Environmentální laboratoř

Transkript

1 AHOL 1 ph půdy Střední odborná škola, s.r.o. Environmentální laboratoř Mgr. Michaela Drozdová 0

2 Obsah 1 ph půdy Metodický pokyn Teoretický základ úlohy Pomůcky Úkoly Úkol č. 1 Příprava půdních vzorků Úkol č. 2 Měření ph půdních vzorků Úkol č. 3 Práce s naměřenými daty Úkol č. 4: Vliv kyselých dešťů na ph půdy Závěr a celkové hodnocení práce Teoretický základ úlohy Pomůcky Úkoly Úkol č. 1 Příprava půdních vzorků Úkol č. 2 Měření ph půdních vzorků Úkol č. 3 Práce s naměřenými daty Úkol č. 4: Vliv kyselých dešťů na ph půdy Závěr a celkové hodnocení práce Kyselé deště Metodický pokyn Teoretický základ úlohy Pomůcky Úkoly Úkol č. 1 Měření kvality vody Úkol č. 2 Práce s naměřenými daty

3 Úkol č. 3 Simulace vzniku kyselých dešťů Závěry a celkové hodnocení práce Teoretický základ úlohy Pomůcky Úkoly Úkol č. 1 Měření kvality vody Úkol č. 2 Práce s naměřenými daty Úkol č. 3 Simulace vzniku kyselých dešťů Závěr a celkové hodnocení práce Nižší rostliny Metodický pokyn Teoretický základ úlohy Pomůcky Úkoly Úkol č. 1 Příprava mikroskopického preparátu Úkol č. 2 Pozorování jednobuněčných organismů Úkol č. 3 Určení a zařazení jednobuněčných organismů do systému Závěr a celkové hodnocení práce Teoretický základ úlohy Pomůcky Úkoly Úkol č. 1 Příprava mikroskopického preparátu Úkol č. 2 Pozorování jednobuněčných organismů Úkol č. 3 Určení a zařazení jednobuněčných organismů do systému Závěr a celkové hodnocení práce Produkce CO Metodický pokyn

4 4.1.1 Teoretický základ úlohy Pomůcky Úkoly Úkol č. 1 Pozorování dýchání rostlinných semen a larev hmyzu Úkol č. 2 Práce s naměřenými daty Úkol č. 3 Čtení z grafu Závěry a celkové hodnocení práce Teoretický základ úlohy Pomůcky Úkoly Úkol č. 1 Pozorování dýchání rostlinných semen a larev hmyzu Úkol č. 2 Práce s naměřenými daty Úkol č. 3 Čtení z grafu Závěry a celkové hodnocení práce Fotosyntéza a dýchání rostlin Metodický pokyn Teoretický základ úlohy Pomůcky Úkoly Úkol č. 1 Měření fotosyntézy a respirace v závislosti na přístupu světla Úkol č. 2 Měření fotosyntézy a respirace v závislosti na teplotě Úkol č. 3 Čtení z grafu Závěry a celkové hodnocení práce Teoretický základ úlohy Pomůcky Úkoly Úkol č. 1 Měření fotosyntézy a respirace v závislosti na přístupu světla 54 3

5 Úkol č. 2 Měření fotosyntézy a respirace v závislosti na teplotě Úkol č. 3 Čtení z grafu Závěry a celkové hodnocení práce Testování vlastností UV záření Metodický pokyn Teoretický základ úlohy Pomůcky Úkoly Úkol č. 1 Měření UV záření a vliv opalovacích krémů Úkol č. 2 Měření UVB záření a vliv ochranných faktorů slunečních brýlí Úkol č. 3 Čtení z grafu Závěr a celkové hodnocení práce Teoretický základ úlohy Pomůcky Úkoly Úkol č. 1 Měření UV záření a vliv opalovacích krémů Úkol č. 2 Měření UVB záření a vliv ochranných faktorů slunečních brýlí Úkol č. 3 Čtení z grafu Závěr a celkové hodnocení práce Ekosystémy a globální oteplování Metodický pokyn Teoretický základ úlohy Pomůcky Úkoly Úkol č. 1: Sestavení modelového ekosystému Úkol č. 2: Pozorování fungování ekosystému

6 Úkol č. 3: Hodnocení získaných výsledků Závěr a celkové hodnocení práce Teoretický základ úlohy Pomůcky Úkoly Úkol č. 1: Sestavení modelového ekosystému Úkol č. 2: Pozorování fungování ekosystému Úkol č. 3: Hodnocení získaných výsledků Závěr a celkové hodnocení práce Bioindikátory Metodický pokyn Teoretický základ úlohy Pomůcky Úkoly Úkol č. 1 Příprava mikroskopického preparátu Úkol č. 2 Pozorování Závěr a celkové hodnocení práce Teoretický základ úlohy Pomůcky Úkoly Úkol č. 1 Příprava mikroskopického preparátu Úkol č. 2 Pozorování Závěr a celkové hodnocení práce

7 Úvod Následující studijní opora vznikla v rámci projektu Komplexní modernizace environmentálního vzdělávání CZ.1.07/1.1.07/ Studijní opora obsahuje 8 úloh z oblasti environmentální výchovy, které jsou zaměřeny na techniky mikroskopování a měření pomocí čidel firmy Vernier. Každá úloha je dále rozdělena na dvě části metodický pokyn pro vyučujícího a pracovní list pro žáka. Metodické pokyny pro vyučujícího obsahují kromě informací ohledně zařazení úlohy do výuky, definované cíle, typ formy práce, časovou náročnost, rozvíjené klíčové kompetence, mezipředmětové vztahy a vazby také správné odpovědi a řešení jednotlivých úloh. V této části studijní opory je také obrazový materiál ilustrující jednotlivá měření a pozorování. Tento materiál mají studenti k dispozici až po odevzdání vlastních vyplněných pracovních listů. Pracovní listy obsahují seznam pomůcek, teoretický vstup do problematiky, ve většině případů přesné postupy měření a soubor otázek a úkolů, které se vztahují k dané problematice. 6

8 Přehled klíčových kompetencí Klíčové kompetence jsou v evropském rámci pojímány jako kombinace znalostí, dovedností a postojů odpovídajících určitému kontextu a jsou definovány jako kompetence, které všichni potřebují ke svému osobnímu naplnění a rozvoji, aktivnímu občanství, sociálnímu začlenění a pro pracovní život. Rámcový vzdělávací program pro SŠ vymezuje 6 klíčových kompetencí: 1. Kompetence k učení. 2. Kompetence k řešení problému. 3. Kompetence komunikativní. 4. Kompetence sociální a personální. 5. Kompetence občanská. 6. Kompetence pracovní. V předložené studijní opore jsou klíčové kompetence pro jednoduchost označeny pouze čísly v souladu s uvedeným seznamem. Např.: 1. Kompetence k učení 1. Pro utváření a rozvíjení dané klíčové kompetence využíváme výchovné a vzdělávací strategie, které žákům umožňují: 1.1 samostatně či v kooperaci s ostatními žáky systematicky pozorovat různé biologické objekty, procesy probíhající v tělech živých organismů a měřit různé vlastnosti sledovaných objektů, výsledky svých pozorování a měření zpracovat, vyhodnocovat a dále využívat pro své vlastní učení 1.2 samostatně či v kooperaci s ostatními žáky provádět experimenty, které buď ověřují, potvrzují vyslovované hypotézy, nebo slouží jako základ pro odhalování zákonitostí probíhajících v živých organismech, z nichž mohou žáci vycházet v dalších svých poznávacích aktivitách 1.3 vyslovovat v diskusích hypotézy o biologické podstatě studovaných jevů či jejich průběhu, ověřovat různými prostředky jejich pravdivost a využívat získané poznatky k rozšiřování vlastního poznávacího potenciálu 1.4 vyhledávat v různých pramenech (biologické atlasy, určovací klíče, v odborné literatuře) potřebné informace týkající se problematiky biologického poznávání a využívat je efektivně ve svém dalším studiu 1.5 poznávat souvislosti zkoumání biologických jevů s ostatními, v první řadě přírodovědně zaměřenými, oblastmi zkoumání. Jak toho dosáhneme? 1. vytváříme prostředí podnětné pro experiment, podporujeme činnostní učení žáků (pozorování, pokusy, laboratorní práce), naměřené hodnoty zapisují do tabulek, uvažují o správnosti a možnostech prováděných pokusů, porovnávají své výsledky se spolužáky, hodnotí své výsledky a závěry a dál je používají pro své učení 2. vedeme žáky k práci s informacemi ze všech možných zdrojů, ústních, knižních, mediálních, včetně internetu (informace vyhledá, třídí a vhodným způsobem používá, dává do souvislosti) 3. umožňujeme žákům vlastním způsobem vysvětlovat pozorované jevy, navzájem si klást otázky, hledat na ně odpovědi 7

9 Např.: 2. Kompetence k řešení problémů 2. Pro utváření a rozvíjení dané klíčové kompetence využíváme výchovné a vzdělávací strategie, které žákům umožňují: 2.1 rozpoznávat problémy v průběhu jejich biologického vzdělávání při využití všech metod a prostředků, jež mají v daném okamžiku k dispozici (dostupné metody pozorování, měření, experimentování, matematické prostředky, grafické prostředky apod.) 2.2 vyjádřit či formulovat (jednoznačně) problém, na který narazí při vlastním vzdělávání 2.3 hledat, navrhovat či používat různé další metody, informace nebo nástroje, které by mohly přispět k řešení daného problému, jestliže dosavadní metody, informace a prostředky nevedly k cíli 2.4 posuzovat řešení daného biologického problému z hlediska jeho správnosti, jednoznačnosti či efektivnosti a z těchto hledisek porovnávat i případná různá řešení daného problému 2.5 korigovat chybná řešení problému 2.6 používat osvojené metody řešení problémů při experimentech i v jiných oblastech jejich vzdělávání, pokud jsou dané metody v těchto oblastech aplikovatelné 2.7 ověřuje prakticky správnost řešení problému a osvědčené postupy aplikuje při řešení obdobných nebo nových problémových situacích. Jak toho dosáhneme? 1. vedeme výuku tak, aby žáci řešili problémové situace, rozpoznali a pochopili daný problém a nalezli vlastní řešení (necháme žáky samostatně měřit hodnoty jednotlivých veličin, připravit si různé materiály a jednoduché pomůcky k přírodovědným pokusům) 2. dáváme žákům prostor pro vhodné pojmenování problému, na který při učení narazil, necháme žáky obhajovat své závěry a svá rozhodnutí 3. vedeme žáky k diskuzi k danému tématu 4. ve slovních úlohách žáci nacházejí případné varianty řešení a vyhodnocují je, provádějí odhady výsledků, ověřují výsledky řešení vzhledem k daným podmínkám Např.: 3. Kompetence komunikativní 3. Pro utváření a rozvíjení dané klíčové kompetence využíváme výchovné a vzdělávací strategie, které žákům umožňují: 3.1 logicky a přesně se vyjadřovat k problému 3.2 obhajovat a argumentovat vhodnou formou svůj vlastní názor a zároveň se učí naslouchat názorům jiným 3.3 vhodně formulovat otázky k danému problému 3.4 porozumět různým typům textů a záznamů včetně grafickým. Jak toho dosáhneme? 1. vedeme žáky k vyjadřování ve správných biologických pojmech 2. vyžadujeme na žácích pojmenování problémů, nebo vyjádření vlastních názorů na konkrétní témata, žáci uvádějí skutečnosti, ze kterých vyvozují své úsudky, vytvářejí si 8

