בגרות בביולוגיה 043386 - קיץ 2018

התוצאות הצפויות (בכל המבחנות התמיסה הכחולה היא 0.3M):

הסבר: ככל שריכוז הסוכרוז בתמיסה גבוה יותר, צפיפותה גבוהה יותר. התמיסה הכחולה (0.3M) פחות צפופה מתמיסת הבדיקה 0.8M ולכן היא עולה לחלק העליון; צפיפותה דומה לזו של תמיסת הבדיקה 0.3M ולכן היא נשארת באמצע ומתפזרת; והיא צפופה יותר מתמיסת הבדיקה 0.05M ולכן שוקעת לחלק התחתון. (בבחינה רושמים את מה שנצפה בפועל.)

- א – העליון: הכחולה (0.3M) בתוך תמיסת בדיקה מרוכזת יותר (0.8M) – היא קלה (פחות צפופה) ממנה ועולה.

- ב – האמצעי: צפיפות שתי התמיסות דומה (0.3M בתוך 0.3M) – הכחולה אינה עולה ואינה שוקעת, ונשארת סביב המקום שבו טפטפו אותה.

- ג – התחתון: הכחולה (0.3M) בתוך תמיסת בדיקה מהולה יותר (0.05M) – היא כבדה (צפופה) ממנה ושוקעת.

זהו העיקרון של השיטה: מיקום הטיפה הכחולה מראה אם ריכוזה נמוך, דומה או גבוה מריכוז התמיסה שאליה טפטפו אותה.

עמודות A–D (מערך הניסוי): A – 0.8M, 0.3M, 0.2M, 0.05M (מן הגבוה לנמוך); B – 10 שורשונים בכל תמיסה; C – זמן ההשריה (30 דקות לפחות, לפי השעה שרשמת); D – ריכוז תמיסת הבדיקה זהה לריכוז ההתחלתי של תמיסת ההשריה (0.8M, 0.3M, 0.2M, 0.05M).

(התוצאות הצפויות; ריכוז תמיסת ההשריה שאין בה שינוי – הריכוז ה"איזוטוני" לתאי השורשונים – הוא בערך 0.2–0.3M, ולכן התוצאה בתמיסות הביניים תלויה ברקמה עצמה. בבחינה כותבים את מה שנצפה בפועל ומפרשים לפי אותו עיקרון.)

הכלל (משאלה 2): הכחול עולה ← ריכוזו נמוך מזה של תמיסת הבדיקה; נשאר באמצע ← דומה; שוקע ← גבוה.

לפני ההשריה ריכוז תמיסת ההשריה היה שווה לריכוז תמיסת הבדיקה המתאימה (עמודות A ו־D). לכן:

- "נמוך" ← בזמן ההשריה ריכוז תמיסת ההשריה ירד – מים יצאו מן התאים אל התמיסה.

- "דומה" ← ללא שינוי – לא הייתה תנועה נטו של מים.

- "גבוה" ← ריכוז תמיסת ההשריה עלה – מים חדרו מן התמיסה לתאים.

(ההנחה שיציאת המומסים מן התאים זניחה מבטיחה ששינוי הריכוז נובע רק מתנועת מים.)

כותרת טובה כוללת את המשתנה הבלתי תלוי ואת המשתנה התלוי, למשל: "השפעת הריכוז ההתחלתי של תמיסת ההשריה (סוכרוז) על השינוי בריכוזה לאחר השריית השורשונים בה, כפי שנמדד בשיטת הטיפה הכחולה".

אוסמוזה – מעבר מים דרך קרום בררני (קרום התא), מאזור שבו ריכוז המומסים נמוך (פוטנציאל מים גבוה) לאזור שבו ריכוז המומסים גבוה (פוטנציאל מים נמוך). הסוכרוז אינו עובר דרך הקרום, ולכן רק המים נעים.

(1) כאשר ריכוז המומסים בתמיסת ההשריה שווה לריכוז המומסים בתוך תאי השורשונים – תמיסה איזוטונית (פוטנציאל המים בתמיסה ובתאים שווה). בניסוי הצפוי זה קרוב לתמיסת 0.3M (או בין 0.2M ל־0.3M).

(2) מים עוברים באוסמוזה רק כאשר יש הפרש בריכוז המומסים (בפוטנציאל המים) משני צידי הקרום. כשהריכוזים שווים, מספר מולקולות המים שנכנסות לתאים שווה למספר היוצאות – אין מעבר נטו של מים. הסוכרוז אינו עובר דרך הקרום ("לידיעתך 2"), ומומסים אינם יוצאים (כמעט). לכן כמות המים וכמות הסוכרוז בתמיסה אינן משתנות, וגם ריכוזה אינו משתנה.

II. הריכוז ההתחלתי של הסוכרוז בתמיסות ההשריה. – המשתנה שהנסיין קבע ושינה בכוונה בין המבחנות הוא ריכוז הסוכרוז ההתחלתי בתמיסות ההשריה שבהן הושרו השורשונים.

•הריכוז הסופי של תמיסות ההשריה הוא התוצאה – הוא תלוי במעבר המים, ולכן הוא קשור למשתנה התלוי, לא לבלתי תלוי.

•ריכוזי תמיסות הבדיקה הם חלק משיטת המדידה (הם שווים לריכוזים ההתחלתיים ומשמשים להשוואה).

•ריכוז החומר הכחול אינו משתנה הנבדק – הוא רק צובע את תמיסות ההשריה כדי לראות אותן.

המים עוברים באוסמוזה דרך קרומי התאים, מן הצד שבו ריכוז המומסים נמוך לצד שבו הוא גבוה; הסוכרוז אינו עובר.

- 0.8M: התמיסה היפרטונית לתאי השורשונים (ריכוז המומסים בה גבוה מזה שבתאים). מים יצאו מן התאים אל התמיסה באוסמוזה, התמיסה נמהלה וריכוזה ירד – לכן הטיפה הכחולה, שריכוזה עכשיו נמוך מ־0.8M, עלתה בתמיסת הבדיקה.

- 0.3M: התמיסה איזוטונית (בערך) לתאים – אין מעבר נטו של מים, הריכוז לא השתנה, והטיפה הכחולה נשארה באמצע.

- 0.2M: התמיסה היפוטונית לתאים (ריכוז המומסים בה נמוך מזה שבתאים). מים חדרו מן התמיסה לתאים באוסמוזה, ובתמיסה נשאר אותו סוכרוז בפחות מים – ריכוזה עלה, ולכן הטיפה הכחולה, צפופה עכשיו יותר מ־0.2M, שקעה.

- 0.05M: התמיסה היפוטונית לתאים (ריכוז המומסים בה נמוך מזה שבתאים). מים חדרו מן התמיסה לתאים באוסמוזה, ובתמיסה נשאר אותו סוכרוז בפחות מים – ריכוזה עלה, ולכן הטיפה הכחולה, צפופה עכשיו יותר מ־0.05M, שקעה.

- בתא B קרום התא והציטופלסמה התרחקו מדופן התא, והחלולית קטנה – זוהי פלסמוליזה. בתא A הציטופלסמה צמודה לדופן והחלולית גדולה (תא שָׂפוּג, במצב טורגור).

- מנגנון: תמיסת סוכרוז 0.8M היפרטונית לתאי השורשון. מים יצאו באוסמוזה מן החלולית והציטופלסמה אל התמיסה; נפח התוכן הפנימי קטן, ואילו הדופן הקשיחה שמרה על צורתה – לכן הקרום נפרד ממנה. במים (היפוטוני) המים חודרים לתא, התוכן נלחץ אל הדופן – כמו בתא A.

- קשר לניסוי: בתמיסת ההשריה 0.8M הטיפה הכחולה עלתה – ריכוז התמיסה ירד, כלומר מים יצאו מתאי השורשונים אל התמיסה. זו בדיוק יציאת המים הגורמת לפלסמוליזה שבתא B.

