שימוש בצמח האזולה השרכית פרויקט חקר

Transcription

שימוש בצמח האזולה השרכית פרויקט חקר
‫עלון למורי הביולוגיה ‪181‬‬
‫בשדה ההוראה‬
‫תש"ע‬
‫שימוש בצמח האזולה השרכית )‪(Azolla filiculoides‬‬
‫כמסנן מים ‪ -‬פרויקט חקר‬
‫ורד יפלח וישקרמן‬
‫‪1‬‬
‫צמח האזולה הנו שרך החי במים מתוקים בשיתוף עם אצה כחולה )אנבנה( הקושרת חנקן‪ .‬ייחודו ביכולתו לקלוט‬
‫ולספוח מתכות כבדות כגון ניקל‪ ,‬קדמיום‪ ,‬כספית ועוד‪ .‬צמח האזולה קל לגידול באקווריום פשוט‪ ,‬המלא במי ברז‪.‬‬
‫האזולה מכפילה את מסתה כל שלושה ימים בטמפרטורת החדר‪.‬‬
‫אפשר להשיג את השרך במשתלות המגדלות צמחי מים‪.‬‬
‫באמצעות האזולה אפשר לבצע עבודות חקר בכיתות השונות )י‪-‬יב'(‪ ,‬ולשאול שאלות חקר בטווח נושאים רחב‬
‫וברמות קושי שונות‪.‬‬
‫המטרה העיקרית של עבודת חקר מסוג זה היא לשלב פיתוח חשיבה במסגרת ההוראה עם לימוד תכנים‬
‫בנושאים שונים‪ ,‬כגון איכות הסביבה‪ ,‬ביולוגיה‪ ,‬כימיה וביוטכנולוגיה‪.‬‬
‫במושג פיתוח חשיבה אני מתייחסת למכלול תפקודי החשיבה הדורשים פעילויות שכליות מורכבות כגון חשיבה‬
‫ביקורתית‪ ,‬חשיבה לוגית‪ ,‬פתרון בעיות ועוד )‪.(Resnick 1987‬‬
‫היעדים שאפשר להשיג באמצעות למידה בפרויקט חקר מסוג זה‪ ,‬שמתבצע במעבדה‪ ,‬הם רבים ומגוונים )תמיר‪,‬‬
‫‪ .(1974‬בעבודת חקר אנו מלמדים פיתוח מיומנות חקר מדעי כגון ניסוח בעיה‪ ,‬ניסוח השערה‪ ,‬תכנון ניסוי‪ ,‬כתיבת‬
‫תוצאות וניסוח מסקנות‪.‬‬
‫עבודות החקר מהסוג המוצע במאמר זה הן ארוכות טווח ויכולות להימשך שבועות אחדים‪ .‬התלמידים עובדים בצוותים‬
‫וכל צוות בודק תהליך או תופעה שונה הקשורה בשרך האזולה‪ .‬התהליך מאפשר בסופו קבלת תמונה כוללת על‬
‫פעילות הצמח‪.‬‬
‫דוגמאות לעבודות חקר מסוגים שונים‬
‫פרויקט חקר א'‪ :‬השוואה בין תכונות מי ברז ובין תכונות המים שבהם גדל צמח האזולה‪.‬‬
‫מדידות‪:‬‬
‫א‪.‬‬
‫הבדלים במוליכות המים‪ -.‬נמדדים על ידי מד‪-‬מוליכות‪ ,‬מיקרואמפרמטר‪.‬‬
‫ב‪.‬‬
‫הבדלים כמותיים בנוכחות של יונים מסוגים שונים )פוספט‪ ,P -‬ברזל ‪ – (Fe-‬נמדדים באמצעות‬
‫‪2‬‬
‫ערכה שנרכשה ממרכז לפיתוח ותמיכה במעבדות בי"ס בבר אילן ‪.‬‬
‫ג‪.‬‬
‫הבדלים בריכוז ‪ CO2‬מומס במים ‪ -‬נמדדים על‪-‬ידי מדידת דרגת ה‪.pH -‬‬
