Zadanie 6
Matura z biologii, maj 2023, poziom rozszerzony
Wymaganie: VI.5 — hormony roślinne (auksyny, IAA), abscysja liści.
VI.6 — adaptacje roślin do klimatu (dormancja, zrzucanie liści).
Treść zadania
Liście jabłoni, podobnie jak innych drzew liściastych klimatu umiarkowanego, rozwijają się z pąków na wiosnę i są zrzucane dopiero jesienią. Naturalny proces zrzucania liści polega na rozwoju strefy odcinającej u podstawy ogonka liściowego.
Auksyny są hormonami roślinnymi produkowanymi m.in. przez wierzchołek wzrostu pędu oraz przez młode liście.
Postawiono następującą hipotezę: Rozwój strefy odcinającej liści jabłoni jest hamowany przez auksyny wytwarzane w młodych liściach.
Na poniższym rysunku przedstawiono przebieg doświadczenia przeprowadzonego w celu weryfikacji tej hipotezy. W doświadczeniu wykorzystano roczne pędy jabłoni z usuniętym wierzchołkiem wzrostu oraz naturalną auksynę – kwas indolilooctowy (IAA).
- Próba I: odcięcie młodego liścia → po kilku dniach → powstanie strefy odcinającej → opadanie ogonka.
- Próba II: odcięcie młodego liścia + nałożenie na ogonek pasty zawierającej auksynę (IAA) → po kilku dniach → ogonek nie opada.
Na podstawie: W.K. Purves i in., Life. The Science of Biology, Sunderland 2001; H. Fišerová i in., The Effect of Quercetine on Leaf Abscission of Apple Tree […], „Plant, Soil and Environment" 52(12), 2006.
Zadanie 6.1. (0–1)
Na podstawie przedstawionych wyników badań sformułuj wniosek na temat wpływu auksyn produkowanych przez młode liście na rozwój strefy odcinającej liści jabłoni.
Zadanie 6.2. (0–1)
Przedstaw, na czym polega adaptacja w postaci zrzucania liści przed zimą u drzew liściastych klimatu umiarkowanego. W odpowiedzi uwzględnij dostępność wody dla tych roślin w okresie zimowym oraz rolę liści w gospodarce wodnej roślin.
Źródło: arkusz CKE MBIP-R0-100-2305. Otwórz oryginalny PDF
Rozwiązanie
6.1. Wniosek: auksyny produkowane przez młode liście hamują rozwój strefy odcinającej liści jabłoni.
Uzasadnienie z eksperymentu:
- Próba I: brak liścia = brak źródła auksyn → strefa odcinająca się rozwija → opadanie ogonka.
- Próba II: brak liścia, ale dodano IAA (sztuczne źródło auksyn) → strefa odcinająca nie rozwija się → ogonek nie opada.
- Wniosek: efekt prób różni się tylko obecnością auksyn. Auksyny HAMUJĄ rozwój strefy odcinającej (utrzymują liść przyłączony).
W naturze: gdy liść jest młody i fotosyntetyzuje, produkuje auksyny → strefa odcinająca nie powstaje → liść trzyma się gałęzi. Gdy liść starzeje się (jesień), produkcja auksyn maleje → strefa odcinająca się rozwija → liść opada.
6.2. Adaptacja zrzucania liści przed zimą:
Problem zimowy — niedostępność wody:
- Zimą gleba zamarznięta → woda w stanie stałym (lód) → niedostępna dla korzeni.
- Roślina nie może uzupełniać wody pobieranej przez transpirację.
Rola liści — główne miejsce transpiracji:
- Liście to najważniejszy organ utraty wody w roślinie (transpiracja przez aparaty szparkowe + naskórek).
- Średnio ~95% pobranej wody jest utracone przez transpirację z liści.
- Liście mają dużą powierzchnię → ogromne pole parowania.
Skutek zrzucania liści:
- Drastyczne zmniejszenie powierzchni transpiracji → roślina przestaje tracić wodę w okresie, gdy nie może jej uzupełnić.
- Roślina przechodzi w stan dormancji zimowej (anabioza, brak fotosyntezy, niski metabolizm).
- Wodę przechowuje w łodydze + korzeniach + pączkach (chronione przed mrozem łuskami pączkowymi).
- Wiosną z pączków rosną nowe liście → wznowienie fotosyntezy + transpiracji.
Drzewa iglaste (sosna, jodła, świerk) zachowują liście (igły) całą zimę, ale igły mają adaptacje zmniejszające transpirację: gruba kutykuła woskowa, zagłębione aparaty szparkowe, mała powierzchnia.
Zrzucanie liści to klasyczna strategia adaptacyjna drzew liściastych klimatu umiarkowanego — kompromis między letnią efektywnością (duże liście fotosyntetyczne) a zimowym przetrwaniem (oszczędność wody).
Pułapka 6.1 — wniosek "auksyny powodują opadanie". Odwrotnie — auksyny hamują opadanie. Klucz: w obecności IAA strefa się NIE rozwija = liść NIE opada → IAA = czynnik podtrzymujący.
Pułapka 6.2 — wskazanie tylko "oszczędności wody" bez kontekstu. Klucz: dwa elementy:
- Woda zimą jest niedostępna (zamarznięta gleba).
- Liście są głównym miejscem utraty wody (transpiracji).
Bez liści = bez transpiracji = roślina przetrwa do wiosny.
