בגרות בביולוגיה 043386 - קיץ 2021 – מועד נבצרים
5 יח"ל (15%) · שאלון 043386 · 1 שאלות · 3 שעות
בחינת הבגרות בביולוגיה, בחינה מעשית (מעבדה), קיץ 2021 – מועד נבצרים: כל 1 השאלות כמו בשאלון, כולל כל שאלות הבחירה ושלושת נושאי ההעמקה. לכל סעיף יש תשובה ופתרון מלא: קביעה ונימוק במונחים הביולוגיים הנכונים, קריאה מדויקת של הגרפים והטבלאות, ובשאלות הניסוי - המשתנים, הבקרה והמסקנה.
הוראות הבחינה (כמו בשאלון)
משך הבחינה: שלוש שעות.
חומר עזר מותר בשימוש: אין.
הוראות מיוחדות: (1) קרא את ההנחיות ביסודיות, ושקול היטב את צעדיך. (2) רשום בעט את כל תשובותיך (גם סרטוטים). (3) בסס את תשובותיך על התוצאות המוצגות בשאלון.
בבעיה זו תעסוק בתהליך הפוטוסינתזה ובתהליכים הקשורים בו. השאלות בשאלון זה ממוספרות במספרים 1–12. על יד כל שאלה רשום הניקוד שלה, סה"כ 100 נקודות. ענה על כל השאלות במחברת.
ההנחיות בשאלון זה מנוסחות בלשון זכר ומכוונות לנבחנות ולנבחנים כאחד.
הערה על הבחינה המעשית: בבחינה המעשית הרגילה הנבחנים מבצעים את הניסוי בעצמם ועונים על סמך התצפיות שלהם ועל סמך התוצאות שקיבלו בפועל, גם אם הן אינן תואמות את הצפוי. בשאלון זה (מועד נבצרים) התוצאות מוצגות בשאלון עצמו ("בסס את תשובותיך על התוצאות המוצגות בשאלון"), ולכן הפתרונות שלהלן מבוססים על התוצאות המודפסות (שהן גם התוצאות הצפויות), עם ההסבר המלא לכל תוצאה.
הערה על הניקוד: הפתיח מציין "סה"כ 100 נקודות", אך סכום הניקוד המודפס ליד הסעיפים הוא 102 (2+3, 5, 5, 5, 3+3+3+4, 7, 6+6, 2+8, 4+4, 6, 6, 6+6+8). הניקוד נשמר כפי שהודפס.
בחינת המעבדה
שאלה 1 · פוטוסינתזה: נבטי חיטה באור ובחושך, פליטת חמצן בעוצמות אור שונות והשפעת יוני אבץ על אצות
בבעיה זו תעסוק בתהליך הפוטוסינתזה ובתהליכים הקשורים בו.
השאלות בשאלון זה ממוספרות במספרים 1 – 12. על יד כל שאלה רשום הניקוד שלה, סה"כ 100 נקודות.
ענה על כל השאלות במחברת.
תלמיד קיבל שלוש צלחות, ובהן נבטי חיטה שהונבטו בתנאים זהים, חוץ מאשר תנאי ההארה בהם שהו:
בצלחת 1 נבטים שהונבטו באור 8 ימים.
בצלחת 2 נבטים שהונבטו בחושך 8 ימים.
בצלחת 3 נבטים שהונבטו 8 ימים: 7 ימים בחושך, ואחר כך יום אחד באור.
התלמיד השווה את האורך הממוצע של עלי הנבטים שהונבטו בתנאים השונים, ואת צבע העלים.
את תוצאות ההשוואה סיכם בטבלה:
1. א. על סמך תוצאות המדידות, באילו תנאי הנבטה האורך הממוצע של עלי החיטה הוא הגדול ביותר? (2 נק')
ב. לנבטים של צמחים מסוימים הצומחים בשדה מתחת לאבנים (בחושך) יש גבעולים ארוכים. מהו היתרון שיש לצמח בהתארכות של גבעולים בחושך? (3 נק')
2. מהו התנאי ההכרחי ליצירת הצבע הירוק בעלים של נבטי חיטה?
נמק את תשובתך על פי הבדלי הצבע בין הנבטים שבשלוש הצלחות. (5 נק')
3. אם יבדקו את קצב הפוטוסינתזה בעלים משלוש הקבוצות – באיזו קבוצה של נבטים תצפה שקצב הפוטוסינתזה יהיה גבוה ביותר? נמק. (5 נק')
4. האם תצפה כי נבטים שהונבטו בחושך 8 ימים ימשיכו להתפתח בחושך לצמח בוגר? הסבר את קביעתך. (5 נק')
בשלב זה עבד התלמיד עם נבטים שהונבטו באור בלבד.
התלמיד הכניס עלים של נבטי חיטה שהונבטו באור לשלוש מבחנות – 12 עלים לכל מבחנה.
התלמיד הוסיף לכל מבחנה תמיסה מימית של NaHCO₃ שהיא מקור לפחמן דו-חמצני לצמח.
מבחנה 1 נשארה חשופה לאור.
מבחנה 2 כוסתה ברשת שמקטינה את חשיפת העלים לאור.
מבחנה 3 כוסתה בנייר אלומיניום שמונע מעבר אור.
התלמיד סגר כל מבחנה בפקק בו נעוצה מחט המחוברת לפיפטה באמצעות צינורית גומי, כמתואר באיור 1:
הנוזל שבמבחנה ממלא את המבחנה, את צינורית הגומי, ומגיע לתוך הפיפטה כפי שניתן לראות באיור 1.
התלמיד סימן בכל אחת מהמבחנות את קו הנוזל בפיפטה.
התלמיד הניח את שלוש המבחנות בכוס כימית, ואת הכוס הכימית הציב מול מנורה, כמתואר באיור 2.
התלמיד הדליק את המנורה למשך 15 דקות, ובסיומן סימן בכל אחת מהפיפטות את המקום של קו הנוזל.
לידיעתך: פליטת גז במבחנה גורמת לדחיקת הנוזל מהמבחנה לפיפטה ולהתקדמות קו הנוזל בפיפטה.