‫ד‪.‬‬
‫הבדלים ברמת מליחות )יוני כלור( ‪ -‬נמדדים באמצעות ערכה שנרכשה ממרכז לפיתוח ותמיכה במעבדות‬
‫בי"ס בבר אילן‪.‬‬
‫‪1‬‬
‫ד"ר ורד יפלח‪-‬וישקרמן‪ ,‬תיכון מקיף עומר‪ ,‬מכללת קיי להכשרת מורים ‪veredy@bgu.ac.il‬‬
‫‪ 2‬המרכז לפיתוח ותמיכה במעבדות בית הספר – ‪http://www.biu.ac.il/soc/se/biocenter/lab.html‬‬
‫‪1‬‬
‫בשדה ההוראה‬
‫ה‪.‬‬
‫עלון למורי הביולוגיה ‪181‬‬
‫תש"ע‬
‫צפיפות חיידקים במים הנבדקים ‪ -‬נמדדת על‪-‬ידי מדידת עכירות באמצעות ספקטרופוטומטר או באמצעות‬
‫מד עכירות‪ .‬אפשר למדוד את צפיפות החיידקים במים על‪-‬ידי קביעת הריכוז של יחידות יוצרות מושבות‬
‫)‪ -(cfu‬בשיטת המיהולים‪ ,‬זריעת בידוד וספירת מושבות חיידקים המתפתחות על מצע אגר עשיר‪.3‬‬
‫בדיקת יכולת האזולה לספוח את יוני ברזל )‪ (Fe‬בריכוזים שונים )אפשר לראות שוני באורך ובגוון של‬
‫ו‪.‬‬
‫שורשי הצמח(‪.‬‬
‫פרויקט חקר ב'‪ :‬גידול נבטים של צמחים שונים במי ברז ובמים אשר סוננו באמצעות השרך אזולה והשוואת‬
‫מדדים הקשורים בתהליך הנביטה והצמיחה‬
‫א‪ .‬שיעורי נביטה‬
‫ב‪ .‬מדדי התפתחות של הנבט‪ :‬יציאת שורשון וניצרון‬
‫ג‪ .‬ביטוי כלורופיל‪ .‬באמצעות הרצה בפלטות ‪) ,TLC‬ראו נספח סעיף ד בהמשך(‬
‫ד‪ .‬פעילות אנזימתית בנבטים ו‪/‬או בזרעים‪.‬‬
‫שאלות מחקר שאפשר לשאול‬
‫•‬
‫מהי השפעת מי ההשקיה )מי ברז ומי ברז שעברו סינון על‪-‬ידי אזולה( על קצב פעילות האנזים עמילאז‬
‫שמקורו במיצוי נבטים?‬
‫•‬
‫מהי השפעת מי ההשקיה )מי ברז ומי ברז שעברו סינון על‪-‬ידי אזולה( על קצב פעילות עמילאז בנבטים‬
‫בגילאים שונים?‬
‫מדידת פעילות אינזימתית של עמילאז בנבטים‬
‫‪ .1‬באמצעות מגיב סמנר‪ 4‬הבודק כמות סוכרים מחזרים‪ ,‬כלומר בודק את קצב היווצרות גלוקוז )תוצר(‪.‬‬
‫)ראו נספח סעיף א' בהמשך(‪.‬‬
‫‪ .2‬באמצעות דיסקיות נייר סופג טבולות בתמיסת מיצוי המכילה אנזים שהופק מנבטים בגילאים שונים‪ ,‬המונחות‬
‫על גבי מצע אגר עמילן )ראו נספח סעיף ב' בהמשך(‪.‬‬
‫הערה‪ :‬אפשר למדוד פעילות אינזימתית של עמילאז בנבטים בשיטות שונות ולהשוות ביניהן‪.‬‬
‫פרויקט חקר ג'‪ :‬גידול צמחים שונים‪ ,‬כגון עגבניות או כל צמח אחר )בבתי ספר שבהם יש חממות(‪ ,‬תחת משטרי‬
