1ο και 2ο ΕΚΦΕ Ηρακλείου ΤΟΠΙΚΟΣ ΠΡΟΚΡΙΜΑΤΙΚΟΣ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΟΣ ΕΥΡΩΠΑΪΚΗΣ ΟΛΥΜΠΙΑΔΑΣ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ - EUSO 2016 Σάββατο 5 Δεκεµβρίου 2015 Διαγωνισµός στη Βιολογία (Διάρκεια 1 ώρα) ΟΝΟΜΑΤΕΠΩΝΥΜΟ ΜΑΘΗΤΩΝ 1)... 2)... 3)... ΣΧΟΛΕΙΟ Επιστηµονική Επιτροπή: Ειρήνη Κουρλετάκη (Βιολόγος) Ελευθερία Φανουράκη (Βιολόγος)
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΟΥΣΙΩΝ ΣΤΑ ΦΥΤΑ - ΦΩΤΟΣΥΝΘΕΣΗ Εισαγωγή Η ζωή στον πλανήτη μας, εδώ και δισεκατομμύρια χρόνια, στηρίζεται στην ενέργεια του Ήλιου. Από την ενέργεια αυτή, ένα μέρος παγιδεύεται από τους φωτοσυνθετικούς οργανισμούς και αποθηκεύεται σε οργανικά μόρια π.χ. γλυκόζη, με την διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Συνοπτικά η διαδικασία της φωτοσύνθεσης παρουσιάζεται στην Εικόνα 1: Εικόνα 1. Διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Τα γεγονότα της φωτοσύνθεσης: 1. Απορρόφηση νερού και θρεπτικών ουσιών από τις ρίζες. Το νερό και οι ουσίες που περιέχει, μεταφέρονται στα πράσινα μέρη του φυτού, που είναι κυρίως τα φύλλα και συχνά ο βλαστός τους, με ένα σύνολο αγγείων που ονομάζεται ξύλωμα. Τα οργανικά μόρια (π.χ. γλυκόζη) μεταφέρονται σε όλα τα μέρη του φυτού με ένα αντίστοιχο σύνολο αγγείων που ονομάζεται φλοίωμα. Το ξύλωμα και το φλοίωμα αποτελούν τον αγωγό ιστό - ηθμαγγειώδεις δεσμίδες). Μέρος του νερού του φυτού χάνεται μέσω των στομάτων των φύλλων με τη διαδικασία της διαπνοής. 2. Πρόσληψη διοξειδίου του άνθρακα από το περιβάλλον διαμέσου των στομάτων των φύλλων. 3. Δέσμευση της φωτεινής ενέργειας από τη χλωροφύλλη (πράσινη χρωστική των φυτών). 4. Παραγωγή οξυγόνου το οποίο απελευθερώνεται στο περιβάλλον από τα στόματα των φύλλων και χρησιμοποιείται για την αναπνοή όλων των οργανισμών. 5. Παραγωγή γλυκόζης. Ταυτόχρονα τα φυτά αναπνέουν. Με την αναπνοή διασπούν την τροφή τους (γλυκόζη) απελευθερώνοντας ενέργεια. Για να πραγματοποιηθεί αυτό, δεσμεύουν οξυγόνο και ελευθερώνουν διοξείδιο του άνθρακα. Την ημέρα, τα φυτά απορροφούν οξυγόνο, ταυτόχρονα όμως φωτοσυνθέτουν αποβάλλοντας πολύ περισσότερο οξυγόνο από αυτό που απορροφούν. Τη νύχτα όμως, τα φυτά δε φωτοσυνθέτουν, δηλαδή απορροφούν οξυγόνο χωρίς να αποβάλλουν (Εικόνα 2).