התלמיד חישב את השינוי שחל בנפח הנוזל בפיפטה בכל אחת מהמבחנות, וסיכם את התוצאות בטבלה:
השב על שאלות 5-8.
5. א. מהו המשתנה הבלתי תלוי בניסוי? (3 נק')
ב. מהי דרך השינוי של משתנה זה? (3 נק')
ג. מהו המשתנה התלוי בניסוי? (3 נק')
ד. התבסס על המידע "לידיעתך" והסבר מדוע דרך המדידה של המשתנה התלוי מתאימה לניסוי זה. (4 נק')
6. הסבר את תוצאות הניסוי. בסס את ההסבר על כל שלוש המבחנות שנבדקו בניסוי. (7 נק')
7. א. הסבר מדוע התלמיד הוסיף למבחנות תמיסה מימית של NaHCO₃ ולא מים.
בתשובתך התייחס לתהליך הביולוגי שנבדק בניסוי. (6 נק')
ב. הֶסבר אפשרי לתוצאות הניסוי הוא: בעוצמות אור שונות תמיסת NaHCO₃ מתפרקת ומשחררת כמויות שונות של גז. תאר את הטיפול שיש לערוך כדי לשלול הסבר זה. נמק את תשובתך. (6 נק')
תקלה במערכת ההשקיה בשדה של בצל ירוק גרמה לחדירה של מי שפכים המכילים אבץ למי ההשקיה.
כדי לבדוק את ההשפעה של יוני אבץ על התפתחות צמחים, חוקרים השתמשו באצות מסוג פורמידיום.
\* יש אנזימים שהמבנה שלהם כולל יוני אבץ, והם מזרזים שלבים בתהליך הפוטוסינתזה.
•הכינו תמיסת גידול הכוללת מלחים חיוניים לגידול אצות חד-תאיות מסוג פורמידיום.
•הכניסו נפח זהה של התמיסה לכל אחד מארבעה כלים 1-4.
•לכל כלי הכניסו כמות זהה של אצות.
•לכלים 2-4 הוסיפו נפח קבוע של תמיסות שהכילו יוני אבץ בריכוזים שונים, כמפורט בטבלה 1 שבהמשך.
•מכל כלי לקחו דגימה של אצות וחישבו את המשקל היבש של האצות בתחילת הניסוי (המשקל היבש הוא משקל האצות בלי המים שבהן).
•כל הכלים נחשפו לעוצמת אור זהה ולתנאי טמפרטורה זהים.
•לאחר 10 ימים בדקו את המשקל היבש של האצות, וחישבו את השינוי שחל בו, בהשוואה למשקל היבש ההתחלתי.
תוצאות הניסוי מוצגות בטבלה 1.
בהמשך, החוקרים ביצעו ניסוי דומה לזה שתוצאותיו תוארו בטבלה 1, אך הפעם בדקו השפעה של ריכוזים נוספים של יוני אבץ על השינוי במשקל היבש של האצות מסוג פורמידיום.
תוצאות הניסוי מוצגות בטבלה 2.
8. עליך להציג בדרך גרפית את תוצאות הניסוי המוצגות בטבלה 2.
א. מהו סוג ההצגה הגרפית המתאים ביותר לתיאור התוצאות – גרף רציף או דיאגרמת עמודות? נמק את תשובתך. (2 נק')
ב. שרטט במחברת הבחינה גרף המציג את התוצאות המוצגות בטבלה 2. (8 נק')
9. התבסס על הגרף שסרטטת ועל המידע בקטע "לידיעתך" שבתחילת חלק ג וענה:
א. הצע הסבר אפשרי לתוצאות הניסוי בכלי א ו-ב. (4 נק')
ב. הצע הסבר אפשרי לתוצאות הניסוי בכלים ג-ו. (4 נק')
10. בחירה של חוקרים בערכי המשתנה הבלתי תלוי בניסוי יכולה להשפיע באופן משמעותי על המסקנות מהניסוי.
הסבר היגד זה. התבסס בתשובתך על התוצאות בטבלאות 1 ו-2. (6 נק')
11. הזרמה של שפכים המכילים יוני אבץ לבית גידול מימי יכולה לגרום לפגיעה באצות שבבית הגידול.
ירידה בכמות האצות יכולה לגרום לשינויים בבית הגידול.
בחר באחד השינויים הצפויים בבית הגידול (בגלל הירידה בכמות האצות) והסבר מדוע הוא נגרם. (6 נק')
מי שפכים החודרים לבית גידול מימי גורמים לעכירות המים.
עליך לתכנן את השלבים הראשונים של ניסוי כמותי שבו ייבדק הקשר בין מידת העכירות של מים לבין תהליך הפוטוסינתזה המתרחש באצות.
12. א. נסח את ההשערה שתיבדק בניסוי. בתשובתך התייחס רק להשפעת העכירות והתעלם מהשפעות אחרות. (6 נק')
ב. מהו הבסיס הביולוגי להשערתך? (6 נק')
ג. בחלק א של הניסוי נבדקה תזוזת הנוזל בפיפטה, ובחלק ג של הניסוי נבדק השינוי במשקל היבש.
הצע דרך נוספת לבדיקה כמותית של המשתנה התלוי בניסוי שהצעת בסעיף ב בשאלה זו (אין צורך לפרט כיצד מתבצעת הבדיקה). (8 נק')
◂ פתרון מלא לשאלה 1
סעיף 1א
בנבטים שהונבטו בחושך 8 ימים (צלחת 2) – אורך ממוצע 10.2 ס"מ.
לפי הטבלה: באור 8 ימים – 8.8 ס"מ; בחושך 8 ימים – 10.2 ס"מ; 7 ימים בחושך ויום באור – 10.1 ס"מ.
האורך הממוצע הגדול ביותר נמדד בעלי הנבטים שהונבטו בחושך 8 ימים (צלחת 2). (האורך בצלחת 3 כמעט זהה – 10.1 ס"מ – כי 7 מתוך 8 הימים עברו עליה בחושך.)
