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

Białka

Lipazy

Tłuszczowce

Nukleazy

DNA lub RNA

Amylazy jelitowe

α - polisacharydy (głównie skrobia)

Disacharydazy (sacharaza, maltaza) Dwucukry (głównie sacharoza, maltoza)

pH=8; jelito cienkie 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 P - 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)

Fioltetowa

Tłuszczowce (nasiona rzepaku)

Sudan III, IV

Pomarańczowa

Glukoza

Cu(OH)2+ogrzewanie (odczynnik Fehlinga) Ceglasto-

czerwona

Białko aleuronowe (nasiona fasoli)

Płyn Lugola

Żółta

Białko (np. wieprzowina, ser biały)

HNO3-reakcja ksantoproteinowa

Cu(OH)2-reakcja biuretowa

Pb(CH3COO)2-reakcja cystynowa

Żółta

Niebieska

Czarna

Celuloza (np. trawa)

Zieleń jodowa

Zielona

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).

Parametr:

Fotosynteza:

Kiełkowanie:

Światło

+

-

Woda

+

+

Temperatura

+ (wyższa niż 40 st. hamuje)

+ (dodatnia)

Sole mineralne

+

- (są w nasieniu)

„+” - konieczny
„-” - niekonieczny