בגרות בביולוגיה 043386 - קיץ 2019

הטבלה צריכה לכלול שורה לכל מערכת ניסוי ועמודות למשתנה הבלתי תלוי (מצב הזרעים/הנבטים בכל מערכת) ולמשתנה התלוי (המרחק שהנוזל זז), עם יחידות.

דוגמה לטבלה עם התוצאות הצפויות (המספרים להמחשה בלבד; בבחינה רושמים את המדידות שהתקבלו בפועל, כולל סימן מינוס אם הנוזל זז אחורה):

מגמת התוצאות הצפויה: בנבטים קצב הנשימה הגבוה ביותר – הנוזל זז הכי הרבה; בזרעים מותפחים – פחות; בזרעים יבשים – כמעט אין תזוזה (בדומה לבקרה); בבקרה – כמעט אין תזוזה.

כותרת לטבלה – צריכה לכלול את המשתנה הבלתי תלוי ואת המשתנה התלוי, למשל: "השפעת מצב הזרעים (יבשים, מותפחים, נבטים) על המרחק שעבר הנוזל בפיפטה – מדד לקליטת החמצן בנשימה התאית".

- "מערכת הניסוי" (שם המבחנה).

- "תכולת המבחנה" – המשתנה הבלתי תלוי (למשל 25 זרעים יבשים; אין זרעים – בקרה).

- "המרחק שהנוזל זז בפיפטה במשך 10 דקות (ס"מ)" – המשתנה התלוי, עם יחידות המידה.

(אפשר להוסיף עמודה "המרחק לאחר הפחתת תוצאת הבקרה (ס"מ)".)

תפקיד הבקרה: במערכת "בקרה" יש את כל מה שיש בשאר מערכות הניסוי – מבחנה, בסיס סידן, צמר גפן, פקק ופיפטה, באותם תנאים – פרט לזרעים או לנבטים.

•אם בבקרה הנוזל אינו זז, אפשר להסיק שתזוזת הנוזל במערכות האחרות נגרמת בגלל התהליך המתרחש בזרעים או בנבטים (קליטת חמצן בנשימה התאית).

•אם גם בבקרה הנוזל זז, סימן שגורם שאינו ביולוגי (שינוי בטמפרטורת החדר, דליפה בפקק) משפיע על נפח הגזים – ויש להביא זאת בחשבון.

בלי בקרה אי אפשר לדעת אם התוצאות נובעות מן המשתנה הבלתי תלוי (מצב הזרעים) או מגורם אחר.

בבקרה אין זרעים ואין נבטים, ולכן אין בה קליטת חמצן. אם בכל זאת הנוזל זז בה קדימה, נפח הגזים בה ירד בגלל גורם לא ביולוגי – לפי "לידיעתך 3", שינוי בטמפרטורת החדר עשוי לשנות את נפח הגזים (למשל ירידה בטמפרטורה מקטינה את נפח הגז).

גורם זה פועל באותה מידה גם על כל שאר המערכות, הנמצאות זו לצד זו באותו חדר ובאותם תנאים. לכן התזוזה הנמדדת בכל מערכת היא סכום של תזוזה שנגרמה על ידי קליטת החמצן בזרעים/בנבטים ושל תזוזה שנגרמה מן הגורם הלא־ביולוגי.

הפחתת התוצאה של הבקרה מכל תוצאה "מנקה" את השפעת הגורם הלא־ביולוגי, ונשארת רק התזוזה שנגרמה בגלל התהליך הביולוגי (התיקון הזה מכונה תיקון לפי הבקרה).

המשתנה התלוי: המרחק שהנוזל האדום עבר בפיפטה (מן הקו ההתחלתי עד הקו הסופי) במשך 10 דקות. מרחק זה משקף את הירידה בנפח הגזים במערכת, כלומר את כמות החמצן שנקלטה – מדד לקצב הנשימה התאית בזרעים או בנבטים.

(תשובה "קצב הנשימה התאית" מקובלת כאשר מציינים כיצד הוא נמדד – במרחק תזוזת הנוזל.)

1. בנשימה התאית: $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\text{O}_2 \rightarrow 6\text{CO}_2 + 6\text{H}_2\text{O}$ + אנרגיה (ATP). הזרעים/הנבטים קולטים חמצן מן האוויר שבמבחנה ופולטים פחמן דו־חמצני.

2. הפחמן הדו־חמצני מתרכב עם בסיס הסידן ויוצר תרכובת מוצקה שנפחה זניח (לידיעתך 2, 3) – לכן הוא אינו מחליף את החמצן שנקלט.

3. התוצאה: נפח הגזים במערכת הסגורה קטן בשיעור החמצן שנקלט, והלחץ מושך את הנוזל האדום בפיפטה לכיוון הפקק.

4. ככל שקצב הנשימה גבוה יותר, נקלט יותר חמצן ב־10 דקות, והנוזל זז מרחק גדול יותר. לכן המרחק הוא מדד מתאים לקצב קליטת החמצן – כלומר לקצב הנשימה.

בנבט הצומח חומרי התשמורת (עמילן, שומנים, חלבונים) שבפסיגים מפורקים, והגלוקוז מפורק בנשימה התאית, שבה מופקת אנרגיה בצורת ATP. ה־ATP משמש לתהליכים הצורכים אנרגיה בצמיחה. דוגמה (מספיק תהליך אחד):

- חלוקת תאים (מיטוזה) ברקמות הצומחות (קצה השורשון והנצרון): שכפול DNA, בניית חלבונים ותנועת הכרומוזומים צורכים ATP. בלי אנרגיה לא יתחלקו התאים והנבט לא יגדל.

(אפשרויות נוספות: ייצור חומרים – חלבונים, תאית לדופן התא החדשה – מחומרי התשמורת; הובלה פעילה של יונים מן הקרקע לשורש.)

בנוסף, תוצרי ביניים של הנשימה משמשים חומרי גלם לבניית חומרים חדשים בתאים.

התוצאות הצפויות: במערכת "יבשים" הנוזל כמעט אינו זז (תזוזה זניחה, קרובה לזו של הבקרה); במערכת "מותפחים" הנוזל זז לכיוון הפקק מרחק ניכר.

- המים הם הסביבה שבה מתרחשות התגובות בתא, וגם מגיבים בתגובות פירוק (הידרוליזה). בזרע יבש אחוז המים נמוך מאוד, ולכן האנזימים אינם פעילים: חומרי התשמורת אינם מפורקים ונשימה תאית כמעט אינה מתרחשת ← כמעט אין קליטת חמצן ← הנוזל אינו זז.

•בזרע המותפח נכנסו מים: האנזימים הופעלו, עמילן התשמורת מפורק לגלוקוז, והגלוקוז מפורק בנשימה התאית שבה נקלט חמצן ← נפח הגזים יורד ← הנוזל זז לכיוון הפקק.

(בבחינה עצמה התשובה נכתבת לפי התוצאות שהתקבלו בפועל.)

השערה: הקרה תעכב או תפסיק את צמיחת הנבטים, ואף עלולה להמית אותם.

נימוק: גבישי הקרח פוגעים בקרומי התאים (קרום התא וקרומי האברונים, ובהם המיטוכונדריות). קרום פגוע מאבד את החדירות הבררנית: תכולת התא דולפת, ריכוזי החומרים בתא אינם נשמרים והאנזימים אינם פועלים כראוי – התאים מתים. בתאים פגועים או מתים לא מתקיימת נשימה תאית, לא מופק ATP, ואין אנרגיה לחלוקות תאים ולבניית חומרים – לכן הנבטים לא יצמחו.

(קשר לניסוי: כפי שהנבטים המורתחים בחלק א לא הראו סימני נשימה, גם נבטים שתאיהם נהרסו לא יקיימו נשימה.)

גורמים קבועים בחלק ב (מספיק שניים):

- מספר הזרעים או הנבטים בכל מבחנה – 25.

- סוג הזרעים – לוביה בכל המערכות.

- כמות בסיס הסידן וצמר הגפן בכל מבחנה.

- גודל המבחנות והפיפטות (אותו נפח אוויר במערכת).

- משך זמן המדידה – 10 דקות, וזמן ההתייצבות – 5 דקות.

- מיקום המערכות – זו לצד זו, באותה תבנית מים ובאותה תנוחה.

דוגמה – מספר הזרעים או הנבטים (25 בכל מבחנה): כמות החמצן שנקלטת במבחנה תלויה בכמות הרקמה החיה שבה. אילו באחת המבחנות היו יותר זרעים, נקלט בה יותר חמצן והנוזל זז יותר גם בלי קשר למצב הזרעים. שמירה על מספר זהה מבטיחה שההבדל בתזוזת הנוזל בין המערכות נובע רק מן המשתנה הבלתי תלוי – מצב הזרעים.

(דוגמה אחרת: משך המדידה – ככל שהמדידה ארוכה יותר, הנוזל זז יותר; לכן כל המערכות נמדדו במשך 10 דקות.)

- "טטרזוליום — נבטים": הנבטים נצבעים ורוד־סגול (הצבע בולט במיוחד בשורשון ובקצהו, שבו התאים פעילים מאוד).

- "טטרזוליום — מורתחים": אין שינוי צבע – הנבטים בצבעם הטבעי והתמיסה נשארת חסרת צבע.

(בבחינה כותבים את הצבע שנצפה בפועל.)

- נבטים: הנבטים חיים, ובתאיהם מתרחשת נשימה תאית המזורזת בידי אנזימים. לפי "לידיעתך 1", בנוכחות תוצרים של תהליך הנשימה הטטרזוליום הופך לוורוד־סגול – ולכן הנבטים נצבעו. הצבע מעיד שמתרחשת בהם נשימה תאית.

- מורתחים: בהרתחה החום גרם לדנטורציה של החלבונים – ובהם האנזימים המזרזים את תגובות הנשימה – ופגע בקרומי התאים; התאים מתו. לכן לא מתרחשת נשימה תאית, לא נוצרים תוצרי נשימה, והטטרזוליום לא שינה את צבעו.

המבחנה עם הנבטים המורתחים משמשת בקרה: היא מראה ששינוי הצבע נגרם בגלל תהליך ביולוגי בנבטים חיים, ולא בגלל הנבטים עצמם (צבעם או חומר כלשהו בהם).

- חלק א: לפי "לידיעתך 1", הטטרזוליום משנה את צבעו בנוכחות תוצרים של תהליך הנשימה – כלומר בודקים תוצר של התהליך.

- חלק ב: לפי "לידיעתך 3", ה־$\text{CO}_2$ (תוצר) נקשר לבסיס הסידן ואינו משפיע על נפח הגזים. תזוזת הנוזל נובעת מירידה בנפח החמצן – המגיב בנשימה – ולכן עוקבים אחר צריכת המגיב.

- חלק א – ניסוי איכותי: התוצאה היא תצפית בשינוי צבע – יש צבע ורוד־סגול או אין. התוצאה מראה אם מתרחשת נשימה, אך אינה נותנת ערך מספרי לקצב הנשימה.

- חלק ב – ניסוי כמותי: מדדנו בסרגל את המרחק שהנוזל זז (בס"מ) בפרק זמן קבוע – ערך מספרי המאפשר להשוות כמה חמצן נקלט בכל מערכת.