10 vlastní názory, využívají dostupné informační a komunikační prostředky 3. vedeme žáky k porovnávání svých výsledků se závěry spolužáků, k argumentaci a k obhajobě 4. vedeme žáky k popisu situace při experimentování, dotazování se na vzniklé nejasnosti, k diskusi se spolužáky Např.: 4. Kompetence sociální a personální 4. Pro utváření a rozvíjení dané klíčové kompetence využíváme výchovné a vzdělávací strategie, které žákům umožňují: 4.1 spolupracovat ve skupině při řešení úloh, problémů a experimentů 4.2 pracovat ve skupině a přijímat různé role ve skupině 4.3 vzájemnou pomoc při učení. Jak toho dosáhneme? 1. vedeme žáky ke spolupráci při skupinové práci, k odpovědnému přístupu ke své práci i k práci druhých, k zodpovědnosti za výsledky své činnosti, k přijímání názorů druhých 2. vedeme žáky k zapojení a odpovědnosti se do určitých rolí při skupinové práci (např. jeden žák připraví materiál, druhý sestavuje pokus, třetí vede záznam o měření nebo pozorování apod.) Např.: 5. Kompetence občanské 5. Pro utváření a rozvíjení dané klíčové kompetence využíváme výchovné a vzdělávací strategie, které žákům umožňují: 5.1 přirozeně respektovat práva a povinnosti (svá i ostatních) 5.2 přejímat zodpovědnost za svou práci 5.3 pozitivní vztah a úctu ke kulturním hodnotám předchozích generací i k současnosti 5.4 dodržovat jasná pravidla slušného a bezpečného chování 5.5 orientovat činnost k ochraně životního prostředí, k chápání environmentálních problémů 5.6 zapojovat do aktivit směřujícím k šetrnému chování k přírodním systémům, k vlastnímu zdraví i zdraví ostatních lidí 5.7 rozhoduje se zodpovědně podle dané situace a chová se zodpovědně v krizových situacích. Jak toho dosáhneme? 1. u žáků utváříme dovednost vhodně se chovat pří kontaktu s objekty či situacemi potenciálně či aktuálně ohrožující život, zdraví, majetek nebo životní prostředí lidí 2. vyžadujeme dodržování jasných pravidel, respektování práv a povinností svých i druhých, přejímání zodpovědnosti za svou práci 3. podporujeme tvořivé nápady žáků 9

11 Např.: 6. Kompetence pracovní 6. Pro utváření a rozvíjení dané klíčové kompetence využíváme výchovné a vzdělávací strategie, které žákům umožňují: 6.1 seznamovat se a prakticky pracovat s různými laboratorními pomůckami, které mohou využívat v praxi 6.2 objektivní sebehodnocení a posouzení reálných možností při profesní orientaci 6.3 organizovat vlastní práci, nést zodpovědnost za odvedenou práci pro skupinu i společnost 6.4 bezpečnou manipulaci s pomůckami, nástroji, přístroji a materiály při jejich používání ve výuce 6.5 získané poznatky aplikovat do praxe. Jak toho dosáhneme? 1. vedeme žáky ke konstrukci různých typů grafů 2. učíme žáky správnému zacházení se svěřenými pomůckami, přístroji apod. 3. učíme žáky správně zapojit měřicí přístroje a další techniku 4. necháme žáky některé pomůcky sami vytvořit (v rámci vyučování, doma) 5. necháme žáky navrhnout další provedení pokusů a měření 10

12 1 ph půdy 1 ph půdy V této kapitole se dozvíte: - jak lze změřit ph půdy - jak ovlivňují pěstované rostliny ph půd - jaké je rozmezí ph na různých biotopech - jak se mění ph půdy v důsledku používání hnojiv - jak ovlivňují kyselé deště živé organismy žijící v půdě Po jejím prostudování byste měli být schopni: - pomocí ph metru měřit ph vzorků půd - vyhodnotit ph testovaných vzorků půd - hodnotit kvalitu půdy podle jejího ph - provézt kalibraci ph metru 1.1 Metodický pokyn Cílová skupina: 3. ročník Environmentální výchova Název tematického celku: Půda Název úlohy: Měření ph u různých vzorků půd Cíle: Pomocí ph metru analyzovat vzorky půdy a vyhodnotit používání hnojiv a vliv kyselých dešťů na kvalitu půdy Forma práce: Skupinová práce v laboratoři Rozvíjené kompetence: 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 4.1, 4.2, 4.3, 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7, 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5. Mezipředmětové vztahy: chemie, fyzika, informatika Časové rozvržení realizace úlohy: minut 0

13 1 ph půdy Teoretický základ úlohy - vysvětli vznik kyselých dešťů - popiš vliv kyselých dešťů a hnojiv na život půdních organismů Průmyslové podniky (především slévárny a uhelné elektrárny) vypouštějí do ovzduší značné množství oxidů dusíku a síry. Tyto látky se ve vzduchu mísí s vodními parami a vytvářejí tak kyselinu sírovou a dusičnou. Kyseliny se následně dostávají do mraků a rapidně tam snižují ph dešťové vody. Významný podíl na vytváření kyselých dešťů má také rostoucí automobilová doprava nebo zemědělství. Kromě antropogenních vlivů mají vliv také sopečná činnost a děje probíhající např. v bažinách. Kyselý déšť pak snižuje ph půdy a vodních ploch. Vysoká kyselost (acidita) je zhoubná pro mnoho druhů rostlin a živočichů (celosvětově je jednou z hlavních příčin dramatického poklesu např. populací obojživelníků). Rostliny se stávají náchylnější k chorobám a jsou častěji napadány hmyzími škůdci, u živočichů se zvyšuje např. mortalita vajíček a to buď přímo, nebo nepřímo zvýšenou citlivostí k chorobám. Vlivy kyselých dešťů mnohdy pozorujeme stovky kilometrů od velkých měst a průmyslových oblastí. Z toho vyplývá, že kyselý déšť je globálním problémem. Ve velkých průmyslových oblastech bylo naměřeno ph deště hodnoty 2,4 (ph octa!!!). Obrázek č. 1: ph kyselých dešťů (zdroj 1

14 1 ph půdy Obrázek č. 2: Ilustrační foto k tématu Kyselé deště (zdroj poškození lesů oblasti Jizerských hor (vlevo) a Krušných hor (vpravo). Obrázek č. 3: Antropogenní i přírodní zdroje kyselých dešťů průmysl a sopečná činnost (zdroje Kromě toho, jaké má rostlina nároky na zavlažování, intenzitu slunečního záření, hnojení a podobně, je jednou z důležitých znalostí fakt, v jaké půdě (z hlediska ph) se rostlinám daří. V odborných knihách, ale i populárně naučných časopisech určených pěstitelům se můžeme například dočíst, že kaktusům se daří spíše v půdě alkalické, zatímco hortenzie vyžadují půdu kyselou. Prostě co rostlina, to jiné nároky. Pokud kupujeme balené substráty v zahradnictvích nebo hypermarketech, pak na obalu zpravidla informaci o tom, o jaký charakter půdy se jedná, nacházíme. Na zahradách domů však o ph půdy zpravidla nevíme nic. Pouze skladba rostlin v okolí nám může napovědět, jaké půdy (z hlediska hodnot ph) se zde vyskytují. A proč je znalost hodnot ph půd tak důležitá? Biologické (např. ovlivnění výskytu mikroorganismů), chemické (např. rozpustnost sloučenin kovů) i fyzikálně-chemické procesy (např. mobilita kovových iontů ve vodném prostředí), které v půdě probíhají,jsou bezprostředně závislé na hodnotě ph půdy. Hodnota ph se tak stává důležitým údajem vypovídajícím jednak o procesech, které v půdě probíhají, jednak o samotné kvalitě půdy z hlediska možností agronomického využití. Podle hodnot ph dělíme půdy do třech kategorií: půdy kyselé, acidní s ph = 4,5-6,5 půdy neutrální s ph = 6,5-7,3 půdy zásadité, alkalické s ph 7,3-8. 2

15 1 ph půdy Silně alkalické půdy s hodnotou ph = 8 a vyšší, stejně jako extrémně kyselé půdy s hodnotou ph nižší než 3, se v přírodě prakticky nevyskytují. Na českých zahradách vyžaduje většina rostlin neutrální ph půdy, existují ovšem výjimky: např. borůvky, brusinky a rododendrony vyžadují kyselou půdu; košťálová zelenina vyžaduje mírně zásaditou půdu; zásaditou půdu vyžadují také některé skalničky a bylinky Pomocí internetu: vyhledej škálu půdního ph v České republice 4,5-8 vyhledej z celosvětového hlediska nejpostiženější oblasti kyselými dešti Čína, Rusko, východní Evropa zjisti, proč se často jako velmi postižené oblasti uvádějí země Skandinávie, i přesto, že nepatří mezi velké znečišťovatele tato oblast je v zóně převládajících větrů z průmyslových oblastí, velmi často jsou kyselými dešti poznamenány horské oblasti (protože jsou zde intenzivnější srážky) které oblasti v České republice jsou kyselými dešti výrazně postižené např. se jedná o oblast Krušných hor, Jizerských hor vyhledej na internetu zajímavé stránky (nejlépe cizojazyčné) řešící problematiku kyselých dešťů vyhledej schéma znázorňující vliv kyselých dešťů na život půdních organismů Obrázek č. 4: schéma působení kyselých dešťů (zdroj: - na těchto stránkách i zajímavé informace ohledně kyselých dešťů) 3

