Czy liście potrzebują chlorofil by wzrastać?

Czy Twoi uczniowie znają poniższe stwierdzenia?

• Rośliny produkują pokarm w procesie fotosyntezy.
• Liście są zielone, ponieważ zawierają zielony barwnik (chlorofil).
• Proces fotosyntezy nie może zajść bez chlorofilu.

Jeżeli uczniowie wierzą w powyższe stwierdzenia o czym pomyślą, gdy zobaczą białego liścia? Mogą być zmieszani i zastanawiać się jak biały liść – który nie posiada chlorofilu – może produkować pokarm. Mogą zapytać “Jak biały liść przetrwał?”

W tym miejscu opisujemy proste sposoby użycia barwnych roślin (np. barwnej odmiany krzewu Talipariti tiliaceum) by zbadać związek pomiędzy występowaniem zielonego barwnika, produkcją pokarmu i wzrostem liścia.

Podczas badania tych związków możemy postawić dwie hipotezy. Pierwsza jest taka, że białe liście będą skarłowaciałe, ponieważ zawierają mniej chlorofilu, który jest potrzebny by wystąpił proces fotosyntezy. Alternatywna hipoteza jest taka, że białe liście lub też białe partie liści, nie będą skarłowaciałe, ponieważ zawierają gęsta sieć żył, któymi przenoszą pokarm z jednej części liścia do innej lub z zielonych liści do białych.

Poniższe ćwiczenia dostarczają różne sposoby na badanie tych dwóch hipotez. Ćwiczenia te powstały z projektu badawczego badającego jak uczniowie uczą się biologii kiedy zadają własne pytania i próbują na nie odpowiedzieć przez planowanie i wykonywanie badań. Wstępnie zaprojektowaliśmy eksperyment  bazując na pytaniach, które według nas uczniowie mogli zadać, kiedy zostali zapoznani z barwną odmianą krzewu. Potem nieoficjalnie działaliśmy z kilkoma uczniami by dowiedzieć się jakie pytania naprawdę zadają. Następnie zorganizowaliśmy 3 dniowe warsztaty dla uczniów w wieku 11-13 lat, podczas których wykonywali oni pewne ćwiczenia wcześniej przez nas opracowane, a także opracowywali własne pytania (wliczając w to “czy białe liście są cieńsze?” oraz “czy białe liście więdną szybciej?”

Niektóre ćwiczenia zajęły mniej niż pół godziny; inne badania mogą trwać nawet kilka dni lub miesięcy. Nie wymagają nic więcej poza podstawowym wyposażeniem szkolnym i przeznaczone są dla uczniów w wieku od 9 do 14 lat; w niektórych przypadkach mogą być zaadaptowane dla 19 letnich uczniów.

Czy białe liście są mniejsze niż zielone?

Odpowiednie dla uczniów w wieku 9-14 lat. Ćwiczenie to jest dobrym sposobem do zintegrowanie biologii z matematyką, ponieważ motywuje uczniów do wymyślenia sposobu jak zmierzyć powierzchnię przedmiotów o dziwnych kształtach.

1. Weź odpowiednią próbkę białego i zielonego liścia.
2. Zmierz i zapisz wielkość każdego liścia.
3. Porównaj pomiary białego i zielonego liścia.

Pozwól uczniom zaoferować własne metody na zmierzenie powierzchni liści – może to być poprzez porównanie wielkości liści kładąc jeden na drugim lub też za pomocą papieru milimetrowego by zmierzyć powierzchnie (obrazek 1).

Zauważyliśmy, że odpowiedź może być stronnicza jeśli użyto jako próbę nieodpowiednią metodę. Młodsi uczniowie czasami nie rozumieli, że znalezienie jednego białego liścia, który jest mniejszy od zielonego nie jest wystarczającym dowodem by tworzyć uogólnienia. Jeżeli wszyscy uczniowie w klasie robią pomiary i jest duża rozbieżność w wynikach, wtedy uczniowie konfrontują rozbieżności jakie znaleźli. Nawet wtedy, niektórzy uczniowie mogą zlekceważyć niespójne dowody, myśląć, że są ‘niepoprawne’. Mogłoby to być odpowiednią okazją by przedyskutować podstawowe statystyki i prawdopodobieństwa. Uczniowie mogliby przedyskutować rodzaje próbek, które mogłyby być ‘poprawne’: na przykład celowo wybierać niektóre wielkości liści, zbierając wszystkie lub określoną ilość z jednego krzaka, lub używając określoną liczbę liści.

Prawdziwe sensowne dochodzenie wymaga dość skomplikowanych statystyk, dlatego jest bardziej odpowiednie dla starszych uczniów (16-19 lat).

Czy połowa białego liścia jest mniejsza niż połowa zielonego?