סעיף 1ב
בחושך הנבט אינו יכול לבצע פוטוסינתזה ומתקיים מחומרי התשמורת שבזרע, שהם מוגבלים. התארכות מהירה של הגבעול מגדילה את הסיכוי שהנבט יגיע לאור (יצא מתחת לאבן) לפני שהתשמורת תיגמר – ואז יוכל לייצר כלורופיל, לבצע פוטוסינתזה ולייצר בעצמו חומרים אורגניים.
המצב בחושך: בחושך אין פוטוסינתזה, ולכן הנבט אינו מייצר חומרים אורגניים בעצמו. הוא מתקיים מחומרי התשמורת שבזרע (בחיטה – עמילן באנדוספרם), שכמותם מוגבלת.
היתרון: הנבט "משקיע" את חומרי התשמורת בעיקר בהתארכות הגבעול (ולא בהתפתחות עלים רחבים וירוקים שאין בהם תועלת בחושך). כך הוא מתארך מהר, וגדל הסיכוי שיגיע לאור – יצמח אל מחוץ לאבן – לפני שחומרי התשמורת ייגמרו. באור הנבט יוכל ליצור כלורופיל, לבצע פוטוסינתזה ולייצר חומרים אורגניים בעצמו, וכך לשרוד ולהמשיך להתפתח.
טעות נפוצה: לכתוב שהגבעול הארוך "עוזר לצמח לבצע פוטוסינתזה בחושך". בחושך אין פוטוסינתזה כלל; היתרון הוא בהגעה מהירה אל האור.
סעיף 2
אור. הצבע הירוק נובע מכלורופיל, ויצירתו בעלים מחייבת אור: באור 8 ימים – עלים ירוקים; בחושך 8 ימים – צהובים (אין כלורופיל); אחרי 7 ימים בחושך ויום אחד באור – צהוב ירקרק (התחלת יצירת כלורופיל). הצבע הירוק הופיע רק בצלחות שהיו חשופות לאור.
הצבע הירוק של העלים נובע מכלורופיל (פיגמנט בכלורופלסטים). כל תנאי ההנבטה בשלוש הצלחות היו זהים חוץ מתנאי ההארה, ולכן הבדלי הצבע נובעים מהאור:
- צלחת 1 – באור 8 ימים: עלים ירוקים – נוצר כלורופיל.
- צלחת 2 – בחושך 8 ימים: עלים צהובים – בלי אור כלל לא נוצר כלורופיל (הצבע הצהוב הוא של פיגמנטים אחרים, קרוטנואידים).
- צלחת 3 – 7 ימים בחושך ויום אחד באור: צהוב ירקרק – אחרי חשיפה קצרה לאור התחילה יצירת כלורופיל, אך הייתה מועטה (יום אחד בלבד).
המסקנה: בלי אור לא נוצר צבע ירוק (צלחת 2), והופעתו תלויה בחשיפה לאור ובמשכה (צלחת 3 לעומת צלחת 1) – לכן אור הוא תנאי הכרחי ליצירת הכלורופיל בעלי נבטי החיטה.
סעיף 3
בנבטים שהונבטו באור 8 ימים (צלחת 1): עליהם ירוקים – יש בהם הכי הרבה כלורופיל, שבולע את אנרגיית האור הדרושה לפוטוסינתזה. בצלחת 2 (צהוב) כמעט אין כלורופיל, ובצלחת 3 (צהוב ירקרק) יש מעט.
הנימוק: בפוטוסינתזה הכלורופיל בולע את אנרגיית האור, והיא משמשת להפקת האנרגיה הכימית (ATP ונשאי מימן) שבעזרתה מקובע CO₂ לסוכר. ככל שיש בעלים יותר כלורופיל – נבלעת יותר אנרגיית אור, וקצב הפוטוסינתזה (בתנאי הבדיקה הזהים) גבוה יותר.
•צלחת 1 – ירוק: הכי הרבה כלורופיל (וכלורופלסטים מפותחים) ← קצב גבוה ביותר.
•צלחת 3 – צהוב ירקרק: מעט כלורופיל ← קצב נמוך.
•צלחת 2 – צהוב: כמעט אין כלורופיל ← כמעט אין פוטוסינתזה.
טעות נפוצה: לבחור בצלחת 2 כי העלים שלה ארוכים יותר. אורך העלה אינו קובע את קצב הפוטוסינתזה – כמות הכלורופיל היא הגורם המכריע כאן.
סעיף 4
לא. בחושך אין פוטוסינתזה (וגם אין כלורופיל), ולכן הנבט אינו מייצר חומרים אורגניים. הוא מתקיים מחומרי התשמורת של הזרע ומפרק אותם בנשימה תאית; כשהתשמורת תיגמר לא יהיה לו מקור לחומרי בנייה ולאנרגיה – והוא ייחלש וימות לפני שיהיה לצמח בוגר.
1. בחושך אין פוטוסינתזה: אין אנרגיית אור, ובנוסף העלים צהובים – לא נוצר בהם כלורופיל (שאלה 2).
2. לכן הנבט אינו מייצר חומרים אורגניים (סוכרים) בעצמו.
3. עד עכשיו הוא גדל על חשבון חומרי התשמורת שבזרע: הוא מפרק אותם בנשימה תאית לקבלת ATP ומשתמש בהם כחומרי גלם לבניית תאים חדשים.
4. כמות התשמורת מוגבלת. כשהיא תיגמר לא יהיה לנבט מקור לאנרגיה ולחומרי בנייה ← הגדילה תיפסק ← הנבט ימות.
(אם הנבט יועבר לאור לפני שהתשמורת נגמרת, הוא ייצור כלורופיל – כפי שקרה בצלחת 3 – יתחיל לבצע פוטוסינתזה ויוכל להמשיך להתפתח.)
סעיף 5א
עוצמת האור שמגיעה לעלים (מידת החשיפה של העלים לאור).
המשתנה הבלתי תלוי הוא הגורם שהחוקר משנה בכוונה בין המבחנות. בשלוש המבחנות הכול זהה (12 עלים, תמיסת NaHCO₃, אותה מנורה, 15 דקות), חוץ מסוג הכיסוי – כלומר עוצמת האור שמגיעה לעלים.
סעיף 5ב
כיסוי המבחנות בכיסויים שונים: מבחנה 1 – ללא כיסוי (אור מלא); מבחנה 2 – כיסוי ברשת (אור מופחת); מבחנה 3 – כיסוי בנייר אלומיניום (חושך, אין אור).