16 1 ph půdy Pomůcky ph metr, ph senzor, počítač, řídící jednotka, kádinky, vzorky půd, voda, hnojivo, filtrační papír, lakmusové papírky Úkoly Úkol č. 1 Příprava půdních vzorků Žáci by pro experiment měli obstarat libovolný vzorek půdy. Pro vlastní pokus by samozřejmě bylo ideální, aby vzorky půd byly z různých lokalit a bylo možno předpokládat jejich rozdílné hodnoty ph. Protože toho není vždy možné dosáhnout, doporučujeme získat dva typy půd s odlišným ph - např. rašelinu (kyselý charakter) a půdu z vápencového podloží (zásaditý charakter). Tyto vzorky by žáci obdrželi rovnou ve škole a mohli by s nimi vlastní vzorky z hlediska hodnot ph porovnat. Výluh z půdního vzorku připravíme tak, že vzorek nejprve pečlivě vysušíme (např. rozprostřením vzorku na čistý papír a ponecháním na radiátoru po dobu několika dnů), aby neobsahoval nadbytečnou vodu, která by snižovala koncentraci rozpuštěných látek. Odvážené množství vysušeného vzorku (10 gramů) zalijeme v kádince určitým, přesně odměřeným množstvím destilované (případně dešťové) vody (35 ml) a důkladně protřepeme. Je nutné každý vzorek označit a popsat z jakého místa byl proveden odběr. TIP PRO PROJEKTOVÉ VYUČOVÁNÍ DLOUHODOBÉ POZOROVÁNÍ: Pokud chceme v úloze testovat změnu ph vlivem aplikace hnojiva, připravíme si 3-4 stejné nádoby se shodným množstvím půdy (označíme čísly). První nádoba slouží jako kontrolní a nic do ní po celou dobu nepřidáváme. Do dalších nádob aplikujeme 2x týdně hnojivo (různé intenzity do jedné přidáváme hnojivo pouze mírně, do dalších odstupňujeme množství tak, abychom v poslední nádobě mohli aplikovat nadměrné množství hnojiva). Každý měsíc provedeme odběr vzorku a zanalyzujeme změnu ph. Pokud je ve hlíně zasazena rostlina pozorujeme vliv hnojiv (mírné přidávání hnojiva, nadměrné přidávání hnojiva) a zapisujeme jej. Práce s digitálním půdním ph senzorem a jeho kalibrace: ph metr je určen k měření pevných a kapalných médií v rozmezí 0,0-14,0, umožňuje poznat aktuální půdní vlastnosti, zajišťuje zásaditý nebo kyselý charakter měřeného média Kalibrace čidla - podle návodu je minimálně dvakrát týdně doporučeno provádět kalibraci čidla (ve školních podmínkách budeme provádět kalibraci jen jednou měsíčně případně před blokem laboratorních prací, které budou čidlo používat) 4

17 1 ph půdy - vyjměte elektrodu z úschovného roztoku a ponořte ji do destilované vody - vložte elektrodu do nádoby s kalibračním roztokem o ph=7,00 - zapněte ph metr (Power) a vyčkejte na ustálení hodnot - pokud ph metr neukazuje hodnotu 7,00 otáčejte s kalibračním trimrem (pomocí šroubováku, na boku přístroje), až bude na displeji požadovaná hodnota (7,00) - po vyjmutí z kalibračního roztoku opláchněte destilovanou vodou - nyní lze provézt kalibraci i pomocí kalibračního roztoku o ph= 4,00 - celý postup se opakuje - pozor po celou dobu kalibrace dbejte maximální čistotě Bezpečnost práce s čidlem - čidlo musí být po celou dobu uchováváno v úschovném (přechovávacím) roztoku, který je součástí balení; pokud probíhá měření v rámci laboratorní práce, pak čidlo máme neustále umístěné v kádince s destilovanou vodou a dbáme na jeho čistotu - pokud bylo čidlem měřeno ph půdy nebo ph látek pevných skupenství, čidlo řádně čistíme (především před ukončením měření a před vložením do úschovného roztoku) - ph elektrodu před přímým měřením utírejte suchým hadříkem - k čištění elektrody nepoužívejte žádné čisticí prostředky - také je zakázáno čistit elektrodu pomocí ostrých nebo kovových předmětů (šroubováky, nože apod.) - pokud se na displeji objeví symbol baterie ihned proveďte její výměnu (přístroj funguje s 9V baterií) - v případě dlouhodobějšího neměření s přístrojem se doporučuje baterii vyjmout z přístroje (např. během prázdnin) - přístroj nejlépe funguje v teplotním rozmezí C - při měření v terénu musíme dávat pozor, aby při měření v půdě nebyla poškozena elektroda o kameny apod. Měření s půdním ph metrem - vyjměte elektrodu z úschovného roztoku - opláchněte elektrodu v destilované vodě - vytřete povrch elektrody do sucha - vložte elektrodu do měřeného prostředí - po ustálení hodnot je na displeji možné přímo odečítat hodnoty 5

18 1 ph půdy - pokud provádíme měření na místě, které znemožňuje přesné odečtení hodnoty z displeje přístroje, použijeme tlačítko Hold na přístroji, které až do opětovného zmáčknutí zobrazuje na přístroji změřenou hodnotu Úkol č. 2 Měření ph půdních vzorků Skupina č. 1: (jelikož je laboratoř vybavena dvěma typy ph čidel, lze studenty rozdělit do dvou pracovních skupin, případně každá skupina testuje ph oběma způsoby) 1. Připravené vzorky půdy přefiltrujeme přes filtrační papír do čisté kádinky (viz Obrázek). 2. Provedeme měření ph metrem. 3. Po ukončení samotného měření očisti ph metr destilovanou vodou a utři jej hadříkem (případně odstraň nečistoty nekovovým předmětem pozor čidlo je ze skla) a. Pokud měření neprobíhá, je nutné mít umístěné čidlo v kádince s destilovanou vodou b. Po ukončení měření se ph metr musí zašroubovat do nádobky s uchovávací tekutinou 4. Provedeme kontrolní měření univerzálními lakmusovými papírky. 5. Naměřené údaje zaznamenáme do tabulky. Obrázek č. 5, 6: Filtraci lze provézt i pomocí improvizované aparatury (zdroj: ph půdní metr (zdroj: 6

19 1 ph půdy Skupina č. 2: 1. Zapoj řídicí jednotku do PC. 2. K řídící jednotce připoj čidlo pro měření ph. 3. Spusť program eprolab. 4. Klikni na HiScope. 5. Nastavení programu: a. Vybrat připojená čidla : zvolit připojená čidla a specifikovat, do kterého kanálu jsou připojena b. Vymezit proměnné pro grafické a číselné zobrazení dat - zvolíme Vybrat jednu c. Vymezení parametrů vzorkovacího času - volíme vzorkovací periodu a počet vzorků zde kvůli ustálení hodnot volíme zhruba 2 minuty d. Otevřít y(t) okno - zvolíme počet vykreslených grafů, na Hlavní osu přidáme vybraná čidla e. V okně s grafy zaškrtneme políčko pro zobrazení hodnot: 6. Do kádinky nalij vzorek přefiltrované vody. 7. Senzorem pro měření ph tekutinu opatrně promíchej. 8. Spusť měření. 9. Jakmile se hodnoty ustálí, zapiš hodnotu ph do tabulky. 10. Očisti ph čidlo destilovanou vodou a vlož jej zpět do uchovávací tekutiny. Fotografie č. 1: Experiment pomocí ph senzoru (foto vlastní). 7

20 1 ph půdy Úkol č. 3 Práce s naměřenými daty Doplň tabulku: číslo vzorku popis odběrového místa hodnota ph Popiš měření: Při terénním experimentu byla naměřena následující data ph půdy v blízkosti vřesovce 6,03 ph běžné půdy 6,2-6,8 ph půdy kompostu 6,66 ph v blízkosti šťavele 4,62 ph pod borůvčím 4,4 ph u hortenzie 6,92 Při použití průmyslových hnojiv pozorujeme: - aplikace hnojiv obsahujících ledek vápenatý působí na půdu zásaditě - aplikace hnojiv obsahujících síran amonný působí kysele - superfosfáty působí neutrálně Úkol č. 4: Vliv kyselých dešťů na ph půdy 1. Změřte ph vlastního vzorku půdy. 2. Připravte si roztok vody s octem změřte ph tohoto roztoku. 3. Roztok nalijte na půdu a po uschnutí proveďte nové měření ph půdy. 4. Výsledek okomentujte: Celý experiment lze z dlouhodobého hlediska upravit tak, že budou testovány vzorky půd se shodným typem zasazené rostliny. Dlouhodobě budou rostliny přihnojovány buď jiným typem hnojiva, nebo jiným množství kyselých dešťů. 8

21 1 ph půdy Závěr a celkové hodnocení práce 9

22 1 ph půdy Pracovní list pro žáka Název úlohy: ph půdy Cíle: Pomocí ph metru analyzovat vzorky půdy a vyhodnotit používání hnojiv a vliv kyselých dešťů na kvalitu půdy Jméno: Třída: Vypracováno dne: Spolupracovali: 1.2 Teoretický základ úlohy - vysvětli vznik kyselých dešťů - popiš vliv kyselých dešťů a hnojiv na život půdních organismů Pomocí internetu: vyhledej škálu půdního ph v České republice vyhledej z celosvětového hlediska nejpostiženější oblasti kyselými dešti zjisti, proč se často jako velmi postižené oblasti uvádějí země Skandinávie, i přesto, že nepatří mezi velké znečišťovatele které oblasti v České republice jsou kyselými dešti výrazně postižené vyhledej na internetu zajímavé stránky (nejlépe cizojazyčné) řešící problematiku kyselých dešťů 10

23 1 ph půdy vyhledej schéma znázorňující vliv kyselých dešťů na život půdních organismů Pomůcky ph metr, ph senzor, počítač, řídící jednotka, kádinky, vzorky půd, voda, hnojivo, filtrační papír, lakmusové papírky Úkoly Úkol č. 1 Příprava půdních vzorků Žáci by pro experiment měli obstarat libovolný vzorek půdy. Pro vlastní pokus by samozřejmě bylo ideální, aby vzorky půd byly z různých lokalit a bylo možno předpokládat jejich rozdílné hodnoty ph. Protože toho není vždy možné dosáhnout, doporučujeme získat dva typy půd s odlišným ph - např. rašelinu (kyselý charakter) a půdu z vápencového podloží (zásaditý charakter). Tyto vzorky by žáci obdrželi rovnou ve škole a mohli by s nimi vlastní vzorky z hlediska hodnot ph porovnat. Výluh z půdního vzorku připravíme tak, že vzorek nejprve pečlivě vysušíme (např. rozprostřením vzorku na čistý papír a ponecháním na radiátoru po dobu několika dnů), aby neobsahoval nadbytečnou vodu, která by snižovala koncentraci rozpuštěných látek. Odvážené množství vysušeného vzorku (10 gramů) zalijeme v kádince určitým, přesně odměřeným množstvím destilované (případně dešťové) vody (35 ml) a důkladně protřepeme. Je nutné každý vzorek označit a popsat z jakého místa byl proveden odběr. TIP PRO PROJEKTOVÉ VYUČOVÁNÍ DLOUHODOBÉ POZOROVÁNÍ: Pokud chceme v úloze testovat změnu ph vlivem aplikace hnojiva, připravíme si 3-4 stejné nádoby se shodným množstvím půdy (označíme čísly). První nádoba slouží jako kontrolní a nic do ní po celou dobu nepřidáváme. Do dalších nádob aplikujeme 2x 11