הנבט אינו זקוק לאור בשלב זה, כי הוא אינו תלוי בפוטוסינתזה: בפסיגי הזרע אגורים חומרי תשמורת – בעיקר עמילן, וגם חלבונים ושומנים. בנביטה האנזימים מפרקים אותם לחומרים פשוטים (גלוקוז, חומצות אמינו), והנבט:

•מפרק את הגלוקוז בנשימה תאית ומפיק ATP לתהליכי הצמיחה;

•משתמש בחומרים הפשוטים לבניית חומרים חדשים (חלבונים, תאית) בתאים החדשים.

לא. כמות חומרי התשמורת בזרע מוגבלת. לאחר שינוצלו, הצמח חייב לייצר בעצמו חומרים אורגניים בפוטוסינתזה, ולתהליך זה דרושה אנרגיית אור (וגם כלורופיל – שבחושך כמעט אינו נוצר; נבטים בחושך מוארכים וחיוורים). בלי אור לא יהיה לצמח מקור לגלוקוז לנשימה ולבניית גופו, ולכן הוא יפסיק לגדול ובסופו של דבר ימות.

גרף רציף. בגרף רציף מציגים קשר בין שני משתנים כמותיים רציפים. כאן המשתנה הבלתי תלוי הוא זמן האחסון (בחודשים) – משתנה כמותי רציף: בין 12 ל־18 חודשים יש אינסוף ערכי ביניים בעלי משמעות, וחיבור הנקודות בקו מאפשר להעריך את שיעור הנביטה גם בזמנים שלא נמדדו ולראות את המגמה. המשתנה התלוי – שיעור הנביטה (%) – גם הוא כמותי.

דיאגרמת עמודות מתאימה כאשר המשתנה הבלתי תלוי הוא קטגוריאלי (למשל מיני צמחים שונים, סוגי טיפול), שאין משמעות לערכי ביניים ביניהם.

טעות נפוצה: לבחור בדיאגרמת עמודות "כי יש מעט מדידות". מספר המדידות אינו קובע – סוג המשתנה הבלתי תלוי קובע.

מרכיבי הגרף הנדרשים:

- כותרת: "השפעת משך זמן האחסון של זרעי סויה (ב־$25^\circ\text{C}$) על שיעור הנביטה שלהם".

- ציר x (המשתנה הבלתי תלוי): זמן האחסון של הזרעים (חודשים), בקנה מידה אחיד – למשל משבצת לכל חודש, מ־0 עד 18 לפחות. שימו לב: המרווח בין 12 ל־18 חודשים גדול פי שניים מן המרווחים האחרים, וקנה מידה אחיד מבטא זאת.

- ציר y (המשתנה התלוי): שיעור הנביטה (אחוזים), בקנה מידה אחיד – למשל 0 עד 100 בקפיצות של 10.

- הנקודות: (0, 95), (3, 85), (6, 80), (9, 75), (12, 70), (18, 65), מחוברות בקו.

מגמה כללית: קשר הפוך – ככל שמשך זמן האחסון של זרעי הסויה ארוך יותר, שיעור הנביטה שלהם נמוך יותר.

נתונים: בזמן 0 נבטו 95% מן הזרעים, ולאחר 18 חודשי אחסון – 65% בלבד; ירידה של 30 נקודות אחוז (כשליש מן הערך ההתחלתי, כ־32%).

- 0–3 חודשים: ירידה של 10 נקודות אחוז (מ־95% ל־85%) – הירידה החדה ביותר.

- 3–12 חודשים: ירידה של 5 נקודות אחוז בכל 3 חודשים (85 ← 80 ← 75 ← 70).

- 12–18 חודשים: ירידה של 5 נקודות אחוז בלבד במשך 6 חודשים (70 ← 65) – הירידה האיטית ביותר.

השערה: לאחר 24 חודשים שיעור הנביטה יהיה נמוך מ־65% – בערך 60%.

נימוק: בכל פרקי הזמן שנבדקו שיעור הנביטה ירד עם הזמן, כלומר במהלך האחסון יותר ויותר עוברים מאבדים את חיוניותם (למשל בגלל פגיעה מצטברת בקרומים ובחומרים בתאים, וניצול איטי של חומרי התשמורת בנשימה). אם המגמה תימשך בקצב שנמדד בין 12 ל־18 חודשים (ירידה של כ־5 נקודות אחוז ב־6 חודשים), לאחר 6 חודשים נוספים שיעור הנביטה יהיה בסביבות 60%. (תשובה "נמוך מ־65%" עם נימוק המגמה מספיקה.)

1. מה מראה טבלה 2: ככל שזמן האחסון ארוך יותר, המוליכות החשמלית של תמיסת ההשריה עולה – מ־60 יחידות בזמן 0 ל־80 לאחר 12 חודשים ול־115 לאחר 18 חודשים (עלייה של כ־92%).

2. מה פירוש הדבר: מוליכות גבוהה יותר = ריכוז מלחים גבוה יותר בתמיסה. מלחים דולפים מן הזרעים כאשר יש בהם תאים מתים או תאים שקרום התא שלהם נפגע – הקרום מאבד את החדירות הבררנית שלו, ויונים יוצאים מן התאים אל התמיסה.

3. הקשר לניסוי 1: ככל שזמן האחסון התארך, בזרעים הצטברו יותר תאים פגועים ומתים. כאשר התאים של העובר נפגעים או מתים, העובר אינו יכול לגדול, והזרע אינו נובט – כלומר חיוניות הזרעים יורדת. לכן שיעור הנביטה ירד (מ־95% ל־65%) בזמן שהמוליכות עלתה: יש קשר הפוך בין שני המדדים.

נימוק: בחלק א הנבטים המורתחים לא נצבעו בטטרזוליום – לא התרחשה בהם נשימה תאית, כלומר תאיהם מתים. ההרתחה גרמה לדנטורציה של החלבונים ופגעה בקרומי התאים. דרך קרומים פגועים דולפים מן התאים חומרים, ובהם מלחים (יונים), אל תמיסת ההשריה – וריכוז מלחים גבוה יותר פירושו מוליכות חשמלית גבוהה יותר. בנבטים החיים (שנצבעו – נשימה פעילה) הקרומים שלמים ובוררים, והדליפה קטנה – המוליכות נמוכה יותר.

תנאי בית הגידול: במדבר יהודה הלחות של האוויר ושל הקרקע נמוכות מאוד, ולכן הזרע נשאר יבש במשך אלפי שנים.

הקשר לחלק ב: במערכת "יבשים" הנוזל כמעט לא זז – בזרעים יבשים קצב הנשימה התאית נמוך מאוד, כי בלי מים האנזימים כמעט אינם פעילים. כך:

•חומרי התשמורת בזרע לא נוצלו במשך הזמן הרב, ונשארו זמינים לנביטה;

•העובר נשאר במצב תרדמה (פעילות מטבולית מזערית) ולא מת.

(בנוסף, ביובש כמעט אין פעילות של חיידקים ופטריות שהיו מרקיבים את הזרע.) כאשר החוקרים סיפקו לזרע מים, האנזימים הופעלו, והזרע נבט – כמו הזרעים המותפחים בניסוי.

כן. תוצאות ניסוי 1 מראות שככל שזמן האחסון ארוך יותר, שיעור הנביטה נמוך יותר – בכל פרק זמן חלק נוסף מן הזרעים מאבד את חיוניותו (העובר נפגע או מת). זרעי מצדה אוחסנו כאלפיים שנה – כ־24,000 חודשים, זמן ארוך פי יותר מ־1,300 מ־18 החודשים שבניסוי – ולכן צפוי שכמעט כל הזרעים איבדו את חיוניותם, ורק זרע אחד שעוברו נשאר חי הצליח לנבוט.

(הסתייגות: ניסוי 1 נערך בזרעי סויה ובטמפרטורה של $25^\circ\text{C}$, ולא בזרעי תמר בתנאי מדבר; לכן זו הכללה זהירה של המגמה, לא הוכחה.)

הטבלה צריכה לכלול שורה לכל מערכת ניסוי ועמודות למשתנה הבלתי תלוי (מצב הזרעים/הנבטים בכל מערכת) ולמשתנה התלוי (המרחק שהנוזל זז), עם יחידות.

דוגמה לטבלה עם התוצאות הצפויות (המספרים להמחשה בלבד; בבחינה רושמים את המדידות שהתקבלו בפועל, כולל סימן מינוס אם הנוזל זז אחורה):

מגמת התוצאות הצפויה: בנבטים קצב הנשימה הגבוה ביותר – הנוזל זז הכי הרבה; בזרעים מותפחים – פחות; בזרעים יבשים ובנבטים שתאיהם נהרסו (מוקפאים) – כמעט אין תזוזה; בבקרה – כמעט אין תזוזה.

כותרת לטבלה – צריכה לכלול את המשתנה הבלתי תלוי ואת המשתנה התלוי, למשל: "השפעת מצב הזרעים (יבשים, מותפחים, נבטים) על המרחק שעבר הנוזל בפיפטה – מדד לקליטת החמצן בנשימה התאית".

- "מערכת הניסוי" (שם המבחנה).

- "תכולת המבחנה" – המשתנה הבלתי תלוי (למשל 25 זרעים יבשים; אין זרעים – בקרה).

- "המרחק שהנוזל זז בפיפטה במשך 10 דקות (ס"מ)" – המשתנה התלוי, עם יחידות המידה.

(אפשר להוסיף עמודה "המרחק לאחר הפחתת תוצאת הבקרה (ס"מ)".)

תפקיד הבקרה: במערכת "בקרה" יש את כל מה שיש בשאר מערכות הניסוי – מבחנה, בסיס סידן, צמר גפן, פקק ופיפטה, באותם תנאים – פרט לזרעים או לנבטים.

•אם בבקרה הנוזל אינו זז, אפשר להסיק שתזוזת הנוזל במערכות האחרות נגרמת בגלל התהליך המתרחש בזרעים או בנבטים (קליטת חמצן בנשימה התאית).

•אם גם בבקרה הנוזל זז, סימן שגורם שאינו ביולוגי (שינוי בטמפרטורת החדר, דליפה בפקק) משפיע על נפח הגזים – ויש להביא זאת בחשבון.

בלי בקרה אי אפשר לדעת אם התוצאות נובעות מן המשתנה הבלתי תלוי (מצב הזרעים) או מגורם אחר.

בבקרה אין זרעים ואין נבטים, ולכן אין בה קליטת חמצן. אם בכל זאת הנוזל זז בה קדימה, נפח הגזים בה ירד בגלל גורם לא ביולוגי – לפי "לידיעתך 3", שינוי בטמפרטורת החדר עשוי לשנות את נפח הגזים (למשל ירידה בטמפרטורה מקטינה את נפח הגז).

גורם זה פועל באותה מידה גם על כל שאר המערכות, הנמצאות זו לצד זו באותו חדר ובאותם תנאים. לכן התזוזה הנמדדת בכל מערכת היא סכום של תזוזה שנגרמה על ידי קליטת החמצן בזרעים/בנבטים ושל תזוזה שנגרמה מן הגורם הלא־ביולוגי.

הפחתת התוצאה של הבקרה מכל תוצאה "מנקה" את השפעת הגורם הלא־ביולוגי, ונשארת רק התזוזה שנגרמה בגלל התהליך הביולוגי (התיקון הזה מכונה תיקון לפי הבקרה).

