Fitochrom – niebieskozielone białko – występuje w liściach roślin i jest fotoreceptorem
uczestniczącym w wielu reakcjach fizjologicznych wywoływanych przez światło,
np. w reakcjach fotoperiodycznych. Kwitnienie roślin krótkiego dnia (RKD) i roślin długiego
dnia (RDD) jest związane z działaniem aktywnej formy fitochromu.
Na schemacie przedstawiono mechanizm powstawania dwóch form fitochromu.
Na podstawie: E. Solomon, L. Berg, D. Martin, Biology, Belmont 2008.
3.1. (0–1)
Na podstawie schematu oceń, czy poniższe informacje dotyczące fitochromu
są prawdziwe. Zaznacz P, jeśli informacja jest prawdziwa, albo F – jeśli jest fałszywa.
1.
Przekształcanie się form fitochromu pod wpływem światła jest związane ze zmianą struktury przestrzennej jego cząsteczki.
P
F
2.
W ciemności forma aktywna fitochromu (P730) jest mniej stabilna niż nieaktywna forma (P660).
P
F
3.
Daleka czerwień powoduje przekształcenie formy aktywnej (P730) w formę nieaktywną (P660).
P
F
3.2. (0–1)
Na podstawie przedstawionych informacji uzupełnij tabelę dotyczącą zakwitania roślin
krótkiego dnia (RKD).
Czas trwania dnia i nocy
Stężenie fitochromu P730 (wysokie / niskie)
Wpływ danego stężenia P730 na przejście RKD w fazę generatywną
Na rysunku przedstawiono zestaw doświadczalny ilustrujący siłę imbibicyjną, czyli siłę
wytwarzaną przez pęczniejące nasiona. Uczniowie umieścili suche nasiona grochu jadalnego
w kolbie, którą następnie napełnili wodą, szczelnie zamknęli korkiem i pozostawili na kilka
godzin.
Uczniowie postawili dwie alternatywne hipotezy, wyjaśniające wynik tego doświadczenia:
proces pęcznienia jest zjawiskiem czysto fizycznym;
proces pęcznienia wymaga aktywności metabolicznej nasion.
Aby sprawdzić te hipotezy, postanowili przygotować kolejny zestaw badawczy.
Na podstawie: W. Czerwiński, Fizjologia roślin, Warszawa 1976.
4.1. (0–1)
Zaznacz poprawne dokończenie zdania – wybierz odpowiedź spośród A–C oraz
odpowiedź spośród 1.–3.
Zestaw badawczy umożliwiający rozstrzygnięcie, która z hipotez postawionych przez uczniów
jest trafna, powinien zawierać
A.
suche nasiona grochu
umieszczone w kolbie
1.
wypełnionej wodą i otwartej.
B.
namoczone i ugotowane nasiona grochu
2.
bez wody i zamkniętej korkiem.
C.
suche nasiona grochu wyprażone w piekarniku,
3.
wypełnionej wodą i zamkniętej korkiem.
4.2. (0–1)
Wybierz spośród A–E i zaznacz poprawne dokończenie zdania.
Proces pęcznienia nasion jest warunkowany obecnością zmagazynowanych w nich związków
organicznych, a przede wszystkim obecnością
Kwas abscysynowy (ABA) jest wytwarzany w liściach rośliny w warunkach niedoboru wody
w glebie i stymuluje zamykanie się aparatów szparkowych, co wpływa na proces transpiracji.
Przygotowano cztery zestawy doświadczalne A–D (po trzy próby w każdym), do których użyto
pędów lilaka z liśćmi o jednakowej wielkości. Liście lilaka w dwóch zestawach opryskano
syntetycznym kwasem abscysynowym (ABA), a w dwóch – pozostawiono bez oprysku.
Następnie po dwa zestawy (z opryskiem i bez oprysku ABA) umieszczono w warunkach niskiej
(20%) i wysokiej (90%) wilgotności powietrza, w temperaturze 25°C i w równomiernym
oświetleniu. Podczas doświadczenia co 10 minut odczytywano z podziałki poziom wody
w kapilarach.
Na rysunku przedstawiono jeden z przygotowanych zestawów, a w tabeli – schemat przebiegu
doświadczenia.
Zestaw
A
B
C
D
Oprysk ABA
(+)
(−)
(+)
(−)
Wilgotność powietrza
20%
90%
Na podstawie: http://www.phschool.com/science/biology_place/labbench/lab9/design.html
5.1. (0–1)
Wybierz spośród A–D i zaznacz dwa poprawnie sformułowane problemy badawcze
przedstawionego doświadczenia.
