Zadanie 21
Matura z biologii, maj 2024, poziom rozszerzony
Wymaganie: XVII. Ekologia. 3. Ekologia ekosystemu. Ochrona i gospodarka ekosystemami. Zdający: 2) przedstawia skutki konkurencji […] międzygatunkowej.
IX. Różnorodność roślin. 2. Gospodarka wodna i odżywianie mineralne roślin. Zdający: 3) wykazuje wpływ czynników zewnętrznych (temperatura, światło, wilgotność, ruchy powietrza) na bilans wodny roślin; planuje […] doświadczenie określające wpływ czynników zewnętrznych na intensywność transpiracji.
Treść zadania
Zadanie 21.
Oddziaływania międzygatunkowe u roślin mogą mieć charakter antagonistyczny, np. gdy w suchym środowisku występuje konkurencja korzeni o wodę, lub nieantagonistyczny – polegający na wzajemnym wspomaganiu wzrostu.
Aby określić wpływ wzajemnego oddziaływania roślin jednorocznych i krzewów Ambrosia dumosa, przygotowano na pustyni następujące poletka doświadczalne:
- próba A – usunięto rośliny jednoroczne, a pozostawiono krzewy A. dumosa
- próba B – pozostawiono rośliny jednoroczne oraz krzewy A. dumosa
- próba C – pozostawiono rośliny jednoroczne, a usunięto krzewy A. dumosa.
Na ilustracjach w arkuszu CKE przedstawiono próby A, B i C – krzewy A. dumosa z roślinami jednorocznymi lub bez nich, oraz same rośliny jednoroczne na poletku C.
Rośliny jednoroczne w obecności krzewów charakteryzowały się większym przyrostem biomasy, natomiast przyrost biomasy krzewów w obecności roślin zielnych był ograniczony.
Na podstawie: C.J. Krebs, Ecology: The Experimental Analysis of Distribution and Abundance, Harlow 2014.
Zadanie 21.1. (0–2)
Uzupełnij tabelę – wpisz w puste komórki oznaczenia literowe tych prób, które należy porównać, aby zweryfikować poniższe hipotezy.
| Weryfikowana hipoteza | Oznaczenia literowe prób, które należy porównać |
|---|---|
| Obecność na tym samym obszarze krzewów A. dumosa skutkuje zwiększeniem przyrostu biomasy roślin jednorocznych. | |
| Obecność na tym samym obszarze roślin jednorocznych skutkuje ograniczeniem przyrostu biomasy krzewów A. dumosa. |
Zadanie 21.2. (0–1)
Wyjaśnij, w jaki sposób rzucanie cienia przez krzewy A. dumosa wpływa pozytywnie na przyrost biomasy roślin jednorocznych w warunkach suszy. W odpowiedzi uwzględnij bilans wodny roślin.
Źródło: arkusz CKE MBIP-R0-100-2405. Otwórz oryginalny PDF
Rozwiązanie
21.1.
| # | Hipoteza | Próby do porównania |
|---|---|---|
| 1 | Obecność krzewów zwiększa biomasę jednorocznych | B i C |
| 2 | Obecność jednorocznych ogranicza biomasę krzewów | A i B |
Uzasadnienia:
- B i C — obie próby zawierają rośliny jednoroczne, ale różnią się obecnością krzewów: B z krzewami, C bez. Porównanie biomasy jednorocznych między B i C ujawni wpływ krzewów.
- A i B — obie próby zawierają krzewy A. dumosa, ale różnią się obecnością jednorocznych: A bez jednorocznych, B z jednorocznymi. Porównanie biomasy krzewów między A i B ujawni wpływ jednorocznych.
Reguła eksperymentu kontrolowanego: aby ocenić wpływ czynnika X na zmienną Y, porównuje się dwie próby różniące się TYLKO obecnością X.
21.2. Pozytywny wpływ rzucania cienia w warunkach suszy:
- Cień obniża temperaturę powietrza i gleby pod krzewem → zmniejsza intensywność parowania wody z gleby + zmniejsza intensywność transpiracji (utraty wody przez liście roślin).