את עוצמת האור שינו באמצעות סוג הכיסוי של המבחנה, כשכל המבחנות מוצבות מול אותה מנורה:
•מבחנה 1 – ללא כיסוי ← העלים חשופים לאור המלא.
•מבחנה 2 – כיסוי ברשת ← חלק מהאור נחסם, עוצמת האור קטנה.
•מבחנה 3 – כיסוי בנייר אלומיניום ← אור אינו עובר, העלים בחושך.
סעיף 5ג
קצב הפוטוסינתזה בעלים (קצב פליטת החמצן), שנמדד כשינוי בנפח הנוזל בפיפטה (מ"ל ב-15 דקות).
המשתנה התלוי הוא מה שנמדד ומשתנה בעקבות המשתנה הבלתי תלוי: קצב הפוטוסינתזה של העלים, הנמדד דרך קצב פליטת הגז (חמצן) – כלומר השינוי בנפח הנוזל בפיפטה (מ"ל ב-15 דקות).
סעיף 5ד
בפוטוסינתזה העלים פולטים חמצן (גז). המערכת סגורה ומלאה בנוזל, ולכן הגז שנפלט דוחק נוזל מהמבחנה אל הפיפטה, וקו הנוזל מתקדם. ככל שנפלט יותר חמצן ב-15 דקות – הנוזל מתקדם יותר; לכן השינוי בנפח הנוזל בפיפטה משקף את כמות החמצן שנוצרה, כלומר את קצב הפוטוסינתזה.
1. בפוטוסינתזה מתפרקים מים בשלב התלוי באור ונפלט חמצן (O₂) – גז.
2. המבחנה סגורה בפקק ומלאה בנוזל עד הפיפטה, כך שהגז אינו יכול לצאת.
3. לפי "לידיעתך" – פליטת גז במבחנה דוחקת נוזל מהמבחנה לפיפטה, וקו הנוזל מתקדם.
4. נפח הנוזל שנדחק לפיפטה שווה בקירוב לנפח הגז שנפלט. לכן השינוי בנפח הנוזל בפיפטה ב-15 דקות הוא מדד כמותי לכמות החמצן שנפלטה, כלומר לקצב הפוטוסינתזה.
הפיפטה מסומנת בשנתות, ולכן אפשר למדוד שינויים קטנים (מאיות מ"ל) במדויק.
סעיף 6
קצב הפוטוסינתזה תלוי בעוצמת האור, כי אנרגיית האור (הנבלעת בכלורופיל) מניעה את פירוק המים ופליטת החמצן. ללא כיסוי – הכי הרבה אור ← הכי הרבה חמצן: 0.31 מ"ל. רשת – פחות אור ← פחות חמצן: 0.17 מ"ל (כ-55% מהמבחנה הלא מכוסה). אלומיניום – אין אור ← אין פוטוסינתזה ואין פליטת חמצן ← אין שינוי (0).
הקשר הכללי: בשלב התלוי באור של הפוטוסינתזה, הכלורופיל בולע אנרגיית אור; האנרגיה משמשת לפירוק מים, ובתהליך נפלט חמצן. כשהאור הוא הגורם המגביל (CO₂ ניתן בעודף מה-NaHCO₃), ככל שעוצמת האור גבוהה יותר – נבלעת יותר אנרגיה, קצב הפוטוסינתזה גבוה יותר ונפלט יותר חמצן, שדוחק יותר נוזל לפיפטה.
מבחנה 1 – ללא כיסוי (0.31 מ"ל): העלים קיבלו את עוצמת האור הגבוהה ביותר ← קצב הפוטוסינתזה הגבוה ביותר ← נפלטה הכמות הגדולה ביותר של חמצן ← השינוי הגדול ביותר בנפח הנוזל.
מבחנה 2 – כיסוי רשת (0.17 מ"ל): הרשת הקטינה את עוצמת האור ← נבלעה פחות אנרגיית אור ← קצב הפוטוסינתזה נמוך יותר ← נפלט פחות חמצן. השינוי הוא כ-55% מזה שבמבחנה 1 (0.17/0.31), כלומר ירידה של כ-45%.
מבחנה 3 – נייר אלומיניום (0): אור לא הגיע לעלים ← אין פוטוסינתזה ← לא נפלט חמצן ← קו הנוזל לא זז. (בחושך העלים ממשיכים בנשימה תאית – צורכים O₂ ופולטים CO₂ – אך ה-CO₂ מתמוסס בתמיסה והנפח כמעט אינו משתנה, ולכן לא נמדד שינוי.)
המסקנה: ככל שעוצמת האור שמגיעה לעלים גבוהה יותר, קצב הפוטוסינתזה גבוה יותר.
סעיף 7א
NaHCO₃ משחררת CO₂, חומר המוצא של הפוטוסינתזה (מקובע לסוכר בשלב שאינו תלוי באור ישירות). במים בלבד יש מעט CO₂ מומס, שהיה נגמר מהר והופך לגורם מגביל. התמיסה מספקת CO₂ בעודף ובאופן שווה לכל המבחנות, כך שקצב הפוטוסינתזה יהיה מספיק גבוה למדידה ויהיה תלוי רק בעוצמת האור.
התהליך הנבדק: פוטוסינתזה: (בנוכחות אור וכלורופיל). CO₂ הוא חומר מוצא – בשלב קיבוע הפחמן הוא נקשר ומשמש לבניית סוכר, תוך שימוש ב-ATP ובנשאי המימן שנוצרו בשלב התלוי באור.
•במים בלבד ריכוז ה-CO₂ המומס נמוך, והעלים היו מנצלים אותו מהר. אז CO₂ היה הגורם המגביל, קצב הפוטוסינתזה היה נמוך מאוד (קשה למדוד את פליטת החמצן), ואולי לא היה נראה הבדל בין המבחנות.
•תמיסת NaHCO₃ היא מקור ל-CO₂: היא משחררת CO₂ לתמיסה ומספקת אותו בעודף ובכמות שווה בכל המבחנות.
