het vat vol genoeg houden, eventueel een kleine verwarming. Haalt de compost geen 55 °C, dan laat je ze maanden langer rijpen en gebruik je ze alleen voor sierplanten of gewassen die gekookt worden, niet in de bakjes met pluksla van de meetkas en nooit in het NFT-systeem.
e
Teken het compostvat met de plaats in het station, de beluchting, de afvoer van vocht en een temperatuursensor, en schrijf de logregel die de microcontroller elke dag bijhoudt.
Bv. een geïsoleerd vat van 120 L in de berging bij de buitenwand, met een luchtinlaat onderaan en een afvoer met filter naar buiten (geur), een tapkraantje voor het percolaat, een DS18B20 in het midden. Logregel: datum, temperatuur midden, temperatuur berging, kg toegevoegd, keer omgeschept.

Zo wordt dit beoordeeld

Rekenwerk	Massa's per week, C- en N-balans, C/N en vocht correct, met eenheden.
Afweging	Ziet dat C/N en vocht niet tegelijk ideaal zijn met deze stoffen; kiest een verdedigbaar compromis of een extra maatregel.
Hygiëne	Temperatuur boven 55 °C of, als dat niet lukt, geen compost bij voedselgewassen; vat buiten de kweekruimte; handen wassen.
Ontwerp	Beluchting, vochtafvoer, isolatie, sensor en logregel; plaats en geur doordacht.

35.14

Habitat: een hygiëneplan voor de kweekruimte

Uitdagen6Habitat45 min

Werk de acht hygiëneregels van het handboek uit tot een plan voor de kweekruimte, met een risicotabel zoals in F5. Houd rekening met het rondpompen (60 L in 12,5 minuten), de temperatuur van het reservoir (18-22 °C), de bewoners (twee), en de bevoorrading om de dertig dagen.

a
Maak een risicotabel met minstens vijf gevaren.
Bv.: Pythium (kans middel in de zomer, gevolg: hele teelt verloren; maatregel: reservoir < 24 °C, ontsmetten tussen teelten; teeltverantwoordelijke, dagelijks temperatuur). Botrytis (hoge luchtvochtigheid; ventileren, zieke bladeren weg; dagelijks). Salmonella of E. coli via handen (wasbak bij de deur, handschoenen bij het oogsten). Norovirus (zieken oogsten niet; zeep, geen handgel alleen). Legionella (geen lauw stilstaand water, geen nevel; vaten maandelijks doorspoelen). Algen (lichtdicht reservoir).
b
Wat doe je als de sla op één plaats slap wordt en de wortels bruin zijn? Beschrijf de stappen.
Zieke planten meteen verwijderen in een gesloten zak; de temperatuur en de pH van het reservoir controleren; als meer planten ziek worden: de teelt oogsten wat eetbaar is, het systeem leegmaken, goten, netpotjes en reservoir schrobben, ontsmetten en naspoelen; met nieuwe voedingsoplossing en nieuwe plantjes starten; de oorzaak noteren (bv. 26 °C in het reservoir).
c
Welke metingen neem je op in het logboek (hoofdstuk 30) om een besmetting vroeg te zien?
Temperatuur van het reservoir (elke minuut, alarm boven 24 °C), luchtvochtigheid en temperatuur van de ruimte, EC en pH, een foto per dag van het kweekbed, het aantal zieke planten; af en toe een plaattelling van het reservoir om een plotse stijging te zien.

Zo wordt dit beoordeeld

Risico's	Minstens vijf realistische gevaren (Pythium, Botrytis, Salmonella via handen, norovirus, Legionella, algen), met kans en gevolg.
Maatregelen	Concreet, uitvoerbaar in een station, met verantwoordelijke en frequentie.
Noodplan	Snel isoleren en verwijderen, reservoir ontsmetten, oorzaak zoeken (temperatuur), opnieuw starten.
Metingen	Temperatuur reservoir, EC en pH, luchtvochtigheid, visuele controle, eventueel plaattellingen.

35.15

Biogas uit het afval van het station: loont het?