המשתנה התלוי: המרחק שהנוזל האדום עבר בפיפטה (מן הקו ההתחלתי עד הקו הסופי) במשך 10 דקות. מרחק זה משקף את הירידה בנפח הגזים במערכת, כלומר את כמות החמצן שנקלטה – מדד לקצב הנשימה התאית בזרעים או בנבטים.

(תשובה "קצב הנשימה התאית" מקובלת כאשר מציינים כיצד הוא נמדד – במרחק תזוזת הנוזל.)

1. בנשימה התאית: $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\text{O}_2 \rightarrow 6\text{CO}_2 + 6\text{H}_2\text{O}$ + אנרגיה (ATP). הזרעים/הנבטים קולטים חמצן מן האוויר שבמבחנה ופולטים פחמן דו־חמצני.

2. הפחמן הדו־חמצני מתרכב עם בסיס הסידן ויוצר תרכובת מוצקה שנפחה זניח (לידיעתך 2, 3) – לכן הוא אינו מחליף את החמצן שנקלט.

3. התוצאה: נפח הגזים במערכת הסגורה קטן בשיעור החמצן שנקלט, והלחץ מושך את הנוזל האדום בפיפטה לכיוון הפקק.

4. ככל שקצב הנשימה גבוה יותר, נקלט יותר חמצן ב־10 דקות, והנוזל זז מרחק גדול יותר. לכן המרחק הוא מדד מתאים לקצב קליטת החמצן – כלומר לקצב הנשימה.

בנבט הצומח חומרי התשמורת (עמילן, שומנים, חלבונים) שבפסיגים מפורקים, והגלוקוז מפורק בנשימה התאית, שבה מופקת אנרגיה בצורת ATP. ה־ATP משמש לתהליכים הצורכים אנרגיה בצמיחה. דוגמה (מספיק תהליך אחד):

- חלוקת תאים (מיטוזה) ברקמות הצומחות (קצה השורשון והנצרון): שכפול DNA, בניית חלבונים ותנועת הכרומוזומים צורכים ATP. בלי אנרגיה לא יתחלקו התאים והנבט לא יגדל.

(אפשרויות נוספות: ייצור חומרים – חלבונים, תאית לדופן התא החדשה – מחומרי התשמורת; הובלה פעילה של יונים מן הקרקע לשורש.)

בנוסף, תוצרי ביניים של הנשימה משמשים חומרי גלם לבניית חומרים חדשים בתאים.

התוצאות הצפויות: במערכת "יבשים" הנוזל כמעט אינו זז (תזוזה זניחה, קרובה לזו של הבקרה); במערכת "מותפחים" הנוזל זז לכיוון הפקק מרחק ניכר.

- המים הם הסביבה שבה מתרחשות התגובות בתא, וגם מגיבים בתגובות פירוק (הידרוליזה). בזרע יבש אחוז המים נמוך מאוד, ולכן האנזימים אינם פעילים: חומרי התשמורת אינם מפורקים ונשימה תאית כמעט אינה מתרחשת ← כמעט אין קליטת חמצן ← הנוזל אינו זז.

•בזרע המותפח נכנסו מים: האנזימים הופעלו, עמילן התשמורת מפורק לגלוקוז, והגלוקוז מפורק בנשימה התאית שבה נקלט חמצן ← נפח הגזים יורד ← הנוזל זז לכיוון הפקק.

(בבחינה עצמה התשובה נכתבת לפי התוצאות שהתקבלו בפועל.)

התוצאה הצפויה: במערכת "מוקפאים" הנוזל כמעט אינו זז – התזוזה קרובה לזו של הבקרה וקטנה בהרבה מזו של הנבטים הטריים.

הסבר: בהקפאה נוצרו בתאים גבישי קרח שפגעו בקרומי התאים (וגם בקרומי המיטוכונדריות). התאים איבדו את שלמותם, תכולתם דלפה והם מתו. בתאים מתים לא מתרחשת נשימה תאית – לא נקלט חמצן – ולכן נפח הגזים במערכת אינו יורד והנוזל אינו זז.

(אם בפועל התקבלה תזוזה קטנה, אפשר להסביר שחלק מן התאים שרדו את ההקפאה.)

גורמים קבועים בחלק ב (מספיק שניים):

- מספר הזרעים או הנבטים בכל מבחנה – 25.

- סוג הזרעים – לוביה בכל המערכות.

- כמות בסיס הסידן וצמר הגפן בכל מבחנה.

- גודל המבחנות והפיפטות (אותו נפח אוויר במערכת).

- משך זמן המדידה – 10 דקות, וזמן ההתייצבות – 5 דקות.

- מיקום המערכות – זו לצד זו, באותה תבנית מים ובאותה תנוחה.

דוגמה – מספר הזרעים או הנבטים (25 בכל מבחנה): כמות החמצן שנקלטת במבחנה תלויה בכמות הרקמה החיה שבה. אילו באחת המבחנות היו יותר זרעים, נקלט בה יותר חמצן והנוזל זז יותר גם בלי קשר למצב הזרעים. שמירה על מספר זהה מבטיחה שההבדל בתזוזת הנוזל בין המערכות נובע רק מן המשתנה הבלתי תלוי – מצב הזרעים.

(דוגמה אחרת: משך המדידה – ככל שהמדידה ארוכה יותר, הנוזל זז יותר; לכן כל המערכות נמדדו במשך 10 דקות.)

(1) במבחנה "אגר" (בלי נבטים) הצבע נשאר אדום (ורוד־אדום) – הסביבה אינה חומצית.

(2) במבחנה "נבטים באגר", באזור שבו צמחו השורשונים, האגר נצבע כתום־צהוב – הסביבה נעשתה חומצית.

(בבחינה כותבים את הצבע שנצפה בפועל.)

התהליך: נשימה תאית בתאי השורשונים: $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\text{O}_2 \rightarrow 6\text{CO}_2 + 6\text{H}_2\text{O}$ + אנרגיה.

הסבר שינוי הצבע: הפחמן הדו־חמצני הנוצר בנשימה מתפזר (בדיפוזיה) מתאי השורשון אל האגר שסביבו. לפי "לידיעתך 1", $\text{CO}_2$ מגיב עם מים (ובאגר יש הרבה מים) ונוצרת סביבה חומצית (חומצה פחמתית). בסביבה חומצית הפנול האדום משנה את צבעו מוורוד־אדום לכתום־צהוב – לכן השינוי נראה דווקא באזור השורשונים. במבחנה "אגר" אין תאים חיים, אין פליטת $\text{CO}_2$, והצבע לא השתנה – היא משמשת בקרה.

- חלק א: לפי "לידיעתך 1", שינוי הצבע נגרם בגלל $\text{CO}_2$ – תוצר של הנשימה – היוצר סביבה חומצית.

- חלק ב: לפי "לידיעתך 3", ה־$\text{CO}_2$ נקשר לבסיס הסידן ואינו משפיע על נפח הגזים. תזוזת הנוזל נובעת מקליטת החמצן – המגיב בנשימה.

- חלק א – ניסוי איכותי: התוצאה היא שינוי צבע של האינדיקטור – יש שינוי או אין – בלי ערך מספרי.

- חלק ב – ניסוי כמותי: מדדנו בסרגל את המרחק שהנוזל זז (בס"מ) בזמן קבוע – ערך מספרי המאפשר להשוות כמה חמצן נקלט בכל מערכת.

הנבט אינו זקוק לאור בשלב זה, כי הוא אינו תלוי בפוטוסינתזה: בפסיגי הזרע אגורים חומרי תשמורת – בעיקר עמילן, וגם חלבונים ושומנים. בנביטה האנזימים מפרקים אותם לחומרים פשוטים (גלוקוז, חומצות אמינו), והנבט:

•מפרק את הגלוקוז בנשימה תאית ומפיק ATP לתהליכי הצמיחה;

•משתמש בחומרים הפשוטים לבניית חומרים חדשים (חלבונים, תאית) בתאים החדשים.

לא. כמות חומרי התשמורת בזרע מוגבלת. לאחר שינוצלו, הצמח חייב לייצר בעצמו חומרים אורגניים בפוטוסינתזה, ולתהליך זה דרושה אנרגיית אור (וגם כלורופיל – שבחושך כמעט אינו נוצר; נבטים בחושך מוארכים וחיוורים). בלי אור לא יהיה לצמח מקור לגלוקוז לנשימה ולבניית גופו, ולכן הוא יפסיק לגדול ובסופו של דבר ימות.

גרף רציף. בגרף רציף מציגים קשר בין שני משתנים כמותיים רציפים. כאן המשתנה הבלתי תלוי הוא זמן האחסון (בחודשים) – משתנה כמותי רציף: בין 12 ל־18 חודשים יש אינסוף ערכי ביניים בעלי משמעות, וחיבור הנקודות בקו מאפשר להעריך את שיעור הנביטה גם בזמנים שלא נמדדו ולראות את המגמה. המשתנה התלוי – שיעור הנביטה (%) – גם הוא כמותי.

דיאגרמת עמודות מתאימה כאשר המשתנה הבלתי תלוי הוא קטגוריאלי (למשל מיני צמחים שונים, סוגי טיפול), שאין משמעות לערכי ביניים ביניהם.

טעות נפוצה: לבחור בדיאגרמת עמודות "כי יש מעט מדידות". מספר המדידות אינו קובע – סוג המשתנה הבלתי תלוי קובע.

מרכיבי הגרף הנדרשים:

- כותרת: "השפעת משך זמן האחסון של זרעי סויה (ב־$25^\circ\text{C}$) על שיעור הנביטה שלהם".

- ציר x (המשתנה הבלתי תלוי): זמן האחסון של הזרעים (חודשים), בקנה מידה אחיד – למשל משבצת לכל חודש, מ־0 עד 18 לפחות. שימו לב: המרווח בין 12 ל־18 חודשים גדול פי שניים מן המרווחים האחרים, וקנה מידה אחיד מבטא זאת.

- ציר y (המשתנה התלוי): שיעור הנביטה (אחוזים), בקנה מידה אחיד – למשל 0 עד 100 בקפיצות של 10.

- הנקודות: (0, 95), (3, 85), (6, 80), (9, 75), (12, 70), (18, 65), מחוברות בקו.

מגמה כללית: קשר הפוך – ככל שמשך זמן האחסון של זרעי הסויה ארוך יותר, שיעור הנביטה שלהם נמוך יותר.

נתונים: בזמן 0 נבטו 95% מן הזרעים, ולאחר 18 חודשי אחסון – 65% בלבד; ירידה של 30 נקודות אחוז (כשליש מן הערך ההתחלתי, כ־32%).

- 0–3 חודשים: ירידה של 10 נקודות אחוז (מ־95% ל־85%) – הירידה החדה ביותר.

- 3–12 חודשים: ירידה של 5 נקודות אחוז בכל 3 חודשים (85 ← 80 ← 75 ← 70).

- 12–18 חודשים: ירידה של 5 נקודות אחוז בלבד במשך 6 חודשים (70 ← 65) – הירידה האיטית ביותר.

השערה: לאחר 24 חודשים שיעור הנביטה יהיה נמוך מ־65% – בערך 60%.

נימוק: בכל פרקי הזמן שנבדקו שיעור הנביטה ירד עם הזמן, כלומר במהלך האחסון יותר ויותר עוברים מאבדים את חיוניותם (למשל בגלל פגיעה מצטברת בקרומים ובחומרים בתאים, וניצול איטי של חומרי התשמורת בנשימה). אם המגמה תימשך בקצב שנמדד בין 12 ל־18 חודשים (ירידה של כ־5 נקודות אחוז ב־6 חודשים), לאחר 6 חודשים נוספים שיעור הנביטה יהיה בסביבות 60%. (תשובה "נמוך מ־65%" עם נימוק המגמה מספיקה.)

