Zadanie 21
Matura z biologii, maj 2024, poziom rozszerzony
Wymaganie: VIII.3 — oddziaływania międzygatunkowe (mutualizm, konkurencja).
VI.5 — fizjologia roślin (bilans wodny, transpiracja, aparaty szparkowe).
X.2 — metodologia: eksperyment kontrolowany.
Treść zadania
Zadanie 21.
Oddziaływania międzygatunkowe u roślin mogą mieć charakter antagonistyczny, np. gdy w suchych środowiskach występuje konkurencja korzeni o wodę, lub nieantagonistyczny – polegający na wzajemnym wspomaganiu wzrostu.
Aby określić wpływ wzajemnego oddziaływania roślin jednorocznych i krzewów Ambrosia dumosa, przeprowadzono 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 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).
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 = przerywają 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, A. dumosa + jednoroczne (cień) |
| Komensalizm | + | 0 | Ptaki zjadające resztki z dużych zwierząt |
| Pasożytnictwo | + | - | Tasiemiec, kleszcz |
| Konkurencja | - | - | Krzewy + jednoroczne (o wodę) — tutaj też ma miejsce! |
| Drapieżnictwo | + | - | Lis - zając |
A. dumosa + jednoroczne = mieszanka mutualizmu i konkurencji:
- Mutualizm: cień krzewu pomaga jednorocznym przeżyć suszę.
- Konkurencja: jednoroczne konkurują z krzewami o wodę.
- Wynik netto: na korzyść jednorocznych (z fotosyntezą + biomasa rośnie); krzew traci na biomasie.
Klucz pojęciowy — bilans wodny rośliny
Bilans wodny = pobieranie - utrata
| Pobieranie | Utrata |
|---|---|
| Pobieranie z gleby przez korzenie (osmoza + aktywny transport) | Transpiracja przez aparaty szparkowe (>90% utraty) |
| Trochę z wilgoci powietrza (rosy, opadów) | Parowanie z liści (gutacja) |
Bilans dodatni = roślina ma więcej wody → otwarte szparki → fotosynteza. Bilans ujemny = roślina traci więcej niż pobiera → szparki zamknięte → fotosynteza wstrzymana → biomasa nie rośnie.
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 T powietrza i gleby (45-60°C w południe).
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 = brak wymiany gazowej = brak fotosyntezy = brak przyrostu biomasy.
Z cieniem krzewów: T gleby i powietrza pod krzewem niższa (~10-15°C 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
Nurse plant effect — w warunkach ekstremalnych (pustynia, alpinizm) rośliny dominujące (krzewy, drzewa) ułatwiają wzrost młodych roślin w swoim cieniu:
- Niższa T → niższa transpiracja.
- Wyższa wilgotność gleby (kondensacja rosy w nocy).
- Ochrona przed zwierzętami roślinożernymi.
- Mikroklimat sprzyjający kiełkowaniu.
Klasyczne przykłady: kaktusy saguaro (Karnegia gigantea) wschodzą tylko pod krzewami “pielęgnującymi” (palo verde, mesquite). Dorosły saguaro może żyć 150 lat, na początku potrzebował krzewu-niani.
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).
- Wszystko inne kontrolowane (zmienne ubytkowe).
Mutualizm na pustyni = klasyczny przykład interakcji ekologicznych:
- Lasy “nurse plants” w Sahel: drzewa Faidherbia + uprawy zboża pod nimi.
- Korale + zooxantelle → bez tej symbiozy korale nie żyją (bielenie raf koralowych = utrata zooxantell przy ociepleniu).
- Bakterie azotowe + rośliny strączkowe → konwencja Rhizobium-leguminoses.
- Mikoryza arbuskularna + 80% roślin → ulatwia pobieranie wody i fosforu.
Ambrosia dumosa (burrowegga) — dominujący krzew Mojave i Sonoran Desert (USA, Meksyk). Pod jej koronami żyją tysiące jednorocznych — kiedy nadchodzą deszcze, pustynia “kwitnie”.
Susze w Polsce 2018-2020 — bezprecedensowe straty w rolnictwie. Mechanizm jak w zadaniu: wysoka T → ekstremalna transpiracja → rośliny zamykają szparki → spadek plonów. Nawadnianie + cień (uprawy współzespołowe) = strategie adaptacyjne.
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