המיון יצר ארבע קבוצות דומות: בכל קבוצה 10 שורשונים, ובכל "סבב" בחרו 4 שורשונים באורך דומה ופיזרו אותם בין הקבוצות. כך בכל מבחנה כמות דומה של רקמה (מספר תאים, נפח ושטח פנים דומים).

כמות המים שנכנסת לתאים או יוצאת מהם – ולכן גודל השינוי בריכוז תמיסת ההשריה – תלויה בכמות הרקמה. אילו באחת המבחנות היו שורשונים ארוכים יותר, השינוי בה היה גדול יותר בלי קשר לריכוז. המיון שומר על כמות הרקמה כגורם קבוע, כך שההבדלים בין המבחנות נובעים רק מן המשתנה הבלתי תלוי – הריכוז ההתחלתי של תמיסות ההשריה.

בכל תמיסה הנפח הכולל 100 מ"ל, וכמות יוני הכלור נשמרת במיהול: $C_2 = \frac{C_1 \cdot V_1}{V_2}$, כאשר $C_1 = 1000$ mM ו־$V_2 = 100$ מ"ל.

•א: $\frac{1000 \cdot 2}{100} = 20$ mM

•ב: $\frac{1000 \cdot 5}{100} = 50$ mM

•ג: $\frac{1000 \cdot 10}{100} = 100$ mM

•ד: $\frac{1000 \cdot 12}{100} = 120$ mM

•ה: $\frac{1000 \cdot 15}{100} = 150$ mM

לפי האוסמוזה (תשובה לשאלה הקודמת): מעבר המים בין תאי השורש לתמיסה תלוי בהפרש ריכוז המומסים הכללי בין התמיסה לתאים. ככל שריכוז המומסים בתמיסה גבוה יותר, קשה יותר לשורשים לקלוט מים (ואף מים יוצאים מן התאים).

אילו תמיסות א–ה היו שונות רק בריכוז הכלור, היו שונות גם בריכוז המומסים הכללי – ובתמיסות המרוכזות הצמחים היו סובלים גם ממחסור במים. אז לא היה אפשר לדעת אם ההבדלים בצמחים נובעים מיוני הכלור או מן ההשפעה האוסמוטית.

השוואת הריכוז האוסמוטי בכל התמיסות הופכת אותו לגורם קבוע, כך שהמשתנה הבלתי תלוי היחיד הוא ריכוז יוני הכלור.

גרף רציף, עם קו נפרד לכל זן. המשתנה הבלתי תלוי – ריכוז יוני הכלור בתמיסת הגידול (20–150 mM) – הוא משתנה כמותי רציף: יש משמעות לריכוזי ביניים (למשל 80 mM), וחיבור הנקודות מראה את המגמה. המשתנה התלוי – כמות יוני הכלור בעלים – כמותי. (הזן הוא משתנה נוסף, ומוצג באמצעות שני קווים ומקרא.)

דיאגרמת עמודות מתאימה כשהמשתנה הבלתי תלוי קטגוריאלי.

מרכיבי הגרף:

- כותרת: "השפעת ריכוז יוני הכלור בתמיסת הגידול על כמות יוני הכלור בעלים של שני זני שעורה".

- ציר x: ריכוז יוני הכלור בתמיסת הגידול (מילימולר), קנה מידה אחיד 0–160 (הנקודות 20, 50, 100, 120, 150 אינן במרווחים שווים).

- ציר y: הממוצע של כמות יוני הכלור בעלים (מילימול/גרם משקל יבש), 0–900.

- שני קווים בסימון שונה ומקרא: זן בארק – (20,100), (50,200), (100,350), (120,400), (150,500); זן תדמור – (20,200), (50,400), (100,650), (120,750), (150,850).

- מגמה בשני הזנים: קשר ישר – ככל שריכוז יוני הכלור בתמיסת הגידול עולה (מ־20 ל־150 mM), כמות יוני הכלור בעלים עולה: בזן בארק מ־100 ל־500 מילימול/גרם (פי 5), ובזן תדמור מ־200 ל־850 מילימול/גרם (פי 4.25).

- השוואה בין הזנים: בכל ריכוז כמות יוני הכלור בעלי תדמור גדולה מזו שבעלי בארק – פי 2 בריכוזים 20 ו־50 mM, פי 1.86–1.88 ב־100 ו־120 mM, ופי 1.7 ב־150 mM. ההפרש המוחלט גדל: מ־100 (ב־20 mM) ל־350 מילימול/גרם (ב־150 mM).

ה־DNA קובע את רצף חומצות האמינו של החלבונים שהתא מייצר. הבדל ב־DNA (בגנים או בבקרה על ביטויים) גורם להבדל בחלבונים.

הסבר אפשרי: הבדל בגנים לחלבוני הובלה בקרום התא של תאי השורש – תעלות או נשאים ליוני כלור. אם בזן בארק יש פחות חלבונים כאלה, או חלבונים פעילים פחות (או יותר משאבות המוציאות כלור מן התאים), נקלטים ומועברים לעלים פחות יוני כלור. בזן תדמור – להפך.

(הסבר אחר מקובל: הבדל בחלבונים שאוגרים את הכלור בשורש ומונעים את הובלתו לעלים.)

בזן תדמור. לפי טבלה 5, בתמיסה ד (120 mM כלור): בעלי תדמור – 750 מילימול/גרם משקל יבש, יותר מ־500; בעלי בארק – 400 מילימול/גרם, פחות מ־500. לפי הממצא, בעלים שבהם יותר מ־500 מילימול/גרם כלור יש פחות כלורופיל – לכן בזן תדמור כמות הכלורופיל קטנה יותר.

1. כלורופיל הוא הפיגמנט הקולט את אנרגיית האור בפוטוסינתזה. בעלי תדמור (סעיף א) יש פחות כלורופיל ← נקלט פחות אור ← קצב הפוטוסינתזה נמוך יותר.

2. בפוטוסינתזה נוצרים חומרים אורגניים (גלוקוז, ממנו עמילן, תאית, חלבונים ועוד). המשקל היבש הוא בעיקר משקל החומרים האורגניים שבצמח (בלי המים).

3. לכן בזן תדמור נוצרו פחות חומרים אורגניים לבניית תאים חדשים ולגדילה – והמשקל היבש שלו נמוך מזה של זן בארק, שבעליו יותר כלורופיל ופוטוסינתזה בקצב גבוה יותר.

התוצאות הצפויות (בכל המבחנות התמיסה הכחולה היא 0.3M):

הסבר: ככל שריכוז הסוכרוז בתמיסה גבוה יותר, צפיפותה גבוהה יותר. התמיסה הכחולה (0.3M) פחות צפופה מתמיסת הבדיקה 0.8M ולכן היא עולה לחלק העליון; צפיפותה דומה לזו של תמיסת הבדיקה 0.3M ולכן היא נשארת באמצע ומתפזרת; והיא צפופה יותר מתמיסת הבדיקה 0.05M ולכן שוקעת לחלק התחתון. (בבחינה רושמים את מה שנצפה בפועל.)

- א – העליון: הכחולה (0.3M) בתוך תמיסת בדיקה מרוכזת יותר (0.8M) – היא קלה (פחות צפופה) ממנה ועולה.

- ב – האמצעי: צפיפות שתי התמיסות דומה (0.3M בתוך 0.3M) – הכחולה אינה עולה ואינה שוקעת, ונשארת סביב המקום שבו טפטפו אותה.

- ג – התחתון: הכחולה (0.3M) בתוך תמיסת בדיקה מהולה יותר (0.05M) – היא כבדה (צפופה) ממנה ושוקעת.

זהו העיקרון של השיטה: מיקום הטיפה הכחולה מראה אם ריכוזה נמוך, דומה או גבוה מריכוז התמיסה שאליה טפטפו אותה.

עמודות A–D (מערך הניסוי): A – 0.8M, 0.3M, 0.2M, 0.05M (מן הגבוה לנמוך); B – 10 פרוסות בטטה בכל תמיסה; C – זמן ההשריה (30 דקות לפחות, לפי השעה שרשמת); D – ריכוז תמיסת הבדיקה זהה לריכוז ההתחלתי של תמיסת ההשריה (0.8M, 0.3M, 0.2M, 0.05M).