1. מה מראה טבלה 2: ככל שזמן האחסון ארוך יותר, המוליכות החשמלית של תמיסת ההשריה עולה – מ־60 יחידות בזמן 0 ל־80 לאחר 12 חודשים ול־115 לאחר 18 חודשים (עלייה של כ־92%).

2. מה פירוש הדבר: מוליכות גבוהה יותר = ריכוז מלחים גבוה יותר בתמיסה. מלחים דולפים מן הזרעים כאשר יש בהם תאים מתים או תאים שקרום התא שלהם נפגע – הקרום מאבד את החדירות הבררנית שלו, ויונים יוצאים מן התאים אל התמיסה.

3. הקשר לניסוי 1: ככל שזמן האחסון התארך, בזרעים הצטברו יותר תאים פגועים ומתים. כאשר התאים של העובר נפגעים או מתים, העובר אינו יכול לגדול, והזרע אינו נובט – כלומר חיוניות הזרעים יורדת. לכן שיעור הנביטה ירד (מ־95% ל־65%) בזמן שהמוליכות עלתה: יש קשר הפוך בין שני המדדים.

נימוק: בחלק ב, במערכת "מוקפאים" הנוזל כמעט לא זז (כמו בבקרה), ואילו במערכת "נבטים" הוא זז הרבה. כלומר בנבטים המוקפאים כמעט אין קליטת חמצן – אין נשימה תאית – התאים מתים. בהקפאה נוצרו גבישי קרח שפגעו בקרומי התאים; דרך קרומים פגועים דולפים חומרים, ובהם מלחים, אל תמיסת ההשריה – ולכן המוליכות החשמלית בה גבוהה יותר. בנבטים החיים הקרומים שלמים ובוררים, והדליפה מועטה.

תנאי בית הגידול: במדבר יהודה הלחות של האוויר ושל הקרקע נמוכות מאוד, ולכן הזרע נשאר יבש במשך אלפי שנים.

הקשר לחלק ב: במערכת "יבשים" הנוזל כמעט לא זז – בזרעים יבשים קצב הנשימה התאית נמוך מאוד, כי בלי מים האנזימים כמעט אינם פעילים. כך:

•חומרי התשמורת בזרע לא נוצלו במשך הזמן הרב, ונשארו זמינים לנביטה;

•העובר נשאר במצב תרדמה (פעילות מטבולית מזערית) ולא מת.

(בנוסף, ביובש כמעט אין פעילות של חיידקים ופטריות שהיו מרקיבים את הזרע.) כאשר החוקרים סיפקו לזרע מים, האנזימים הופעלו, והזרע נבט – כמו הזרעים המותפחים בניסוי.

כן. תוצאות ניסוי 1 מראות שככל שזמן האחסון ארוך יותר, שיעור הנביטה נמוך יותר – בכל פרק זמן חלק נוסף מן הזרעים מאבד את חיוניותו (העובר נפגע או מת). זרעי מצדה אוחסנו כאלפיים שנה – כ־24,000 חודשים, זמן ארוך פי יותר מ־1,300 מ־18 החודשים שבניסוי – ולכן צפוי שכמעט כל הזרעים איבדו את חיוניותם, ורק זרע אחד שעוברו נשאר חי הצליח לנבוט.

(הסתייגות: ניסוי 1 נערך בזרעי סויה ובטמפרטורה של $25^\circ\text{C}$, ולא בזרעי תמר בתנאי מדבר; לכן זו הכללה זהירה של המגמה, לא הוכחה.)

הטבלה צריכה לכלול שורה לכל מערכת ניסוי ועמודות למשתנה הבלתי תלוי (מצב הזרעים/הנבטים בכל מערכת) ולמשתנה התלוי (המרחק שהנוזל זז), עם יחידות.

דוגמה לטבלה עם התוצאות הצפויות (המספרים להמחשה בלבד; בבחינה רושמים את המדידות שהתקבלו בפועל, כולל סימן מינוס אם הנוזל זז אחורה):

מגמת התוצאות הצפויה: בנבטים קצב הנשימה הגבוה ביותר – הנוזל זז הכי הרבה; בזרעים מותפחים – פחות; בנבטים שתאיהם נהרסו (מוקפאים) – כמעט אין תזוזה; בבקרה – כמעט אין תזוזה.

כותרת לטבלה – צריכה לכלול את המשתנה הבלתי תלוי ואת המשתנה התלוי, למשל: "השפעת מצב הזרעים (מותפחים, נבטים, נבטים מוקפאים) על המרחק שעבר הנוזל בפיפטה – מדד לקליטת החמצן בנשימה התאית".

- "מערכת הניסוי" (שם המבחנה).

- "תכולת המבחנה" – המשתנה הבלתי תלוי (למשל 25 זרעים מותפחים; אין זרעים – בקרה).

- "המרחק שהנוזל זז בפיפטה במשך 10 דקות (ס"מ)" – המשתנה התלוי, עם יחידות המידה.

(אפשר להוסיף עמודה "המרחק לאחר הפחתת תוצאת הבקרה (ס"מ)".)

תפקיד הבקרה: במערכת "בקרה" יש את כל מה שיש בשאר מערכות הניסוי – מבחנה, בסיס סידן, צמר גפן, פקק ופיפטה, באותם תנאים – פרט לזרעים או לנבטים.

•אם בבקרה הנוזל אינו זז, אפשר להסיק שתזוזת הנוזל במערכות האחרות נגרמת בגלל התהליך המתרחש בזרעים או בנבטים (קליטת חמצן בנשימה התאית).

•אם גם בבקרה הנוזל זז, סימן שגורם שאינו ביולוגי (שינוי בטמפרטורת החדר, דליפה בפקק) משפיע על נפח הגזים – ויש להביא זאת בחשבון.

בלי בקרה אי אפשר לדעת אם התוצאות נובעות מן המשתנה הבלתי תלוי (מצב הזרעים) או מגורם אחר.

בבקרה אין זרעים ואין נבטים, ולכן אין בה קליטת חמצן. אם בכל זאת הנוזל זז בה קדימה, נפח הגזים בה ירד בגלל גורם לא ביולוגי – לפי "לידיעתך 3", שינוי בטמפרטורת החדר עשוי לשנות את נפח הגזים (למשל ירידה בטמפרטורה מקטינה את נפח הגז).

גורם זה פועל באותה מידה גם על כל שאר המערכות, הנמצאות זו לצד זו באותו חדר ובאותם תנאים. לכן התזוזה הנמדדת בכל מערכת היא סכום של תזוזה שנגרמה על ידי קליטת החמצן בזרעים/בנבטים ושל תזוזה שנגרמה מן הגורם הלא־ביולוגי.

הפחתת התוצאה של הבקרה מכל תוצאה "מנקה" את השפעת הגורם הלא־ביולוגי, ונשארת רק התזוזה שנגרמה בגלל התהליך הביולוגי (התיקון הזה מכונה תיקון לפי הבקרה).

המשתנה התלוי: המרחק שהנוזל האדום עבר בפיפטה (מן הקו ההתחלתי עד הקו הסופי) במשך 10 דקות. מרחק זה משקף את הירידה בנפח הגזים במערכת, כלומר את כמות החמצן שנקלטה – מדד לקצב הנשימה התאית בזרעים או בנבטים.

(תשובה "קצב הנשימה התאית" מקובלת כאשר מציינים כיצד הוא נמדד – במרחק תזוזת הנוזל.)

1. בנשימה התאית: $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\text{O}_2 \rightarrow 6\text{CO}_2 + 6\text{H}_2\text{O}$ + אנרגיה (ATP). הזרעים/הנבטים קולטים חמצן מן האוויר שבמבחנה ופולטים פחמן דו־חמצני.

2. הפחמן הדו־חמצני מתרכב עם בסיס הסידן ויוצר תרכובת מוצקה שנפחה זניח (לידיעתך 2, 3) – לכן הוא אינו מחליף את החמצן שנקלט.

3. התוצאה: נפח הגזים במערכת הסגורה קטן בשיעור החמצן שנקלט, והלחץ מושך את הנוזל האדום בפיפטה לכיוון הפקק.

4. ככל שקצב הנשימה גבוה יותר, נקלט יותר חמצן ב־10 דקות, והנוזל זז מרחק גדול יותר. לכן המרחק הוא מדד מתאים לקצב קליטת החמצן – כלומר לקצב הנשימה.

בנבט הצומח חומרי התשמורת (עמילן, שומנים, חלבונים) שבפסיגים מפורקים, והגלוקוז מפורק בנשימה התאית, שבה מופקת אנרגיה בצורת ATP. ה־ATP משמש לתהליכים הצורכים אנרגיה בצמיחה. דוגמה (מספיק תהליך אחד):

- חלוקת תאים (מיטוזה) ברקמות הצומחות (קצה השורשון והנצרון): שכפול DNA, בניית חלבונים ותנועת הכרומוזומים צורכים ATP. בלי אנרגיה לא יתחלקו התאים והנבט לא יגדל.

(אפשרויות נוספות: ייצור חומרים – חלבונים, תאית לדופן התא החדשה – מחומרי התשמורת; הובלה פעילה של יונים מן הקרקע לשורש.)

בנוסף, תוצרי ביניים של הנשימה משמשים חומרי גלם לבניית חומרים חדשים בתאים.

התוצאה הצפויה: במערכת "מותפחים" הנוזל זז לכיוון הפקק (מרחק גדול מזה של הבקרה, אך בדרך כלל קטן מזה של הנבטים).

הסבר: המים הם הסביבה שבה מתרחשות התגובות בתא וגם מגיב בתגובות הפירוק. בזרע יבש אחוז המים נמוך מאוד והאנזימים כמעט אינם פעילים. בהשריה נכנסו מים לזרע: האנזימים הופעלו, עמילן התשמורת מפורק לגלוקוז, והגלוקוז מפורק בנשימה התאית – תהליך שבו נקלט חמצן. החמצן שנקלט מקטין את נפח הגזים (הפחמן הדו־חמצני נקשר לבסיס הסידן), והנוזל זז לכיוון הפקק.

התוצאה הצפויה: במערכת "מוקפאים" הנוזל כמעט אינו זז – התזוזה קרובה לזו של הבקרה וקטנה בהרבה מזו של הנבטים הטריים.

הסבר: בהקפאה נוצרו בתאים גבישי קרח שפגעו בקרומי התאים (וגם בקרומי המיטוכונדריות). התאים איבדו את שלמותם, תכולתם דלפה והם מתו. בתאים מתים לא מתרחשת נשימה תאית – לא נקלט חמצן – ולכן נפח הגזים במערכת אינו יורד והנוזל אינו זז.

(אם בפועל התקבלה תזוזה קטנה, אפשר להסביר שחלק מן התאים שרדו את ההקפאה.)

גורמים קבועים בחלק ב (מספיק שניים):

- מספר הזרעים או הנבטים בכל מבחנה – 25.

- סוג הזרעים – עדשים בכל המערכות.

- כמות בסיס הסידן וצמר הגפן בכל מבחנה.

- גודל המבחנות והפיפטות (אותו נפח אוויר במערכת).

