Planowanie doświadczeń biologicznych Po realizacji zajęć powinieneś wiedzieć: - co to jest eksperyment biologiczny - jakie są zasady prowadzenia doświadczeń - co to jest problem badawczy, hipoteza i teza - czym różni się grupa kontrolna od badawczej - jak zaplanować doświadczenie do podanego problemu badawczego 1. Problem badawczy: pytanie, które stawiamy sobie przed rozpoczęciem doświadczenia. Problem, którego rozwiązania szukać będziemy wykonując eksperyment. Powinien być jasno i prosto sformułowany. Odpowiedź na nasze pytanie uzyskujemy w wyniku przeprowadzenia doświadczenia. Np. Czy obecność w glebie soli mineralnych wpływa na wzrost i rozwój siewek? Można go też postawić w postaci równoważnika zdań Np. Wpływ soli mineralnych znajdujących się w glebie na wzrost i rozwój siewek. 2. Hipoteza twierdzenie wyrażające nasze przypuszczenie co do wyniku eksperymentu. Hipotezę stawiamy po zadaniu sobie problemu badawczego formułujemy w niej odpowiedź na nasze pytanie. Ważne jest, że stawiamy ją przed wykonaniem eksperymentu. Hipoteza nie zawsze musi być słuszna, jest tylko naszym przypuszczeniem. W toku prowadzenia doświadczenia dokonujemy jej weryfikacji, czyli sprawdzamy słuszność. Np. Obecność soli mineralnych w glebie jest niezbędna do prawidłowego wzrostu i rozwoju siewek. 3. Przebieg eksperymentu biologicznego. a) planowanie doświadczenia sformułuj temat doświadczenia w postaci problemu badawczego; sformułuj hipotezę roboczą; odpowiednio dobierz materiał (wszystko, co wykorzystujemy w doświadczeniu) i metodę pracy; określ czasu trwania doświadczenia; ustal próbę kontrolną i badawczą: próba kontrolna: warunki kontrolne - wszystkie parametry są niezmienne - brak czynnika, który mógłby wpłynąć na przebieg eksperymentu - warunki jak najbliższe rzeczywistym - służy jako wzorzec, wobec którego dokonuje się porównywania Np. nasiona wysiane w skrzynce z glebą podlewane wodą bez minerałów próba badawcza: warunki badawcze (zmienione) - w niej zmieniony zostaje parametr, wpływ którego badamy Np. nasiona wysiane w skrzynce z glebą podlewana wodnym roztworem minerałów.
Zarówno do próby badawczej jak i kontrolnej wykorzystujemy stosunkowo dużą liczbę osobników (np. 200 nasion daje bardziej wiarygodne wyniki niż dane z próby 5 nasion)! b) uzyskiwanie wyników: pomiary bezpośrednie (mierzenie, ważenie, odmierzanie czasu itp.); pomiary pośrednie (porównywanie wyników, np. ogólniki: szybciej wolniej); obserwacje c/ wnioskowanie: przedstawienie wyników średnich w postaci: tabel, wykresów itp. (konieczne są nagłówki, podpisanie osi x i y i ustalenie jednostki dla każdej z osi wykresu). Na podstawie uzyskanych i przedstawionych wyników formułujemy wniosek tezę Teza: wniosek poparty wynikami eksperymentu Teza jednoznacznie potwierdza lub obala hipotezę! Przykładowe zadania: Zad. 1 Uzupełnij plan doświadczenia dotyczącego następującego problemu badawczego: Problem badawczy: Czy obecność w glebie soli mineralnych wpływa na wzrost i rozwój roślin? Hipoteza: sole mineralne są niezbędne do prawidłowego wzrostu i rozwoju roślin. Obiekt badań: nasiona pszenicy Materiał: 2 skrzynki z jednakową ilością gleby, woda destylowana, wodny roztwór soli mineralnych np. azotanów, zlewka do podlewania, linijka Próba kontrolna: do jednej ze skrzynek wysiewamy 30 nasion pszenicy i podlewamy woda destylowaną bez azotanów Próba badawcza: do drugiej skrzynki wysiewamy 30 nasion pszenicy i podlewamy wodnym roztworem azotanów. Ważne jest aby pozostałe parametry w obu skrzynkach były takie same: np. natężenie światła, ilość wody użyta do podlewania, częstość podlewania, temperatura itp.! Obserwacje: po kilku dniach obserwujemy wzrost siewek porównując wyniki w obu próbach.( można zmierzyć średnią długość siewki w każdej ze skrzynek) Wniosek: Nasza hipoteza potwierdziła się. Wzrost siewek w glebie z solami mineralnymi jest intensywniejszy. Zad 2. Uzupełnij plan doświadczenia dotyczącego następującego problemu badawczego: Problem badawczy: Czy stężenie soli w roztworze wpływa na szybkość pulsowania wodniczek tętniących u słodkowodnego pantofelka?