‫השקיה של מי ברז או של מים אשר עברו סינון עם אזולה והשוואות המשתנים האלה‪:‬‬
‫א‪ .‬מדידת ריכוזי כלורופיל בנבטים בגילאים שונים )דגימת עלים בזמני גידול שונים( והרצה של פיגמנטים על גבי‬
‫‪) TLC‬ראו נספח סעיפים ג' ‪ +‬ד' בהמשך(‪.‬‬
‫ב‪ .‬מדידת פרמטרים שונים של צמיחה בצמחי עגבנייה‪ :‬מספר פירות‪ ,‬אורך הצמח‪ ,‬הבדלים באורך הפרקים‬
‫בצמח‪.‬‬
‫ג‪ .‬מדידת תכולת ויטמין ‪ C‬בפרי‪ ,‬בצמחי עגבנייה שהושקו בסוגי המים השונים )הבדיקה תתבצע באמצעות שתי‬
‫שיטות שאפשר להשוות ביניהן(‪:‬‬
‫‪ 3‬פירוט שיטות לספירת חיידקים‪:‬‬
‫‪/http://mail.edu-negev.gov.il/tirzadev/files‬מיקרוביולוגיה‪/‬מעבדות‪/‬מעבדה‪%20‬מס'‪doc.3‬‬
‫‪http://moodle.oranim.ac.il/moodle/mod/resource/view.php?inpopup=true&id=5061‬‬
‫‪4‬‬
‫נרכש במרכז לפיתוח ותמיכה במעבדות בית הספר – ‪http://www.biu.ac.il/soc/se/biocenter/lab.html‬‬
‫‪2‬‬
‫עלון למורי הביולוגיה ‪181‬‬
‫בשדה ההוראה‬
‫•‬
‫שימוש ב‪ ,2,6 -‬דיכלורופנול אינדופנול – הפרוטוקול מפורט בלקט ח' בעיה ‪.152- 151 1‬‬
‫•‬
‫תגובת חימצון‪-‬חיזור עם יוד )ראו נספח חלק ה' בהמשך(‪.‬‬
‫תש"ע‬
‫שאלות מחקר שאפשר לשאול‬
‫מהי השפעת מי ההשקיה )מי ברז ומי ברז שעברו סינון על‪-‬ידי אזולה( על תכולת ויטמין ‪ C‬בפרי‪ ,‬בצמחי‬
‫•‬
‫העגבנייה?‬
‫מהי השפעת מי ההשקיה )מי ברז ומי ברז שעברו סינון על‪-‬ידי אזולה( על ריכוז הכלורופיל בנבטים?‬
‫•‬
‫לכל ניסוי חקר אפשר לצרף את דף העבודה שלהלן‪:‬‬
‫פרטים על תוכן הניסוי‬
‫‪1‬‬
‫ניסוח השערה‬
‫‪2‬‬
‫מהו הבסיס הביולוגי?‬
‫‪3‬‬
‫מהו המשתנה התלוי?‬
‫תשובות‬
‫כיצד נמדד?‬
‫מהם ערכיו )היחידות(?‬
‫סוג הטיפולים‬
‫‪4‬‬
‫מהו המשתנה‪ /‬המשתנים הבלתי תלויים?‬
‫מהי דרך השינוי של המשתנים הבלתי‬
‫תלויים?‬
‫‪5‬‬
‫מהי דרך או דרכי המדידה? מהן‬
‫יחידות המדידה?‬
‫מה הקשר בין דרך המדידה לבין‬
‫התהליך הנבדק?‬
‫‪6‬‬
‫ציין גורמים קבועים בניסוי‬
‫‪7‬‬
‫פרט את הבקרות במערך הניסוי ואת‬
‫חשיבותן‬
‫‪8‬‬
‫תאר את תוצאות הניסוי בטבלה‬
‫‪9‬‬
‫תאר את תוצאות הניסוי בגרף‪.‬‬
‫איזה סוג גרף תשרטט? )קווי‪/‬עמודות( נמק‬
‫את קביעתך‪.‬‬
‫דוגמאות נוספות לשאלות חקר‬
‫‪ .1‬מהי השפעת מי ההשקיה )מי ברז ומי ברז שעברו סינון על‪-‬ידי אזולה( על קצב נשימת הנבטים?‬