- משך זמן המדידה – 10 דקות, וזמן ההתייצבות – 5 דקות.

- מיקום המערכות – זו לצד זו, באותה תבנית מים ובאותה תנוחה.

דוגמה – מספר הזרעים או הנבטים (25 בכל מבחנה): כמות החמצן שנקלטת במבחנה תלויה בכמות הרקמה החיה שבה. אילו באחת המבחנות היו יותר זרעים, נקלט בה יותר חמצן והנוזל זז יותר גם בלי קשר למצב הזרעים. שמירה על מספר זהה מבטיחה שההבדל בתזוזת הנוזל בין המערכות נובע רק מן המשתנה הבלתי תלוי – מצב הזרעים.

(דוגמה אחרת: משך המדידה – ככל שהמדידה ארוכה יותר, הנוזל זז יותר; לכן כל המערכות נמדדו במשך 10 דקות.)

- "נבטים": הנוזל נעשה כתום־צהוב.

- "זרעים" (יבשים): הנוזל נשאר אדום (ורוד־אדום).

- "בקרה": הנוזל נשאר אדום.

(בבחינה כותבים את הצבעים שנצפו בפועל.)

- "נבטים": בנבטים החיים מתרחשת נשימה תאית בקצב גבוה, ונפלט $\text{CO}_2$. הגז עבר דרך סיבי הפלסטיק (המאפשרים מעבר חופשי של גזים) אל הנוזל שבתחתית המבחנה, הגיב עם המים ויצר סביבה חומצית – ולכן הפנול האדום הפך לכתום־צהוב.

- "זרעים" (יבשים): בזרעים היבשים אחוז המים נמוך מאוד, האנזימים כמעט אינם פעילים, וקצב הנשימה זעום. כמעט לא נפלט $\text{CO}_2$, הסביבה לא החמיצה, והצבע נשאר ורוד־אדום.

- "בקרה": אין בה זרעים או נבטים, ולכן אין נשימה ואין פליטת $\text{CO}_2$ – הצבע נשאר ורוד־אדום. הבקרה מראה ששינוי הצבע במבחנת הנבטים נגרם בגלל הנבטים, ולא בגלל המים, האוויר שבמבחנה או סיבי הפלסטיק.

- חלק א: שינוי הצבע נגרם בגלל $\text{CO}_2$ – תוצר של הנשימה – היוצר עם המים סביבה חומצית ("לידיעתך 1").

- חלק ב: ה־$\text{CO}_2$ נקשר לבסיס הסידן ואינו משפיע על נפח הגזים ("לידיעתך 3"); תזוזת הנוזל נובעת מקליטת החמצן – המגיב בנשימה.

- חלק א – ניסוי איכותי: התוצאה היא שינוי צבע של האינדיקטור – יש שינוי או אין – בלי ערך מספרי.

- חלק ב – ניסוי כמותי: מדדנו בסרגל את המרחק שהנוזל זז (בס"מ) בזמן קבוע – ערך מספרי המאפשר להשוות כמה חמצן נקלט בכל מערכת.

הנבט אינו זקוק לאור בשלב זה, כי הוא אינו תלוי בפוטוסינתזה: בפסיגי הזרע אגורים חומרי תשמורת – בעיקר עמילן, וגם חלבונים ושומנים. בנביטה האנזימים מפרקים אותם לחומרים פשוטים (גלוקוז, חומצות אמינו), והנבט:

•מפרק את הגלוקוז בנשימה תאית ומפיק ATP לתהליכי הצמיחה;

•משתמש בחומרים הפשוטים לבניית חומרים חדשים (חלבונים, תאית) בתאים החדשים.

לא. כמות חומרי התשמורת בזרע מוגבלת. לאחר שינוצלו, הצמח חייב לייצר בעצמו חומרים אורגניים בפוטוסינתזה, ולתהליך זה דרושה אנרגיית אור (וגם כלורופיל – שבחושך כמעט אינו נוצר; נבטים בחושך מוארכים וחיוורים). בלי אור לא יהיה לצמח מקור לגלוקוז לנשימה ולבניית גופו, ולכן הוא יפסיק לגדול ובסופו של דבר ימות.

גרף רציף. בגרף רציף מציגים קשר בין שני משתנים כמותיים רציפים. כאן המשתנה הבלתי תלוי הוא זמן האחסון (בחודשים) – משתנה כמותי רציף: בין 12 ל־18 חודשים יש אינסוף ערכי ביניים בעלי משמעות, וחיבור הנקודות בקו מאפשר להעריך את שיעור הנביטה גם בזמנים שלא נמדדו ולראות את המגמה. המשתנה התלוי – שיעור הנביטה (%) – גם הוא כמותי.

דיאגרמת עמודות מתאימה כאשר המשתנה הבלתי תלוי הוא קטגוריאלי (למשל מיני צמחים שונים, סוגי טיפול), שאין משמעות לערכי ביניים ביניהם.

טעות נפוצה: לבחור בדיאגרמת עמודות "כי יש מעט מדידות". מספר המדידות אינו קובע – סוג המשתנה הבלתי תלוי קובע.

מרכיבי הגרף הנדרשים:

- כותרת: "השפעת משך זמן האחסון של זרעי סויה (ב־$25^\circ\text{C}$) על שיעור הנביטה שלהם".

- ציר x (המשתנה הבלתי תלוי): זמן האחסון של הזרעים (חודשים), בקנה מידה אחיד – למשל משבצת לכל חודש, מ־0 עד 18 לפחות. שימו לב: המרווח בין 12 ל־18 חודשים גדול פי שניים מן המרווחים האחרים, וקנה מידה אחיד מבטא זאת.

- ציר y (המשתנה התלוי): שיעור הנביטה (אחוזים), בקנה מידה אחיד – למשל 0 עד 100 בקפיצות של 10.

- הנקודות: (0, 95), (3, 85), (6, 80), (9, 75), (12, 70), (18, 65), מחוברות בקו.

מגמה כללית: קשר הפוך – ככל שמשך זמן האחסון של זרעי הסויה ארוך יותר, שיעור הנביטה שלהם נמוך יותר.

נתונים: בזמן 0 נבטו 95% מן הזרעים, ולאחר 18 חודשי אחסון – 65% בלבד; ירידה של 30 נקודות אחוז (כשליש מן הערך ההתחלתי, כ־32%).

- 0–3 חודשים: ירידה של 10 נקודות אחוז (מ־95% ל־85%) – הירידה החדה ביותר.

- 3–12 חודשים: ירידה של 5 נקודות אחוז בכל 3 חודשים (85 ← 80 ← 75 ← 70).

- 12–18 חודשים: ירידה של 5 נקודות אחוז בלבד במשך 6 חודשים (70 ← 65) – הירידה האיטית ביותר.

השערה: לאחר 24 חודשים שיעור הנביטה יהיה נמוך מ־65% – בערך 60%.

נימוק: בכל פרקי הזמן שנבדקו שיעור הנביטה ירד עם הזמן, כלומר במהלך האחסון יותר ויותר עוברים מאבדים את חיוניותם (למשל בגלל פגיעה מצטברת בקרומים ובחומרים בתאים, וניצול איטי של חומרי התשמורת בנשימה). אם המגמה תימשך בקצב שנמדד בין 12 ל־18 חודשים (ירידה של כ־5 נקודות אחוז ב־6 חודשים), לאחר 6 חודשים נוספים שיעור הנביטה יהיה בסביבות 60%. (תשובה "נמוך מ־65%" עם נימוק המגמה מספיקה.)

1. מה מראה טבלה 2: ככל שזמן האחסון ארוך יותר, המוליכות החשמלית של תמיסת ההשריה עולה – מ־60 יחידות בזמן 0 ל־80 לאחר 12 חודשים ול־115 לאחר 18 חודשים (עלייה של כ־92%).

2. מה פירוש הדבר: מוליכות גבוהה יותר = ריכוז מלחים גבוה יותר בתמיסה. מלחים דולפים מן הזרעים כאשר יש בהם תאים מתים או תאים שקרום התא שלהם נפגע – הקרום מאבד את החדירות הבררנית שלו, ויונים יוצאים מן התאים אל התמיסה.

3. הקשר לניסוי 1: ככל שזמן האחסון התארך, בזרעים הצטברו יותר תאים פגועים ומתים. כאשר התאים של העובר נפגעים או מתים, העובר אינו יכול לגדול, והזרע אינו נובט – כלומר חיוניות הזרעים יורדת. לכן שיעור הנביטה ירד (מ־95% ל־65%) בזמן שהמוליכות עלתה: יש קשר הפוך בין שני המדדים.

נימוק: בחלק ב, במערכת "מוקפאים" הנוזל כמעט לא זז (כמו בבקרה), ואילו במערכת "נבטים" הוא זז הרבה. כלומר בנבטים המוקפאים כמעט אין קליטת חמצן – אין נשימה תאית – התאים מתים. בהקפאה נוצרו גבישי קרח שפגעו בקרומי התאים; דרך קרומים פגועים דולפים חומרים, ובהם מלחים, אל תמיסת ההשריה – ולכן המוליכות החשמלית בה גבוהה יותר. בנבטים החיים הקרומים שלמים ובוררים, והדליפה מועטה.

תנאי בית הגידול: במדבר יהודה הלחות של האוויר ושל הקרקע נמוכות מאוד, ולכן הזרע נשאר יבש במשך אלפי שנים.

הקשר לחלק א: במבחנה "זרעים" (זרעים יבשים) צבע הפנול האדום לא השתנה – כמעט לא נפלט $\text{CO}_2$, כלומר בזרעים יבשים קצב הנשימה התאית נמוך מאוד (בלי מים האנזימים כמעט אינם פעילים). כך:

•חומרי התשמורת בזרע לא נוצלו במשך הזמן הרב ונשארו זמינים לנביטה;

•העובר נשאר במצב תרדמה ולא מת.

(בנוסף, ביובש כמעט אין פעילות של חיידקים ופטריות שהיו מרקיבים את הזרע.) כאשר סופקו לזרע מים, האנזימים הופעלו והזרע נבט – כמו הנבטים בניסוי.

כן. תוצאות ניסוי 1 מראות שככל שזמן האחסון ארוך יותר, שיעור הנביטה נמוך יותר – בכל פרק זמן חלק נוסף מן הזרעים מאבד את חיוניותו (העובר נפגע או מת). זרעי מצדה אוחסנו כאלפיים שנה – כ־24,000 חודשים, זמן ארוך פי יותר מ־1,300 מ־18 החודשים שבניסוי – ולכן צפוי שכמעט כל הזרעים איבדו את חיוניותם, ורק זרע אחד שעוברו נשאר חי הצליח לנבוט.

(הסתייגות: ניסוי 1 נערך בזרעי סויה ובטמפרטורה של $25^\circ\text{C}$, ולא בזרעי תמר בתנאי מדבר; לכן זו הכללה זהירה של המגמה, לא הוכחה.)

התוצאות הצפויות בחלק א: בסעיף ה – צבע התמיסה במבחנה "מים לניסוי" אדום, ובמבחנה "בסיס" כתום; בסעיף ו – צבע תמיסת ההשריה בכוס א אדום. לאחר ההשריה בכוס א הפרוסות נצבעו באדום.