Wpływ kwasu abscysynowego na transpirację w liściach lilaka w warunkach różnej
wilgotności powietrza.
Czy wilgotność powietrza i oprysk ABA mają wpływ na transpirację wody?
Czy kwas abscysynowy stymuluje zamykanie się aparatów szparkowych lilaka niezależnie
od wilgotności powietrza?
Czy na skutek oprysku ABA zwiększy się transpiracja u lilaka?
5.2. (0–1)
Uzupełnij poniższe zdanie tak, aby zawierało ono informacje prawdziwe. Podkreśl
w każdym nawiasie właściwe określenie.
Zestaw B jest zestawem kontrolnym dla (zestawu A / zestawu C / zestawu D), natomiast
zestaw D to zestaw (kontrolny / badawczy) dla (zestawu A / zestawu B / zestawu C).
5.3. (0–1)
Określ, w którym z zestawów doświadczalnych: A, B, C czy D, będzie można po dwóch
godzinach zaobserwować największy ubytek wody w kapilarach. Wyjaśnij wynik uzyskany
w tym zestawie, uwzględniając w odpowiedzi proces transpiracji.
Na schemacie przedstawiono wyniki pięciu wariantów (A–E) doświadczenia, w którym badano
wpływ fotoperiodu na zakwitanie dwóch gatunków roślin: dalii – rośliny dnia krótkiego oraz
kosaćca – rośliny dnia długiego.
Podczas doświadczenia przerywano okres ciemności krótkim oświetlaniem roślin błyskami
światła białego (wariant C) lub oświetlaniem roślin błyskami światła czerwonego (R, wariant
D), albo oświetlaniem roślin błyskami światła czerwonego i następującymi po nich błyskami
światła dalekiej czerwieni (FR, wariant E).
Na podstawie: Ł. Kowalewska, A. Mostowska, Dzień i noc w życiu roślin, „Kosmos” 3/64, 2015.
6.1. (0–1)
Na podstawie wyników wariantów A–C przeprowadzonego doświadczenia określ
właściwości fotoperiodu konieczne do zakwitnięcia dalii.
6.2. (0–1)
Na podstawie wyników wariantów B, D i E przeprowadzonego doświadczenia sformułuj
wniosek dotyczący zależności między przerywaniem ciemności błyskami światła
czerwonego i błyskami światła dalekiej czerwieni a zakwitaniem kosaćca.
Wyjaśnij, dlaczego w komórkach roślinnych cukry są magazynowane głównie w postaci
skrobi, a nie – sacharozy. W odpowiedzi uwzględnij właściwości osmotyczne obu
związków.
Niektóre owady żerujące na roślinach odżywiają się sokiem floemowym. Te owady nakłuwają
rurki sitowe za pomocą odpowiednio przystosowanych aparatów gębowych.
a)
Uzupełnij zdania opisujące łyko (floem) jako tkankę – podkreśl w każdym nawiasie właściwe określenie.
Łyko należy do tkanek (twórczych / stałych). Jego elementy przewodzące – rurki sitowe są
zbudowane z komórek (żywych / martwych). Podobnie jak drewno, łyko jest tkanką
(jednorodną / niejednorodną).
b)
Określ, z jakiego powodu sok floemowy jest wartościowym pokarmem dla tych owadów.
Pobierane przez rośliny z roztworu glebowego sole mineralne są źródłem pierwiastków
niezbędnych do prawidłowego przebiegu w komórkach wielu przemian biochemicznych,
m.in. związanych z procesem fotosyntezy. Poniżej przedstawiono przykłady funkcji, jaką
pełnią w tym procesie wskazane pierwiastki.
Jest składnikiem białek np. cytochromów uczestniczących w transporcie elektronów
podczas fosforylacji fotosyntetycznej.
Niedobór tego pierwiastka uniemożliwia wytwarzanie w liściach zielonego barwnika –
chlorofilu.
Jest składnikiem kompleksu enzymatycznego przeprowadzającego fotolizę wody.
Reguluje ruchy aparatów szparkowych oraz przepuszczalność błon uczestniczących
w fosforylacjach fotosyntetycznych.