‫‪ .2‬מהו הקשר בין סוג המים )מי ברז ומי ברז שעברו סינון על‪-‬ידי אזולה( שבהם הושרו זרעים‬
‫להנבטה לקצב הפעילות של אנזים מפרק חלבון המופק ממיצוי הזרעים הנובטים?‬
‫‪ .3‬מהו הקשר בין סוג צמחי המים )אלודאה ואזולה( באקוואריום לבין קצב גידול דגי גופי )עלייה‬
‫במשקל(?‬
‫‪5‬‬
‫‪ 5‬כדאי להתייעץ לפני העמדת הניסוי עם מומחים לגידול דגי מים מתוקים‪.‬‬
‫‪3‬‬
‫עלון למורי הביולוגיה ‪181‬‬
‫בשדה ההוראה‬
‫תש"ע‬
‫נספח‬
‫א‪ .‬שימוש במגיב סמנר‬
‫‪.1‬‬
‫הכן מיצוי מהנבטים על ידי הוספה של ‪ 5‬מ"ל מים ל‪ 20 - 15-‬נבטים‪ ,‬כתישה במכתש וסינון דרך גזה‪.‬‬
‫‪ .2‬העבר למבחנה ‪ 1‬מ"ל מהמיצוי‪.‬‬
‫‪.3‬‬
‫הוסף ‪ 1‬מ"ל תרחיף עמילן בריכוז ‪.1%‬‬
‫‪ .4‬השהה את המבחנה למשך ‪ 5‬דקות בטמפרטורת החדר‪ ,‬אפשר לאנזים שבמיצוי לפעול‪.‬‬
‫‪ .5‬הוסף ‪ 1‬מ"ל ריאגנט סמנר‪ .‬המגיב ריאגנט סמנר מפסיק את פעולת האנזים‪.‬‬
‫‪ .6‬ערבב את המבחנות והעבר לאמבט מים רותחים למשך ‪ 5‬דקות לצורך הפסקה כוללת של התגובה‬
‫האנזימתית‪.‬‬
‫‪ .7‬קרר את המבחנות והוסף ‪ 5‬מ"ל מים בהתאם לעוצמת הצבע‪.‬‬
‫‪ .8‬ערבב ומדוד קריאה באמצעות ספקטרופוטומטר באורך גל של ‪.540nm‬‬
‫הערה‪ :‬לפעמים הצבע המתקבל חזק ואינו מאפשר קריאה בספקטרופוטמר‪ .‬אם לאחר המיהול עם ‪ 5‬מ"ל‬
‫עדיין אי אפשר לבצע קריאה‪ ,‬יש להוסיף עוד ‪ 5‬מ"ל מים‪.‬‬
‫ב‪ .‬מדידת פעילות עמילאז באמצעות דיסקיות נייר סופג‬
‫מפיקים מיצוי המכיל עמילאז מהנבטים‪.‬‬
‫באמצעות מלקטת‪ ,‬טובלים את דסקיות נייר סופג במיצוי‬
‫מניחים על גבי אגר‪-‬עמילן למשך ‪ 48‬שעות‪.‬‬
‫בודקים את קוטר שטח האגר שבו חל פירוק עמילן באמצעות צביעה ביוד‪.‬‬
‫צביעה ביוד‪ :‬ראה‪ :‬אורה הירש‪ ,‬שרה ורטהימר‪ ,‬אוגדן ניסויים בביולוגיה‪ ,‬פרק רבייה‪ ,‬ניסוי ‪ ,2‬עמ' ‪ ,7‬זיהוי חומרי‬
‫תשמורת בנבטים ופירוקם במהלך הנביטה‪.‬‬
‫ג‪ .‬הכנת מיצוי כלורופיל מעלים‬
‫‪ .1‬במהלך הפקת המיצוי יש לעבוד במנדף!‬
‫‪ .2‬שים במכתש חרסינה מעט חול‪-‬ים והוסף כ‪ 10-‬מ"ל תערובת של פטרול אתר‪:‬אצטון ביחס ‪.1:4‬‬
‫‪ .3‬גזור במספרים עלים ירוקים וכתוש אותם היטב במכתש‪.‬‬
‫‪ .4‬בעזרת משפך קטן וגזה‪ ,‬סנן את המיצוי שנוצר לתוך מבחנה‪.‬‬