Uitdagen6Rekenen30 min

Een kleine vergister zou het organisch afval van het station kunnen omzetten in biogas. Neem als model dat 80 % van de droge stof als suiker CH₂O afbreekt: per 2 mol CH₂O ontstaat 1 mol CH₄. Methaan levert 890 kJ per mol. Neem voor het elektriciteitsverbruik van het hele station 10 kWh per dag (rekenwaarde).

a
Hoeveel mol methaan en hoeveel energie leveren de slaresten van één teelt (0,12 kg droge stof)?
$0, 12 \cdot 1000 \cdot 0, 8/30, 03 = 3, 20 mol$ CH₂O, dus $1, 60 mol$ methaan: $1, 60 \cdot 890 = 1423 kJ \approx 1, 4 MJ$ per teelt.
b
Het keukenafval brengt 0,35 kg droge stof per week. Hoeveel energie per dag leveren beide samen, in Wh?
Keuken: $0, 35/7 = 0, 05 kg$ per dag, $50 \cdot 0, 8/30, 03/2 = 0, 67 mol$ methaan = 593 kJ per dag. Sla: $1423/35 = 41 kJ$ per dag. Samen ongeveer 634 kJ = 176 Wh per dag.
c
Een motor met generator maakt er 30 % elektriciteit van. Welk deel van het elektriciteitsverbruik dekt dat?
$0, 30 \cdot 176 = 53 Wh$ elektriciteit per dag, van de 10 000 Wh: 0,5 %.
d
Loont een vergister voor Habitat? Geef ook een argument dat niet over energie gaat.
Voor energie loont het niet: een half procent van het verbruik, en een vergister vraagt onderhoud, verwarming (35 °C) en veiligheidsmaatregelen (brandbaar gas, geur). Wel een argument: afval wordt gehygiëniseerd en verkleind, en het digestaat is een vloeibare meststof; in een groter station (met ontlasting) of op een boerderij verandert de rekening.

35.16

Debat: antibiotica in de veeteelt

Uitdagen6Argumenteren30 min

Stelling: 'Antibiotica mogen alleen nog gebruikt worden om zieke dieren te genezen, nooit om ziekte te voorkomen of groei te versnellen.' In de EU is antibiotica voor groeibevordering verboden sinds 2006, en ook preventief gebruik bij groepen dieren is sinds 2022 sterk beperkt. Resistente bacteriën kunnen via vlees, mest en water bij mensen komen.

a
Leg uit hoe een bacteriepopulatie resistent wordt door veel antibioticagebruik. Gebruik de groeicurve en het plasmide.
In een grote populatie zitten door toevallige mutaties (of door een plasmide van een andere bacterie) enkele bacteriën die het antibioticum overleven. Het antibioticum doodt de gevoelige; de resistente hebben dan alle voedsel en ruimte en groeien exponentieel uit tot een nieuwe populatie. Via plasmiden kunnen ze de resistentie zelfs aan andere soorten doorgeven.
b
Geef twee argumenten voor en twee tegen de stelling.
Voor: minder resistentie, antibiotica blijven werken voor mensen; betere dierenwelzijn door betere stallen in plaats van pillen. Tegen: zonder preventie kunnen in grote groepen dieren infecties snel uitbreken (dierenleed, verlies); strengere regels maken vlees duurder; in sommige situaties (bv. na transport) is preventie verantwoord.
c
Wat betekent resistentie voor een station, ver van een ziekenhuis?
Een infectie met een resistente bacterie is in een station veel gevaarlijker: er is maar een kleine voorraad medicijnen en geen ziekenhuis in de buurt. Infecties voorkomen door hygiëne is er nog belangrijker dan elders.

Zo wordt dit beoordeeld

Biologie	Selectie: gevoelige bacteriën sterven, de enkele resistente overleeft en groeit exponentieel; plasmiden geven resistentie door.
Argumenten	Voor en tegen, met gezondheid van mens en dier, economie, dierenwelzijn.
Toepassing	Zinvolle link met Habitat: beperkte medicatie, infecties voorkomen door hygiëne.