(התוצאות הצפויות; ריכוז תמיסת ההשריה שאין בה שינוי – הריכוז ה"איזוטוני" לתאי הבטטה – הוא בערך 0.2–0.3M, ולכן התוצאה בתמיסות הביניים תלויה ברקמה עצמה. בבחינה כותבים את מה שנצפה בפועל ומפרשים לפי אותו עיקרון.)

הכלל (משאלה 14): הכחול עולה ← ריכוזו נמוך מזה של תמיסת הבדיקה; נשאר באמצע ← דומה; שוקע ← גבוה.

לפני ההשריה ריכוז תמיסת ההשריה היה שווה לריכוז תמיסת הבדיקה המתאימה (עמודות A ו־D). לכן:

- "נמוך" ← בזמן ההשריה ריכוז תמיסת ההשריה ירד – מים יצאו מן התאים אל התמיסה.

- "דומה" ← ללא שינוי – לא הייתה תנועה נטו של מים.

- "גבוה" ← ריכוז תמיסת ההשריה עלה – מים חדרו מן התמיסה לתאים.

(ההנחה שיציאת המומסים מן התאים זניחה מבטיחה ששינוי הריכוז נובע רק מתנועת מים.)

כותרת טובה כוללת את המשתנה הבלתי תלוי ואת המשתנה התלוי, למשל: "השפעת הריכוז ההתחלתי של תמיסת ההשריה (סוכרוז) על השינוי בריכוזה לאחר השריית פרוסות הבטטה בה, כפי שנמדד בשיטת הטיפה הכחולה".

אוסמוזה – מעבר מים דרך קרום בררני (קרום התא), מאזור שבו ריכוז המומסים נמוך (פוטנציאל מים גבוה) לאזור שבו ריכוז המומסים גבוה (פוטנציאל מים נמוך). הסוכרוז אינו עובר דרך הקרום, ולכן רק המים נעים.

(1) כאשר ריכוז המומסים בתמיסת ההשריה שווה לריכוז המומסים בתוך תאי הבטטה – תמיסה איזוטונית (פוטנציאל המים בתמיסה ובתאים שווה). בניסוי הצפוי זה קרוב לתמיסת 0.3M (או בין 0.2M ל־0.3M).

(2) מים עוברים באוסמוזה רק כאשר יש הפרש בריכוז המומסים (בפוטנציאל המים) משני צידי הקרום. כשהריכוזים שווים, מספר מולקולות המים שנכנסות לתאים שווה למספר היוצאות – אין מעבר נטו של מים. הסוכרוז אינו עובר דרך הקרום ("לידיעתך 2"), ומומסים אינם יוצאים (כמעט). לכן כמות המים וכמות הסוכרוז בתמיסה אינן משתנות, וגם ריכוזה אינו משתנה.

V. הריכוז ההתחלתי של הסוכרוז בתמיסות ההשריה. – המשתנה שהנסיין קבע ושינה בכוונה בין המבחנות הוא ריכוז הסוכרוז ההתחלתי בתמיסות ההשריה שבהן הושרו פרוסות הבטטה.

•הריכוז הסופי של תמיסות ההשריה הוא התוצאה – הוא תלוי במעבר המים, ולכן הוא קשור למשתנה התלוי, לא לבלתי תלוי.

•ריכוזי תמיסות הבדיקה הם חלק משיטת המדידה (הם שווים לריכוזים ההתחלתיים ומשמשים להשוואה).

•ריכוז החומר הכחול אינו משתנה הנבדק – הוא רק צובע את תמיסות ההשריה כדי לראות אותן.

המים עוברים באוסמוזה דרך קרומי התאים, מן הצד שבו ריכוז המומסים נמוך לצד שבו הוא גבוה; הסוכרוז אינו עובר.

- 0.8M: התמיסה היפרטונית לתאי הבטטה (ריכוז המומסים בה גבוה מזה שבתאים). מים יצאו מן התאים אל התמיסה באוסמוזה, התמיסה נמהלה וריכוזה ירד – לכן הטיפה הכחולה, שריכוזה עכשיו נמוך מ־0.8M, עלתה בתמיסת הבדיקה.

- 0.3M: התמיסה איזוטונית (בערך) לתאים – אין מעבר נטו של מים, הריכוז לא השתנה, והטיפה הכחולה נשארה באמצע.

- 0.2M: התמיסה היפוטונית לתאים (ריכוז המומסים בה נמוך מזה שבתאים). מים חדרו מן התמיסה לתאים באוסמוזה, ובתמיסה נשאר אותו סוכרוז בפחות מים – ריכוזה עלה, ולכן הטיפה הכחולה, צפופה עכשיו יותר מ־0.2M, שקעה.

- 0.05M: התמיסה היפוטונית לתאים (ריכוז המומסים בה נמוך מזה שבתאים). מים חדרו מן התמיסה לתאים באוסמוזה, ובתמיסה נשאר אותו סוכרוז בפחות מים – ריכוזה עלה, ולכן הטיפה הכחולה, צפופה עכשיו יותר מ־0.05M, שקעה.

- בתא B קרום התא והציטופלסמה התרחקו מדופן התא, והחלולית קטנה – פלסמוליזה. בתא A הציטופלסמה צמודה לדופן (תא שָׂפוּג).

- מנגנון: תמיסת סוכרוז 0.8M היפרטונית לתאי הבטטה; מים יצאו באוסמוזה מן החלולית והציטופלסמה לתמיסה, התוכן הפנימי הצטמק והקרום נפרד מן הדופן הקשיחה.

- קשר לניסוי: בתמיסת ההשריה 0.8M הטיפה הכחולה עלתה – ריכוז התמיסה ירד, כלומר מים יצאו מתאי הבטטה – זו יציאת המים הגורמת לפלסמוליזה שבתא B.

בחיתוך הגלילים והפרוסות נחתכו ונהרסו תאים בשולי הפרוסות, ותכולתם – סוכרים (הבטטה עשירה בהם), עמילן ומומסים אחרים – נשארה על פני הפרוסות.

אילו לא היו שוטפים, מומסים אלה היו עוברים לתמיסת ההשריה ומעלים את ריכוזה – גם בלי קשר לתנועת המים. אז שינוי הריכוז שנמדד לא היה משקף רק את מעבר המים באוסמוזה, והתוצאות היו מוטות (למשל, הטיפה הייתה שוקעת יותר).

השטיפה מאפשרת את ההנחה שבשאלה 15ב – שיציאת המומסים מן התאים זניחה.

בכל תמיסה הנפח הכולל 100 מ"ל, וכמות יוני הכלור נשמרת במיהול: $C_2 = \frac{C_1 \cdot V_1}{V_2}$, כאשר $C_1 = 1000$ mM ו־$V_2 = 100$ מ"ל.

•א: $\frac{1000 \cdot 2}{100} = 20$ mM

•ב: $\frac{1000 \cdot 5}{100} = 50$ mM

•ג: $\frac{1000 \cdot 10}{100} = 100$ mM

•ד: $\frac{1000 \cdot 12}{100} = 120$ mM

•ה: $\frac{1000 \cdot 15}{100} = 150$ mM

לפי האוסמוזה (תשובה לשאלה הקודמת): מעבר המים בין תאי השורש לתמיסה תלוי בהפרש ריכוז המומסים הכללי בין התמיסה לתאים. ככל שריכוז המומסים בתמיסה גבוה יותר, קשה יותר לשורשים לקלוט מים (ואף מים יוצאים מן התאים).

אילו תמיסות א–ה היו שונות רק בריכוז הכלור, היו שונות גם בריכוז המומסים הכללי – ובתמיסות המרוכזות הצמחים היו סובלים גם ממחסור במים. אז לא היה אפשר לדעת אם ההבדלים בצמחים נובעים מיוני הכלור או מן ההשפעה האוסמוטית.