‫‪ .5‬הוסף למבחנה נפח שווה של פטרול אתר ונפח שווה של מיצוי וסגור בפקק‪ .‬ערבב היטב עד לקבלה של‬
‫שתי שכבות‪.‬‬
‫‪ .6‬אסוף בעזרת פיפטת פסטר את השכבה העליונה הכוללת את מיצוי הפיגמנטים והכלורופיל והעבר‬
‫למבחנה אחרת‪.‬‬
‫‪ .7‬חזור על פעולת המיצוי עוד פעמיים לפי המהלך בסעיפים ‪ 4‬ו‪ 5-‬במבחנת המיצוי המקורית )על‪-‬ידי הוספת‬
‫מנות נוספות של פטרול אתר וערבוב חזק(‪.‬‬
‫‪ .8‬אסוף את כל המיצוי במבחנה אחת‪.‬‬
‫‪ .9‬הוסף למיצוי הפיגמנטים מעט ‪ Na2SO4‬יבש וערבב היטב‪.‬‬
‫‪ .10‬העבר בעזרת טפי את השכבה העליונה למבחנה נקייה ויבשה‪.‬‬
‫‪ .11‬הכנס קיסם עץ למבחנה ושים אותה בכוס מים רותחים‪ .‬הימנע ממגע עם אש – הפעולה תתבצע על‪-‬ידי‬
‫המורה בלבד‪.‬‬
‫‪ .12‬רכז את התמיסה עד לנפח של ‪ 2‬מ"ל‪.‬‬
‫‪ .13‬אפשר לשמור את המיצוי במבחנה פקוקה כדי למנוע אידוי‪ ,‬יש לשמור בקירור‪.‬‬
‫‪4‬‬
‫עלון למורי הביולוגיה ‪181‬‬
‫בשדה ההוראה‬
‫תש"ע‬
‫ד‪ .‬הכנת כרומטוגרפיית ‪TLC‬‬
‫‪ .1‬על לוח ‪ TLC‬המצופה בסיליקה צייר בעיפרון בעדינות קו במרחק של ‪ 1‬ס"מ מהקצה‪ .‬קו זה מציין את קו‬
‫ההתחלה‪.‬‬
‫‪ .2‬הנח על הקו במרחק של ‪ 3‬ס"מ מהשוליים טיפה קטנה מהמיצוי והנח לה להתייבש‪ .‬הנח על הטיפה‬
‫הקודמת טיפה נוספת‪ .‬חזור על פעולה זו פעמים אחדות להגדלת ריכוז הצבע‪ .‬חשוב לייבש את הטיפה‬
‫לפני הוספת טיפה נוספת כדי למנוע את התפשטות הכתם‪.‬‬
‫‪ .3‬שים את לוח ה‪ TLC-‬בנוזל מריץ המורכב מ‪ 20% -‬אצטון ו‪ 80% -‬פטרול אתר‪ .‬הקפד שגובה הנוזל לא‬
‫ייגע בקו ההתחלה שעליו כתמי הפיגמנטים‪ .‬כסה את המכל ועקוב אחר נדידת החומרים על הפלטה‪.‬‬
‫‪ .4‬כאשר קו החזית של הנוזל המריץ מגיע לכ‪ 2/3-‬מגובה הלוח ‪ -‬הוצא את הפלטה‪.‬‬
‫ה‪ .‬תגובת חימצון‪-‬חיזור עם יוד‬
‫‪-‬‬
‫חומצה אסקורבית )ויטמין ‪ (C‬מחזרת יוד מולקולרי )‪ (I2‬ליון יודיד ) ‪ ,(I‬כאשר מטטרים חומצה אסקורבית עם‬
‫תמיסת יוד‪ ,‬מתחזר היוד המלוקולרי ליון יודיד‪ .‬לזיהוי סוף התגובה משתמשים בעמילן כאינדקטור‪ .‬העמילן מגיב‬
‫עם יוד מולקולרי ויוצר צבע כחול כהה‪ .‬כאשר כל החומצה מגיבה עם היוד‪ ,‬מגיב עודף היוד המולקולרי המטוטר‬
‫עם העמילן ומופיע צבע כחול‪.‬‬
