Zadanie 4
Matura z biologii, maj 2023, poziom rozszerzony
Wymaganie: VI.5 — fotosynteza (chlorofil a, b, adaptacje świetlne).
X.2 — metodologia (eksperyment kontrolowany, standaryzacja, baseline).
Treść zadania
Przeprowadzono doświadczenie nad wpływem intensywności światła na zawartość chlorofilu w liściach storczyka Phalaenopsis 'Edessa'.
W pierwszym etapie doświadczenia, trwającym 2 miesiące, wszystkie rośliny uprawiano w jednakowych warunkach: intensywność światła 100 μmol·m⁻²·s⁻¹, temperatura 28°C, wilgotność powietrza 75%.
W drugim etapie doświadczenia, trwającym 5 tygodni, rośliny podzielono na dwie grupy i poddano działaniu różnej intensywności światła:
- grupa LL (low light): 50 μmol·m⁻²·s⁻¹,
- grupa HL (high light): 200 μmol·m⁻²·s⁻¹.
W drugim etapie wykonywano pomiary zawartości chlorofilu a, chlorofilu b oraz chlorofilu całkowitego (a + b), a także obliczano stosunek a/b. Pomiary wykonywano w pierwszym dniu drugiego etapu oraz po 4, 6 i 10 tygodniach.
Na podstawie wyników sporządzono wykresy A–D przedstawiające zmiany zawartości chlorofilu a, chlorofilu b, chlorofilu całkowitego oraz stosunku a/b w obu grupach (LL i HL).
Zadanie 4.1. (0–2)
Oceń, czy dokończenia poniższego zdania są prawdziwe. Zaznacz P, jeśli stwierdzenie jest prawdziwe, albo F – jeśli jest fałszywe.
W ostatnim dniu trwania drugiego etapu doświadczenia:
| # | Stwierdzenie | P / F |
|---|---|---|
| 1. | średnia zawartość chlorofilu a była wyższa u roślin w grupie LL niż w grupie HL. | P / F |
| 2. | średnia zawartość chlorofilu całkowitego w grupie HL była niższa o ponad 300 mg·m⁻² niż w pierwszym dniu tego etapu doświadczenia. | P / F |
| 3. | średni stosunek zawartości chlorofilu a/b w grupie LL był przeszło dwukrotnie większy niż w grupie HL. | P / F |
Zadanie 4.2. (0–1)
Określ, w jakim celu w pierwszym etapie doświadczenia wszystkie rośliny były uprawiane w takich samych warunkach środowiskowych.
Zadanie 4.3. (0–1)
Określ, w jakim celu wykonano pomiary zawartości chlorofilu w pierwszym dniu trwania drugiego etapu doświadczenia.
Źródło: arkusz CKE MBIP-R0-100-2305. Otwórz oryginalny PDF
Rozwiązanie
4.1.
| # | Stwierdzenie | Ocena |
|---|---|---|
| 1 | Chl a wyższy w LL niż HL | P |
| 2 | Chl całkowity w HL niższy o ponad 300 mg/m² niż w 1. dniu etapu 2 | P |
| 3 | Stosunek a/b w LL przeszło dwukrotnie większy niż w HL | F |
Uzasadnienia:
P — rośliny w słabym świetle (LL) akumulują więcej chlorofilu (próbują wychwytywać każdy foton). Rośliny w silnym świetle (HL) degradują nadmiar chlorofilu (fotoochrona, by uniknąć uszkodzeń fotosystemów). Z wykresów: chl a w LL ~1000-1200 mg/m², w HL ~600-700 mg/m².
P — w grupie HL chlorofil maleje w ciągu etapu 2 (fotodegradacja przy nadmiarze światła). Spadek powyżej 300 mg/m² widoczny w wykresie chl całkowity (z ~1500 do <1200).
F — odwrotna zależność: rośliny cieniste (LL) mają NIŻSZY stosunek a/b (więcej chl b w stosunku do a — chl b lepiej absorbuje "zielone" światło rozproszone w cieniu). Rośliny słoneczne (HL) mają WYŻSZY stosunek a/b (więcej chl a w stosunku do b). Zatem stosunek a/b w LL NIE jest większy niż w HL — przeciwnie, MNIEJSZY.