•כך ה-CO₂ אינו מגביל, והגורם היחיד שמשפיע על קצב הפוטוסינתזה ועל ההבדלים בין המבחנות הוא עוצמת האור – המשתנה הבלתי תלוי.
סעיף 7ב
לערוך טיפול בקרה: שלוש מבחנות זהות עם אותה תמיסת NaHCO₃ ואותו מערך פיפטה – בלי עלים – אחת ללא כיסוי, אחת ברשת ואחת בנייר אלומיניום, מול אותה מנורה 15 דקות. אם קו הנוזל לא יזוז באף אחת מהן – הגז לא נוצר מפירוק התמיסה באור אלא נפלט מהעלים (בפוטוסינתזה), וההסבר נשלל.
הטיפול (בקרה): להכין שלוש מבחנות בדיוק כמו בניסוי – אותו נפח של אותה תמיסת NaHCO₃, אותו פקק, מחט וצינורית ופיפטה – אבל בלי עלי חיטה. מבחנה אחת לא מכוסה, אחת מכוסה ברשת ואחת בנייר אלומיניום; מציבים אותן באותה כוס, מול אותה מנורה, 15 דקות, ומודדים את השינוי בנפח הנוזל בפיפטה.
הנימוק: ההבדל היחיד בין מבחנות הבקרה למבחנות הניסוי הוא נוכחות העלים.
•אם במבחנות ללא עלים לא יהיה שינוי בנפח הנוזל (או שינוי זניח וזהה בכל עוצמות האור) – הגז בניסוי לא נוצר מפירוק NaHCO₃ באור, אלא נפלט מהעלים, וההסבר נשלל.
•אם במבחנות ללא עלים יתקבלו הבדלים בנפח בהתאם לעוצמת האור – ההסבר אינו נשלל.
סעיף 8א
גרף רציף – כי המשתנה הבלתי תלוי (ריכוז יוני האבץ) הוא משתנה כמותי רציף, ויש משמעות לערכי ביניים בין הריכוזים שנבדקו.
גרף רציף (קו). המשתנה הבלתי תלוי – ריכוז יוני האבץ (מ"ג/ליטר) – הוא משתנה כמותי ורציף: הוא יכול לקבל כל ערך בין הריכוזים שנבדקו, ויש משמעות לערכי הביניים. גרף רציף מראה את המגמה (העלייה ואחריה הירידה) לאורך תחום הריכוזים.
דיאגרמת עמודות מתאימה כשהמשתנה הבלתי תלוי הוא איכותי (קטגוריות נפרדות, למשל סוגי כיסוי או מיני אצות).
סעיף 8ב
גרף רציף: ציר x – ריכוז יוני אבץ שהוסף (מ"ג/ליטר), 0–4; ציר y – שינוי במשקל היבש (גרם), 0–10. נקודות: (0, 5.5), (0.3, 9.0), (0.5, 7.5), (1.0, 5.0), (2.0, 3.0), (4.0, 1.0), מחוברות בקו. כותרת: השפעת ריכוז יוני האבץ על השינוי במשקל היבש של אצות פורמידיום.
- כותרת: השפעת ריכוז יוני האבץ על השינוי במשקל היבש של אצות פורמידיום (במשך 10 ימים).
- ציר x (משתנה בלתי תלוי): ריכוז יוני אבץ שהוסף (מ"ג/ליטר), סקלה אחידה מ-0 עד 4 (למשל כל שנתה 0.5 מ"ג/ליטר).
- ציר y (משתנה תלוי): שינוי במשקל היבש (גרם), סקלה אחידה מ-0 עד 10.
- הנקודות: (0, 5.5), (0.3, 9.0), (0.5, 7.5), (1.0, 5.0), (2.0, 3.0), (4.0, 1.0), מחוברות בקווים ישרים בין נקודה לנקודה.
צורת הגרף: עלייה חדה מ-5.5 גרם (ללא אבץ) לשיא של 9.0 גרם ב-0.3 מ"ג/ליטר, ואחר כך ירידה מתמשכת עד 1.0 גרם ב-4.0 מ"ג/ליטר.
טעות נפוצה: לסמן את הריכוזים על ציר x במרווחים שווים (0, 0.3, 0.5, 1, 2, 4 כאילו הם קטגוריות). הסקלה חייבת להיות אחידה, כך שהמרחק בין 2 ל-4 כפול מהמרחק בין 1 ל-2.
סעיף 9א
בכלי ב (0.3 מ"ג/ליטר) העלייה במשקל היבש גדולה בהרבה מבכלי א (9.0 לעומת 5.5 גרם). אבץ הוא חלק ממבנה אנזימים המזרזים שלבים בפוטוסינתזה; בכלי א (ללא תוספת) מחסור באבץ מגביל את מספר האנזימים הפעילים. התוספת בכלי ב אפשרה ליצור יותר אנזימים פעילים ← קצב פוטוסינתזה גבוה יותר ← נוצר יותר חומר אורגני ← עלייה גדולה יותר במשקל היבש.
התוצאות: בכלי א (ללא תוספת אבץ) המשקל היבש עלה ב-5.5 גרם; בכלי ב (0.3 מ"ג/ליטר) עלה ב-9.0 גרם – תוספת של כ-64% (חושב: (9.0−5.5)/5.5).
1. לפי "לידיעתך", יוני אבץ הם חלק ממבנה של אנזימים המזרזים שלבים בפוטוסינתזה. בלי היון האנזים אינו במבנה הפעיל שלו (האתר הפעיל אינו מתאים) ואינו מזרז את התגובה.
2. בכלי א האצות קיבלו רק את האבץ המעט שבתמיסת הגידול (אם בכלל) ← מחסור באבץ הגביל את מספר האנזימים הפעילים ← קצב פוטוסינתזה נמוך יחסית.
3. בכלי ב התוספת הקטנה של אבץ אפשרה ליצור יותר אנזימים פעילים ← קצב הפוטוסינתזה עלה ← נוצרו יותר סוכרים ומהם יותר חומרים אורגניים (חומרי בנייה לגדילה ולחלוקת תאים) ← עלייה גדולה יותר במשקל היבש (המשקל היבש מייצג את כמות החומר האורגני).