- Mniejsza transpiracja = mniejsza utrata wody przez rośliny jednoroczne → korzystny bilans wodny (więcej wody dostępnej do procesów życiowych).
- Wilgotniejsza gleba pod krzewem → łatwiejsze pobieranie wody przez korzenie roślin jednorocznych.
- Rośliny jednoroczne z lepszym dostępem do wody mogą:
- Otwierać aparaty szparkowe (CO₂ wchodzi do liścia → fotosynteza).
- Prowadzić intensywniejszą fotosyntezę → więcej cukrów → większy przyrost biomasy.
W warunkach suszy bez cienia: rośliny jednoroczne zamykałyby aparaty szparkowe (oszczędność wody), co hamuje fotosyntezę → mniejsza biomasa.
Bilans wodny: wodę pobraną z gleby przez korzenie minus utracona transpiracją. Cień przesuwa bilans w stronę dodatnią (więcej zatrzymanej wody).
Zasady oceniania wymagają mechanizmu (ograniczenie parowania wody z liści lub podłoża → większa dostępność wody lub CO₂) ORAZ skutku (intensywniejsza fotosynteza → większy przyrost biomasy). Nie uznaje się odpowiedzi bez odniesienia do fotosyntezy.
Pułapka 21.1 — porównanie nie tych prób. Klucz: porównujemy próby różniące się TYLKO jednym czynnikiem:
- Hip. 1 (krzewy → jednoroczne): wspólny element = jednoroczne, różnica = obecność krzewów → B vs C.
- Hip. 2 (jednoroczne → krzewy): wspólny element = krzewy, różnica = obecność jednorocznych → A vs B.
Pułapka 21.2 — odpowiedź "cień jest dobry". Klucz: konkretny mechanizm = obniżenie T → spadek transpiracji → lepszy bilans wodny → rośliny mogą fotosyntetyzować.
Pułapka 21.2 — pominięcie aparatów szparkowych. Klucz: w suszy rośliny zamykają szparki = ograniczają pobieranie CO₂ i fotosyntezę. Cień pozwala je otwierać = fotosynteza trwa = biomasa rośnie.
Strona arkusza CKE z trescia zadania
Klucz pojęciowy — oddziaływania międzygatunkowe
| Typ | Skutek dla gat. A | Skutek dla gat. B | Przykład |
|---|---|---|---|
| Mutualizm | + | + | Mikoryza, korale + zooxantelle |
| Komensalizm | + | 0 | Ptaki zjadające resztki z dużych zwierząt |
| Pasożytnictwo | + | - | Tasiemiec, kleszcz |
| Konkurencja | - | - | Np. konkurencja korzeni o wodę w suchym środowisku (przykład z tekstu zadania) |
| Drapieżnictwo | + | - | Lis - zając |
A. dumosa + jednoroczne — według tekstu zadania:
- rośliny jednoroczne w obecności krzewów mają większy przyrost biomasy (korzyść, m.in. dzięki cieniowi — zob. 21.2);
- krzewy w obecności roślin zielnych mają ograniczony przyrost biomasy (strata). To więc nie jest mutualizm — korzyść odnosi tylko jedna strona.
Klucz pojęciowy — bilans wodny rośliny
Bilans wodny = pobieranie - utrata
| Pobieranie | Utrata |
|---|---|
| Pobieranie wody z gleby przez korzenie | Transpiracja — głównie przez aparaty szparkowe, w mniejszym stopniu przez kutykulę |
| Gutacja — wydzielanie kropli wody (niewielki udział) |
Bilans dodatni = roślina pobiera co najmniej tyle wody, ile traci → może utrzymywać otwarte szparki → fotosynteza. Bilans ujemny = roślina traci więcej niż pobiera → zamyka szparki → fotosynteza ograniczona → mniejszy przyrost biomasy.
Mechanizm: eksperyment kontrolowany (21.1)
Zasada: porównujemy próby, które różnią się tylko jednym czynnikiem (kontrolowana zmienna), aby ocenić jego efekt.
Hipoteza 1: krzewy → jednoroczne
Pytanie: czy krzewy zwiększają biomasę jednorocznych?