4.2. Cel uprawy w jednakowych warunkach w etapie 1: wyrównanie stanu wyjściowego roślin (kontrola zmiennych ubocznych) → wszystkie rośliny na starcie etapu 2 miały takie same parametry fizjologiczne (zawartość chlorofilu, kondycja, rozmiar).
Bez tej standaryzacji: różnice między grupami LL i HL na końcu eksperymentu mogłyby wynikać z różnic początkowych (np. niektóre rośliny już ciemniejsze), a nie z efektu czynnika eksperymentalnego (intensywności światła). Standaryzacja = eliminacja zmiennych zakłócających (confounding variables).
4.3. Cel pomiaru chlorofilu w 1. dniu etapu 2: ustalenie wartości wyjściowej (baseline) — punkt odniesienia, do którego porównuje się późniejsze pomiary (4, 6, 10 tydzień).
Dzięki temu można:
- Określić wielkość zmiany chlorofilu pod wpływem światła (LL vs HL).
- Potwierdzić jednakowość wyjściowych wartości w obu grupach (efekt etapu 1).
- Odróżnić zmiany w trakcie etapu 2 od już istniejących różnic.
Bez baseline: gdybyśmy mierzyli tylko na końcu, nie wiedzielibyśmy, czy chlorofil wzrósł, spadł czy się nie zmienił vs stan początkowy.
Pułapka 4.1.3 — stosunek a/b. Intuicja "więcej chlorofilu w cieniu = większy stosunek a/b" jest błędna. W rzeczywistości: cień → więcej chl b → niższy a/b. Słońce → mniej chl b → wyższy a/b. Klucz: rola chl b jako "anteny" w słabym świetle.
Pułapka 4.2 — odpowiedź "żeby rosły zdrowo". Klucz: standaryzacja = wszystkie rośliny rozpoczynają etap 2 w identycznych warunkach fizjologicznych → różnice na końcu pochodzą tylko z czynnika eksperymentalnego (światła).
Pułapka 4.3 — odpowiedź "żeby zobaczyć ile mają chlorofilu". Klucz: baseline = punkt odniesienia. Pozwala oszacować zmianę (delta) zamiast absolutnej wartości.
Strony arkusza CKE z trescia zadania
Klucz pojęciowy — chlorofile a i b
| Cecha | Chlorofil a | Chlorofil b |
|---|---|---|
| Funkcja | Centrum reakcji PSI i PSII | Antena — pomocnicze pochłanianie |
| Spektrum absorpcji | 430 + 660 nm (niebieski + czerwony) | 460 + 645 nm |
| Dystrybucja | Wszystkie organizmy fotosyntetyczne | Rośliny + zielone glony |
| W cieniu | Mniej | Więcej (lepsze wychwytywanie rozproszonego światła) |
| Stosunek a/b | — | Słońce: ~3-4; Cień: ~2 |
Klucz: chl b pochłania szersze spektrum — w cieniu, gdzie światło jest filtrowane przez korony drzew (mniej czerwonego, więcej zielonego/żółtego), chl b jest bardziej użyteczny.
Mechanizm: adaptacja roślin do światła
Rośliny słoneczne (HL):
- Mało chlorofilu — by nie pochłaniać nadmiaru fotonów (chroni przed fotoinhibicją).
- Wysoki stosunek a/b (więcej a, mniej b).
- Mniejsze kompleksy LHC (light-harvesting complexes).
- Liście grubsze, mniejsze.
Rośliny cieniste (LL):
- Dużo chlorofilu — by wychwytywać każdy dostępny foton.
- Niski stosunek a/b (więcej b w proporcji do a) — chl b lepiej absorbuje światło rozproszone.
- Duże kompleksy LHC.
- Liście większe, cieńsze.
Storczyki Phalaenopsis w naturze rosną w cieniu drzew lasów tropikalnych (epifity). Z natury są typu cienistego. Po przeniesieniu do HL fotodegradacja chlorofilu (zbyt wiele fotonów uszkadza fotosystemy → enzymy oksydacyjne degradują chlorofil → spada zawartość).