השוואת הריכוז האוסמוטי בכל התמיסות הופכת אותו לגורם קבוע, כך שהמשתנה הבלתי תלוי היחיד הוא ריכוז יוני הכלור.

גרף רציף, עם קו נפרד לכל זן. המשתנה הבלתי תלוי – ריכוז יוני הכלור בתמיסת הגידול (20–150 mM) – הוא משתנה כמותי רציף: יש משמעות לריכוזי ביניים (למשל 80 mM), וחיבור הנקודות מראה את המגמה. המשתנה התלוי – כמות יוני הכלור בעלים – כמותי. (הזן הוא משתנה נוסף, ומוצג באמצעות שני קווים ומקרא.)

דיאגרמת עמודות מתאימה כשהמשתנה הבלתי תלוי קטגוריאלי.

מרכיבי הגרף:

- כותרת: "השפעת ריכוז יוני הכלור בתמיסת הגידול על כמות יוני הכלור בעלים של שני זני שעורה".

- ציר x: ריכוז יוני הכלור בתמיסת הגידול (מילימולר), קנה מידה אחיד 0–160 (הנקודות 20, 50, 100, 120, 150 אינן במרווחים שווים).

- ציר y: הממוצע של כמות יוני הכלור בעלים (מילימול/גרם משקל יבש), 0–900.

- שני קווים בסימון שונה ומקרא: זן בארק – (20,100), (50,200), (100,350), (120,400), (150,500); זן תדמור – (20,200), (50,400), (100,650), (120,750), (150,850).

- מגמה בשני הזנים: קשר ישר – ככל שריכוז יוני הכלור בתמיסת הגידול עולה (מ־20 ל־150 mM), כמות יוני הכלור בעלים עולה: בזן בארק מ־100 ל־500 מילימול/גרם (פי 5), ובזן תדמור מ־200 ל־850 מילימול/גרם (פי 4.25).

- השוואה בין הזנים: בכל ריכוז כמות יוני הכלור בעלי תדמור גדולה מזו שבעלי בארק – פי 2 בריכוזים 20 ו־50 mM, פי 1.86–1.88 ב־100 ו־120 mM, ופי 1.7 ב־150 mM. ההפרש המוחלט גדל: מ־100 (ב־20 mM) ל־350 מילימול/גרם (ב־150 mM).

ה־DNA קובע את רצף חומצות האמינו של החלבונים שהתא מייצר. הבדל ב־DNA (בגנים או בבקרה על ביטויים) גורם להבדל בחלבונים.

הסבר אפשרי: הבדל בגנים לחלבוני הובלה בקרום התא של תאי השורש – תעלות או נשאים ליוני כלור. אם בזן בארק יש פחות חלבונים כאלה, או חלבונים פעילים פחות (או יותר משאבות המוציאות כלור מן התאים), נקלטים ומועברים לעלים פחות יוני כלור. בזן תדמור – להפך.

(הסבר אחר מקובל: הבדל בחלבונים שאוגרים את הכלור בשורש ומונעים את הובלתו לעלים.)

בזן תדמור. לפי טבלה 5, בתמיסה ד (120 mM כלור): בעלי תדמור – 750 מילימול/גרם משקל יבש, יותר מ־500; בעלי בארק – 400 מילימול/גרם, פחות מ־500. לפי הממצא, בעלים שבהם יותר מ־500 מילימול/גרם כלור יש פחות כלורופיל – לכן בזן תדמור כמות הכלורופיל קטנה יותר.

1. כלורופיל הוא הפיגמנט הקולט את אנרגיית האור בפוטוסינתזה. בעלי תדמור (סעיף א) יש פחות כלורופיל ← נקלט פחות אור ← קצב הפוטוסינתזה נמוך יותר.

2. בפוטוסינתזה נוצרים חומרים אורגניים (גלוקוז, ממנו עמילן, תאית, חלבונים ועוד). המשקל היבש הוא בעיקר משקל החומרים האורגניים שבצמח (בלי המים).

3. לכן בזן תדמור נוצרו פחות חומרים אורגניים לבניית תאים חדשים ולגדילה – והמשקל היבש שלו נמוך מזה של זן בארק, שבעליו יותר כלורופיל ופוטוסינתזה בקצב גבוה יותר.

התוצאות הצפויות (בכל המבחנות התמיסה הכחולה היא 0.3M):

הסבר: ככל שריכוז הסוכרוז בתמיסה גבוה יותר, צפיפותה גבוהה יותר. התמיסה הכחולה (0.3M) פחות צפופה מתמיסת הבדיקה 0.8M ולכן היא עולה לחלק העליון; צפיפותה דומה לזו של תמיסת הבדיקה 0.3M ולכן היא נשארת באמצע ומתפזרת; והיא צפופה יותר מתמיסת הבדיקה 0.05M ולכן שוקעת לחלק התחתון. (בבחינה רושמים את מה שנצפה בפועל.)

- א – העליון: הכחולה (0.3M) בתוך תמיסת בדיקה מרוכזת יותר (0.8M) – היא קלה (פחות צפופה) ממנה ועולה.

- ב – האמצעי: צפיפות שתי התמיסות דומה (0.3M בתוך 0.3M) – הכחולה אינה עולה ואינה שוקעת, ונשארת סביב המקום שבו טפטפו אותה.

- ג – התחתון: הכחולה (0.3M) בתוך תמיסת בדיקה מהולה יותר (0.05M) – היא כבדה (צפופה) ממנה ושוקעת.

זהו העיקרון של השיטה: מיקום הטיפה הכחולה מראה אם ריכוזה נמוך, דומה או גבוה מריכוז התמיסה שאליה טפטפו אותה.

עמודות A–D (מערך הניסוי): A – 0.8M, 0.05M (מן הגבוה לנמוך); B – 5 דסקיות בצל בכל תמיסה; C – זמן ההשריה (30 דקות לפחות, לפי השעה שרשמת); D – ריכוז תמיסת הבדיקה זהה לריכוז ההתחלתי של תמיסת ההשריה (0.8M, 0.05M).

(התוצאות הצפויות; ריכוז תמיסת ההשריה שאין בה שינוי – הריכוז ה"איזוטוני" לתאי הבצל – הוא בערך 0.2–0.3M, ולכן התוצאה בתמיסות הביניים תלויה ברקמה עצמה. בבחינה כותבים את מה שנצפה בפועל ומפרשים לפי אותו עיקרון.)

הכלל (משאלה 26): הכחול עולה ← ריכוזו נמוך מזה של תמיסת הבדיקה; נשאר באמצע ← דומה; שוקע ← גבוה.

לפני ההשריה ריכוז תמיסת ההשריה היה שווה לריכוז תמיסת הבדיקה המתאימה (עמודות A ו־D). לכן:

- "נמוך" ← בזמן ההשריה ריכוז תמיסת ההשריה ירד – מים יצאו מן התאים אל התמיסה.

- "דומה" ← ללא שינוי – לא הייתה תנועה נטו של מים.

- "גבוה" ← ריכוז תמיסת ההשריה עלה – מים חדרו מן התמיסה לתאים.

(ההנחה שיציאת המומסים מן התאים זניחה מבטיחה ששינוי הריכוז נובע רק מתנועת מים.)

כותרת טובה כוללת את המשתנה הבלתי תלוי ואת המשתנה התלוי, למשל: "השפעת הריכוז ההתחלתי של תמיסת ההשריה (סוכרוז) על השינוי בריכוזה לאחר השריית דסקיות הבצל בה, כפי שנמדד בשיטת הטיפה הכחולה".

אוסמוזה – מעבר מים דרך קרום בררני (קרום התא), מאזור שבו ריכוז המומסים נמוך (פוטנציאל מים גבוה) לאזור שבו ריכוז המומסים גבוה (פוטנציאל מים נמוך). הסוכרוז אינו עובר דרך הקרום, ולכן רק המים נעים.

(1) כאשר ריכוז המומסים בתמיסת ההשריה שווה לריכוז המומסים בתוך תאי הבצל – תמיסה איזוטונית (פוטנציאל המים בתמיסה ובתאים שווה). בניסוי הצפוי זה קרוב לתמיסת 0.3M (או בין 0.2M ל־0.3M).