24 1 ph půdy týdně hnojivo (různé intenzity do jedné přidáváme hnojivo pouze mírně, do dalších odstupňujeme množství tak, abychom v poslední nádobě mohli aplikovat nadměrné množství hnojiva). Každý měsíc provedeme odběr vzorku a zanalyzujeme změnu ph. Pokud je ve hlíně zasazena rostlina pozorujeme vliv hnojiv (mírné přidávání hnojiva, nadměrné přidávání hnojiva) a zapisujeme jej Úkol č. 2 Měření ph půdních vzorků Skupina č. 1: 1. Připravené vzorky půdy přefiltrujeme přes filtrační papír do čisté kádinky (viz Obrázek). 2. Provedeme měření ph metrem. 3. Po ukončení samotného měření očisti ph metr destilovanou vodou a utři jej hadříkem (případně odstraň nečistoty nekovovým předmětem pozor čidlo je ze skla) a. Pokud měření neprobíhá, je nutné mít umístěné čidlo v kádince s destilovanou vodou b. Po ukončení měření se ph metr musí zašroubovat do nádobky s uchovávací tekutinou 4. Provedeme kontrolní měření univerzálními lakmusovými papírky. 5. Naměřené údaje zaznamenáme do tabulky. Obrázek č. 1: Filtraci lze provézt i pomocí improvizované aparatury 12

25 1 ph půdy Skupina č. 2: 1. Zapoj řídicí jednotku do PC. 2. K řídící jednotce připoj čidlo pro měření ph. 3. Spusť program eprolab. 4. Klikni na HiScope. 5. Nastavení programu: a. Vybrat připojená čidla : zvolit připojená čidla a specifikovat, do kterého kanálu jsou připojena b. Vymezit proměnné pro grafické a číselné zobrazení dat - zvolíme Vybrat jednu c. Vymezení parametrů vzorkovacího času - volíme vzorkovací periodu a počet vzorků zde kvůli ustálení hodnot volíme zhruba 2 minuty d. Otevřít y(t) okno - zvolíme počet vykreslených grafů, na Hlavní osu přidáme vybraná čidla e. V okně s grafy zaškrtneme políčko pro zobrazení hodnot: 6. Do kádinky nalij vzorek přefiltrované vody. 7. Senzorem pro měření ph tekutinu opatrně promíchej. 8. Spusť měření. 9. Jakmile se hodnoty ustálí, zapiš hodnotu ph do tabulky. 10. Očisti ph čidlo destilovanou vodou a vlož jej zpět do uchovávací tekutiny Úkol č. 3 Práce s naměřenými daty Doplň tabulku: číslo vzorku popis odběrového místa hodnota ph Popiš měření: 13

26 1 ph půdy Úkol č. 4: Vliv kyselých dešťů na ph půdy 1. Změřte ph vlastního vzorku půdy. 2. Připravte si roztok vody s octem změřte ph tohoto roztoku. 3. Roztok nalijte na půdu a po uschnutí proveďte nové měření ph půdy. 4. Výsledek okomentujte: 1.3 Závěr a celkové hodnocení práce 14

27 2 Kyselé deště 2 Kyselé deště V této kapitole se dozvíte: - jaký je význam vody pro život na Zemi - jak se hodnotí kvalita vody, jakým parametrům odpovídá pitná voda - jaké jsou výhody pití vody z kohoutku narozdíl od balené vody - jak působí kyselé deště na procesy probíhající v půdě - které procesy způsobují vznik kyselých dešťů na Zemi, jaké jsou dopady kyselých dešťů na život na Zemi - jak lze simulovat vznik kyselých dešťů pokusem v laboratoři Po jejím prostudování byste měli být schopni: o pomocí ICT pomůcek analyzovat kvalitu vody z různých zdrojů a změřit ph dešťové vody o pochopit nebezpečí znečišťování vodního ekosystému, vyhodnotit vliv kyselých dešťů na půdu o pochopit závažnost problému nakládání s odpady (plastovými láhvemi) o pochopit vlivy působení kyselých dešťů na živé organismy na Zemi 2.1 Metodický pokyn Cílová skupina: 4. ročník Ekologie Název tematického celku: Úvod do ekologie Název úlohy: Testování kvality vody a měření ph dešťových srážek Cíle: Pomocí ICT pomůcek vyhodnotit kvalitu testované vody, analyzovat ph dešťových srážek a simulovat vznik kyselých dešťů Forma práce: Skupinová práce v laboratoři Rozvíjené kompetence: 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 4.1, 4.2, 4.3, 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7, 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5. Mezipředmětové vztahy: fyzika, chemie, informatika, zeměpis, anglický jazyk 15

28 2 Kyselé deště Časové rozvržení realizace úlohy: minut (s diskuzí až 90 minut) Teoretický základ úlohy Znečištění vody má negativní vliv na lidskou populaci a obecně na všechna vodní společenstva. Ubývají potravní zdroje jako jsou ryby, měkkýši a korýši, a dochází ke kontaminaci pitné vody. Řeky, jezera a oceány jsou používány jako otevřené stoky pro průmyslový odpad a kanalizační splašky. Pesticidy, herbicidy, ropné odpady, těžké kovy, detergenty, to vše může zabíjet nebo vážně poškozovat organismy žijící ve vodním prostředí. Na rozdíl od odpadů vypouštěných v terestrickém prostředí, mající především lokální dopad, může být toxický odpad ve vodním prostředí roznášen a difundován do rozsáhlých oblastí. V organismech živících se filtrováním vody může být letální již minimální množství toxických látek. Následně jsou negativně ovlivněny i další skupiny organismů jako např. ptáci nebo savci, protože se těmito filtrátory živí. Podle norem má pitná voda hodnotu ph v rozmezí 6,5-8,5 (voda s ph vyšším než 7 se označuje jako zásaditá, voda s nižším ph než 7 se označuje jako kyselá). Celkové množství rozpuštěných pevných látek (TDS total dissolved solids) by u pitné vody nemělo překročit hodnotu 500mg/l. Vyšší hodnoty hodnoty nejsou pro člověka nebezpečné, ale voda je poté označována jako tvrdší, může mít jinou chuť (např. chutná slaně, hořce...). Čidlo měřící elektrickou vodivost kapalin (konduktometr) umožní získat hodnotu celkového množství pevných látek ve vodě (přepočet 1000 μs/cm = 500 mg/l). Teoretická část týkající se kyselých dešťů je uvedena v úloze ph půdy. V této laboratorní práci si studenti otestují kvalitu vody pocházející z různých zdrojů. Celý experiment lze směřovat buď na testování dešťových srážek jednoho místa např. behěm celého roku (sledování vlivu ročního období na ph a vodivost vody), nebo lze testovat odlišné vzorky z různých míst (horský pramen, potok, výpusť odpadních vod z továrny apod.). Velice zajímavé výsledky poskytne experiment s vodou odebranou před, uvnitř a za čističkou 16

29 2 Kyselé deště odpadních vod (tento typ práce může být doplněn o mikroskopická pozorování živočichů). - jaký je význam vody pro život na Zemi? Pomocí internetu: - podívej se na internetu na příběh o balené vodě (s českými titulky) embedded - diskutuj se spolužáky o této problematice - zjisti, kolik studentů ze třídy pije zásadně vodu z kohoutku a nekupuje si čistou balenou vodu - jaká je výhoda pití vody z kohoutku a balené vody; diskutuj s vyučujícím u většiny veřejnosti často převládá názor, že balená voda je "bezpečnější", mnohdy je opak pravdou (viz. video a další internetové zdroje); během diskuze se studenty musí být kladen důraz na nakládání s plastovými láhvemi a s hromadícím se odpadem - zamyslete se, zda byste se nechtěli zapojit se svou třídou do některého projektu, probíhajícího na území České republiky (např. který se zabývá životním prostředím např. právě v této soutěži se testuje kvalita vody (lze zde použít čidla Vernier) Pomůcky PC, řídicí jednotka, čidlo ph, čidlo oxidu uhličitého, ph půdní senzor, čidlo teploměru, vzorky vody, kádinky, lakmusové papírky, potravinová fólie, slámka 17

30 2 Kyselé deště Úkoly Úkol č. 1 Měření kvality vody Třída je pro tuto laboratorní práci rozdělena na dvou stanovištích po přípravě vzorků studenti provádějí měření s čidlem Vernier a s ph metrem. Po naměření se vystřídají. Kontrolní měření proběhne s lakmusovými papírky. Skupina č. 1: Provádí měření s čidlem Vernier 1. Zapoj řídicí jednotku do PC. 2. K řídící jednotce připoj čidlo pro ph (VIN0). 3. Spusť program eprolab. 4. Klikni na HiScope. 5. Nastavení programu: a. Vybrat připojená čidla : zvolit připojená čidla a specifikovat, do kterého kanálu jsou připojena b. Vymezit proměnné pro grafické a číselné zobrazení dat - zvolíme Vybrat všechny c. Vymezení parametrů vzorkovacího času - volíme vzorkovací periodu a počet vzorků minimálně na 2 minuty (kvůli ustálení hodnot) d. Otevřít y(t) okno - zvolíme počet vykreslených grafů, na Hlavní osu přidáme vybraná čidla a vymezíme minimální a maximální hodnoty e. V okně s grafy zaškrtneme políčko pro zobrazení hodnot: 6. Do kádinek nalij testované vzorky vody, všechny kádinky viditelně označ a vodu v nich občas promíchej. 7. Proveď měření ph. 8. U každého měření vyčkej ustálení hodnot (pozor voda by měla být vždy dostatečně promíchána). 9. Naměřené údaje zapiš do tabulky. 10. Po proměření každého vzorku čidlo pečlivě omyj v destilované vodě. 11. Po ukončení měření vše řádně ukliď. 18

31 2 Kyselé deště Obrázek č. 1: Fotografie pokusu (foto vlastní). Skupina č. 2: Provádí pokus s půdním ph metrem (toto čidlo je rovněž určeno pro měření kapalin, takže může být využito i v této úloze) 1. U připravených vzorků proveď měření půdním ph metrem. 2. Naměřené hodnoty zapisuj do tabulky. 3. Po každém změření čidlo omyj v destilované vodě. 4. Celé měření doplň o kontrolní měření pomocí lakmusových papírků Úkol č. 2 Práce s naměřenými daty Tabulka s naměřenými daty: vzorek č. 1 vzorek č. 2 vzorek č. 3 popis vzorku: teplota ( C) ph měření ph čidlem ph měření ph metrem poznámka: Terénní měření ukazují rozpětí ph srážek a vody v okolí od cca 5 do 7. př. ph bazénové vody 7,3, ph dešťových srážek 6,6-6,9 19