Metodologia: kontrola zmiennych (4.2 + 4.3)
Eksperyment kontrolowany wymaga:
Etap przygotowawczy (pre-treatment): wszystkie obiekty w jednakowych warunkach. Cel: usunąć różnice indywidualne (np. wiek roślin, początkowa kondycja, historia uprawy).
Pomiar wyjściowy (baseline, time = 0): zmierz parametr przed rozpoczęciem manipulacji eksperymentalnej. Cel: punkt odniesienia do oceny zmian.
Manipulacja eksperymentalna: zastosuj różne traktowania (LL vs HL) na różne grupy.
Pomiar w trakcie i końcowy: obserwuj zmiany od baseline w obu grupach.
Porównanie: różnica między grupami mierzy efekt czynnika eksperymentalnego.
Mechanizm: dlaczego rośliny cieniste mają niższy stosunek chl a/b?
W cieniu lasu:
- Korony drzew filtrują światło, pochłaniając niebieski + czerwony (długości fal optymalne dla chl a).
- Pozostaje światło zielono-żółte + dalekie czerwone (~650-700 nm).
- Chl b pochłania w tym zakresie LEPIEJ niż chl a.
- Rośliny cieniste zwiększają proporcję chl b → niższy stosunek a/b → lepsze wychwytywanie dostępnego światła.
To adaptacyjna strategia — z tej samej liczby cząsteczek pigmentu wycisnąć maksimum energii świetlnej.
Punktacja CKE
- 4.1. 2 pkt — wszystkie 3 P/F poprawne. 1 pkt za 2/3.
- 4.2. 1 pkt — wskazanie celu: standaryzacja / wyrównanie warunków wyjściowych.
- 4.3. 1 pkt — wskazanie celu: baseline / wartość wyjściowa do porównania.
- Suma: 4 pkt.
Po co to umieć
Adaptacje świetlne roślin są klasycznym tematem ekologii fizjologicznej:
- Sztuczne oświetlenie w szklarniach: lampy sodowe (HPS) vs LED — różne spektra → różne efekty na rośliny.
- Hodowla orchidei (Phalaenopsis): zbyt dużo światła → liście żółkną, fotodegradacja. Hobbiści orchidei muszą kontrolować światło.
- Akwarystyka roślinna: rośliny cieniste (mchy, anubias) — niskie wymagania świetlne. Słoneczne (np. Eichhornia) — wysokie.
Eksperyment kontrolowany w nauce — metoda naukowa:
- Hipoteza (np. “więcej światła → mniej chlorofilu”).
- Próby (kontrolna + eksperymentalna).
- Standaryzacja (eliminacja zmiennych zakłócających).
- Pomiar baseline + końcowy.
- Analiza statystyczna (czy różnice są istotne?).
- Wniosek + ewent. powtórzenie (replikacja).
Phalaenopsis ‘Edessa’ to popularna odmiana hodowlana — biało-różowe kwiaty, dobrze rośnie w mieszkaniu. Naturalne siedlisko: lasy tropikalne Filipin, Indonezji — światło rozproszone, ciepło, wilgoć.
Fotoinhibicja w słońcu pełnym (>1500 μmol/m²/s) uszkadza białko D1 fotosystemu II. Roślina aktywuje:
- Cykl ksantofili (zeaxantyna ↔ wioloksantyna) — dyssypacja energii jako ciepło.
- Degradację chlorofilu — zmniejszenie liczby anten → mniej pochłoniętej energii.
- Naprawę D1 — szybka resynteza białek fotosystemu.
Bez tych mechanizmów słońce by paliło liście jak ogniem (oksydacja).
Rozumiesz, jak to rozwiązać?
Przećwicz podobne typy zadań w aplikacji
matury-online.pl ma tysiące zadań pogrupowanych po dziedzinach. Sprawdź, czy temat „fotosynteza, chlorofil a i b, adaptacje świetlne, eksperyment kontrolowany, storczyk" zrobisz samodzielnie.
Otwórz matury-online.pl