(2) מים עוברים באוסמוזה רק כאשר יש הפרש בריכוז המומסים (בפוטנציאל המים) משני צידי הקרום. כשהריכוזים שווים, מספר מולקולות המים שנכנסות לתאים שווה למספר היוצאות – אין מעבר נטו של מים. הסוכרוז אינו עובר דרך הקרום ("לידיעתך 2"), ומומסים אינם יוצאים (כמעט). לכן כמות המים וכמות הסוכרוז בתמיסה אינן משתנות, וגם ריכוזה אינו משתנה.

IV. הריכוז ההתחלתי של הסוכרוז בתמיסות ההשריה. – המשתנה שהנסיין קבע ושינה בכוונה בין המבחנות הוא ריכוז הסוכרוז ההתחלתי בתמיסות ההשריה שבהן הושרו דסקיות הבצל.

•הריכוז הסופי של תמיסות ההשריה הוא התוצאה – הוא תלוי במעבר המים, ולכן הוא קשור למשתנה התלוי, לא לבלתי תלוי.

•ריכוזי תמיסות הבדיקה הם חלק משיטת המדידה (הם שווים לריכוזים ההתחלתיים ומשמשים להשוואה).

•ריכוז החומר הכחול אינו משתנה הנבדק – הוא רק צובע את תמיסות ההשריה כדי לראות אותן.

המים עוברים באוסמוזה דרך קרומי התאים; הסוכרוז אינו עובר.

- 0.8M: התמיסה היפרטונית לתאי הבצל (ריכוז המומסים בה גבוה מזה שבתאים). מים יצאו מן התאים אל התמיסה באוסמוזה, התמיסה נמהלה וריכוזה ירד – לכן הטיפה הכחולה, שריכוזה עכשיו נמוך מ־0.8M, עלתה בתמיסת הבדיקה.

- 0.05M: התמיסה היפוטונית לתאים (ריכוז המומסים בה נמוך מזה שבתאים). מים חדרו מן התמיסה לתאים באוסמוזה, ובתמיסה נשאר אותו סוכרוז בפחות מים – ריכוזה עלה, ולכן הטיפה הכחולה, צפופה עכשיו יותר מ־0.05M, שקעה.

- 2–3 תאים מלבניים מוארכים, צמודים זה לזה כמו לבנים (אין רווחים בין התאים), מצוירים בעיפרון/עט בקו נקי, בגודל ברור.

- חלקים מסומנים (לפחות שניים): דופן התא (קו כפול/עבה בגבול התא); חלולית גדולה, צבועה סגול, הממלאת כמעט את כל התא; ציטופלסמה – שכבה דקה בין החלולית לדופן; גרעין (אם נראה) – צמוד לדופן. (קרום התא אינו נראה בנפרד מן הדופן בתא שָׂפוּג.)

- הגדלה: מכפלת הגדלת העינית בהגדלת העדשה האובייקטיבית, למשל $10 \times 10 = 100$ (הגדלה בינונית) או $10 \times 40 = 400$ (גדולה) – לפי מה שהשתמשת בו.

- כותרת: "תאי אפידרמיס חיצוני של בצל סגול בטיפת מים, בהגדלה ×100".

בתכשיר "מים" התאים שׂפוגים: התוכן ממלא את התא, והציטופלסמה צמודה לדופן.

מומס בחלולית. בתאים הצבע הסגול־אדום מפוזר באופן אחיד בכל שטח החלולית הגדולה שבמרכז התא, ואין בו גופיפים נפרדים. אילו היה מאורגן בפלסטידות, היו נראים גרגירים צבעוניים קטנים בציטופלסמה. (הצבען – אנתוציאנין – מסיס במים, ונמצא בתמיסת החלולית.)

- תכשיר "מים": התאים שׂפוגים – החלולית הסגולה גדולה וממלאת כמעט את כל התא, והציטופלסמה צמודה לדופן.

- תכשיר "סוכרוז": פלסמוליזה – תוכן התא (החלולית והציטופלסמה) הצטמק והתרחק מדופן התא (לעתים בפינות התא), החלולית קטנה וצבעה כהה יותר (הצבען מרוכז בפחות מים); בין הדופן לקרום יש רווח שקוף.

•תמיסת הסוכרוז 1M היפרטונית לתאים – ריכוז המומסים בה גבוה מזה שבחלולית. מים יוצאים באוסמוזה מן החלולית דרך הקרום לתמיסה; הסוכרוז אינו נכנס. נפח החלולית קטן, והקרום נפרד מן הדופן הקשיחה.

•המים המזוקקים היפוטוניים – מים חודרים לתא, החלולית מתמלאת ולוחצת על הדופן (טורגור). הדופן הקשיחה מונעת את התפקעות התא.

התכשיר מאפשר לראות ברמת התא את מה שנמדד במבחנה ברמת התמיסה:

•בתכשיר "סוכרוז" (תמיסה היפרטונית) מים יצאו מתאי הבצל – החלולית הצטמקה (פלסמוליזה).

•תמיסת ההשריה 0.8M גם היא היפרטונית לתאי הבצל, ולכן גם בדסקיות שבה יצאו מים מן התאים אל התמיסה.

•המים שיצאו מהלו את תמיסת ההשריה – ריכוזה ירד אל מתחת ל־0.8M – ולכן הטיפה הכחולה (פחות צפופה) עלתה לחלק העליון של תמיסת הבדיקה 0.8M ב' (עמודה E), והשינוי בריכוז הוא "ירידה" (עמודה G).

בכל תמיסה הנפח הכולל 100 מ"ל, וכמות יוני הכלור נשמרת במיהול: $C_2 = \frac{C_1 \cdot V_1}{V_2}$, כאשר $C_1 = 1000$ mM ו־$V_2 = 100$ מ"ל.

•א: $\frac{1000 \cdot 2}{100} = 20$ mM

•ב: $\frac{1000 \cdot 5}{100} = 50$ mM

•ג: $\frac{1000 \cdot 10}{100} = 100$ mM

•ד: $\frac{1000 \cdot 12}{100} = 120$ mM

•ה: $\frac{1000 \cdot 15}{100} = 150$ mM

לפי האוסמוזה (תשובה לשאלה הקודמת): מעבר המים בין תאי השורש לתמיסה תלוי בהפרש ריכוז המומסים הכללי בין התמיסה לתאים. ככל שריכוז המומסים בתמיסה גבוה יותר, קשה יותר לשורשים לקלוט מים (ואף מים יוצאים מן התאים).

אילו תמיסות א–ה היו שונות רק בריכוז הכלור, היו שונות גם בריכוז המומסים הכללי – ובתמיסות המרוכזות הצמחים היו סובלים גם ממחסור במים. אז לא היה אפשר לדעת אם ההבדלים בצמחים נובעים מיוני הכלור או מן ההשפעה האוסמוטית.

השוואת הריכוז האוסמוטי בכל התמיסות הופכת אותו לגורם קבוע, כך שהמשתנה הבלתי תלוי היחיד הוא ריכוז יוני הכלור.

גרף רציף, עם קו נפרד לכל זן. המשתנה הבלתי תלוי – ריכוז יוני הכלור בתמיסת הגידול (20–150 mM) – הוא משתנה כמותי רציף: יש משמעות לריכוזי ביניים (למשל 80 mM), וחיבור הנקודות מראה את המגמה. המשתנה התלוי – כמות יוני הכלור בעלים – כמותי. (הזן הוא משתנה נוסף, ומוצג באמצעות שני קווים ומקרא.)

דיאגרמת עמודות מתאימה כשהמשתנה הבלתי תלוי קטגוריאלי.

מרכיבי הגרף:

- כותרת: "השפעת ריכוז יוני הכלור בתמיסת הגידול על כמות יוני הכלור בעלים של שני זני שעורה".