Tabela trzech prób:
| Próba | Jednoroczne | Krzewy | Co mierzymy |
|---|---|---|---|
| A | NIE | TAK | (nie zawiera jednorocznych — bezwartościowa dla hipotezy 1) |
| B | TAK | TAK | Biomasa jednorocznych Z krzewami |
| C | TAK | NIE | Biomasa jednorocznych BEZ krzewów |
→ Porównanie B vs C (różnią się tylko obecnością krzewów).
Hipoteza 2: jednoroczne → krzewy
Pytanie: czy jednoroczne ograniczają biomasę krzewów?
Tabela:
| Próba | Krzewy | Jednoroczne | Co mierzymy |
|---|---|---|---|
| A | TAK | NIE | Biomasa krzewów BEZ jednorocznych |
| B | TAK | TAK | Biomasa krzewów Z jednorocznymi |
| C | NIE | TAK | (nie zawiera krzewów — bezwartościowa dla hip. 2) |
→ Porównanie A vs B (różnią się tylko obecnością jednorocznych).
Mechanizm: cień + bilans wodny (21.2)
Słońce na pustyni = silne nasłonecznienie → wysoka temperatura powietrza i gleby.
Bez cienia: gleba szybko paruje wodę + rośliny intensywnie transpirują (tracą wodę przez liście).
Sucha gleba + intensywna transpiracja = bilans ujemny → rośliny zamykają aparaty szparkowe (oszczędność wody).
Zamknięte szparki = ograniczony dopływ CO₂ = słabsza fotosynteza = mniejszy przyrost biomasy.
Z cieniem krzewów: temperatura gleby i powietrza pod krzewem jest niższa → parowanie + transpiracja zmniejszone → wilgotniejsza gleba + mniejsza utrata przez liście.
Bilans wodny dodatni → rośliny jednoroczne mogą otwierać aparaty szparkowe → CO₂ wchodzi → fotosynteza → glukoza + cukry → przyrost biomasy.
Zjawisko “nurse plant” w ekologii pustyń
Rośliny-opiekunki („nurse plants”) — w trudnych warunkach (np. na pustyni) krzewy i drzewa mogą ułatwiać wzrost innych roślin w swoim cieniu:
- niższa temperatura → mniejsza transpiracja i mniejsze parowanie z gleby;
- mikroklimat sprzyjający kiełkowaniu.
Przykład: siewki kaktusa saguaro (Carnegiea gigantea) rozwijają się zwykle w cieniu innych roślin, np. krzewów i drzew z rodzaju Parkinsonia (palo verde) lub Prosopis (mesquite).
Punktacja CKE
- 21.1. 2 pkt — obie hipotezy poprawnie powiązane z próbami (B-C i A-B). 1 pkt za 1/2 poprawne.
- 21.2. 1 pkt — pełny łańcuch przyczynowo-skutkowy z bilansem wodnym.
- Suma: 3 pkt.
Po co to umieć
Eksperyment kontrolowany to fundament metody naukowej:
- Grupa eksperymentalna vs kontrolna (placebo, sham, brak interwencji).
- Tylko jeden czynnik zmieniany (zmienna niezależna).
- Wszystkie pozostałe warunki jednakowe w obu próbach.
Inne przykłady oddziaływań między organizmami:
- korale + zooxantelle (mutualizm) — bielenie raf to utrata zooxantelli, m.in. przy podwyższonej temperaturze wody;
- bakterie brodawkowe (Rhizobium) + rośliny bobowate — wiązanie azotu atmosferycznego;
- mikoryza — grzyb ułatwia roślinie pobieranie wody i soli mineralnych (m.in. fosforu).
Ambrosia dumosa — krzew pustyń południowo-zachodniej części Ameryki Północnej (m.in. Mojave i Sonora).
Rozumiesz, jak to rozwiązać?
Przećwicz podobne typy zadań w aplikacji
matury-online.pl ma tysiące zadań pogrupowanych po dziedzinach. Sprawdź, czy temat „ekologia, mutualizm, eksperyment kontrolowany, fizjologia roślin, susza, bilans wodny, Ambrosia dumosa” zrobisz samodzielnie.
Otwórz matury-online.pl