Niektóre liście mają jedną część zauważalnie bielszą niż pozostałą. Jeżeli niedobór zielonego pigmentu powoduje skarłowaciały wzrost, możemy przypuszczać, że biała część będzie mniejsza. Na to pytanie można odpowiedzieć bez skubania liści lecz poprzez składanie każdego liścia w pół wzdłuż nerwów i obserwowanie, która część jest większa (obrazek 2). Jest to prosta czynność nawet dla uczniów w wieku 9 lat.

Przetestowaliśmy tuzin barwnych liści krzewów i nie udało nam się znaleźć ani jednego liścia, w którym wyraźnie biała część byłaby większa niż zielona, co sugeruje, że białe części liści mają zahamowany wzrost.

Zauważyliśmy również, że wybrzuszenia na brzegach pstrych liści odzwierciedlają zielone części (obrazek 3). Wspiera to wniosek, że interwencyjne białe obszary wykazują zahamowany wzrost. Bardzo interesujące byłoby sprawdzić czy te obserwacje mają odniesienie w  przypadku pozostałych barwnych roślin.

Czy białe liście są lżejsze niż zielone?

Jeżeli białe części liścia produkują mniej pokarmu, powinny one mniej ważyć.

1. Znajdź i zerwij biały i zielony liść o tej samej wielkości. (Nie jet to łatwe).
2. Za pomocą wagi elektronicznej, zważ każdego liścia.
3. Wysusz liście, a następnie zważ ponownie. Upewnij się, że wiesz, który liść jest biały, a który zielony.

Ku naszemu zaskoczeniu odkryliśmy, że zielone liście ważyły mniej niż białe w tym samym rozmiarze. Jednak po wysuszeniu liści, białe zwykle ważyły mniej niż zielone. Wskazuje to więc, że białe liście początkowo zawierały więcej wody, ale zielone miały masę (suchą masę). Najwyraźniej białe liście produkowały – a przynajmniej składowały – mniej pokarmu.

Czy białe liście są cieńsze niż zielone?

Można by przypuszczać, że białe liście będą cieńsze niż zielone.

1. Wybierz pary białych i zielonych liści o takim samym rozmiarze.
2. Jeden uczeń z zamkniętymi oczami powinien zostać zapoznany z jedną parą liści (obrazek 4). Który z liści wydaje się być grubszy – biały czy zielony?
3. Powtórz do momentu aż wszystkie pary liści zostaną przetestowane.
4. Każda para liści powinna zostać przetestowana przez różnych uczniów. Alternatywnie, możesz także zbadać obiektywność metody poprzez testowanie każdej pary przez kilku uczniów.

Wywnioskowaliśmy, że ogólnie białe liście są cieńsze niż zielone, prawdopodobnie dlatego, że nie są zdolne to produkowania oraz otrzymywania wystarczającej ilości pokarmu.

Czy białe liście więdną szybciej niż zielone?

Jeżeli białe liście są zależne od pokarmu dostarczanego przez zielone liście, możemy przypuszczać, że długo nie przetrwają, gdy zostaną odłączone od rośliny.

1. Odetnij jedną gałązkę, która posiada tylko zielone liście, jedną z białymi liśćmi i jedną mieszaną.
2. Umieść trzy gałązki w butelkach wody i pozostaw na noc.
3. Nieobowiązkowo: ponów krok 1 i 2 używając ciepłej wody dla jednego zestawu gałązek i zimnej dla innego.
4. Nieobowiązkowo: utnij dodatkowe 3 gałązki i zasadź w nawodnionej ziemi pozostawiając na noc.
5. Jak wyglądają liście na poszczególnych gałązkach następnego dnia?

Zauważyliśmy, że gałązka z białymi liśćmi była znacznie mniej jędrna niż gałązka z liśćmi zielonymi. Natomiast gałązka z mieszanymi liśćmi wyglądała pośrednio między białymi, a zielonymi liśćmi, tym samym potwierdzając nasze przypuszczenia.

Nasze wnioski

Ogólnie nasze wnioski są takie, że białe części liści barwnych krzewów mają zahamowany wzrost. Mimo tego, że białe części liści otrzymują pokarm z części zielonych poprzez roślinny system pokarmowy, nie daje to wyraźnej kompensaty ich zmniejszonej zdolności fotosyntezy.

Jak więc barwne rośliny przetrwają? Odpowiedź jest prosta, ludzie utrzymają je sztucznie. Czy twoi uczniowie są w stanie znaleźć przykłady barwnych roślin występujących w naturze?

Teraz twoja kolej

Mamy nadzieję, że ten artykuł zainspirował Cię do wypróbowania tego lub podobnego ćwiczenia. Na przykład, jakie inne pytania mogliby zadać twoi uczniowie używając odmiany bawrnych krzewów lub innej barwnej rośliny?

Jesteśmy ciekawi jak zaadaptowałeś to ćwiczenie na swoich zajęciach i chętnie poznamy inne eksperymenty jakie wykonałeś używając barwnych roślin w szkole. Proszę zostaw swój komentarz poniżej.