Do każdego z wymienionych poniżej pierwiastków chemicznych przyporządkuj spośród
A–D jedną, właściwą rolę, pełnioną przez ten pierwiastek. Wpisz ich oznaczenia literowe.
Informacja 1.
Antocyjany – grupa rozpuszczalnych w wodzie barwników gromadzonych w wakuolach
komórek roślinnych. Występują powszechnie w płatkach kwiatów oraz w owocach,
np. borówki czernicy. Rzadziej spotkane są w innych organach roślinnych, np. w liściach
kapusty czerwonej. W organach wegetatywnych antocyjany gromadzą się głównie w skórce,
gdzie pochłaniają promieniowanie UV, dzięki czemu obniżają ryzyko uszkodzenia DNA.
Właściwości lecznicze antocyjanów, znane od dawna w medycynie ludowej, są coraz szerzej
wykorzystywane we współczesnym przemyśle farmaceutycznym. Uważa się, że antocyjany
w organizmie człowieka m.in. przeciwdziałają kruchości naczyń krwionośnych, korzystnie
wpływają na profil lipidowy, a także chronią rodopsynę przed uszkodzeniem.
Barwa antocyjanów zależy od pH soku komórkowego: w środowisku obojętnym mają barwę
fioletową, w kwaśnym – czerwoną, a w alkalicznym – niebieską. Jeżeli jednak występują
w kompleksie z jonami glinu lub żelaza, np. w kwiatach chabra bławatka, to wtedy niezależnie
od pH środowiska mają niebieską barwę.
Na podstawie: E. Piątkowska, A. Kopeć, T. Leszczyńska, Antocyjany – charakterystyka, występowanie
i oddziaływanie na organizm człowieka. „Żywność. Nauka. Technologia. Jakość”, 2011, 4 (77).
Informacja 2.
Wykonano doświadczenie, w którym porównywano właściwości antocyjanów z liści czerwonej
kapusty i z kwiatów chabra bławatka. W tym celu przygotowano po trzy zestawy probówek
z wodnymi roztworami tych antocyjanów (I–III). Do probówek w dwóch zestawach (II i III)
dodano odpowiednio różne związki chemiczne wywołujące zmiany pH roztworów
i obserwowano zabarwienie tych roztworów.
3.1. (0–1)
Na podstawie przedstawionych informacji uzupełnij tabelę – wpisz oczekiwany wynik
dotyczący obserwowanej barwy roztworów antocyjanów w zestawie II i III dla obu
badanych roślin.
Barwa roztworu
Zestawy doświadczalne
liście czerwonej kapusty
kwiaty chabra bławatka
zestaw I – woda (pH 7)
fioletowa
niebieska
zestaw II – dodano HCl
czerwona
zestaw III – dodano NaOH
3.2. (0–1)
Określ, czy za pomocą takiego doświadczenia można stwierdzić, jakiego rodzaju
antocyjany – połączone czy niepołączone z żelazem lub glinem – występują w komórkach
innych roślin. Odpowiedź uzasadnij.
3.3. (0–2)
Określ, w jaki sposób do rozmnażania roślin przyczyniają się antocyjany nadające barwę:
płatkom kwiatów –
skórce soczystych owoców –
3.4. (0–1)
Uzasadnij, że pochodzące z medycyny ludowej przekonanie, iż jedzenie owoców borówki
czernicy korzystnie wpływa na wzrok – może być prawdziwe. W odpowiedzi odwołaj się
do odbioru bodźców świetlnych.
Uwalnianie przez organizmy energii cieplnej jest warunkiem ich przeżycia. Zwierzęta w hibernacji,
noworodki niektórych gatunków (w tym – człowieka) i ssaki przystosowane do życia w niskich
temperaturach wytwarzają ciepło dzięki tzw. białkom rozprzęgającym. Białka te występują licznie
w błonie grzebieni mitochondriów komórek brunatnej tkanki tłuszczowej, gdzie tworzą kanały
jonowe. Aktywne białka rozprzęgające transportują protony z przestrzeni międzybłonowej
do macierzy mitochondrialnej, uwalniając jednocześnie energię gradientu protonowego w postaci
ciepła. Skutkiem ubocznym jest zmniejszenie wydajności powstawania ATP z udziałem syntazy
ATP. Komórki brunatnej tkanki tłuszczowej mają bardzo liczne mitochondria o dużych i licznych
grzebieniach. Tkanka ta jest silnie unaczyniona.