סעיף 9ב
מ-0.5 מ"ג/ליטר ומעלה, ככל שריכוז האבץ עולה – העלייה במשקל היבש קטנה (7.5 ← 5.0 ← 3.0 ← 1.0 גרם). בריכוזים גבוהים אבץ רעיל: עודף יונים פוגע במבנה של חלבונים ואנזימים (למשל אנזימי הפוטוסינתזה) ובקרומים ← קצב הפוטוסינתזה יורד ← נוצר פחות חומר אורגני ← גדילה מועטה.
התוצאות: בכלים ג-ו (0.5–4.0 מ"ג/ליטר) העלייה במשקל היבש יורדת ככל שהריכוז עולה: 7.5, 5.0, 3.0, 1.0 גרם. מ-1.0 מ"ג/ליטר ומעלה העלייה אף קטנה מזו שבכלי א בלי אבץ (5.5 גרם), וב-4.0 מ"ג/ליטר היא קטנה בכ-82% ממנה.
ההסבר: אבץ דרוש בכמות קטנה (שאלה 9א), אבל בעודף הוא רעיל:
•עודף יוני אבץ עלול להיקשר לחלבונים ולאנזימים במקומות לא מתאימים, לשנות את המבנה המרחבי שלהם ואת האתר הפעיל, או לדחוק יונים אחרים שהאנזימים צריכים ← ירידה בפעילות האנזימים, כולל אנזימי הפוטוסינתזה (וגם פגיעה בקרומים ובתהליכים אחרים בתא).
- ← קצב הפוטוסינתזה יורד ← נוצרים פחות סוכרים וחומרים אורגניים ← הגדילה (העלייה במשקל היבש) קטנה.
•ככל שהריכוז גבוה יותר הפגיעה חמורה יותר, ולכן הירידה מתמשכת עד 1.0 גרם בלבד ב-4.0 מ"ג/ליטר.
סעיף 10
בטבלה 1 נבחרו רק הריכוזים 0, 1, 2, 4 – והתוצאות מראות ירידה רציפה (5.5 ← 1.1 גרם), ולכן היו מסיקים שאבץ מזיק לאצות בכל ריכוז. בטבלה 2 נוספו ריכוזים נמוכים (0.3, 0.5), שבהם העלייה במשקל היבש גבוהה מבלי אבץ (9.0 ו-7.5 לעומת 5.5) – כלומר אבץ בריכוז נמוך מעודד גדילה ורק בריכוז גבוה מזיק. המסקנה השתנתה בגלל בחירת ערכי המשתנה הבלתי תלוי.
טבלה 1 (ריכוזים 0, 1.0, 2.0, 4.0 מ"ג/ליטר): העלייה במשקל היבש יורדת כל הזמן – 5.5, 5.0, 2.9, 1.1 גרם. מהתוצאות האלה בלבד היו מסיקים שיוני אבץ מעכבים את גדילת האצות בכל ריכוז, וככל שהריכוז גבוה יותר – העיכוב גדול יותר.
טבלה 2 (נוספו ריכוזים נמוכים 0.3 ו-0.5 מ"ג/ליטר): בריכוזים האלה העלייה במשקל היבש גבוהה יותר מאשר ללא אבץ – 9.0 ו-7.5 גרם לעומת 5.5 גרם. מתברר שהקשר אינו ירידה פשוטה: יש ריכוז מיטבי (בסביבת 0.3 מ"ג/ליטר) שבו הגדילה מרבית, ורק מעליו האבץ מזיק.
ההסבר להיגד: בטבלה 1 נבחרו ערכים שכולם מעל הריכוז המיטבי (מלבד 0), ולכן ה"פסגה" בתחום שבין 0 ל-1 מ"ג/ליטר לא נבדקה והוחמצה, והמסקנה הייתה חלקית ואף שגויה ("אבץ תמיד מזיק"). הוספת ערכים בתחום הזה שינתה את המסקנה ל"אבץ חיוני בריכוז נמוך ורעיל בריכוז גבוה" – בהתאם לכך שהוא רכיב של אנזימי פוטוסינתזה. לכן בחירת ערכי המשתנה הבלתי תלוי (התחום והמרווחים ביניהם) משפיעה מאוד על המסקנות.
סעיף 11
לדוגמה: ירידה בריכוז החמצן המומס במים. אצות הן יצרנים ופולטות חמצן בפוטוסינתזה; פחות אצות ← פחות פוטוסינתזה ← פחות חמצן מומס במים ← בעלי חיים מימיים (דגים, חסרי חוליות) שזקוקים לחמצן לנשימה תאית נפגעים ועלולים למות. (חלופה: ירידה בכמות המזון לצרכנים הראשוניים ובעקבותיה ירידה באוכלוסיות לאורך שרשרת המזון.)
אצות הן יצרנים בבית הגידול המימי, ובפוטוסינתזה הן פולטות חמצן שמתמוסס במים. ירידה בכמות האצות ← פחות פוטוסינתזה ← פחות חמצן מומס ← בעלי חיים מימיים (דגים, סרטנים, חסרי חוליות) שזקוקים לחמצן לנשימה תאית מפיקים פחות ATP, נפגעים ועלולים למות. בנוסף, אצות מתות מפורקות על ידי חיידקים מפרקים, שגם הם צורכים חמצן – והחמצן יורד עוד יותר.
אצות הן היצרנים – בסיס שרשרת המזון; הן מייצרות את החומר האורגני שעובר לצרכנים. פחות אצות ← פחות מזון (ואנרגיה) לצרכנים הראשוניים (זואופלנקטון, דגים אוכלי אצות) ← ירידה באוכלוסיותיהם ← ובעקבות זאת ירידה בצרכנים השניוניים (דגים טורפים) ופגיעה במגוון המינים.
(מספיק שינוי אחד עם הסבר מלא.)
סעיף 12א
ככל שמידת העכירות של המים גבוהה יותר, קצב הפוטוסינתזה באצות יהיה נמוך יותר.
