Praktikum Virtual Respirometer: Serapan O₂ Biji Berkecambah

Praktikum virtual respirometer ini mengikuti investigasi respirasi sel AP Biology. Tiga tabung berdiri di penangas air: kacang polong berkecambah, kacang polong kering ditambah manik kaca, dan manik kaca saja. Siswa membaca tetes zat warna di setiap pipa kapiler tiap 5 menit dan mengoreksi bacaannya dengan tabung manik. Mereka memplot serapan O₂ terhadap waktu dan mengambil laju dari kemiringannya. Lalu mereka mengulang pengukuran pada suhu lain dan menghitung Q₁₀. Pengukuran yang memakan satu jam pelajaran di laboratorium hanya perlu beberapa detik di sini, dan tidak ada yang memegang KOH. Setiap angka di bawah dibaca dari simulasi.

Keterkaitan dengan kurikulum

• AP Biology: Unit 3 (Cellular Energetics), topik 3.6 tentang respirasi sel (ENE-1), dan investigasi respirasi sel AP, yang membandingkan kacang polong berkecambah dan tidak berkecambah pada dua suhu.
• NGSS: HS-LS1-7 (standar AS), respirasi sel sebagai proses kimia yang memutus ikatan dalam molekul makanan dan membentuk senyawa baru sambil melepaskan energi.
• Simulic tidak berafiliasi dengan College Board maupun AQA dan tidak didukung oleh keduanya.

Sebelum praktikum (5 menit)

Tanyakan: "Suhu penangas air dinaikkan dari 15 °C ke 25 °C. Bagaimana laju serapan O₂ oleh kacang polong berkecambah akan berubah?" Siswa memilih: kira-kira dua kali lipat, kira-kira sama, kira-kira separuhnya, atau kira-kira sepuluh kali lebih cepat. Mereka menulis satu alasan. Pada tautan kelas, ini adalah pertanyaan 1; simulasi terbuka setelah mereka menjawab.

Langkah kerja dalam simulasi

Simulasi mengukur laju dalam mL O₂ per menit dan dalam µL per gram per menit. Pakai laju per gram untuk membandingkan percobaan dengan jumlah biji yang berbeda.

1. Pertahankan nilai awal: Kacang polong, 25 biji per tabung, 25 °C, 30 menit, KOH, Seimbangkan 10 menit. Atur Kecepatan: 5 menit per detik lalu tekan Mulai.
2. Selama pengukuran, ketuk sebuah tabung untuk memperbesar skalanya. Tiap 5 menit, salin bacaan, Δ, dan nilai terkoreksi dari tabel.
3. Di akhir, catat laju tabung 1 dan tabung 2 dari tabel Percobaan.
4. Ubah hanya suhunya lalu tekan Ulangi, pada 20, 15, dan 10 °C. Untuk 30 °C dan 35 °C, atur Biji per tabung ke 10. Dengan 25 biji, tetes tersedot ke dalam tabung sebelum 30 menit.
5. Baca baris Q₁₀ di bawah tabel Percobaan. Baris itu membandingkan percobaan terakhir dengan percobaan sebelumnya yang suhunya berbeda sedikitnya 5 °C.
6. Pada 25 °C, lakukan satu percobaan dengan Tanpa KOH, lalu satu dengan Tutup klem, langsung ukur.

Suhu (°C)	Biji	Laju tabung 1 (mL/menit)	Laju tabung 1 (µL/g/menit)	Laju tabung 2 (mL/menit)
10	25
15	25
20	25
25	25
30	10
35	10

Hasil yang diharapkan

Laju bervariasi beberapa persen antarpercobaan, jadi nilai di bawah berupa rentang. Rentang ini berasal dari 20.000 percobaan dengan model simulasi dan sudah diperiksa di peramban.