- ציר x: ריכוז יוני הכלור בתמיסת הגידול (מילימולר), קנה מידה אחיד 0–160 (הנקודות 20, 50, 100, 120, 150 אינן במרווחים שווים).

- ציר y: הממוצע של כמות יוני הכלור בעלים (מילימול/גרם משקל יבש), 0–900.

- שני קווים בסימון שונה ומקרא: זן בארק – (20,100), (50,200), (100,350), (120,400), (150,500); זן תדמור – (20,200), (50,400), (100,650), (120,750), (150,850).

- מגמה בשני הזנים: קשר ישר – ככל שריכוז יוני הכלור בתמיסת הגידול עולה (מ־20 ל־150 mM), כמות יוני הכלור בעלים עולה: בזן בארק מ־100 ל־500 מילימול/גרם (פי 5), ובזן תדמור מ־200 ל־850 מילימול/גרם (פי 4.25).

- השוואה בין הזנים: בכל ריכוז כמות יוני הכלור בעלי תדמור גדולה מזו שבעלי בארק – פי 2 בריכוזים 20 ו־50 mM, פי 1.86–1.88 ב־100 ו־120 mM, ופי 1.7 ב־150 mM. ההפרש המוחלט גדל: מ־100 (ב־20 mM) ל־350 מילימול/גרם (ב־150 mM).

ה־DNA קובע את רצף חומצות האמינו של החלבונים שהתא מייצר. הבדל ב־DNA (בגנים או בבקרה על ביטויים) גורם להבדל בחלבונים.

הסבר אפשרי: הבדל בגנים לחלבוני הובלה בקרום התא של תאי השורש – תעלות או נשאים ליוני כלור. אם בזן בארק יש פחות חלבונים כאלה, או חלבונים פעילים פחות (או יותר משאבות המוציאות כלור מן התאים), נקלטים ומועברים לעלים פחות יוני כלור. בזן תדמור – להפך.

(הסבר אחר מקובל: הבדל בחלבונים שאוגרים את הכלור בשורש ומונעים את הובלתו לעלים.)

בזן תדמור. לפי טבלה 5, בתמיסה ד (120 mM כלור): בעלי תדמור – 750 מילימול/גרם משקל יבש, יותר מ־500; בעלי בארק – 400 מילימול/גרם, פחות מ־500. לפי הממצא, בעלים שבהם יותר מ־500 מילימול/גרם כלור יש פחות כלורופיל – לכן בזן תדמור כמות הכלורופיל קטנה יותר.

1. כלורופיל הוא הפיגמנט הקולט את אנרגיית האור בפוטוסינתזה. בעלי תדמור (סעיף א) יש פחות כלורופיל ← נקלט פחות אור ← קצב הפוטוסינתזה נמוך יותר.

2. בפוטוסינתזה נוצרים חומרים אורגניים (גלוקוז, ממנו עמילן, תאית, חלבונים ועוד). המשקל היבש הוא בעיקר משקל החומרים האורגניים שבצמח (בלי המים).

3. לכן בזן תדמור נוצרו פחות חומרים אורגניים לבניית תאים חדשים ולגדילה – והמשקל היבש שלו נמוך מזה של זן בארק, שבעליו יותר כלורופיל ופוטוסינתזה בקצב גבוה יותר.

- A (טריפסין): לא נקרשה – התמיסה נשארה נוזלית.

- B (מיצוי אננס): לא נקרשה.

- C (מים): נקרשה – נוצר גֵ'לי.

כותרת לעמודה: "התוצאות: מצב תמיסת הג'לטין לאחר שהייה באמבט שבו הטמפרטורה נמוכה מ־$10^\circ\text{C}$ (נקרשה / לא נקרשה)".

(בבחינה כותבים את מה שנצפה בפועל.)

- פעילות האנזימים: קצב התגובה האנזימטית תלוי בטמפרטורה. בטווח $37-40^\circ\text{C}$ (קרוב לטמפרטורת הגוף) האנזימים טריפסין ומפרקי החלבון שבאננס פעילים מאוד – יש מספיק אנרגיה קינטית למפגשים בין האנזים למצע, ועדיין אין דנטורציה.

- הג'לטין נוזלי בטמפרטורה זו – שרשרות החלבון חופשיות (איור 1) – ולכן האנזים יכול להגיע אליהן ולפרק אותן.

בלי שהייה זו, הקירור המיידי היה מאט מאוד את פעילות האנזימים והג'לטין היה נקרש לפני שהספיק להתפרק – ולא היה אפשר לראות את השפעת האנזים.

- מבחנה C (מים – בקרה): אין בה אנזים, ולכן שרשרות החלבון ג'לטין נשארו שלמות. בטמפרטורה הנמוכה מ־$10^\circ\text{C}$ נוצרו קשרים בין השרשרות הארוכות ומבנה של רשת (איור 1) – התמיסה נקרשה.

- מבחנה A (טריפסין): לפי הקטע, טריפסין מזרז פירוק של ג'לטין לפפטידים – שרשרות קצרות (איור 2). הפפטידים אינם יוצרים רשת ואינם נקרשים בקור – התמיסה לא נקרשה.

- מבחנה B (מיצוי אננס): התוצאה זהה לזו של מבחנה A (הטריפסין, אנזים מפרק חלבון ידוע) ושונה מן הבקרה. מכאן שבמיצוי האננס יש אנזים מפרק חלבון (ברומלאין) שפירק את הג'לטין לפפטידים – ולכן התמיסה לא נקרשה.

המבחנה A משמשת בקרה חיובית (מראה מה קורה כשיש בוודאות אנזים מפרק חלבון), ומבחנה C – בקרה שלילית.

בכל מבחנה הנפח הכולל 4 מ"ל, והמיצוי המקורי = 100%: $C = \frac{V_{extract}}{V_{total}} \times 100\%$.

•מבחנה 1: $\frac{0}{4} \times 100 = 0\%$

•מבחנה 2: $\frac{0.2}{4} \times 100 = 5\%$

•מבחנה 3: $\frac{0.4}{4} \times 100 = 10\%$

•מבחנה 4: $\frac{2}{4} \times 100 = 50\%$

(הוצאת 3 מ"ל בסעיף יח אינה משנה את הריכוז – רק את הנפח.)

השלמת הטבלה (עמודות א, ב): ריכוז המיצוי 0%, 5%, 10%, 50%; נפח תמיסת הג'לטין – 2 מ"ל בכל מבחנה.

ככל שריכוז מיצוי האננס גבוה יותר, יש יותר אנזים, מפורק יותר ג'לטין לפפטידים, והנפח שלא נקרש גדול יותר. במבחנה 1 אין אנזים – הג'לטין נקרש כולו. (הנפח הכולל בכל מבחנה 3 מ"ל: 1 מ"ל מיצוי מהול + 2 מ"ל ג'לטין.) (בבחינה רושמים את הנפחים שנמדדו בפועל; ההבדלים קטנים, ולכן הנפחים בטבלה הם דוגמה להמחשה בלבד.)

כותרת הכוללת את המשתנה הבלתי תלוי ואת המשתנה התלוי: "השפעת ריכוז מיצוי האננס על פעילות האנזים מפרק החלבון – מידת הקרישה של תמיסת הג'לטין ונפח תמיסת הפפטידים שנוצרה".

ריכוז מיצוי האננס במבחנות (0%, 5%, 10%, 50%) – הגורם שהנסיין שינה בכוונה בין המבחנות. במילים אחרות: ריכוז האנזים מפרק החלבון שבמיצוי.

II. מידת פעילות האנזים מפרק החלבון. המשתנה התלוי הוא התוצאה שמשתנה בעקבות המשתנה הבלתי תלוי – כאן כמה ג'לטין פירק האנזים (מידת פעילותו). את פעילות האנזים לא רואים ישירות; מודדים אותה בעקיפין – לפי מידת הקרישה ולפי נפח הנוזל (הפפטידים) שלא נקרש (סעיף ב).

•מידת הקרישה – היא דרך המדידה של המשתנה התלוי (נשאלת בסעיף ב), ולא המשתנה התלוי עצמו.