(1) חומצי – תמיסת ההשריה בכוס א (מים לניסוי + אדום ניטרלי) אדומה, ולפי "לידיעתך 1" צבע אדום מעיד על סביבה חומצית (כמו במבחנה "מים לניסוי" בסעיף ה).

(2) אדום.

(3) חומצי – לפי "לידיעתך 2" האינדיקטור חודר לתאים חיים, והפרוסות נצבעו באדום; כלומר האינדיקטור שבתוך תאי תפוח האדמה נמצא בסביבה חומצית (בעיקר בחלולית התא, שתמיסתה חומצית).

התוצאה הצפויה: הפרוסות שהיו אדומות (מן ההשריה בכוס א) הפכו לכתומות לאחר 3 דקות בתמיסת בסיס האמוניום.

(1) בסיסי – בכוס ב יש תמיסת בסיס האמוניום ($\text{NH}_4\text{OH}$).

(2) כתום.

(3) בסיסי – האינדיקטור שבתוך תאי תפוח האדמה שינה את צבעו מאדום לכתום, ולפי "לידיעתך 1" צבע כתום מעיד על סביבה בסיסית.

(4) בסיס האמוניום חדר לתוך התאים – רק חדירה של הבסיס אל תוך התאים יכולה לשנות את ה־pH בתוכם ולגרום לאינדיקטור שבתוכם להפוך לכתום. (האמוניום נמצא בתמיסה בשיווי משקל עם אמוניה, $\text{NH}_3$ – מולקולה קטנה וחסרת מטען שעוברת בדיפוזיה דרך שכבת הליפידים של הקרום.)

1. צביעת התאים באינדיקטור: השריתי את הפרוסות בתמיסת אדום ניטרלי במים (כוס א). לפי "לידיעתך 2" האינדיקטור חודר לתאים חיים ואינו פוגע בתהליכים בהם; צבען האדום הראה שהסביבה בתוך התאים חומצית.

2. חשיפה לבסיס: העברתי את הפרוסות הצבועות לתמיסת בסיס האמוניום (כוס ב) למשך 3 דקות. בכוס ב אין אינדיקטור, ולכן כל שינוי צבע של הפרוסות נובע מן האינדיקטור שבתוך התאים.

3. בדיקת הצבע: הוצאתי אותן לאזור יבש בנייר המגבת (כדי שצבע שאריות התמיסה לא יטעה), וקבעתי מיד את צבען.

4. פירוש: שינוי הצבע מאדום לכתום מעיד שה־pH בתוך תאי תפוח האדמה נעשה בסיסי – כלומר הבסיס חדר לתאים. אילו לא היה חודר, הצבע היה נשאר אדום. השוואה לפרוסות שבכוס א (שנשארו אדומות) משמשת בקרה.

שיטה איכותית. התוצאה היא צבע – אדום או כתום – הנקבע בעין. היא מראה אם הבסיס חדר לתאים (כן/לא), אך אינה נותנת ערך מספרי – לא כמה בסיס חדר, לא באיזה קצב ולא מה ערך ה־pH בתאים. שיטה כמותית הייתה כוללת מדידה במכשיר או בסרגל וקבלת מספר.

חישוב הריכוזים (סעיף טז): בכוסות 2, 4, 6 מוהלו 0.5 מ"ל של תמיסה 0.1M בנפח כולל של 5 מ"ל: $C = \frac{0.5 \times 0.1}{5} = 0.01$ M. בכוסות 1, 3, 5 – התמיסה לא מוהלה: 0.1M. (אחרי הוספת 2.5 מ"ל אינדיקטור הריכוזים יורדים לשני שלישים – 0.067M ו־0.0067M – אך היחס בין הכוסות נשמר.)

בכל הכוסות: 3 פרוסות תפוח אדמה, 2.5 מ"ל אדום ניטרלי, השריה של 10 דקות. אפשר להוסיף עמודה לנפח "מים לניסוי" ולנפח תמיסת הבסיס.

התוצאה הצפויה: בכל שש הכוסות תמיסת ההשריה כתומה, כי בכל אחת מהן יש תמיסת בסיס (גם הריכוז 0.01M בסיסי מספיק). לפי "לידיעתך 1" צבע כתום = סביבה בסיסית. לכן בעמודה (1): כתום בכל הכוסות; בעמודה (2): בסיסי בכל הכוסות.

(שתי העמודות האחרונות – תשובה לשאלה 40.)

התוצאות הצפויות (עמודת "צבע הפרוסות" בטבלה שבשאלה 39ב):

•כוס 1 – כתום; כוס 2 – אדום;

•כוס 3 – כתום; כוס 4 – כתום;

•כוס 5 – כתום; כוס 6 – אדום.

על התוצאות הצפויות: בחלק ב הפרוסות לא נצבעו מראש: האינדיקטור נמצא בתמיסת ההשריה, חודר לתאים החיים ("לידיעתך 2") ומצטבר בהם, ולכן צבע הפרוסה מראה את ה־pH שבתוך התאים ולא את צבע התמיסה (שהיא כתומה בכל הכוסות). אמוניה ($\text{NH}_3$, הנמצאת בשיווי משקל עם $\text{NH}_4\text{OH}$) היא מולקולה קטנה וחסרת מטען, ולכן היא חודרת בדיפוזיה דרך שכבת הליפידים של הקרום גם בריכוז נמוך. בבסיס הנתרן ובבסיס האשלגן הבסיס מצוי כיונים טעונים ($\text{Na}^+$/$\text{K}^+$ ו־$\text{OH}^-$), שאינם עוברים דרך שכבת הליפידים – בריכוז הנמוך (0.01M) הם אינם חודרים והרקמה נשארת אדומה. בריכוז הגבוה (0.1M, pH של כ־13) הבסיס החזק פוגע בקרומי התאים (פירוק ליפידים ודנטורציה של חלבונים), הקרום מאבד את בררנותו והבסיס חודר – הרקמה נעשית כתומה. (בבחינה כותבים את מה שנצפה בפועל; ייתכן למשל שגם ב־0.1M הפרוסות יישארו אדומות, ואז המסקנות משתנות בהתאם.)

לפי "לידיעתך 1" ו"לידיעתך 2", צבע הפרוסות הוא צבע האינדיקטור שבתוך התאים: אדום = סביבה חומצית בתאים, כתום = סביבה בסיסית בתאים.

- בסיסי: כוסות 1, 3, 4, 5 (פרוסות כתומות) – הבסיס חדר לתאים.

- חומצי: כוסות 2, 6 (פרוסות אדומות) – הבסיס לא חדר, והתאים שמרו על סביבה חומצית.

(הקביעה נעשית לפי הצבעים שנצפו בפועל.)

המשתנים הבלתי תלויים הם הגורמים שהנסיין שינה בכוונה בין הכוסות:

1. סוג הבסיס – בסיס הנתרן ($\text{NaOH}$), בסיס האמוניום ($\text{NH}_4\text{OH}$), בסיס האשלגן ($\text{KOH}$).

2. ריכוז תמיסת הבסיס – 0.1M (כוסות 1, 3, 5) או 0.01M (כוסות 2, 4, 6).

(המשתנה התלוי: צבע הפרוסות – המעיד על ה־pH בתאים, כלומר על חדירת הבסיס.)

כותרת הטבלה (כוללת את המשתנים הבלתי תלויים ואת המשתנה התלוי): "השפעת סוג הבסיס וריכוז תמיסת הבסיס על חדירת הבסיס לתאי פקעת תפוח אדמה, לפי צבע האינדיקטור אדום ניטרלי".

כותרות העמודות: "הכוס"; "סוג הבסיס"; "הריכוז הסופי של תמיסת הבסיס (M)"; "צבע תמיסת ההשריה (אדום/כתום)"; "pH תמיסת ההשריה (חומצי/בסיסי)"; "צבע הפרוסות לאחר 10 דקות השריה (אדום/כתום)"; "pH בתאי תפוח האדמה (חומצי/בסיסי)".

בכוסות 2, 4, 6 כל הבסיסים באותו ריכוז (0.01M), וכל התמיסות בסיסיות (כתומות):

- בסיס הנתרן – לא חדר: הפרוסות בכוס 2 נשארו אדומות – הסביבה בתאים נשארה חומצית.

- בסיס האמוניום – חדר: הפרוסות בכוס 4 נעשו כתומות – הסביבה בתאים נעשתה בסיסית.

- בסיס האשלגן – לא חדר: הפרוסות בכוס 6 נשארו אדומות.

(הסבר: אמוניה חסרת מטען עוברת דרך שכבת הליפידים; יוני $\text{OH}^-$, $\text{Na}^+$ ו־$\text{K}^+$ טעונים ואינם עוברים בה.)

כן. כדי לייחס הבדל בתוצאה לגורם מסוים, צריך שרק הוא ישתנה. בכוסות 4 ו־6:

- הריכוז זהה – 0.01M בשתיהן (וגם הנפח, האינדיקטור, מספר הפרוסות, הזמן והטמפרטורה).

- סוג הבסיס שונה – בסיס האמוניום בכוס 4, בסיס האשלגן בכוס 6.

בכוס 4 הפרוסות נעשו כתומות ובכוס 6 נשארו אדומות. מכיוון שהריכוז נשמר קבוע, ההבדל נובע מסוג הבסיס ולא מריכוזו: בסיס האמוניום חודר לתאים ובסיס האשלגן אינו חודר (בריכוז זה).

בכוסות 1 ו־2 סוג הבסיס זהה (בסיס הנתרן) ורק הריכוז שונה.

•כוס 1 (0.1M): הפרוסות כתומות – הבסיס חדר.

•כוס 2 (0.01M): הפרוסות אדומות – הבסיס לא חדר.

מסקנה: ריכוז תמיסת הבסיס משפיע על חדירת בסיס הנתרן לתאים: בריכוז הגבוה הוא חודר, ובריכוז הנמוך – לא.

(אם בפועל הפרוסות בשתי הכוסות נשארו אדומות, המסקנה היא שבטווח הריכוזים שנבדק הריכוז אינו משפיע – בסיס הנתרן אינו חודר בשני הריכוזים.)

1. בריכוז נמוך (0.01M) הקרום שלם. בסיס הנתרן מצוי בתמיסה כיונים טעונים ($\text{Na}^+$, $\text{OH}^-$). יונים טעונים אינם עוברים דרך האזור ההידרופובי של שכבת הפוספוליפידים הכפולה, ולכן הבסיס אינו חודר והתאים נשארים חומציים (אדומים).

2. בריכוז גבוה (0.1M) הסביבה בסיסית מאוד (pH של כ־13). בסיס חזק בריכוז כזה פוגע בקרום התא: הוא מפרק את הליפידים שבקרום וגורם לדנטורציה של חלבוני הקרום. הקרום מאבד את החדירות הבררנית, ויוני $\text{OH}^-$ חודרים לתא – ה־pH בתאים עולה והאינדיקטור נעשה כתום.

(כלומר בריכוז הגבוה החדירה אינה מעבר "רגיל" דרך קרום תקין, אלא תוצאה של פגיעה בקרום.)

- השפעה על קצב הדיפוזיה: בטמפרטורה גבוהה יותר למולקולות יש אנרגיה קינטית גבוהה יותר והן נעות מהר יותר, ולכן חומר שחודר בדיפוזיה (כמו אמוניה) יחדור מהר יותר; בטמפרטורה נמוכה – לאט יותר.