Również niektóre rośliny mają zdolność wytwarzania dużej ilości ciepła. Przykładem może być
skupnia cuchnąca (Symplocarpus foetidus), zapylana przez muchówki i kwitnąca od lutego
do marca, kiedy leży jeszcze śnieg, a temperatura otoczenia jest jeszcze niska. Temperatura jej
kwiatostanu osiąga ok. 20°C. Mitochondria tej rośliny uwalniają dużo ciepła, co pozwala kwiatom
wydzielać substancje zapachowe. W kwitnącej roślinie wysoka temperatura utrzymuje się
ok. dwóch tygodni.
Na podstawie: J. Berg, J. Tymoczko, L. Stryer, Biochemia, Warszawa 2009;
M. Jefimow, Fakultatywna termogeneza bezdrżeniowa w regulacji temperatury ciała zwierząt stałocieplnych, „Kosmos”, t. 56, 2007.
4.1. (0–1)
Wyjaśnij, odnosząc się do mechanizmu fosforylacji oksydacyjnej, dlaczego obecność aktywnego białka rozprzęgającego w błonie wewnętrznej mitochondrium komórek brunatnej tkanki tłuszczowej jest przyczyną zmniejszenia wydajności powstania ATP z udziałem syntazy ATP.
4.2. (0–1)
Wykaż związek między cechami brunatnej tkanki tłuszczowej – silnym unaczynieniem oraz obecnością licznych mitochondriów w jej komórkach – a funkcją pełnioną przez tę tkankę u zwierząt.
4.3. (0–1)
Wykaż, uwzględniając stosunek powierzchni ciała do jego objętości, że u nowo narodzonych ssaków konieczne jest wytwarzanie dużej ilości ciepła dla utrzymania stałej temperatury ich ciała.
4.4. (0–1)
Wyjaśnij, w jaki sposób opisana zdolność skupni cuchnącej do wytwarzania ciepła w czasie kwitnienia ułatwia tej roślinie rozmnażanie płciowe.
4.5. (0–1)
Spośród wymienionych narządów organizmu człowieka wybierz i zaznacz ten, który oprócz swojej podstawowej funkcji może również pełnić funkcję termogeniczną.
U drzew odległość między liśćmi asymilującymi CO2 i eksportującymi produkty fotosyntezy
a korzeniami pobierającymi wodę i składniki mineralne z podłoża dochodzi nawet
do kilkudziesięciu metrów. Koniecznością jest więc sprawne funkcjonowanie transportu tych
substancji w całej roślinie. Za transport wody i składników mineralnych odpowiadają naczynia
drewna, a przez łyko jest przemieszczana główna masa związków organicznych, w tym – produkty
fotosyntezy. Wyjątek stanowi transport wiosenny u drzew okrytonasiennych, gdy nie ma jeszcze
liści. Wówczas cukry są przemieszczane przez drewno.
Na podstawie: Podstawy fizjologii roślin, pod red. J. Kopcewicza i S. Lewaka, Warszawa 1998.
6.1. (0–1)
Uporządkuj poszczególne elementy uczestniczące w transporcie cukrów u roślin okrytonasiennych w okresie letnim – zgodnie z kierunkiem transportu. Wpisz numery 2.–6. we właściwe miejsca tabeli.
Elementy uczestniczące w transporcie cukrów w roślinie
Kolejność
komórka miękiszu spichrzowego
komórka przyrurkowa w liściu
stroma chloroplastu
1
cytoplazma komórki miękiszu asymilacyjnego
człony rurki sitowej
komórka przyrurkowa w korzeniu
6.2. (0–1)
Wyjaśnij, dlaczego ograniczony dostęp wody w podłożu skutkuje ograniczeniem pobierania CO2 przez roślinę. W odpowiedzi uwzględnij funkcjonowanie aparatów szparkowych.
6.3. (0–1)
Uzupełnij poniższe zdania tak, aby powstał poprawny opis dotyczący wiosennego transportu cukrów przez elementy drewna rośliny. Podkreśl w każdym nawiasie właściwe określenie.
Transport wiosenny cukrów u drzew okrytozalążkowych, gdy nie ma jeszcze liści, zachodzi
z udziałem drewna. Te cukry pochodzą z rozkładu (glikogenu / skrobi) – wielocukru, który
został zmagazynowany w okresie jesiennym w komórkach miękiszowych pnia lub korzeni
drzewa. Siłą napędową tego transportu jest (siła ssąca / parcie korzeniowe).