Εικόνα 2. Παραγωγή και απορρόφηση αερίων από τα φυτά στη διάρκεια του 24ώρου. Η πρόσληψη του CO 2 και η αποβολή του Ο 2 κατά τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης γίνεται μέσω κάποιων ειδικών σχηματισμών, των στομάτων των φύλλων. Τα στόματα σχηματίζονται από ένα ζεύγος εξειδικευμένων επιδερμικών κυττάρων, των καταφρακτικών ή στοματικών κυττάρων. Τα καταφρακτικά κύτταρα συνήθως έχουν νεφροειδές σχήμα (Εικόνα 3 Α, Β) αλλά μπορεί και να παρουσιάζουν και άλλο σχήμα (π.χ. στα Αγρωστώδη μοιάζουν με αλτήρες) (Εικόνα 3 Γ) και διατάσσονται έτσι ώστε ανάμεσά τους να σχηματίζεται ένας μεσοκυττάριος χώρος, πόρος ή σχισμή, ο οποίος αυξομειώνεται κατά το άνοιγμα και κλείσιμο των στομάτων. Τα στόματα των φύλλων, σε αρκετά από τα χερσαία φυτά βρίσκονται σχεδόν αποκλειστικά ή στην πλειοψηφία τους στην κάτω επιφάνεια της επιδερμίδας των φύλλων (υποστοματικά φυτά). Α Β Εικόνα 3. Χαρακτηριστικοί τύποι στομάτων. Α., Β. τυπική μορφή στομάτων (νεφροειδές σχήμα καταφρακτικών κυττάρων) και Γ. καταφρακτικά κύτταρα σε αγρωστώδη (σχήμα αλτήρα). Οι δύο μεγάλες κλάσεις στις οποίες υποδιαιρούνται τα αγγειόσπερμα φυτά είναι τα μονοκοτυλήδονα και τα δικοτυλήδονα. Κάθε κλάση έχει ιδιαίτερα χαρακτηριστικά που τη διαφοροποιούν από την άλλη. Εδώ θα μας απασχολήσουν οι διαφορές που παρατηρούνται στην εγκάρσια τομή των βλαστών τους. Στα δικοτυλήδονα φυτά ο αγωγός ιστός, μέσω του οποίου μεταφέρονται το νερό, τα θρεπτικά (ξύλωμα) και η γλυκόζη που παράγεται με τη φωτοσύνθεση (φλοίωμα), σχηματίζει ένα δαχτυλίδι από διακριτές δεσμίδες, τις ηθμαγγειώδεις δεσμίδες. Περιμετρικά του βλαστού βρίσκεται η επιδερμίδα του φυτού που έχει πράσινο χρώμα. Στα μονοκοτυλήδονα φυτά ο αγωγός ιστός αποτελείται από διάσπαρτες δεσμίδες σε όλο το πάχος του βλαστού (Εικόνα 4). Γ
Εικόνα 4. Εγκάρσια τομή βλαστού μονοκοτυλήδονου και δικοτυλήδονου φυτού. Μέρος Α: Μακροσκοπικές παρατηρήσεις Απαιτούμενα Υλικά Όργανα - Αντιδραστήρια 1. Σύριγγα των 60 ml 2. Υδατικό διάλυμα NaHCO 3 0,5% w/v. Δίνεται έτοιμο. 3. Ποτήρι ζέσεως 100 ml 3. Φύλλα του φυτού Hibiscus syriacus (Ιβίσκος), πράσινα και κίτρινα για την παραλαβή 6 πράσινων και 6 κίτρινων δίσκων φύλλου. 4. Καπάκι μαρκαδόρου για την αποκοπή των δίσκων φύλλου. 5. Πηγή φωτός (λάμπα) 5. Χρονόμετρο Πειραματική Διαδικασία: Κόψτε με το καπάκι του μαρκαδόρου 6 δίσκους από το πράσινο και 6 δίσκους από το κίτρινο φύλλο που σας έχει δοθεί. Σε σύριγγα των 60 ml τοποθετείστε υδατικό διάλυμα του NaHCO 3 (περίπου 10-15 ml) και τους 12 δίσκους των φύλλων και φροντίστε να αφαιρέσετε τον αέρα που περιέχεται στη σύριγγα. Οι δίσκοι των φύλλων επιπλέουν στο διάλυμα. Με διαδοχικές πιέσεις του εμβόλου της σύριγγας διατηρώντας κλειστό το στόμιο της με το δάχτυλο σας (αύξηση πίεσης στη σύριγγα, ΠΡΟΣΟΧΗ το στόμιο της σύριγγας να στοχεύει μακριά από πρόσωπα για την αποφυγή ατυχήματος από διαρροή από το έμβολο) αφαιρέστε όλο τον αέρα από τα φύλλα. Όταν στους χώρους αέρα μέσα στα φύλλα (μεσόφυλλο), διεισδύσει το διάλυμα, η ολική πυκνότητα των φύλλων θα αυξηθεί και οι δίσκοι θα βουλιάζουν. Παρατηρούνται μικρές φυσαλίδες αέρα.