- השפעה על הקרום: בטמפרטורה גבוהה שכבת הליפידים בקרום נעשית נוזלית וחדירה יותר; בטמפרטורה גבוהה מאוד חלבוני הקרום עוברים דנטורציה והקרום נפגע – הוא מאבד את החדירות הבררנית, ואז גם יונים שאינם חודרים בדרך כלל (כמו $\text{OH}^-$) עלולים לחדור.

לכן חשוב לשמור את טמפרטורת תמיסות ההשריה זהה בכל הכוסות.

ii. גורם קבוע. טמפרטורת תמיסות ההשריה לא שונתה בניסוי ולא נמדדה – כל הכוסות עמדו יחד באותו חדר ובאותה טמפרטורה. גורם שעשוי להשפיע על התוצאות (כפי שהוסבר בסעיף הקודם) ונשמר זהה בכל הטיפולים הוא גורם קבוע. הטמפרטורה אינה המשתנה התלוי (שנמדד – צבע הרקמה), אינה שיטת המדידה ואינה בקרה (בקרה היא טיפול להשוואה, כמו כוס א).

1. גם לאחר ההוצאה מן הבסיס התאים חיים, וממשיכים לקיים נשימה תאית: $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\text{O}_2 \rightarrow 6\text{CO}_2 + 6\text{H}_2\text{O}$ + אנרגיה.

2. הפחמן הדו־חמצני הנוצר מגיב עם המים שבתאים ויוצר חומצה פחמתית, המשחררת יוני מימן – הסביבה בתאים נעשית חומצית יותר.

3. החומצה "מנטרלת" את הבסיס שחדר, וה־pH בתוך התאים יורד בהדרגה.

4. כאשר הסביבה בתאים חוזרת להיות חומצית, האינדיקטור אדום ניטרלי שבתוכם משנה את צבעו מכתום בחזרה לאדום – והפרוסות נראות כמו אלה שהושרו בכוס א.

(הסבר נוסף אפשרי: האמוניה, שהיא גז, מתנדפת לאט מן הרקמה אל האוויר, וה־pH יורד.)

מדד i – כמות החמצן בתמיסה בתום הניסוי: ירידה בכמות החמצן (בהשוואה לתחילת הניסוי או לתמיסה דומה בלי פרוסות) תעיד על קיום נשימה. נימוק: בנשימה התאית החמצן הוא מגיב – התאים קולטים חמצן מומס מן התמיסה ומשתמשים בו לחמצון הגלוקוז, ולכן כמותו בתמיסה פוחתת.

(אפשרות אחרת – מדד ii, הטמפרטורה: עלייה בטמפרטורה, כי בנשימה רק חלק מן האנרגיה נאגר ב־ATP והשאר משתחרר כחום. מדד זה פחות רגיש: בכמות קטנה של רקמה החום זעום.)

גרף רציף. המשתנה הבלתי תלוי, דרגת ה־pH בתמיסת הגידול, הוא משתנה כמותי רציף: בין 4.5 ל־6.0, למשל, יש ערכי ביניים בעלי משמעות, וחיבור הנקודות בקו מראה את המגמה ומאפשר להעריך ערכים שלא נמדדו. המשתנה התלוי – ה־pH בציטופלסמה – גם הוא כמותי. דיאגרמת עמודות מתאימה למשתנה בלתי תלוי קטגוריאלי (סוגי טיפולים שאין ביניהם ערכי ביניים).

שימו לב: ערכי ה־pH בתמיסה אינם במרווחים שווים (3.5, 4.0, 4.5, 6.0...), ולכן חשוב לסמן את הציר בקנה מידה אחיד.

מרכיבי הגרף:

- כותרת: "השפעת דרגת ה־pH בתמיסת הגידול על דרגת ה־pH בציטופלסמה של תאי עלים של דולב (לאחר 4 שעות)".

- ציר x: דרגת ה־pH בתמיסת הגידול, בקנה מידה אחיד (למשל 3 עד 10, משבצת לכל 0.5).

- ציר y: דרגת ה־pH בציטופלסמה לאחר 4 שעות, בקנה מידה אחיד (למשל 6 עד 9 בקפיצות של 0.5). אפשר להתחיל את הציר ב־6 ולסמן קטיעה.

- הנקודות מחוברות בקו. בגרף רואים "מישור" (קטע אופקי) ב־pH בציטופלסמה 7.5 בין pH חיצוני 4.5 ל־7.5.

לפי טבלה 3:

- pH בציטופלסמה גבוה מ־7.5: כאשר ה־pH בתמיסת הגידול 8.0 (ציטופלסמה 8.0) ו־9.5 (ציטופלסמה 8.5).

- pH בציטופלסמה נמוך מ־7.4: כאשר ה־pH בתמיסת הגידול 3.5 (ציטופלסמה 6.5) ו־4.0 (ציטופלסמה 7.0).

(בטווח pH חיצוני 4.5–7.5 התאים שמרו על pH 7.5 בציטופלסמה – ויסות יעיל.)

•בציטופלסמה מתרחשים תהליכים רבים של חילוף חומרים (למשל השלב הראשון של הנשימה התאית – גליקוליזה, ובניית חלבונים), והם מזורזים בידי אנזימים.

•אנזימים הם חלבונים, ולכל אנזים pH מיטבי. שינוי ב־pH משנה את המטענים החשמליים של חומצות האמינו בחלבון, ולכן גם את הקשרים המייצבים את המבנה המרחבי שלו ואת צורת האתר הפעיל. האתר הפעיל מתאים פחות למצע, וקצב התגובה יורד; בשינוי קיצוני – דנטורציה.

•לכן שמירה על pH קבוע בציטופלסמה (הומאוסטזיס) מבטיחה שהאנזימים יפעלו בקצב מיטבי ושתהליכי החיים בתא – הפקת אנרגיה, בניית חומרים – יתקיימו כראוי. pH קיצוני לאורך זמן עלול לגרום למות התא.

(גם חלבונים אחרים – למשל חלבוני נשא בקרום – רגישים ל־pH.)

הנתונים: בשני הטיפולים ה־pH בציטופלסמה זהה (7.5), אך בטיפול 1 (תמיסה ב־pH 4.5) קצב צריכת החמצן 0.50, לעומת 0.30 בטיפול 2 (תמיסה ב־pH 7.5) – גבוה בכ־67%. מספר התאים לא גדל, ולכן ההבדל אינו נובע מריבוי תאים.

1. בטיפול 1 ריכוז יוני המימן ($\text{H}^+$) בתמיסה החיצונית גבוה בהרבה מאשר בציטופלסמה (pH 4.5 לעומת 7.5 – פי 1,000), ויונים חודרים לתא לאורך מפל הריכוזים.

2. כדי לשמור על pH קבוע של 7.5 התאים מסלקים יוני מימן החוצה בעזרת משאבות בקרום – הובלה פעילה נגד מפל הריכוזים, הצורכת ATP.

3. את ה־ATP הנוסף מפיק התא בנשימה תאית – שבה החמצן הוא המגיב. לכן קצב הנשימה, וקצב צריכת החמצן, גבוהים יותר בטיפול 1.

4. בטיפול 2 ה־pH בתמיסה שווה ל־pH בציטופלסמה, אין כניסה של עודף יוני מימן, ואין צורך בהשקעת אנרגיה נוספת בוויסות – קצב צריכת החמצן נמוך יותר.

הסבר (מספיק אחד): הצמח קולט את החנקן מן הקרקע (כיונים מומסים) ומשתמש בו לבניית חומרים חיוניים שיש בהם חנקן:

- חומצות אמינו ← חלבונים, ובהם האנזימים וחלבוני המבנה. בלי מספיק חנקן הצמח אינו יכול לבנות די חלבונים לתאים חדשים, ולכן חלוקת התאים והגדילה מואטות.

•אפשרויות נוספות: חומצות גרעין (DNA, RNA) – דרושות לשכפול DNA בחלוקת תאים ולייצור חלבונים; כלורופיל – במחסור בחנקן נוצר פחות כלורופיל, קצב הפוטוסינתזה יורד ונוצרים פחות חומרים אורגניים לגדילה; ATP.

התוצאות הצפויות בחלק א: בסעיף ה – צבע התמיסה במבחנה "מים לניסוי" אדום, ובמבחנה "בסיס" כתום; בסעיף ו – צבע תמיסת ההשריה בכוס א אדום. לאחר ההשריה בכוס א קצות השורשונים נצבעו באדום.

(1) חומצי – תמיסת ההשריה בכוס א (מים לניסוי + אדום ניטרלי) אדומה, ולפי "לידיעתך 1" צבע אדום מעיד על סביבה חומצית (כמו במבחנה "מים לניסוי" בסעיף ה).

(2) אדום.

(3) חומצי – לפי "לידיעתך 2" האינדיקטור חודר לתאים חיים, וקצות השורשונים נצבעו באדום; כלומר האינדיקטור שבתוך התאים שבקצות השורשונים נמצא בסביבה חומצית (בעיקר בחלולית התא, שתמיסתה חומצית).

התוצאה הצפויה: קצות השורשונים שהיו אדומים (מן ההשריה בכוס א) הפכו לכתומים לאחר 3 דקות בתמיסת בסיס האמוניום.

(1) בסיסי – בכוס ב יש תמיסת בסיס האמוניום ($\text{NH}_4\text{OH}$).

(2) כתום.

(3) בסיסי – האינדיקטור שבתוך התאים שבקצות השורשונים שינה את צבעו מאדום לכתום, ולפי "לידיעתך 1" צבע כתום מעיד על סביבה בסיסית.

(4) בסיס האמוניום חדר לתוך התאים – רק חדירה של הבסיס אל תוך התאים יכולה לשנות את ה־pH בתוכם ולגרום לאינדיקטור שבתוכם להפוך לכתום. (האמוניום נמצא בתמיסה בשיווי משקל עם אמוניה, $\text{NH}_3$ – מולקולה קטנה וחסרת מטען שעוברת בדיפוזיה דרך שכבת הליפידים של הקרום.)

1. צביעת התאים באינדיקטור: השריתי את קצות השורשונים בתמיסת אדום ניטרלי במים (כוס א). לפי "לידיעתך 2" האינדיקטור חודר לתאים חיים ואינו פוגע בתהליכים בהם; צבעם האדום הראה שהסביבה בתוך התאים חומצית.

2. חשיפה לבסיס: העברתי את קצות השורשונים הצבועים לתמיסת בסיס האמוניום (כוס ב) למשך 3 דקות. בכוס ב אין אינדיקטור, ולכן כל שינוי צבע של קצות השורשונים נובע מן האינדיקטור שבתוך התאים.

3. בדיקת הצבע: הוצאתי אותם לאזור יבש בנייר המגבת (כדי שצבע שאריות התמיסה לא יטעה), וקבעתי מיד את צבעם.

4. פירוש: שינוי הצבע מאדום לכתום מעיד שה־pH בתוך התאים שבקצות השורשונים נעשה בסיסי – כלומר הבסיס חדר לתאים. אילו לא היה חודר, הצבע היה נשאר אדום. השוואה לקצות השורשונים שבכוס א (שנשארו אדומים) משמשת בקרה.

שיטה איכותית. התוצאה היא צבע – אדום או כתום – הנקבע בעין. היא מראה אם הבסיס חדר לתאים (כן/לא), אך אינה נותנת ערך מספרי – לא כמה בסיס חדר, לא באיזה קצב ולא מה ערך ה־pH בתאים. שיטה כמותית הייתה כוללת מדידה במכשיר או בסרגל וקבלת מספר.