32 2 Kyselé deště Porovnej údaje získané měřením: - na základě naměřených údajů vyhodnoť jednotlivé vzorky vody - své výsledky porovnej s ostatními skupinami ve třídě - naměřila některá skupina zásaditý charakter srážek? Zjisti pomocí internetu, co tento výsledek znamená: zásadité srážky jsou způsobeny přítomnosti popílku (strusky apod.) ve vzduchu - naměřila některá skupina hodnoty odpovídající kyselému dešti? Z kterého místa byly tyto vzorky odebrány? Úkol č. 3 Simulace vzniku kyselých dešťů 1. Dle úkolu č. 1 zapoj měřicí přístroje v tomto případě čidlo oxidu uhličitého do řídící jednotky počítače. 2. Nastav program, na čidle zvol hladinu Low (0-10,000 ppm), čas snímání nastav na cca 2 3 minuty. 3. Do kádinky nalij 100 ml vlažné vody, do vody strč slámku a celou nádobu (kádinku) utěsni (potravinovou fólií apod.) 4. Po spuštění programu foukej do vody a pozoruj měnící se graf. 5. Popiš pokus a vyslov závěr. Graf měření: 20

33 2 Kyselé deště Popis průběhu pokusu: Během 6 minut experimentu došlo k poklesu ph vody z původní hodnoty 7,25 na 6,22. Tímto pokusem jsme simulovali vznik kyselých dešťů produkcí oxidu uhličitého, přičemž vzniká slabá kyselina uhličitou Závěry a celkové hodnocení práce 21

34 2 Kyselé deště Pracovní list pro žáka Název úlohy: Testování kvality vody a měření ph dešťových srážek Cíle: Pomocí ICT pomůcek vyhodnotit kvalitu testované vody, analyzovat ph dešťových srážek a simulovat vznik kyselých dešťů Jméno: Třída: Vypracováno dne: Spolupracovali: 2.2 Teoretický základ úlohy - vysvětli vznik kyselých dešťů - jaký je význam vody pro život na Zemi? Pomocí internetu: - podívej se na internetu na příběh o balené vodě embedded - diskutuj se spolužáky o této problematice - zjisti, kolik studentů ze třídy pije zásadně vodu z kohoutku a nekupuje si čistou balenou vodu - jaká je výhoda pití vody z kohoutku a balené vody; diskutuj s vyučujícím - zamyslete se, zda byste se nechtěli zapojit se svou třídou do některého projektu, probíhajícího na území České republiky (např. který se zabývá životním prostředím 22

35 2 Kyselé deště Pomůcky PC, řídicí jednotka, čidlo ph, čidlo oxidu uhličitého, ph půdní senzor, čidlo teploměru, vzorky vody, kádinky, lakmusové papírky, potravinová fólie, slámka Úkoly Úkol č. 1 Měření kvality vody Skupina č. 1: Provádí měření s čidlem Vernier 1. Zapoj řídicí jednotku do PC. 2. K řídící jednotce připoj čidlo pro ph (VIN0). 3. Spusť program eprolab. 4. Klikni na HiScope. 5. Nastavení programu: a. Vybrat připojená čidla : zvolit připojená čidla a specifikovat, do kterého kanálu jsou připojena b. Vymezit proměnné pro grafické a číselné zobrazení dat - zvolíme Vybrat všechny c. Vymezení parametrů vzorkovacího času - volíme vzorkovací periodu a počet vzorků minimálně na 2 minuty (kvůli ustálení hodnot) d. Otevřít y(t) okno - zvolíme počet vykreslených grafů, na Hlavní osu přidáme vybraná čidla a vymezíme minimální a maximální hodnoty e. V okně s grafy zaškrtneme políčko pro zobrazení hodnot: 6. Do kádinek nalij testované vzorky vody, všechny kádinky viditelně označ a vodu v nich občas promíchej. 7. Proveď měření ph. 8. U každého měření vyčkej ustálení hodnot (pozor voda by měla být vždy dostatečně promíchána). 9. Naměřené údaje zapiš do tabulky. 10. Po proměření každého vzorku čidlo pečlivě omyj v destilované vodě. 11. Po ukončení měření vše řádně ukliď. 23

36 2 Kyselé deště Skupina č. 2: Provádí pokus s půdním ph metrem 1. U připravených vzorků proveď měření půdním ph metrem. 2. Naměřené hodnoty zapisuj do tabulky. 3. Po každém změření čidlo omyj v destilované vodě. 4. Celé měření doplň o kontrolní měření pomocí lakmusových papírků Úkol č. 2 Práce s naměřenými daty Tabulka s naměřenými daty: vzorek č. 1 vzorek č. 2 vzorek č. 3 popis vzorku: teplota ( C) ph měření ph čidlem ph měření ph metrem poznámka: Porovnej údaje získané měřením: - na základě naměřených údajů vyhodnoť jednotlivé vzorky vody - své výsledky porovnej s ostatními skupinami ve třídě - naměřila některá skupina zásaditý charakter srážek? Zjisti pomocí internetu, co tento výsledek znamená: 24

37 2 Kyselé deště - naměřila některá skupina hodnoty odpovídající kyselému dešti? Z kterého místa byly tyto vzorky odebrány? Úkol č. 3 Simulace vzniku kyselých dešťů 1. Dle úkolu č. 1 zapoj měřicí přístroje v tomto případě čidlo oxidu uhličitého do řídící jednotky počítače. 2. Nastav program, na čidle zvol hladinu Low (0-10,000 ppm), čas snímání nastav na cca 2 3 minuty. 3. Do kádinky nalij 100 ml vlažné vody, do vody strč slámku a celou nádobu (kádinku) utěsni (potravinovou fólií apod.) 4. Po spuštění programu foukej do vody a pozoruj měnící se graf. 5. Popiš pokus a vyslov závěr. Graf měření: Popis průběhu pokusu: 25

38 2 Kyselé deště Závěr a celkové hodnocení práce 26

39 3 Nižší rostliny 3 Nižší rostliny V této kapitole se dozvíte: - které jednobuněčné organismy žijí okolo nás - rozdíl mezi sinicí a řasou Po jejím prostudování byste měli být schopni: - pomocí mikroskopu pozorovat jednobuněčné organismy žijící okolo nás - vysvětlit rozdíl mezi sinicí a řasou - určit zástupce řas, které byly pozorovány v mikroskopu 3.1 Metodický pokyn Cílová skupina: 1. ročník Botanika Název tematického celku: Nižší rostliny Název úlohy: Pozorování nižších rostlin Cíle: Pomocí mikroskopu pozorovat nižší rostliny Forma práce: Skupinová práce v laboratoři Rozvíjené kompetence: 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 2.1, 2.2, 2.4, 3.1, 3.2, 3.3, 4.1, 4.2, 4.3, 5.1, 5.2, 5.3, 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5 Mezipředmětové vztahy: chemie, fyzika, informatika Časové rozvržení realizace úlohy: minut 27

40 3 Nižší rostliny Teoretický základ úlohy - zopakuj si rozdíl mezi sinicí a rostlinou - zopakuj si základní dělení nižších rostlin - vysvětli evoluční význam rozdílného výskytu chlorofylů u jednotlivých skupin řas Pomocí internetu: - uveď internetové stránky, pomocí kterých budeš určovat jednotlivé zástupce pozorované pod mikroskopem jelikož budeme pozorovat vzorky obsahující nižší rostliny a řasy budeme používat např. pro akvárium ( Pomůcky mikroskop, podložní sklíčko, krycí sklíčko, voda, kapátko, vzorek vody z akvária (sladkovodního případně mořského), květináče, zahradního jezírka případně dalších míst v našem okolí Úkoly Úkol č. 1 Příprava mikroskopického preparátu 1. Na podložní sklíčko kápni kapátkem vzorek testované vody. 2. Připravený preparát přiklop krycím sklíčkem ze strany tak, aby pod sklíčkem nevznikly vzduchové bubliny. 3. Okolí preparátu vysuš filtračním papírem dbej na udržování čistoty práce Úkol č. 2 Pozorování jednobuněčných organismů 1. Preparát vlož do mikroskopu a postupně od nejmenšího zvětšení pozoruj organismy. 2. Nejlepší snímek pomocí kamery vyfotografuj a obrázek ulož. 28

41 3 Nižší rostliny 3. Do protokolu zakresli pozorované organismy a vlož nejlepší fotografii z vlastního pozorování. 4. U nákresů i fotografie urči maximum zástupců, kteří byli v daném vzorku pozorováni. 5. Pokud jiná skupina našla ve svém vzorku zajímavý organismus, vlož do protokolu také jejich fotografii a organismus urči. Fotografie č. 1 vzorek odebrán z hladiny sladkovodního akvária (foto vlastní) 29

42 3 Nižší rostliny Fotografie č. 2 vzorek odebrán z květináče (foto vlastní) Fotografie č. 3 vzorek odebrán z květináče (foto vlastní) Scenedesmus sp. - zelená řasa (zelenivka na obrázku dva různé druhy), Euglena sp. - monadoidní zelená řasa se stigmatem, Chlorela sp. zelená řasa bez stigmatu 30

43 3 Nižší rostliny Úkol č. 3 Určení a zařazení jednobuněčných organismů do systému Pozorované organismy vypiš a zařaď je do systému živých organismů: Závěr a celkové hodnocení práce 31

44 3 Nižší rostliny Pracovní list pro žáka Název úlohy: Pozorování nižších rostlin Cíle: Pomocí mikroskopu pozorovat nižší rostliny Jméno: Třída: Vypracováno dne: Spolupracovali: 3.2 Teoretický základ úlohy - zopakuj si rozdíl mezi sinicí a rostlinou - zopakuj si základní dělení nižších rostlin - vysvětli evoluční význam rozdílného výskytu chlorofylů u jednotlivých skupin řas Pomocí internetu: - uveď internetové stránky, pomocí kterých budeš určovat jednotlivé zástupce pozorované pod mikroskopem Pomůcky mikroskop, podložní sklíčko, krycí sklíčko, voda, kapátko, vzorek vody z akvária (sladkovodního případně mořského), květináče, zahradního jezírka případně dalších míst v našem okolí Úkoly Úkol č. 1 Příprava mikroskopického preparátu 1. Na podložní sklíčko kápni kapátkem vzorek testované vody. 32