•ריכוז מיצוי האננס – המשתנה הבלתי תלוי.

•נפח תמיסת הג'לטין – גורם קבוע.

דרך המדידה: לאחר שהות באמבט הקר בודקים את מידת הקרישה (נקרש / נקרש חלקית / לא נקרש), ומודדים במשורה את נפח הנוזל שלא נקרש (מ"ל).

מדוע מתאימה: האנזים מפרק את הג'לטין לפפטידים, ופפטידים אינם נקרשים בטמפרטורה הנמוכה מ־$10^\circ\text{C}$, ואילו ג'לטין שלם נקרש. לכן נפח הנוזל שנשאר נוזלי בקור מבטא את כמות הג'לטין שפורקה: ככל שפעילות האנזים גבוהה יותר, נוצרו יותר פפטידים – והנפח הנוזלי גדול יותר (ומידת הקרישה קטנה יותר). זהו מדד כמותי (מ"ל) לפעילות האנזים.

הג'לטין הוא המצע של האנזים – ממנו נוצרים הפפטידים, והוא שנקרש בקור. התוצאה הנמדדת (מידת הקרישה ונפח הנוזל) תלויה ישירות בכמותו:

•בריכוז ג'לטין גבוה יותר התמיסה נקרשת חזק יותר, ונדרש פירוק רב יותר כדי שתישאר נוזלית;

•ריכוז המצע משפיע גם על קצב התגובה האנזימטית.

לכן אילו ריכוז הג'לטין היה שונה בין המבחנות, לא היה אפשר לדעת אם ההבדלים בתוצאות נובעים מריכוז מיצוי האננס (המשתנה הבלתי תלוי) או מכמות המצע.

גורם קבוע אחד, למשל:

- טמפרטורת "אמבט 1" ($37-40^\circ\text{C}$) ומשך השהייה בו (5 דקות);

•טמפרטורת "אמבט 2" (מתחת ל־$10^\circ\text{C}$) ומשך השהייה בו (8 דקות);

- הנפח הכולל במבחנה (1 מ"ל מיצוי מהול + 2 מ"ל ג'לטין);

•מקור המיצוי (אותו פרי, אותה הכנה).

מסקנה: ריכוז מיצוי האננס משפיע על מידת הפירוק של הג'לטין: ככל שריכוז המיצוי גבוה יותר, מפורק יותר ג'לטין לפפטידים – הקרישה חלשה יותר ונפח הנוזל שלא נקרש גדול יותר.

הסבר: במיצוי מרוכז יותר יש יותר מולקולות אנזים; בזמן קבוע (5 דקות) ועם כמות מצע קבועה, יותר אתרים פעילים פועלים בו זמנית – ולכן מפורק יותר מצע. במבחנה 1 (0%, בלי אנזים) הג'לטין נקרש כולו – מכאן שהפירוק נגרם בגלל האנזים שבמיצוי.

(המסקנה מתייחסת לטווח הריכוזים שנבדק ולתוצאות שנצפו בפועל.)

גרף רציף, עם קו לכל זן פטרייה. המשתנה הבלתי תלוי – הזמן מן החשיפה – הוא משתנה כמותי רציף: יש משמעות לכל רגע בין המדידות (למשל יום 10), וחיבור הנקודות מראה את קצב העלייה בתמותה. המשתנה התלוי – שיעור התמותה (%) – כמותי. דיאגרמת עמודות מתאימה למשתנה בלתי תלוי קטגוריאלי.

מרכיבי הגרף:

- כותרת: "שיעור תמותת חרקים שנחשפו לפטריית *B. bassiana* משני זנים, כתלות בזמן שעבר מן החשיפה".

- ציר x: הזמן שעבר מן החשיפה (ימים), קנה מידה אחיד 0–20 (המדידה האחרונה אחרי יומיים בלבד – 16 ← 18).

- ציר y: שיעור תמותת החרקים (%), 0–100.

- שני קווים וסימון שונה, עם מקרא: זן א – (4,15), (8,35), (12,45), (16,60), (18,62); זן ב – (4,30), (8,60), (12,90), (16,97), (18,97).

- מגמה בשני הזנים: ככל שעבר זמן רב יותר מן החשיפה, שיעור תמותת החרקים עלה.

- זן ב: עלייה מהירה – 30% ביום 4, 60% ביום 8, 90% ביום 12, ו־97% ביום 16; בין יום 16 ליום 18 אין שינוי (97%) – הגרף מגיע לרוויה.

- זן א: עלייה איטית יותר – 15% ביום 4, 35% ביום 8, 45% ביום 12, 60% ביום 16 ו־62% ביום 18.

- השוואה: בכל זמן שיעור התמותה בזן ב גבוה מזה שבזן א – פי 2 בימים 4 ו־12 (30 לעומת 15; 90 לעומת 45), וביום 18 – 97% לעומת 62%.

חרקים יכולים למות גם בלי קשר לפטרייה – מזקנה, ממחלה, מתנאי הגידול (טמפרטורה, מזון, צפיפות) או מעצם הטיפול בנוזל. קבוצת הבקרה עברה את כל התנאים פרט לחשיפה לפטרייה.

•אם התמותה בבקרה נמוכה מאוד – התמותה בקבוצות הניסוי נגרמה בגלל הפטרייה.

•אם יש תמותה בבקרה – משווים אליה, וההפרש בין קבוצת הניסוי לבקרה הוא התמותה שנגרמה בגלל הפטרייה.

בלי בקרה אי אפשר לדעת אם הפטרייה היא הגורם לתמותה.

1. ניסוי 2: זן ב מפרק את החלבון ג'לטין במידה רבה יותר מזן א – כלומר הוא מייצר יותר אנזימים מפרקי חלבון, או אנזימים פעילים יותר.

2. הפתיח: מעטה החרק בנוי מרב־סוכר ומחלבון; האנזימים מפרקי החלבון של הפטרייה מפרקים אותו, וכך הפטרייה חודרת לגוף החרק ומפרישה חומרים רעילים הגורמים למותו.

3. הסבר ניסוי 1: זן ב מפרק את החלבון שבמעטה מהר ויעיל יותר ← חודר לגופם של יותר חרקים ובזמן קצר יותר ← הרעלים פועלים מוקדם יותר ← שיעור התמותה גבוה יותר ועולה מהר יותר (90% ביום 12 לעומת 45% בזן א).

- מחלק א: האנזימים שבמיצוי האננס מפרקים חלבון (הג'לטין לא נקרש – התפרק לפפטידים).

- מחלק ג: אנזימים מפרקי חלבון מסוגלים לפרק את החלבונים של יצור חי (מעטה החרק) ולגרום לפגיעה ולמוות.

- מסקנה: בתא האננס עצמו יש חלבונים חיוניים רבים – אנזימים (המזרזים את תהליכי החיים, כמו הנשימה), חלבוני קרום (נשאים, תעלות) וחלבוני מבנה. אילו האנזימים מפרקי החלבון היו חופשיים בציטופלסמה, הם היו מפרקים את חלבוני התא – והתא היה נפגע ומת.

- היתרון: האנזימים סגורים בתוך אברונים עטופי קרום (למשל החלולית), המפריד ביניהם לבין חלבוני הציטופלסמה. כך התא "שומר" את האנזימים (למשל להגנה מפני מזיקים ואוכלי פרי) בלי שיפגעו בו.

- A (טריפסין): לא נקרשה – התמיסה נשארה נוזלית.

- B (מיצוי אננס): לא נקרשה.

- C (מים): נקרשה – נוצר גֵ'לי.

כותרת לעמודה: "התוצאות: מצב תמיסת הג'לטין לאחר שהייה באמבט שבו הטמפרטורה נמוכה מ־$10^\circ\text{C}$ (נקרשה / לא נקרשה)".

(בבחינה כותבים את מה שנצפה בפועל.)