• 25 °C, 25 kacang polong: tabung 1 menyerap 0,019–0,021 mL/menit, yaitu 1,49–1,70 µL/g/menit. Serapan terkoreksi setelah 30 menit sekitar 0,56–0,64 mL. Satu percobaan di peramban memberi 0,0204 mL/menit (1,63 µL/g/menit).
• Laju pada suhu lain: sekitar 0,59 µL/g/menit pada 10 °C, 0,81 pada 15 °C, 1,14 pada 20 °C, 2,2 pada 30 °C, dan 3,1 pada 35 °C (30 dan 35 °C dengan 10 biji).
• Q₁₀: dari percobaan pada 15 dan 25 °C, antara 1,73 dan 2,21. Percobaan di peramban pada 15 °C memberi 0,83 µL/g/menit, jadi Q₁₀ = 1,63 ÷ 0,83 = 1,97.
• Kacang polong kering (tabung 2): antara −0,0003 dan 0,0005 mL/menit, mendekati nol.
• Tanpa KOH: tabung 1 turun ke antara −0,0004 dan 0,0003 mL/menit. Biji tetap berespirasi, tetapi melepaskan CO₂ sebanyak O₂ yang diserapnya.
• Tanpa penyeimbangan pada 25 °C: gas menghangat dan memuai. Pada sebagian besar percobaan, tetes di tabung 2 dan 3 terdorong keluar dari pipa kapiler dalam 5 menit pertama. Pada 15 °C gasnya justru mendingin, dan tetes tersedot ke dalam tabung.

Pertanyaan untuk siswa

1. Prediksi: dari 15 °C ke 25 °C, bagaimana laju serapan O₂ oleh kacang polong berkecambah akan berubah?
2. Tabung 3 hanya berisi manik kaca. Apa gunanya?
3. Ukur 25 kacang polong pada 25 °C selama 30 menit dengan KOH. Berapa laju tabung 1 dalam µL/g/menit?
4. Ulangi pada 15 °C. Hitung Q₁₀ dari kedua laju.
5. Lepaskan KOH dan ukur pada 25 °C. Jelaskan mengapa tetes hampir tidak bergerak padahal biji berespirasi.

Jawaban untuk guru:

1. Kira-kira dua kali lipat.
2. Tabung itu mencatat perubahan volume gas yang hanya disebabkan suhu dan tekanan udara. Perubahan ini dikurangkan dari tabung 1 dan 2.
3. Terima 1,45–1,75 µL/g/menit.
4. Terima 1,65–2,30; sebagian besar percobaan memberi sekitar 1,9–2,0.
5. KOH menyerap CO₂. Tanpa KOH, CO₂ yang dilepas menggantikan O₂ yang diserap: RQ sekitar 1 untuk pati. Volume gas tetap sama.

Miskonsepsi umum

• "Biji kering itu mati." Biji kering hidup tetapi dorman. Lajunya sekitar 1,5 % dari laju biji berkecambah, yang ditampilkan simulasi sebagai hampir nol.
• "Tetes bergerak karena biji melepaskan gas." Dengan KOH tetes bergerak ke arah tabung karena O₂ terpakai dan CO₂ diserap.
• "Tabung manik tidak diperlukan di penangas air." Pergeseran kecil suhu dan tekanan tetap menggerakkan setiap tetes. Tabung 3 mengukurnya.
• "Q₁₀ sebesar 2 berarti laju menjadi dua kali lipat setiap derajat." Laju menjadi dua kali lipat untuk setiap kenaikan 10 °C.

Pengayaan

• RQ. Ukur pada 25 °C dengan KOH, lalu tanpa KOH. Simulasi menghitung kuosien respirasi dari kedua percobaan.
• Kacang polong atau jagung. Bandingkan µL/g/menit untuk kacang polong dan jagung pada 25 °C. Tanyakan mengapa laju per gram diperlukan jika ukuran bijinya berbeda.

Pertanyaan umum

Mengapa memakai µL/g/menit, bukan mL/menit?

mL/menit bergantung pada banyaknya biji di dalam tabung. Membagi dengan massa biji memberi laju yang sama untuk 10 atau 25 biji, sehingga percobaan dengan jumlah biji berbeda dapat dibandingkan.

Mengapa laju saya berbeda dari laju teman sebangku saya?

Simulasi menambahkan variasi alami beberapa persen antarkelompok biji, ditambah pergeseran kecil suhu dan tekanan. Karena itulah pertanyaannya menerima rentang.

Bisakah saya mengunci pengaturan untuk kelas saya?

Bisa. Di halaman Bagikan, buat tautan lalu atur jenis biji, jumlah, suhu, lama ukur, KOH, dan penyeimbangan pada nilai awal.

Terkait

Fermentasi – jalur asam laktat dan etanol Laju fotosintesis – cahaya, CO₂, suhu, dan titik kompensasi

Untuk sisi lain dari daur karbon, lihat praktikum virtual fotosintesis. Suhu memengaruhi respirasi melalui enzim: lihat praktikum virtual aktivitas enzim.