45 3 Nižší rostliny 2. Připravený preparát přiklop krycím sklíčkem ze strany tak, aby pod sklíčkem nevznikly vzduchové bubliny. 3. Okolí preparátu vysuš filtračním papírem dbej na udržování čistoty práce Úkol č. 2 Pozorování jednobuněčných organismů 1. Preparát vlož do mikroskopu a postupně od nejmenšího zvětšení pozoruj organismy. 2. Nejlepší snímek pomocí kamery vyfotografuj a obrázek ulož. 3. Do protokolu zakresli pozorované organismy a vlož nejlepší fotografii z vlastního pozorování. 4. U nákresů i fotografie urči maximum zástupců, kteří byli v daném vzorku pozorováni. 5. Pokud jiná skupina našla ve svém vzorku zajímavý organismus, vlož do protokolu také jejich fotografii a organismus urči Úkol č. 3 Určení a zařazení jednobuněčných organismů do systému Pozorované organismy vypiš a zařaď je do systému živých organismů: 33

46 3 Nižší rostliny Vlastní nákres preparátu: Fotografie z mikroskopu: 34

47 3 Nižší rostliny Závěr a celkové hodnocení práce 35

48 4 Produkce CO 2 4 Produkce CO 2 V této kapitole se dozvíte: - při kterých procesech na Zemi je produkován oxid uhličitý - jaký je význam kyslíku a oxidu uhličitého pro živé organismy - jak ovlivňují rostoucí koncentrace oxidu uhličitého život na Zemi - které faktory ovlivňují dýchání organismů (zde se zaměřením především na hmyz nebo semena rostlin) Po jejím prostudování byste měli být schopni: - vysvětlit pojmy: produkce CO 2, skleníkový efekt, antropogenní činnost, dýchání živých organismů, fotosyntéza, abiotický a biotický faktor - pomocí ICT pomůcek (teploměru a čidla oxidu uhličitého) změřit vliv teploty na proces dýchání u hmyzu se zaměřením na jednotlivá vývojová stádia hmyzu - pomocí ICT pomůcek (teploměru a čidla oxidu uhličitého) změřit vliv teploty na dýchání naklíčených semen rostlin 4.1 Metodický pokyn Cílová skupina: 3. ročník - Ekologie Název tematického celku: Antropogenní činnost, produkce CO 2 Název úlohy: Pozorování produkce CO 2 Cíle: Pomocí ICT pomůcek pozoruj vliv teploty na procesy dýchání u rostlin a živočichů Forma práce: Skupinová práce v laboratoři Rozvíjené kompetence: 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 4.1, 4.2, 4.3, 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7, 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5 Mezipředmětové vztahy: fyzika, chemie, informatika Časové rozvržení realizace úlohy: 1 týden nebo 90 minut 36

49 4 Produkce CO Teoretický základ úlohy - Zopakuj si rozdíl mezi procesem fotosyntézy a dýchání. - Které organismy mají schopnost fotosyntézy? (nehodící se škrtni) o rostliny živočichové bakterie houby - Napiš sumární rovnici fotosyntézy a dýchání: - Vysvětli pojem abiotický faktor: - Vyjmenuj nejzásadnější abiotické faktory: - Pokud budeme v následující práci pozorovat vliv teploty na procesy dýchání u rostlin a živočichů vyhledej, jak dělíme organismy z hlediska jejich tolerance k extrémním teplotám. - Jaký průběh experimentu očekáváš při použití velmi nízké teploty a velmi vysoké tepoty? 37

50 4 Produkce CO Pomůcky PC, řídicí jednotka, čidlo oxidu uhličitého, teploměr, testovací nádoba, larvy mouchy (bzučivka Calliphora vicina používané jako rybářské návnady, prodávané v rybářských potřebách), naklíčená semena rostlin (např. fazole mungo, čočky, fazolí apod.), kvasnice, led, horká voda, lednice. Obrázek č. 1 : Čidlo oxidu uhličitého a testovací nádoba (zdroj Úkoly Úkol č. 1 Pozorování dýchání rostlinných semen a larev hmyzu 1. Zapoj řídicí jednotku do PC. 2. K řídící jednotce připoj čidlo pro CO 2 (poloha High 0-100,000 ppm) a zelený teploměr. 3. Spusť program eprolab. 4. Klikni na HiScope. 5. Nastavení programu: a. Vybrat připojená čidla : zvolit připojená čidla a specifikovat, do kterého kanálu jsou připojena čidlo CO2 100K kanál Vin 0, zelený teploměr kanál Vin 1 b. Vymezit proměnné pro grafické a číselné zobrazení dat - zvolíme Vybrat všechny c. Vymezení parametrů vzorkovacího času - volíme vzorkovací periodu 2s a počet vzorků 500 (pro jednorázové měření produkce CO 2, pro celkový experiment probíhající 1 týden nastavíme 60 minut a 200 vzorků) d. Otevřít y(t) okno - zvolíme počet vykreslených grafů, na Hlavní osu přidáme vybraná čidla a vymezíme minimální a maximální hodnoty e. V okně s grafy zaškrtneme políčko pro zobrazení hodnot: 6. Do testovací nádoby vlož 100 živých larev mouchy nebo 100 naklíčených semen rostliny. 7. Připoj senzor pro snímání koncentrace CO 2 a spusť měření. 38

51 4 Produkce CO 2 8. Současně s měřením při pokojové teplotě bude probíhat měření, při kterém budou larvy umístěny v lednici nebo ve chladné vodní lázni případně v nádobě nad parou. 9. Měř data po dobu 1 hodiny nebo až 1 týdne (podle pokynu vyučujícího). 10. U dlouhodobějšího experimentu každý den zkontroluj, zda u hmyzích larev nedochází k přeměnám v kuklu nebo v dospělého jedince. - pokud změna nastala, zapiš časový údaj - Zapiš, u kolika jedinců změnu pozoruješ 11. Údaje zapiš do tabulky. 12. Po ukončení měření vše řádně ukliď. *Poznámka k přípravě pokusu: jelikož se jedná o časově náročnou úlohu, lze připravit larvy v různých stádiích vývoje některé larvy udržujeme v lednici (kde vydrží až 1 měsíc před zakuklením), další larvy udržujeme při pokojové teplotě (obecně platí, že čím vyšší teplota, tím je rychlejší vývoj) celou úlohu tak lze zkrátit z jednoho týdne na dvě vyučovací hodiny změny koncentrací plynů můžeme otestovat u jednotlivých stádií nebo můžeme měnit podmínky, za kterých změny koncentrací plynů sledujeme kromě změny koncentrace CO 2 můžeme proměřit také O 2 (vše samozřejmě za různých teplot resp. vlhkostí) pokus lze provádět již při nastavení testovacího času okolo 20 minut, do testovací nádoby je ovšem nutné vložit poměrně velké množství larev (viz Obr č. 4, cca 100 jedinců) Obrázek č. 2 a 3: Fotografie experimentu - larvy v testovací nádobě a roztok kvasnic (foto vlastní). 39

52 4 Produkce CO Úkol č. 2 Práce s naměřenými daty Tabulka s naměřenými hodnotami oxidu uhličitého: pokojová teplota snížená teplota stádium C C proměny zvýšená teplota C larvy hmyzu naklíčená semena poznámka Odpověz na následující otázky: - Jak dlouho probíhaly jednotlivé experimenty? - Pokud bychom sledovali změnu koncentrace CO 2 po dvaceti minutách probíhajícího experimentu, byl rozdíl v produkci mezi různými teplotami? - Při které teplotě byla změna koncentrace CO 2 minimální? - Při které teplotě byla změna koncentrace CO 2 maximální? - Reagovaly na změnu teploty stejně rostliny i živočichové? Úkol č. 3 Čtení z grafu Překresli graf změn koncentrací plynů (případně vlož obrázek grafu z počítače): - U každého grafu uveď, za jakých podmínek měření probíhalo. - Jak bylo v tomto případě manipulováno s teplotou. - Jaký byl předpoklad jednotlivého měření? - Jaký byl závěr po pozorování experimentu? 40

53 4 Produkce CO 2 Graf č. 1 : Ukázka grafu měření změny koncentrace CO 2 u larev při pokojové teplotě Závěry a celkové hodnocení práce 41

54 4 Produkce CO 2 Pracovní list pro žáka Název úlohy: Pozorování produkce CO 2 Cíle: Pomocí ICT pomůcek pozoruj vliv teploty na procesy dýchání u rostlin a živočichů Jméno: Třída: Vypracováno dne: Spolupracovali: 4.2 Teoretický základ úlohy - Zopakuj si rozdíl mezi procesem fotosyntézy a dýchání. - Které organismy mají schopnost fotosyntézy? (nehodící se škrtni) o rostliny živočichové bakterie houby - Napiš sumární rovnici fotosyntézy a dýchání: - Vysvětli pojem abiotický faktor: - Vyjmenuj nejzásadnější abiotické faktory: - Pokud budeme v následující práci pozorovat vliv teploty na procesy dýchání u rostlin a živočichů vyhledej, jak dělíme organismy z hlediska jejich tolerance k extrémním teplotám. 42

55 4 Produkce CO 2 - Jaký průběh experimentu očekáváš při použití velmi nízké teploty a velmi vysoké tepoty? Pomůcky PC, řídicí jednotka, čidlo oxidu uhličitého, teploměr, testovací nádoba, larvy mouchy (bzučivka Calliphora vicina používané jako rybářské návnady, prodávané v rybářských potřebách), naklíčená semena rostlin (např. fazole mungo, čočky, fazolí apod.), led, horká voda, lednice Úkoly Úkol č. 1 Pozorování dýchání rostlinných semen a larev hmyzu 1. Zapoj řídicí jednotku do PC. 2. K řídící jednotce připoj čidlo pro CO 2 (poloha High 0-100,000 ppm) a zelený teploměr. 3. Spusť program eprolab. 4. Klikni na HiScope. 5. Nastavení programu: a. Vybrat připojená čidla : zvolit připojená čidla a specifikovat, do kterého kanálu jsou připojena čidlo CO2 100K kanál Vin 0, zelený teploměr kanál Vin 1 b. Vymezit proměnné pro grafické a číselné zobrazení dat - zvolíme Vybrat všechny c. Vymezení parametrů vzorkovacího času - volíme vzorkovací periodu 2s a počet vzorků 500 (pro jednorázové měření produkce CO 2, pro celkový experiment probíhající 1 týden nastavíme 60 minut a 200 vzorků) d. Otevřít y(t) okno - zvolíme počet vykreslených grafů, na Hlavní osu přidáme vybraná čidla a vymezíme minimální a maximální hodnoty e. V okně s grafy zaškrtneme políčko pro zobrazení hodnot: 6. Do testovací nádoby vlož 100 živých larev mouchy nebo 100 naklíčených semen rostliny. 7. Připoj senzor pro snímání koncentrace CO 2 a spusť měření. 43