השערה מנוסחת כקשר בין המשתנה הבלתי תלוי (מידת העכירות של המים) למשתנה התלוי (קצב הפוטוסינתזה באצות), וניתנת לבדיקה בניסוי:
טעות נפוצה: לכתוב השערה שאינה כוללת את שני המשתנים (למשל "עכירות פוגעת באצות") או להכניס להשערה גורמים אחרים שבמי השפכים (רעלים, אבץ) – השאלה מבקשת להתייחס רק לעכירות.
סעיף 12ב
חלקיקים מרחפים במים עכורים בולעים ומפזרים את האור, ולכן פחות אור מגיע לאצות. בפוטוסינתזה הכלורופיל בולע אנרגיית אור שמניעה את השלב התלוי באור (פירוק מים, פליטת חמצן, יצירת ATP ונשאי מימן). פחות אור ← פחות אנרגיה ← פחות ATP ונשאי מימן לקיבוע CO₂ ← קצב פוטוסינתזה נמוך יותר.
1. במים עכורים יש חלקיקים מרחפים שבולעים ומפזרים את האור ← עוצמת האור שחודרת למים ומגיעה לאצות קטנה, וככל שהעכירות גבוהה יותר – פחות אור מגיע.
2. בפוטוסינתזה הכלורופיל בולע אנרגיית אור. האנרגיה מניעה את השלב התלוי באור: פירוק מים, פליטת חמצן ויצירת ATP ונשאי מימן.
3. פחות אור ← פחות אנרגיה נבלעת ← נוצרים פחות ATP ונשאי מימן ← פחות CO₂ מקובע לסוכר ← קצב הפוטוסינתזה יורד.
כלומר, העכירות הופכת את האור לגורם מגביל – בדומה לכיסוי ברשת ובנייר אלומיניום בחלק ב.
סעיף 12ג
לדוגמה: מדידת ריכוז החמצן המומס במים שבהם גדלות האצות (במד חמצן/חיישן חמצן) לפני ואחרי פרק זמן קבוע באור – עלייה גדולה יותר בריכוז החמצן מעידה על קצב פוטוסינתזה גבוה יותר. (חלופות: מדידת קצב צריכת CO₂ לפי השינוי ב-pH של המים; ספירת בועות החמצן הנפלטות ביחידת זמן; ספירת תאי האצות ביחידת נפח לאורך זמן – מדד עקיף, דרך הגדילה.)
המשתנה התלוי הוא קצב הפוטוסינתזה באצות. דרכים כמותיות נוספות (מספיקה אחת), שונות ממדידת נפח הגז בפיפטה ומהמשקל היבש:
- ריכוז החמצן המומס במים – מדידה במד חמצן (חיישן חמצן) בתחילת פרק זמן קבוע באור ובסופו. בפוטוסינתזה נפלט חמצן, ולכן עלייה גדולה יותר בריכוז החמצן ביחידת זמן = קצב פוטוסינתזה גבוה יותר.
- קצב צריכת CO₂ – מדידת השינוי ב-pH של המים (במד pH או בעזרת אינדיקטור כמו ברומותימול כחול). כשהאצות קולטות CO₂ לפוטוסינתזה, החומציות יורדת וה-pH עולה; שינוי גדול יותר ביחידת זמן = קצב גבוה יותר.
- ספירת בועות החמצן הנפלטות מהאצות בדקה.
(לפי ההוראה – אין צורך לפרט כיצד מתבצעת הבדיקה.)
הערה: הנוסח המודפס אומר "בחלק א של הניסוי נבדקה תזוזת הנוזל בפיפטה" – תזוזת הנוזל נבדקה בפועל בחלק ב.
טבלת התשובות
| שאלה | סעיף | תשובה |
|---|---|---|
| 1 | 1א | בנבטים שהונבטו בחושך 8 ימים (צלחת 2) – אורך ממוצע 10.2 ס"מ. |
| 1ב | בחושך הנבט אינו יכול לבצע פוטוסינתזה ומתקיים מחומרי התשמורת שבזרע, שהם מוגבלים. התארכות מהירה של הגבעול מגדילה את הסיכוי שהנבט יגיע לאור (יצא מתחת לאבן) לפני שהתשמורת תיגמר – ואז יוכל לייצר כלורופיל, לבצע פוטוסינתזה ולייצר בעצמו חומרים אורגניים. | |
| 2 | אור. הצבע הירוק נובע מכלורופיל, ויצירתו בעלים מחייבת אור: באור 8 ימים – עלים ירוקים; בחושך 8 ימים – צהובים (אין כלורופיל); אחרי 7 ימים בחושך ויום אחד באור – צהוב ירקרק (התחלת יצירת כלורופיל). הצבע הירוק הופיע רק בצלחות שהיו חשופות לאור. | |
| 3 | בנבטים שהונבטו באור 8 ימים (צלחת 1): עליהם ירוקים – יש בהם הכי הרבה כלורופיל, שבולע את אנרגיית האור הדרושה לפוטוסינתזה. בצלחת 2 (צהוב) כמעט אין כלורופיל, ובצלחת 3 (צהוב ירקרק) יש מעט. | |
| 4 | לא. בחושך אין פוטוסינתזה (וגם אין כלורופיל), ולכן הנבט אינו מייצר חומרים אורגניים. הוא מתקיים מחומרי התשמורת של הזרע ומפרק אותם בנשימה תאית; כשהתשמורת תיגמר לא יהיה לו מקור לחומרי בנייה ולאנרגיה – והוא ייחלש וימות לפני שיהיה לצמח בוגר. | |
| 5א | עוצמת האור שמגיעה לעלים (מידת החשיפה של העלים לאור). | |
| 5ב | כיסוי המבחנות בכיסויים שונים: מבחנה 1 – ללא כיסוי (אור מלא); מבחנה 2 – כיסוי ברשת (אור מופחת); מבחנה 3 – כיסוי בנייר אלומיניום (חושך, אין אור). | |
| 5ג | קצב הפוטוסינתזה בעלים (קצב פליטת החמצן), שנמדד כשינוי בנפח הנוזל בפיפטה (מ"ל ב-15 דקות). | |