Wodniczki tętniące usuwają nadmiar wody. Woda tym szybciej przenika im jest jej więcej w roztworze, czyli im roztwór jest bardziej hipotoniczny (mniej stężony). Hipoteza: Im wyższe stężenie soli w roztworze tym mniejsza częstość pulsowania wodniczek. Materiał: zestaw szkiełek, woda destylowana, roztwór 1% soli kuchennej, stoper, mikroskop optyczny Próba kontrolna: Pojedynczego pantofelka umieszczamy w wodzie i mierzymy ilość skurczów wodniczki w ciągu 1 minuty pod mikroskopem Próba badawcza: Inne osobniki umieszczamy na szkiełkach podstawowych w różnych roztworach wodnych soli (pierwszego w danym roztworze 1 %, inne w roztworach bardziej rozcieńczonych dodajemy wodę do danego roztworu) i dokonujemy analogicznych obserwacji. Obserwacje: Częstość pulsowania jest największa w przypadku wody destylowanej i maleje wraz ze wzrostem stężenia soli w roztworze. Wniosek: Nasza hipoteza potwierdziła się, wodniczki tętniące są charakterystyczne dla protistów słodkowodnych, gdyż one muszą usuwać nadmiar wody (takiego problemu nie mają protisty morskie). Standardy dotyczące planowania doświadczeń najczęściej sprawdzane na egzaminie maturalnym. Enzymy i ich właściwości: Reguła van t Hoffa: Podwyższenie temperatury o 10 stopni powoduje wzrost szybkości reakcji o 2-4 razy (uwaga: dla enzymów i innych białek sprawdza się jedynie w granicach fizjologicznych, czyli do temperatury ok. 45 oc, w wyższych następuje denaturacja białka i enzym nieodwracalnie traci swoje funkcje!). Enzymy przewodu pokarmowego i ich działanie: Enzym Trawi: Optimum działania: amylaza ślinowa α - polisacharydy (głównie skrobia) ph = 7 jama ustna Pepsyna białka ph = 2; żołądek z HCl
trypsyna, chymotrypsyna lipazy nukleazy amylazy jelitowe disacharydazy (sacharaza, maltaza) białka tłuszczowce DNA lub RNA α - polisacharydy (głównie skrobia) dwucukry (głównie sacharoza, ph = 8; jelito cienkie maltoza) z sokiem trzustkowym Należy pamiętać, że kwaśny odczyn soku żołądkowego hamuje trawienie cukrów i tłuszczów, stąd w takich warunkach enzymy amylolityczne nie zadziałają! W innym ph niż optymalne enzymy nie działają efektywnie! Enzymy zwierząt nie trawią β - polisacharydów (np. celulozy - roślinnego błonnika) - potrafią to mikroorganizmy - bakterie (mają enzym celulazę). 2. Wykrywanie substancji organicznych: Substancja Odczynnik Barwa skrobia (bulwa ziemniaka) płyn Lugola (jodyna) fioletowa tłuszczowce (nasiona rzepaku) Sudan III, IV pomarańczowa glukoza Cu(OH) 2 + ogrzewanie (odczynnik Fehlinga) ceglasto - czerwona białko aleuronowe (nasiona fasoli) płyn Lugola białko (np. wieprzowina, ser HNO 3 - reakcja ksantoproteinowa biały) Cu(OH) 2 - reakcja biuretowa żółta żółta niebieska Pb(CH3COO)2 - reakcja cystynowa czarna celuloza (np. trawa) zieleń jodowa zielony 3. Mechanizmy dyfuzji prostej i osmozy: dyfuzja - swobodne się przemieszczanie małych cząsteczek (np. gazu, wody) z miejsca, gdzie jest ich więcej do miejsca, gdzie jest ich mniej w celu wyrównania stężeń.
osmoza - swobodne przemieszczanie się cząsteczek wody przez błonę półprzepuszczalna z roztworu rozcieńczonego - hipotonicznego, gdzie jest wody więcej do roztworu hipertonicznego, gdzie jest jej mniej. Osmoza to szczególny rodzaj dyfuzji! 4. Osmotyczność środowisk naturalnych: śr. słodkowodne - hipotoniczne; śr. morskie - hipertoniczne; płyny ustrojowe (np. krew) - izotoniczne (odpowiednik: 0,9 % roztwór NaCl). 5. Zasadniczy wpływ hormonów roślinnych na wzrost i rozwój roślin: auksyny: stymulacja wzrostu pędu głównego i korzenia głównego, opóźnianie wzrostu pędów i korzeni bocznych; gibereliny i cytokininy: stymulacja wzrostu pędów i korzeni bocznych, indukcja kiełkowania, regeneracji, kwitnienia (tylko gibereliny); etylen (H2C=CH2) i kwas abscysynowy: przyspieszanie dojrzewania owoców i opadania liści (defoliacja). 6. Wpływ czynników zewnętrznych na fotosyntezę i kiełkowanie: Parametr Fotosynteza Kiełkowanie światło + - woda + + temperatura + (wyższa niż 40 st. hamuje) + (dodatnia) sole mineralne + - (są w nasieniu) + - konieczny - - niekonieczny Warunki Bezpłatnych Przedruków: Możesz wykorzystać te materiały bezpłatnie na własny użytek, na własnej stronie internetowej, albo w czasopismie poza internetem -- pod warunkiem, ze nie będziesz niczego zmieniać bez porozumienia się z nami. Na dole musi być umieszczona następująca informacja (w internecie, muszą być także linki do naszej strony): www.zdammature.pl - kursy maturalne i gimnazjalne