- פעילות האנזימים: קצב התגובה האנזימטית תלוי בטמפרטורה. בטווח $37-40^\circ\text{C}$ (קרוב לטמפרטורת הגוף) האנזימים טריפסין ומפרקי החלבון שבאננס פעילים מאוד – יש מספיק אנרגיה קינטית למפגשים בין האנזים למצע, ועדיין אין דנטורציה.

- הג'לטין נוזלי בטמפרטורה זו – שרשרות החלבון חופשיות (איור 1) – ולכן האנזים יכול להגיע אליהן ולפרק אותן.

בלי שהייה זו, הקירור המיידי היה מאט מאוד את פעילות האנזימים והג'לטין היה נקרש לפני שהספיק להתפרק – ולא היה אפשר לראות את השפעת האנזים.

- מבחנה C (מים – בקרה): אין בה אנזים, ולכן שרשרות החלבון ג'לטין נשארו שלמות. בטמפרטורה הנמוכה מ־$10^\circ\text{C}$ נוצרו קשרים בין השרשרות הארוכות ומבנה של רשת (איור 1) – התמיסה נקרשה.

- מבחנה A (טריפסין): לפי הקטע, טריפסין מזרז פירוק של ג'לטין לפפטידים – שרשרות קצרות (איור 2). הפפטידים אינם יוצרים רשת ואינם נקרשים בקור – התמיסה לא נקרשה.

- מבחנה B (מיצוי אננס): התוצאה זהה לזו של מבחנה A (הטריפסין, אנזים מפרק חלבון ידוע) ושונה מן הבקרה. מכאן שבמיצוי האננס יש אנזים מפרק חלבון (ברומלאין) שפירק את הג'לטין לפפטידים – ולכן התמיסה לא נקרשה.

המבחנה A משמשת בקרה חיובית (מראה מה קורה כשיש בוודאות אנזים מפרק חלבון), ומבחנה C – בקרה שלילית.

במבחנה "מיצוי אננס מהול" יש 2 מ"ל מיצוי (100%) ו־8 מ"ל מים – נפח כולל 10 מ"ל:

$C = \frac{2}{2+8} \times 100\% = 20\%$

(המיצוי נמהל פי 5.)

עמודה ג: נפח תמיסת הג'לטין – 2 מ"ל בכל אחת מן המבחנות 1–5 (סעיף כב).

התוצאות הצפויות לכל הטבלה (דרגות ה־pH נמדדות במקלונים; הערכים – להמחשה):

מבחנה 1 – בלי אנזים (בקרה): הג'לטין נקרש. במבחנות 3 ו־5 (pH מתון) האנזים פעיל – הג'לטין מפורק ואינו נקרש. במבחנה 2 (חומצה) ובמבחנה 4 (בסיס רב) ה־pH הקיצוני פוגע באנזים – פירוק מועט או אין פירוק, והתמיסה נקרשת. (בבחינה רושמים את הנפחים שנמדדו בפועל; ההבדלים קטנים, ולכן הנפחים בטבלה הם דוגמה להמחשה בלבד.)

כותרת הכוללת את המשתנה הבלתי תלוי ואת המשתנה התלוי: "השפעת דרגת ה־pH על פעילות האנזים מפרק החלבון שבמיצוי אננס – מידת הקרישה של תמיסת הג'לטין ונפח תמיסת הפפטידים".

דרגת ה־pH במבחנות – נקבעה על ידי הוספת חומצה מלחית (מבחנה 2), בסיס הנתרן בכמות קטנה (מבחנה 3) או גדולה (מבחנה 4), או מים בלבד (מבחנה 5), ונמדדה במקלונים. (מבחנה 1 – בלי אנזים – היא בקרה.)

IV. מידת פעילות האנזים מפרק החלבון. המשתנה התלוי הוא התוצאה שמשתנה בעקבות המשתנה הבלתי תלוי – כאן כמה ג'לטין פירק האנזים (מידת פעילותו). את פעילות האנזים לא רואים ישירות; מודדים אותה בעקיפין – לפי מידת הקרישה ולפי נפח הנוזל (הפפטידים) שלא נקרש (סעיף ב).

•מידת הקרישה – היא דרך המדידה של המשתנה התלוי (נשאלת בסעיף ב), ולא המשתנה התלוי עצמו.

•ריכוז מיצוי האננס – גורם קבוע.

•נפח תמיסת הג'לטין – גורם קבוע.

דרך המדידה: לאחר שהות באמבט הקר בודקים את מידת הקרישה (נקרש / נקרש חלקית / לא נקרש), ומודדים במשורה את נפח הנוזל שלא נקרש (מ"ל).

מדוע מתאימה: האנזים מפרק את הג'לטין לפפטידים, ופפטידים אינם נקרשים בטמפרטורה הנמוכה מ־$10^\circ\text{C}$, ואילו ג'לטין שלם נקרש. לכן נפח הנוזל שנשאר נוזלי בקור מבטא את כמות הג'לטין שפורקה: ככל שפעילות האנזים גבוהה יותר, נוצרו יותר פפטידים – והנפח הנוזלי גדול יותר (ומידת הקרישה קטנה יותר). זהו מדד כמותי (מ"ל) לפעילות האנזים.

ריכוז מיצוי האננס קובע את כמות האנזים במבחנה, וכמות האנזים משפיעה ישירות על מידת הפירוק של הג'לטין (ככל שיש יותר אנזים – מפורק יותר מצע). אילו הריכוז היה שונה בין המבחנות 2–5, הבדל בפירוק היה יכול לנבוע מכמות האנזים ולא מדרגת ה־pH – המשתנה הבלתי תלוי. לכן בכל המבחנות 2–5 נוסף 1 מ"ל מאותו מיצוי מהול (20%).

גורם קבוע אחד, למשל:

- נפח תמיסת הג'לטין (2 מ"ל) וריכוזה – כמות המצע;

- טמפרטורת "אמבט 1" ($37-40^\circ\text{C}$) ומשך השהייה (5 דקות), וכן "אמבט 2" (8 דקות מתחת ל־$10^\circ\text{C}$);

- מספר הטיפות הכולל (10 טיפות) בכל מבחנה – אותו נפח כולל.

מסקנה: דרגת ה־pH משפיעה על פעילות האנזים מפרק החלבון שבמיצוי האננס. בדרגות pH מתונות (מבחנות 5 ו־3) האנזים פעיל – הג'לטין מפורק לפפטידים ואינו נקרש; בסביבה חומצית מאוד (מבחנה 2) או בסיסית מאוד (מבחנה 4) פעילות האנזים נמוכה מאוד או מתבטלת – התמיסה נקרשת.

הסבר: האנזים הוא חלבון; לכל אנזים pH מיטבי. שינוי קיצוני ב־pH משנה את המטענים של חומצות האמינו, פוגע בקשרים המייצבים את המבנה המרחבי ומשנה את צורת האתר הפעיל – המצע אינו נקשר אליו כראוי, ואף עלולה להתרחש דנטורציה.

(הנימוק נכתב לפי דרגות ה־pH והתוצאות שנמדדו בפועל.)

גרף רציף, עם קו לכל זן פטרייה. המשתנה הבלתי תלוי – הזמן מן החשיפה – הוא משתנה כמותי רציף: יש משמעות לכל רגע בין המדידות (למשל יום 10), וחיבור הנקודות מראה את קצב העלייה בתמותה. המשתנה התלוי – שיעור התמותה (%) – כמותי. דיאגרמת עמודות מתאימה למשתנה בלתי תלוי קטגוריאלי.

מרכיבי הגרף:

- כותרת: "שיעור תמותת חרקים שנחשפו לפטריית *B. bassiana* משני זנים, כתלות בזמן שעבר מן החשיפה".

- ציר x: הזמן שעבר מן החשיפה (ימים), קנה מידה אחיד 0–20 (המדידה האחרונה אחרי יומיים בלבד – 16 ← 18).

- ציר y: שיעור תמותת החרקים (%), 0–100.

- שני קווים וסימון שונה, עם מקרא: זן א – (4,15), (8,35), (12,45), (16,60), (18,62); זן ב – (4,30), (8,60), (12,90), (16,97), (18,97).