| 5ד | בפוטוסינתזה העלים פולטים חמצן (גז). המערכת סגורה ומלאה בנוזל, ולכן הגז שנפלט דוחק נוזל מהמבחנה אל הפיפטה, וקו הנוזל מתקדם. ככל שנפלט יותר חמצן ב-15 דקות – הנוזל מתקדם יותר; לכן השינוי בנפח הנוזל בפיפטה משקף את כמות החמצן שנוצרה, כלומר את קצב הפוטוסינתזה. | |
| 6 | קצב הפוטוסינתזה תלוי בעוצמת האור, כי אנרגיית האור (הנבלעת בכלורופיל) מניעה את פירוק המים ופליטת החמצן. ללא כיסוי – הכי הרבה אור ← הכי הרבה חמצן: 0.31 מ"ל. רשת – פחות אור ← פחות חמצן: 0.17 מ"ל (כ-55% מהמבחנה הלא מכוסה). אלומיניום – אין אור ← אין פוטוסינתזה ואין פליטת חמצן ← אין שינוי (0). | |
| 7א | NaHCO₃ משחררת CO₂, חומר המוצא של הפוטוסינתזה (מקובע לסוכר בשלב שאינו תלוי באור ישירות). במים בלבד יש מעט CO₂ מומס, שהיה נגמר מהר והופך לגורם מגביל. התמיסה מספקת CO₂ בעודף ובאופן שווה לכל המבחנות, כך שקצב הפוטוסינתזה יהיה מספיק גבוה למדידה ויהיה תלוי רק בעוצמת האור. | |
| 7ב | לערוך טיפול בקרה: שלוש מבחנות זהות עם אותה תמיסת NaHCO₃ ואותו מערך פיפטה – בלי עלים – אחת ללא כיסוי, אחת ברשת ואחת בנייר אלומיניום, מול אותה מנורה 15 דקות. אם קו הנוזל לא יזוז באף אחת מהן – הגז לא נוצר מפירוק התמיסה באור אלא נפלט מהעלים (בפוטוסינתזה), וההסבר נשלל. | |
| 8א | גרף רציף – כי המשתנה הבלתי תלוי (ריכוז יוני האבץ) הוא משתנה כמותי רציף, ויש משמעות לערכי ביניים בין הריכוזים שנבדקו. | |
| 8ב | גרף רציף: ציר x – ריכוז יוני אבץ שהוסף (מ"ג/ליטר), 0–4; ציר y – שינוי במשקל היבש (גרם), 0–10. נקודות: (0, 5.5), (0.3, 9.0), (0.5, 7.5), (1.0, 5.0), (2.0, 3.0), (4.0, 1.0), מחוברות בקו. כותרת: השפעת ריכוז יוני האבץ על השינוי במשקל היבש של אצות פורמידיום. | |
| 9א | בכלי ב (0.3 מ"ג/ליטר) העלייה במשקל היבש גדולה בהרבה מבכלי א (9.0 לעומת 5.5 גרם). אבץ הוא חלק ממבנה אנזימים המזרזים שלבים בפוטוסינתזה; בכלי א (ללא תוספת) מחסור באבץ מגביל את מספר האנזימים הפעילים. התוספת בכלי ב אפשרה ליצור יותר אנזימים פעילים ← קצב פוטוסינתזה גבוה יותר ← נוצר יותר חומר אורגני ← עלייה גדולה יותר במשקל היבש. | |
| 9ב | מ-0.5 מ"ג/ליטר ומעלה, ככל שריכוז האבץ עולה – העלייה במשקל היבש קטנה (7.5 ← 5.0 ← 3.0 ← 1.0 גרם). בריכוזים גבוהים אבץ רעיל: עודף יונים פוגע במבנה של חלבונים ואנזימים (למשל אנזימי הפוטוסינתזה) ובקרומים ← קצב הפוטוסינתזה יורד ← נוצר פחות חומר אורגני ← גדילה מועטה. | |
| 10 | בטבלה 1 נבחרו רק הריכוזים 0, 1, 2, 4 – והתוצאות מראות ירידה רציפה (5.5 ← 1.1 גרם), ולכן היו מסיקים שאבץ מזיק לאצות בכל ריכוז. בטבלה 2 נוספו ריכוזים נמוכים (0.3, 0.5), שבהם העלייה במשקל היבש גבוהה מבלי אבץ (9.0 ו-7.5 לעומת 5.5) – כלומר אבץ בריכוז נמוך מעודד גדילה ורק בריכוז גבוה מזיק. המסקנה השתנתה בגלל בחירת ערכי המשתנה הבלתי תלוי. | |
| 11 | לדוגמה: ירידה בריכוז החמצן המומס במים. אצות הן יצרנים ופולטות חמצן בפוטוסינתזה; פחות אצות ← פחות פוטוסינתזה ← פחות חמצן מומס במים ← בעלי חיים מימיים (דגים, חסרי חוליות) שזקוקים לחמצן לנשימה תאית נפגעים ועלולים למות. (חלופה: ירידה בכמות המזון לצרכנים הראשוניים ובעקבותיה ירידה באוכלוסיות לאורך שרשרת המזון.) | |
| 12א | ככל שמידת העכירות של המים גבוהה יותר, קצב הפוטוסינתזה באצות יהיה נמוך יותר. | |
| 12ב | חלקיקים מרחפים במים עכורים בולעים ומפזרים את האור, ולכן פחות אור מגיע לאצות. בפוטוסינתזה הכלורופיל בולע אנרגיית אור שמניעה את השלב התלוי באור (פירוק מים, פליטת חמצן, יצירת ATP ונשאי מימן). פחות אור ← פחות אנרגיה ← פחות ATP ונשאי מימן לקיבוע CO₂ ← קצב פוטוסינתזה נמוך יותר. | |
| 12ג | לדוגמה: מדידת ריכוז החמצן המומס במים שבהם גדלות האצות (במד חמצן/חיישן חמצן) לפני ואחרי פרק זמן קבוע באור – עלייה גדולה יותר בריכוז החמצן מעידה על קצב פוטוסינתזה גבוה יותר. (חלופות: מדידת קצב צריכת CO₂ לפי השינוי ב-pH של המים; ספירת בועות החמצן הנפלטות ביחידת זמן; ספירת תאי האצות ביחידת נפח לאורך זמן – מדד עקיף, דרך הגדילה.) |