Σημείωση: Το διάλυμα, λόγω του NaHCO 3, αποτελεί πηγή διοξειδίου του άνθρακα για τη φωτοσύνθεση. Συγκεκριμένα, οι αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα είναι: NaHCO 3 (s) Na+ (aq) + HCO 3 - (aq) To HCO 3 - σε υδατικό διάλυμα παρουσία Η + μετατρέπεται σε H 2 CO 3, το οποίο διασπάται σε CO 2 και H 2 O. H + + HCO 3 - H 2 CO 3 CO 2 + H 2 O Αδειάστε το περιεχόμενο της σύριγγας στο ποτήρι ζέσεως. Συμπληρώστε με διάλυμα NaHCO 3 μέχρι τα 50 ml περίπου και φωτίστε το με τη λάμπα. Παρατηρήστε και σημειώστε στον πίνακα το χρόνο στον οποίο αρχίζουν οι δίσκοι των φύλλων να ανεβαίνουν προς τα επάνω. Χρόνος (min) 1 2 3 4 5 6 8 10 12 15 Αριθμός πράσινων δίσκων που επιπλέουν (συνολικά) Αριθμός κίτρινων δίσκων που επιπλέουν (συνολικά) Ερώτηση 1. Γιατί αρχικά οι δίσκοι των φύλλων επιπλέουν;... Ερώτηση 2. Να δώσετε μια πιθανή εξήγηση για το γεγονός πως οι δίσκοι των φύλλων ανεβαίνουν στο επάνω μέρος μετά την έκθεση τους στο φως. Ερώτηση 3. Υπάρχει διαφορά ανάμεσα στον αριθμό των πράσινων και των κίτρινων δίσκων των φύλλων που παρατηρείτε να ανεβαίνουν στο χρόνο; Δώστε μια εξήγηση. Ερώτηση 4. Σκεπάστε το ποτήρι με ένα κουτί ώστε να μη φωτίζεται. Ανοίξτε το κουτί μετά 20 λεπτά περίπου. Τι παρατηρείτε; Πώς το ερμηνεύετε;
Μέρος Β: Μικροσκοπικές παρατηρήσεις Απαιτούμενα Υλικά Όργανα - Αντιδραστήρια 1. Μικροσκόπιο 2. Όργανα μικροσκοπίας 3. Αντικειμενοφόρες πλάκες 4. Καλυπτρίδες 5. Νερό 6. Απορροφητικό χαρτί 7. Βλαστοί του φυτού κισσός (Hedera helix) και φύλλα του φυτού Μπούζι (Carpobrotus acinaciformis). Πειραματική διαδικασία: 1) ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ ΤΟΜΗΣ ΒΛΑΣΤΟΥ Κόψτε λεπτές εγκάρσιες τομές του βλαστού και τοποθετήστε την καλύτερη τομή σε αντικειμενοφόρο πλάκα. Προσθέστε μια σταγόνα νερό και καλύψτε το παρασκεύασμα με καλυπτρίδα. Παρατηρήστε το παρασκεύασμα στο μικροσκόπιο σε μεγέθυνση 4Χ10. Σχεδιάστε ότι παρατηρείτε σε αυτή τη μεγέθυνση Μεγεθυντική ικανότητα προσοφθάλμιου : Μεγεθυντική ικανότητα αντικειμενικού:..... Τελική μεγέθυνση παρασκευάσματος :. Σημειώστε με βελάκια και ονομάστε τρεις δομές που παρατηρείτε. Καλέστε τον υπεύθυνο καθηγητή για παρατήρηση των παρασκευασμάτων σας. Ερώτηση 5: Με βάση τις μικροσκοπικές παρατηρήσεις σας μπορείτε να συμπεράνετε αν το φυτό που παρατηρείτε ανήκει στα δικοτυλήδονα ή στα μονοκοτυλήδονα;...
2) ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ ΣΤΟΜΑΤΩΝ ΦΥΛΛΩΝ Σκίστε ή ξύστε κατάλληλα ένα φύλλο, ώστε να ξεκολλήσει η επιδερμίδα της κάτω επιφάνειάς του. Κόψτε με προσοχή ένα κομμάτι της επιδερμίδας από την κάτω επιφάνεια του φύλλου και τοποθετείστε την στην αντικειμενοφόρο πλάκα. Προσθέστε μια σταγόνα νερό και καλύψτε το παρασκεύασμα με μια καλυπτρίδα. Παρατηρήστε το παρασκεύασμα στο μικροσκόπιο σε μεγέθυνση 10Χ10 και 40Χ10. Σχεδιάστε ότι παρατηρείτε στη μεγέθυνση 40Χ10 Μεγεθυντική ικανότητα προσοφθάλμιου : Μεγεθυντική ικανότητα αντικειμενικού:..... Τελική μεγέθυνση παρασκευάσματος :. Σημειώστε με βελάκια και ονομάστε τρεις δομές που παρατηρείτε. Καλέστε τον υπεύθυνο καθηγητή για παρατήρηση των παρασκευασμάτων σας. ΚΑΛΗ ΕΠΙΤΥΧΙΑ!
ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ EUSO 2016 Σχολείο: Μονάδες Βαθμολογία Εξαγωγή αέρα με τη σύριγγα 10 Καταγραφή πίνακα 5 Ερώτηση 1 5 Ερώτηση 2 10 Ερώτηση 3 10 Ερώτηση 4 10 Προετοιμασία νωπού παρασκευάσματος βλαστού 5 Μικροσκόπηση (εστίαση, εναλλαγή φακών) 5 Σχεδίαση βλαστού 5 Βελάκια καταγραφή 2 δομών 5 Ερώτηση 5 5 Προετοιμασία νωπού παρασκευάσματος επιδερμίδας φύλλου 9 Μικροσκόπηση (εστίαση, εναλλαγή φακών) 5 Σχεδίαση βλαστού 5 Βελάκια καταγραφή 3 δομών 6