56 4 Produkce CO 2 8. Současně s měřením při pokojové teplotě bude probíhat měření, při kterém budou larvy umístěny v lednici nebo ve chladné vodní lázni případně v nádobě nad parou. 9. Měř data po dobu 1 hodiny nebo až 1 týdne (podle pokynu vyučujícího). 10. U dlouhodobějšího experimentu každý den zkontroluj, zda u hmyzích larev nedochází k přeměnám v kuklu nebo v dospělého jedince. - pokud změna nastala, zapiš časový údaj - Zapiš, u kolika jedinců změnu pozoruješ 11. Údaje zapiš do tabulky. 12. Po ukončení měření vše řádně ukliď Úkol č. 2 Práce s naměřenými daty Tabulka s naměřenými hodnotami oxidu uhličitého: pokojová teplota snížená teplota stádium C C proměny zvýšená teplota C larvy hmyzu naklíčená semena poznámka Odpověz na následující otázky: - Jak dlouho probíhaly jednotlivé experimenty? - Pokud bychom sledovali změnu koncentrace CO 2 po dvaceti minutách probíhajícího experimentu, byl rozdíl v produkci mezi různými teplotami? - Při které teplotě byla změna koncentrace CO 2 minimální? - Při které teplotě byla změna koncentrace CO 2 maximální? - Reagovaly na změnu teploty stejně rostliny i živočichové? 44

57 4 Produkce CO Úkol č. 3 Čtení z grafu Překresli graf změn koncentrací plynů (případně vlož obrázek grafu z počítače): - U každého grafu uveď, za jakých podmínek měření probíhalo. - Jak bylo v tomto případě manipulováno s teplotou. - Jaký byl předpoklad jednotlivého měření? - Jaký byl závěr po pozorování experimentu? Závěry a celkové hodnocení práce 45

58 5 Fotosyntéza a dýchání 5 Fotosyntéza a dýchání rostlin V této kapitole se dozvíte: - princip přeměny energie během fotosyntézy a dýchání - jaký je význam fotosyntézy a dýchání pro život na Zemi - které faktory ovlivňují průběh fotosyntézy a dýchání Po jejím prostudování byste měli být schopni: - umět lokalizovat procesy fotosyntézy a dýchání v buňce - vyjádřit procesy pomocí jednoduchých sumárních rovnic - vysvětlit, jak světlo a teplota ovlivňují fotosyntézu rostlin - pomocí ICT pomůcek změřit procesy probíhající během fotosyntézy a dýchání 5.1 Metodický pokyn Cílová skupina: 1. ročník Botanika Název tematického celku: Fyziologie rostlin Název úlohy: Příjem a výdej energie rostlinami Cíle: Pomocí ICT pomůcek pozoruj fotosyntézu a dýchání rostlin Forma práce: Skupinová práce v laboratoři Rozvíjené kompetence: 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 4.1, 4.2, 4.3, 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7, 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5. Mezipředmětové vztahy: chemie, fyzika, zeměpis, informatika Časové rozvržení realizace úlohy: 90 minut 46

59 5 Fotosyntéza a dýchání Teoretický základ úlohy - Vysvětli princip fotosyntézy. - Které faktory ovlivňují fotosyntézu. - Co je pro fotosyntézu nezbytné. - Jaké jsou fáze fotosyntézy a kde probíhají. - Vysvětli princip dýchání (respirace). - Jaké jsou fáze dýchání a kde probíhají. - Vysvětli podstatu ATP pro rostliny. - K čemu je ATP rostlinou využívána. - Které organizmy dokáží fotosyntetizovat. - Jaký je z energetického hlediska rozdíl v dýchání mezi rostlinami a živočichy. Pomocí internetu vyhledej: - nejproduktivnější oblasti z hlediska produkce fotosyntézy (navázání CO 2 do org. látek): suchozemské rovníkové oblasti - nejméně produktivní oblasti: pouště, skály, tundra - zda jsou produktivnější mořské (např. oceán) nebo suchozemské oblasti (např. tropický deštný les): v mořích vzniká ročně jen 50 mld tun org. l. Obrázek č. 1: Primární produktivita fotosyntézy z celosvětového hlediska (zdroj: Nelson Institute for Environmental Studies) - pomocí internetu vyhledej veličinu, kterou měří čidlo oxidu uhličitého ppm a její přepočet na procenta: 47

60 5 Fotosyntéza a dýchání Pomůcky PC, řídicí jednotka, čidlo oxidu uhličitého, teploměr, listy rostlin, testovací nádoba (lze nahradit plastovou láhví s dvěma otvory), lampa, hliníková fólie Obrázek č. 2: Čidlo oxidu uhličitého a testovací nádoba (zdroj Úkoly Úkol č. 1 Měření fotosyntézy a respirace v závislosti na přístupu světla 1. Zapoj řídicí jednotku do PC. 2. Čidlo oxidu uhličitého nastav do polohy Low (0-10,000 ppm). 3. Spusť program eprolab. 4. Klikni na HiScope. 5. Nastavení programu: a. Vybrat připojená čidla : zvolit připojená čidla a specifikovat, do kterého kanálu jsou připojena čidlo CO2 10K kanál Vin 0, teploměr zelený kanál Vin 1 b. Vymezit proměnné pro grafické a číselné zobrazení dat - zvolíme Vybrat všechny c. Vymezení parametrů vzorkovacího času - volíme vzorkovací periodu 1s a počet vzorků 500 nebo 1000 (podle pokynu vyučujícího) d. Otevřít y(t) okno - graf y(t):1 bude mít na Hlavní ose přidánu koncentraci CO 2 (bez omezení minimální a maximální hodnoty), graf y(t):2 bude mít na Hlavní ose přidánu teplotu zde lze omezit minimum a maximum e. V okně s grafy zaškrtneme políčko pro zobrazení hodnot: 6. Pár suchých listů vlož do testovací nádoby, ve které bude probíhat měření. 7. Testovací nádobu obal hliníkovou fólií. 8. K nádobě připoj čidlo CO 2 a 5 minut vyčkej. 9. Teploměr vlož do blízkosti nádoby (vodní lázeň apod.) 10. Po deseti minutách zapni program a pozoruj změny koncentrace. 11. Z grafu pomocí ukazatele myší získej údaje o změnách koncentrací a graf si ulož pomocí ikony. 48

61 5 Fotosyntéza a dýchání 12. Nyní odstraň hliníkovou fólii z nádoby. Zapni zdroj světla. 13. Za 5 minut po rozsvícení lampy opět začni nahrávat. 14. Graf ulož. 15. Vyčisti a ukliď všechny používaná čidla a pomůcky. Obrázek č. 3: Fotografie experimentu pro měření s listy (foto vlastní). Celou úlohu lze také koncipovat jako měření dýchání naklíčených semen. Obrázek č. 4: Fotografie experimentu měření dýchání semen (foto vlastní) Úkol č. 2 Měření fotosyntézy a respirace v závislosti na teplotě 1. Nyní celý postup opakuj jako v Úkolu č. 1, ale místo změny přístupu a nepřístupu světla měň tepelné podmínky. 2. Nejprve vlož testovací nádobu do vodní lázně s ledem, poté do horké vodní lázně. (pozor v horké vodě by mohlo dojít k deformaci testované nádoby, proto nesmíš použít vodu o teplotě 100 C!!!) 49

62 5 Fotosyntéza a dýchání Úkol č. 3 Čtení z grafu Graf č. 1: Ukázka měření produkce CO 2 za přístupu světla. Graf č. 2: Ukázka měření produkce CO 2 za nepřístupu světla. Přečti následující údaje z grafu a zapiš je do tabulky: Listy Množství spotřebovaného nebo uvolněného CO 2 (%) Tma Světlo Na základě získaných dat odpověz na následující otázky: - Jak ovlivnila manipulace se světlem celý experiment? 50

63 5 Fotosyntéza a dýchání Graf č. 3: Ukázka měření produkce CO 2 při snížené teplotě. Graf č. 4: Ukázka měření produkce CO 2 při zvýšené teplotě. Přečti následující údaje z grafu a zapiš je do tabulky: Listy Teplota ( C) Množství spotřebovaného nebo uvolněného CO 2 (%) Snížená teplota Zvýšená teplota Na základě získaných dat odpověz na následující otázky: - Jak ovlivnila manipulace s teplotou experiment? - Při jaké teplotě byla nejintenzivnější změna koncentrace plynů? 51

64 5 Fotosyntéza a dýchání Závěry a celkové hodnocení práce Při fotosyntéze se využívá energie slunečního záření k syntéze energeticky bohatých organických sloučenin (cukrů) z jednoduchých anorganických látek oxidu uhličitého a vody. Fotosyntéza probíhá v chloroplastech rostlin za účasti fotosyntetických barviv především chlorofylu. Fotosyntézu lze jednoduše vyjádřit sumární rovnicí: 6 CO H 2 O C 6 H 12 O O H 2 O Primární fáze (světelná) je bezprostředně závislá na světle; zahrnuje pohlcení světla fotosyntetickými barvivy, redukci koenzymu a syntézu ATP. Sekundární fáze (temnostní) není na závislá na přísunu světla; podstatou jsou procesy spojené s fixací CO 2 a vznikem glukózy. Významným průvodním dějem fotosyntézy je uvolnění molekulárního kyslíku z vody (fotolýza vody). Dýchání (neboli respirace) představuje soubor katabolických reakcí nezbytných pro uvolnění chemické energie obsažené v organických sloučeninách. Jako zdroje energie využívají rostliny především jednoduché cukry, v případě potřeby i další látky. Mechanismus dýchání probíhá ve dvou fázích: během anaerobní fáze (v cytoplazmě) dochází k částečné oxidaci glukózy odštěpením vodíku a jejich navázáním na molekulu koenzymu; druhou fází je aerobní fáze (v mitochondriích) do níž vstupují produkty anaerobního štěpení glukózy a procházejí Krebsovým cyklem za odštěpování oxidu uhličitého. Dýchání lze jednoduše vyjádřit sumární rovnicí: C 6 H 12 O O 2 6 CO H 2 O + energie 52

65 5 Fotosyntéza a dýchání Pracovní list pro žáka Název úlohy: Příjem a výdej energie rostlinami Cíle: Pomocí ICT pomůcek pozoruj fotosyntézu a dýchání rostlin Jméno: Třída: Vypracováno dne: Spolupracovali: 5.2 Teoretický základ úlohy - Vysvětli princip fotosyntézy. - Které faktory ovlivňují fotosyntézu. - Co je pro fotosyntézu nezbytné. - Jaké jsou fáze fotosyntézy a kde probíhají. - Vysvětli princip dýchání (respirace). - Jaké jsou fáze dýchání a kde probíhají. - Vysvětli podstatu ATP pro rostliny. - K čemu je ATP rostlinou využívána. - Které organizmy dokáží fotosyntetizovat. - Jaký je z energetického hlediska rozdíl v dýchání mezi rostlinami a živočichy. Pomocí internetu vyhledej: - nejproduktivnější oblasti z hlediska produkce fotosyntézy (navázání CO 2 do org. látek) - nejméně produktivní oblasti - zda jsou produktivnější mořské (např. oceán) nebo suchozemské oblasti (např. tropický deštný les) 53