Pułapka 6.2 — odpowiedź "żeby liście nie zamarzły". To uboczny efekt, nie kluczowy. Klucz: gospodarka wodna + dostępność wody.
Strony arkusza CKE z trescia zadania
Klucz pojęciowy — auksyny
| Element | Funkcja |
|---|---|
| IAA (kwas indolilooctowy) | Najważniejsza naturalna auksyna |
| Miejsce produkcji | Wierzchołek pędu, młode liście, młode owoce |
| Transport | Polarny (od wierzchołka do podstawy), przez błony za pomocą transporterów PIN i AUX |
| Funkcje | Wzrost wydłużeniowy, dominacja apikalna, fototropizm, hamowanie abscysji, rozwój owoców |
Mechanizm: jak auksyny hamują abscysję?
Młody liść produkuje IAA → transport bazypetalny do ogonka i dalej w pęd.
IAA hamuje wytwarzanie etylenu w strefie odcinającej. Etylen = hormon wywołujący abscysję (rozkład pektyn ścian komórkowych w strefie odcinającej).
Starzejący się liść (jesień): zmniejszona produkcja IAA + zwiększona wrażliwość na etylen → strefa odcinająca uaktywnia się.
Strefa odcinająca: pas komórek u podstawy ogonka. Komórki produkują celulazy + pektynazy → trawią ściany komórkowe → ogonek odpada od pędu.
Powstaje blizna liściowa zabezpieczona suberyną i ksyloproteiną → ochrona przed mrozem i patogenami.
Mechanizm: adaptacja zimowa (6.2)
Dlaczego nie zrzucać liści zimą = śmierć?:
Woda zamarznięta w glebie → korzenie NIE pobierają wody. Drzewo praktycznie w stanie suszy.
Transpiracja z liści nie ustaje całkowicie nawet w niskich T. Aparaty szparkowe + naskórek = utrata wody.
Bilans wody ujemny: utrata > pobieranie → odwodnienie → liście usychają → drzewo umiera od suszy fizjologicznej.
Rozwiązanie ewolucyjne: zrzucanie liści = drastyczna redukcja powierzchni transpiracji. Drzewo pozostaje z gałęziami + pączkami (mała powierzchnia, woskowate łuski → niska transpiracja).
Dodatkowe korzyści:
- Liście są wrażliwe na mróz (woda wewnątrzkomórkowa zamarza → kryształki lodu uszkadzają błony i organelle).
- Liście z lodem byłyby też ciężkie → łamałyby gałęzie.
Iglaki vs liściaste — strategie zimowe
| Cecha | Drzewa liściaste (jabłoń, dąb) | Drzewa iglaste (sosna, świerk) |
|---|---|---|
| Zrzucanie liści | Tak, jesienią | Nie (z wyj. modrzewia) |
| Liście | Duże, miękkie, cienka kutikula | Małe igły, gruba kutikula |
| Transpiracja zimą | Zerowa (brak liści) | Niska (adaptacje igieł) |
| Fotosynteza zimą | Brak | Niska (przy słońcu + lekkim mrozie) |
| Klimat | Umiarkowany, ciepły | Borealne, alpejskie |
Punktacja CKE
- 6.1. 1 pkt — wniosek wskazujący na hamowanie strefy odcinającej przez auksyny.
- 6.2. 1 pkt — dwa elementy: niedostępność wody zimą + transpiracja z liści.
- Suma: 2 pkt.
Po co to umieć
Auksyny w rolnictwie i ogrodnictwie:
- Syntetyczne auksyny (2,4-D, NAA, IBA) = herbicydy selektywne (działa na rośliny dwuliścienne, nie zboża). 2,4-D = składnik “Agent Orange” wojennej.
- Stymulatory korzenienia (IBA w sprayu) — pomaga roślinom kiełkować + przy sadzeniu sadzonek.
- Hamowanie opadania owoców — opryski auksynowe w sadach jabłonowych.
- Wytwarzanie owoców bezpestkowych (parthenocarpic fruits) — auksyny stymulują rozwój owocu bez zapłodnienia.
Ewolucja drzew liściastych:
- ~100 mln lat temu (kreda) — radiacja okrytonasiennych.
- Liściaste rozprzestrzeniły się głównie w klimacie umiarkowanym (cztery pory roku).
- W tropikach drzewa nie zrzucają liści (lub zrzucają w porze suchej, nie zimnej).
- W tundrze: brak drzew (zbyt krótkie lato + permafrost).
Kolory jesieni (jabłonie, klony, dęby) — degradacja chlorofilu odsłania karotenoidy (żółte, pomarańczowe) + biosynteza antocyjanów (czerwone, fioletowe). Antocyjany chronią starzejący się liść przed UV + chłodem → pozwalają transportować ostatnie substancje odżywcze z liścia do pędu przed zrzuceniem.
Pielgrzymi liście (Japonia “hanami” → “momijigari”) — kulturowe zjawisko: tysiące turystów podróżuje obserwować jesień w lasach klonu japońskiego. Biologia + kultura.
Rozumiesz, jak to rozwiązać?
Przećwicz podobne typy zadań w aplikacji
matury-online.pl ma tysiące zadań pogrupowanych po dziedzinach. Sprawdź, czy temat „fizjologia roślin, auksyny, IAA, abscysja liścia, zrzucanie liści, adaptacja zimowa" zrobisz samodzielnie.
Otwórz matury-online.pl