‫א‪ .‬הכן סדרה של ‪ 6‬מבחנות‪ ,‬שים בכל מבחנה את כמויות החומצה האסקורבית )ויטמין ‪0.5% (C‬‬
‫כמפורט בטבלה‪ ,‬לאחר מכן השלם את הנפח ל‪ 3 -‬מ"ל במים מזוקקים והוסף את העמילן‪.‬‬
‫ויטמין ‪0.5% C‬‬
‫מים מזוקקים‬
‫עמילן ‪1%‬‬
‫)מ"ל(‬
‫)מ"ל(‬
‫)מ"ל(‬
‫‪1‬‬
‫‪0‬‬
‫‪3‬‬
‫‪1‬‬
‫‪2‬‬
‫‪0.6‬‬
‫‪2.4‬‬
‫‪1‬‬
‫‪3‬‬
‫‪1.2‬‬
‫‪1.8‬‬
‫‪1‬‬
‫‪4‬‬
‫‪1.8‬‬
‫‪1.2‬‬
‫‪1‬‬
‫‪5‬‬
‫‪2.4‬‬
‫‪0.6‬‬
‫‪1‬‬
‫‪6‬‬
‫‪3‬‬
‫‪-‬‬
‫‪1‬‬
‫‪ 3‬מ"ל מיץ‬
‫‪-‬‬
‫‪1‬‬
‫מספר המבחנה‬
‫‪ 7‬מיץ מהירק‬
‫ב‪ .‬מלא משורה של ‪ 10‬מ"ל בתמיסת יוד ‪ 1.5%‬עד לנפח של ‪ 10‬מ"ל‪.‬‬
‫ג‪ .‬בעזרת פיפטת פסטר טפטף באיטיות תמיסת יוד‪ ,‬תוך כדי ניעור‪ ,‬למבחנה מספר ‪ ,1‬עד להופעת צבע‬
‫כחול יציב‪ .‬רשום את נפח התמיסה שהוספת‪.‬‬
‫ד‪ .‬חזור על הפעולה בכל אחת מהמבחנות האחרות‪.‬‬
‫ה‪ .‬טפטף באותו אופן למיץ שבמבחנה ‪ 7‬עד לשינוי הצבע‪.‬‬
‫ו‪.‬‬
‫חישוב‪ :‬בהנחה שמ"ל אחד מתמיסת החומצה שוקל גרם אחד‪ ,‬חשב את מספר המ"ג של חומצה בכל‬
‫הדוגמאות‪.‬‬
‫ז‪ .‬שרטט עקום כיול המציג את נפח היוד )מ"ל( הדרוש לטיטור חומצה אסקורבית )מ"ג(‪.‬‬
‫ח‪ .‬על העקומה שצירת מצא את כמות ויטמין ‪) C‬חומצה אסקורבית( במ"ג בדוגמת מיצוי הנבטים‬
‫שבדקת‪.‬‬
‫‪5‬‬
‫עלון למורי הביולוגיה ‪181‬‬
‫בשדה ההוראה‬
‫תש"ע‬
‫מקורות מידע‬
‫‪1. Resnick 1987. Education and learning to think, .Washington ,DC: National Academy Press.‬‬
‫‪ .2‬תמיר‪,‬פ' )‪ .(1974‬ייחודה של המעבדה בהוראת מדעי הטבע‪ ,‬קובץ ח'‪ ,‬האוניברסיטה העברית‪ ,‬ירושלים‪.‬‬
‫‪ .3‬לקט ניסויים בביוכימיה מכשירית‪ ,‬הוצאת הספרים אורט ישראל‪ ,‬משרד החינוך‪ ,2002 ,‬דר' בת שבע כהן‪,‬‬
‫מרים שטרן‪ ,‬שרה אליאס‪.‬‬
‫‪ .4‬אורה הירש‪ ,‬שרה ורטהימר‪ ,‬אוגדן ניסויים בביולוגיה‪ ,‬הוצאת מל"מ‪ ,‬האוניברסיטה העברית י‪-‬ם‪.‬‬
‫מידע על האזולה השרכית‬
‫‪ .5‬תפוצה‪:‬‬
‫‪http://flora.huji.ac.il/browse.asp?action=specie&specie=AZOFIL‬‬
‫‪http://www.wildflowers.co.il/hebrew/plant.asp?ID=1322‬‬
‫‪ .6‬טיהור מים על‪-‬ידי אזולה‪:‬‬
‫‪http://lib.cet.ac.il/pages/item.asp?item=3770‬‬
‫‪ .7‬צמחי מים בסיור ובמעבדה‪ ,‬ד"ר מירי ברומר‪:‬‬
‫‪http://bioteach.snunit.k12.il/upload/.ecology/simiri.html‬‬
‫‪6‬‬