בכל הכוסות: 3 שורשונים, 7 מ"ל תמיסת בסיס 0.01M ו־3 מ"ל אדום ניטרלי, השריה של 10 דקות. העמודות הריקות ימולאו בשאלות 51ב ו־52: צבע תמיסת ההשריה, pH התמיסה, צבע קצות השורשונים, pH בתאים.

התוצאה הצפויה: בכל שש הכוסות תמיסת ההשריה כתומה, כי בכל אחת מהן יש תמיסת בסיס. לפי "לידיעתך 1" צבע כתום = סביבה בסיסית. לכן בעמודה (1): כתום בכל הכוסות; בעמודה (2): בסיסי בכל הכוסות.

(שתי העמודות האחרונות – תשובה לשאלה 52.)

•כוס 1 (אתנול + בסיס האשלגן) – כתום; כוס 2 (בסיס האשלגן) – אדום;

•כוס 3 (אתנול + בסיס האמוניום) – כתום; כוס 4 (בסיס האמוניום) – כתום;

•כוס 5 (אתנול + בסיס הנתרן) – כתום; כוס 6 (בסיס הנתרן) – אדום.

על התוצאות הצפויות: בשורשונים שלא טופלו (כוסות 2, 4, 6) הקרום שלם: אמוניה ($\text{NH}_3$), מולקולה קטנה חסרת מטען, חודרת דרך שכבת הליפידים (כתום), ואילו היונים הטעונים של בסיס האשלגן ובסיס הנתרן אינם חודרים (אדום). בשורשונים שהושרו קודם באתנול (כוסות 1, 3, 5) האתנול המיס את הליפידים שבקרומים, הקרומים נפגעו ואיבדו את חדירותם הבררנית – כל הבסיסים חודרים (כתום). (בבחינה כותבים את מה שנצפה בפועל.)

צבע קצות השורשונים הוא צבע האינדיקטור שבתוך התאים ("לידיעתך 1", "לידיעתך 2"): אדום = חומצי, כתום = בסיסי.

- בסיסי: כוסות 1, 3, 4, 5 – הבסיס חדר לתאים.

- חומצי: כוסות 2, 6 – הבסיס לא חדר.

(הקביעה לפי הצבעים שנצפו בפועל.)

המשתנים שהנסיין שינה בכוונה:

1. סוג הבסיס – בסיס האשלגן, בסיס האמוניום, בסיס הנתרן.

2. טיפול מוקדם בשורשונים בתמיסת אתנול – שורשונים שהושרו באתנול (כוסות 1, 3, 5) לעומת שורשונים שלא הושרו (כוסות 2, 4, 6).

(ריכוז הבסיס – 0.01M – היה זהה בכל הכוסות. המשתנה התלוי: צבע קצות השורשונים, המעיד על חדירת הבסיס.)

כותרת הטבלה: "השפעת טיפול מוקדם בתמיסת אתנול ושל סוג הבסיס על חדירת הבסיס לתאים שבקצות שורשוני לוביה (לפי צבע האינדיקטור אדום ניטרלי)".

כותרות העמודות: "הכוס"; "טיפול מוקדם בתמיסת אתנול (כן/לא)"; "סוג הבסיס (0.01M)"; "צבע תמיסת ההשריה (אדום/כתום)"; "pH תמיסת ההשריה (חומצי/בסיסי)"; "צבע קצות השורשונים (אדום/כתום)"; "pH בתאים שבקצות השורשונים (חומצי/בסיסי)".

בכוסות 2, 4, 6 השורשונים לא טופלו באתנול, וכל הבסיסים באותו ריכוז:

- בסיס האשלגן – לא חדר: בכוס 2 הקצוות נשארו אדומים – הסביבה בתאים נשארה חומצית.

- בסיס האמוניום – חדר: בכוס 4 הקצוות נעשו כתומים – הסביבה בתאים נעשתה בסיסית.

- בסיס הנתרן – לא חדר: בכוס 6 הקצוות נשארו אדומים.

(אמוניה חסרת מטען עוברת דרך שכבת הליפידים; יונים טעונים – לא.)

כן. בכוסות 1 ו־2:

- סוג הבסיס זהה – בסיס האשלגן, באותו ריכוז ובאותו נפח (וגם אותו אינדיקטור, מספר שורשונים, זמן וטמפרטורה).

- הטיפול המוקדם שונה – בכוס 1 השורשונים הושרו קודם באתנול, ובכוס 2 לא.

בכוס 1 הקצוות נעשו כתומים (הבסיס חדר), ובכוס 2 נשארו אדומים (לא חדר). מכיוון שסוג הבסיס נשמר קבוע, ההבדל נובע מן הטיפול באתנול.

בכוסות 1, 3, 5 (שורשונים שהושרו באתנול) קצות השורשונים נעשו כתומים בכל שלושת סוגי הבסיס.

מסקנה: לאחר השריה באתנול כל הבסיסים חודרים לתאים, בלי קשר לסוגם. ההשפעה בולטת בבסיס האשלגן ובבסיס הנתרן: בשורשונים שלא טופלו (כוסות 2, 6) הם לא חדרו (אדום), ולאחר טיפול באתנול חדרו (כתום). בבסיס האמוניום אין הבדל (חודר בשני המקרים).

1. מבנה הקרום: קרום התא בנוי משכבה כפולה של פוספוליפידים (סוג של שומנים) וחלבונים. האזור ההידרופובי שבמרכזו אינו מאפשר מעבר של יונים טעונים, ולכן בקרום שלם יוני $\text{OH}^-$ של בסיס האשלגן ובסיס הנתרן אינם חודרים.

2. השפעת האתנול: לפי "לידיעתך 3" אתנול ממס שומנים. בהשריה באתנול הומסו חלק מן הליפידים שבקרומי התאים, והקרום נפגע – נוצרו בו פרצות.

3. התוצאה: הקרום איבד את החדירות הבררנית שלו, והבסיסים – גם היונים הטעונים – חודרים לתאים בחופשיות. ה־pH בתאים עולה, והאינדיקטור שבתוכם נעשה כתום.

בכל כוס הועברו 7 מ"ל של תמיסת בסיס בריכוז 0.01M, ונוספו 3 מ"ל אדום ניטרלי – נפח סופי 10 מ"ל. כמות הבסיס נשמרת, ולכן:

$C_{final} = \frac{C_1 \cdot V_1}{V_{final}} = \frac{0.01 \cdot 7}{10} = 0.007$ M

הריכוז הסופי בכל אחת מן הכוסות 1–6 הוא 0.007M (התמיסה מוהלה פי $\frac{10}{7}$).

- השפעה על קצב הדיפוזיה: בטמפרטורה גבוהה יותר למולקולות יש אנרגיה קינטית גבוהה יותר והן נעות מהר יותר, ולכן חומר שחודר בדיפוזיה (כמו אמוניה) יחדור מהר יותר; בטמפרטורה נמוכה – לאט יותר.

- השפעה על הקרום: בטמפרטורה גבוהה שכבת הליפידים בקרום נעשית נוזלית וחדירה יותר; בטמפרטורה גבוהה מאוד חלבוני הקרום עוברים דנטורציה והקרום נפגע – הוא מאבד את החדירות הבררנית, ואז גם יונים שאינם חודרים בדרך כלל (כמו $\text{OH}^-$) עלולים לחדור.

לכן חשוב לשמור את טמפרטורת תמיסות ההשריה זהה בכל הכוסות.

iv. גורם קבוע. טמפרטורת תמיסות ההשריה לא שונתה בניסוי ולא נמדדה – כל הכוסות עמדו יחד באותו חדר ובאותה טמפרטורה. גורם שעשוי להשפיע על התוצאות (כפי שהוסבר בסעיף הקודם) ונשמר זהה בכל הטיפולים הוא גורם קבוע. הטמפרטורה אינה המשתנה התלוי (שנמדד – צבע הרקמה), אינה שיטת המדידה ואינה בקרה (בקרה היא טיפול להשוואה, כמו השורשונים שלא הושרו באתנול בכוסות 2, 4, 6).

1. גם לאחר ההוצאה מן הבסיס התאים חיים, וממשיכים לקיים נשימה תאית: $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\text{O}_2 \rightarrow 6\text{CO}_2 + 6\text{H}_2\text{O}$ + אנרגיה.

2. הפחמן הדו־חמצני הנוצר מגיב עם המים שבתאים ויוצר חומצה פחמתית, המשחררת יוני מימן – הסביבה בתאים נעשית חומצית יותר.

3. החומצה "מנטרלת" את הבסיס שחדר, וה־pH בתוך התאים יורד בהדרגה.

4. כאשר הסביבה בתאים חוזרת להיות חומצית, האינדיקטור אדום ניטרלי שבתוכם משנה את צבעו מכתום בחזרה לאדום – והשורשונים נראים כמו אלה שהושרו בכוס א.

(הסבר נוסף אפשרי: האמוניה, שהיא גז, מתנדפת לאט מן הרקמה אל האוויר, וה־pH יורד.)

מדד i – כמות החמצן בתמיסה בתום הניסוי: ירידה בכמות החמצן (בהשוואה לתחילת הניסוי או לתמיסה דומה בלי שורשונים) תעיד על קיום נשימה. נימוק: בנשימה התאית החמצן הוא מגיב – התאים קולטים חמצן מומס מן התמיסה ומשתמשים בו לחמצון הגלוקוז, ולכן כמותו בתמיסה פוחתת.

(אפשרות אחרת – מדד ii, הטמפרטורה: עלייה בטמפרטורה, כי בנשימה רק חלק מן האנרגיה נאגר ב־ATP והשאר משתחרר כחום. מדד זה פחות רגיש: בכמות קטנה של רקמה החום זעום.)

גרף רציף. המשתנה הבלתי תלוי, דרגת ה־pH בתמיסת הגידול, הוא משתנה כמותי רציף: בין 4.5 ל־6.0, למשל, יש ערכי ביניים בעלי משמעות, וחיבור הנקודות בקו מראה את המגמה ומאפשר להעריך ערכים שלא נמדדו. המשתנה התלוי – ה־pH בציטופלסמה – גם הוא כמותי. דיאגרמת עמודות מתאימה למשתנה בלתי תלוי קטגוריאלי (סוגי טיפולים שאין ביניהם ערכי ביניים).

שימו לב: ערכי ה־pH בתמיסה אינם במרווחים שווים (3.5, 4.0, 4.5, 6.0...), ולכן חשוב לסמן את הציר בקנה מידה אחיד.

מרכיבי הגרף:

- כותרת: "השפעת דרגת ה־pH בתמיסת הגידול על דרגת ה־pH בציטופלסמה של תאי עלים של דולב (לאחר 4 שעות)".

- ציר x: דרגת ה־pH בתמיסת הגידול, בקנה מידה אחיד (למשל 3 עד 10, משבצת לכל 0.5).

- ציר y: דרגת ה־pH בציטופלסמה לאחר 4 שעות, בקנה מידה אחיד (למשל 6 עד 9 בקפיצות של 0.5). אפשר להתחיל את הציר ב־6 ולסמן קטיעה.

- הנקודות מחוברות בקו. בגרף רואים "מישור" (קטע אופקי) ב־pH בציטופלסמה 7.5 בין pH חיצוני 4.5 ל־7.5.