66 5 Fotosyntéza a dýchání Pomůcky PC, řídicí jednotka, čidlo oxidu uhličitého, teploměr, listy rostlin, testovací nádoba, lampa, hliníková fólie Úkoly Úkol č. 1 Měření fotosyntézy a respirace v závislosti na přístupu světla 1. Zapoj řídicí jednotku do PC. 2. Čidlo oxidu uhličitého nastav do polohy Low (0-10,000 ppm). 3. Spusť program eprolab. 4. Klikni na HiScope. 5. Nastavení programu: a. Vybrat připojená čidla : zvolit připojená čidla a specifikovat, do kterého kanálu jsou připojena čidlo CO2 10K kanál Vin 0, teploměr zelený kanál Vin 1 b. Vymezit proměnné pro grafické a číselné zobrazení dat - zvolíme Vybrat všechny c. Vymezení parametrů vzorkovacího času - volíme vzorkovací periodu 1s a počet vzorků 500 nebo 1000 (podle pokynu vyučujícího) d. Otevřít y(t) okno - graf y(t):1 bude mít na Hlavní ose přidánu koncentraci CO 2 (bez omezení minimální a maximální hodnoty), graf y(t):2 bude mít na Hlavní ose přidánu teplotu zde lze omezit minimum a maximum e. V okně s grafy zaškrtneme políčko pro zobrazení hodnot: 6. Pár suchých listů vlož do testovací nádoby, ve které bude probíhat měření. 7. Testovací nádobu obal hliníkovou fólií. 8. K nádobě připoj čidlo CO 2 a 5 minut vyčkej. 9. Teploměr vlož do blízkosti nádoby (vodní lázeň apod.) 10. Po deseti minutách zapni program a pozoruj změny koncentrace. 11. Z grafu pomocí ukazatele myší získej údaje o změnách koncentrací a graf si ulož pomocí ikony. 12. Nyní odstraň hliníkovou fólii z nádoby. Zapni zdroj světla. 13. Za 5 minut po rozsvícení lampy opět začni nahrávat. 14. Graf ulož. 15. Vyčisti a ukliď všechny používaná čidla a pomůcky. 54

67 5 Fotosyntéza a dýchání Úkol č. 2 Měření fotosyntézy a respirace v závislosti na teplotě 1. Nyní celý postup opakuj jako v Úkolu č. 1, ale místo změny přístupu a nepřístupu světla měň tepelné podmínky. 2. Nejprve vlož testovací nádobu do vodní lázně s ledem, poté do horké vodní lázně. (pozor v horké vodě by mohlo dojít k deformaci testované nádoby, proto nesmíš použít vodu o teplotě 100 C!!!) Úkol č. 3 Čtení z grafu Grafy jednotlivých měření vlož na samostatný list papíru. Úkol č. 1: vliv světla Přečti následující údaje z grafu a zapiš je do tabulky: Listy Množství spotřebovaného nebo uvolněného CO 2 (%) Tma Světlo Na základě získaných dat odpověz na následující otázky: - Jak ovlivnila manipulace se světlem celý experiment? Úkol č. 2: vliv teploty Přečti následující údaje z grafu a zapiš je do tabulky: Listy Teplota ( C) Množství spotřebovaného nebo uvolněného CO 2 (%) Snížená teplota Zvýšená teplota 55

68 5 Fotosyntéza a dýchání Na základě získaných dat odpověz na následující otázky: - Jak ovlivnila manipulace s teplotou experiment? - Při jaké teplotě byla nejintenzivnější změna koncentrace plynů? Závěry a celkové hodnocení práce Při fotosyntéze se využívá energie k syntéze energeticky bohatých sloučenin (cukrů) z jednoduchých látek a. Fotosyntéza probíhá v rostlin za účasti fotosyntetických především. Fotosyntézu lze jednoduše vyjádřit sumární rovnicí: Primární fáze (světelná) je bezprostředně závislá na ; zahrnuje pohlcení světla fotosyntetickými barvivy, redukci koenzymu a syntézu ATP. Sekundární fáze (temnostní) není na závislá na ; podstatou jsou procesy spojené s CO 2 a glukózy. Významným průvodním dějem fotosyntézy je uvolnění molekulárního z (tzv. ). Dýchání (neboli ) představuje soubor katabolických reakcí nezbytných pro uvolnění obsažené v sloučeninách. Jako zdroje energie využívají rostliny především jednoduché, v případě potřeby i další látky. Mechanismus dýchání probíhá ve dvou fázích: během anaerobní fáze (v ) dochází k částečné oxidaci odštěpením a jejich navázáním na molekulu koenzymu; druhou fází je aerobní fáze (v ) do níž vstupují produkty anaerobního štěpení glukózy a procházejí cyklem za odštěpování oxidu. Dýchání lze jednoduše vyjádřit sumární rovnicí:. 56

69 6 UV záření 6 Testování vlastností UV záření V této kapitole se dozvíte: - vlastnosti UV záření - vlastnosti ozónové vrstvy Země - princip vzniku ozónových děr - jaký má vliv poškozování ozónové vrstvy Země na živé organismy Po jejím prostudování byste měli být schopni: - pochopit závažnost problematiky ochrany životního prostředí v souvislosti s vlivy UV záření - pomocí ICT pomůcek analyzovat hodnoty UV záření 6.1 Metodický pokyn Cílová skupina: 3. ročník Ekologie Název tematického celku: Abiotické faktory Název úlohy: Vliv UV záření na zdraví člověka Cíle: Pomocí ICT pomůcek vyhodnoť vliv UV záření na zdraví člověka Forma práce: Skupinová práce v laboratoři Rozvíjené kompetence: 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 4.1, 4.2, 4.3, 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7, 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5. Mezipředmětové vztahy: chemie, fyzika, zeměpis, informatika Časové rozvržení realizace úlohy: 45 minut 57

70 6 UV záření Teoretický základ úlohy - vysvětli princip vzniku ozónové vrstvy - vysvětli důležitost ozónové vrstvy pro živé organismy - vysvětli princip vzniku ozónových děr - z učiva fyziky a chemie si zopakuj vše, co víš o UV záření Pomocí internetu vyhledej: - vysvětli vznik a funkci ozónové vrstvy chrání planetu před ultrafialovým zářením, vzniká v atmosféře při střetu molekul vzdušného kyslíku s fotony slunečního záření - vysvětli princip vzniku ozónových děr halogenovaných sloučenin nebo samotné halogeny fluoru, chloru a bromu blokují reakce vedoucí ke vzniku ozónu, tím dochází k narušení přirozené ozónové vrstvy - jaká rizika hrozí živým organismům na Zemi při trvalém poškozování ozónové vrstvy? organismy jsou více vystavovány vlivu UV záření dochází k poškozování povrchových struktur (u člověka především kůže a zraku) - které oblasti na Zemi mají nejvíce poškozenou ozónovou vrstvu? nejtenčí vrstva ozónu je podle měření v oblastech okolo zemských pólů - zjisti, zda vznikají opatření, která by porušování ozónové vrstvy zastavila v tzv. Montrealském protokolu (z ) protokol o látkách poškozujících ozónovou vrstvu Země - je zahrnuto výrazné omezení používání freonů - vysvětli důležitost používání opalovacích krémů díky jejich použití je umožněn delší pobyt na Slunci bez poškození kůže - zjisti, ve kterých ročních období a při jakých situacích je v našich zeměpisných šířkách nutné používat opalovací krémy odborníci radí, že opalovací krémy by měly být používány po celý rok, v létě a v zimě je jejich použití nutností, během dalších měsíců v roce přihlížíme ke stavu pokožky člověka (a ke specifickému fototypu kůže), nutné je vždy použít opalovací krém při pobytu u vody (dochází k odrazu paprsků od vodní hladiny) a také při pobytu na sněhu (odraz od sněhu) - jelikož opalovací krémy obsahují nejen faktor pro UVB, ale také pro UVA záření vysvětli, jaká rizika hrozí člověku při působení obou typů záření UVB záření způsobuje u člověka kromě poškození kůže také úpal, UVA záření poškozuje pokožku a může vézt ke vzniku rakoviny kůže (proto by ochrana před UVA zářením měla být používána celý rok) 58

71 6 UV záření - vyhledej alespoň tři odvětví (mimo biologii), kde se využívá UV záření např. výroba potravin (ničení mikroorganismů), sterilizace nástrojů, bezpečnostní znaky identifikované UV zářením (např. svítidla na kontrolu kreditních karet), astronomie, hubení hmyzu pomocí UV lamp, čištění vody v bazénech UV lampami, soudní znalectví, detekce požárů atd. - vysvětli biologický princip opalování jsou-li pokožkové buňky vystaveny UV záření, dochází k produkci intermedinu (melanocyty stimulující hormon, MSH), jenž podporuje tvorbu melaninu v melanozomech. Melanin se poté po malých částech předává do sousedních buněk tzv. keratinocytů a způsobuje zde opálení. (pozn. melanin je pigment způsobující hnědé zbarvení kůže; vzniká v melanocytech což jsou světlé buňky nacházející se v epidermis těsně nad její spodní (bazální) vrstvou; funkce melaninu je absorbovat UV záření a tím zabránit jeho účinkům na ostatní struktury) - zjisti správné zásady opalování vyhýbání se přímému slunci v době mezi hodinou; používání ochranných opalovacích krémů (s co nejvyšším SPF faktorem); ochrana správným oblečením (vliv materiálu, barvy, vlhkosti atd.)- dnes se vyrábí oblečení s tzv. UPF faktorem chránícím před ultrafialovým zářením - vyhledej, co znamená označení SPF faktor na opalovacích krémech uvádí, jaká část ultrafialového záření se při jeho použití dostane do kůže (např. faktor 10 propustí do kůže 1/10 ultrafialového záření a zjednodušeně řečeno prodlouží váš pobyt na slunci 10krát při vzniku stejných škod) - vysvětli výhody plastových skel u slunečních brýlí ultrafialové záření poškozuje zrak, proto je nutné chránit oči slunečními brýlemi, u kterých se dnes preferuje použití plastových skel; sklo samotné totiž propouští UVA záření, kdežto plast ne - proč se neopálíme za oknem? - princip opalování závisí na reakci UV záření s pokožkovými buňkami, jak víme UV záření je sklem okna zachyceno, takže k reakci nedochází Pomůcky PC, řídící jednotka, čidlo UVB záření, stojan pro uchycení čidla, tvrdý papír, izolepa, nůžky, průhledná fólie, opalovací krém, sluneční a dioptrické brýle 59

72 6 UV záření Úkoly Úkol č. 1 Měření UV záření a vliv opalovacích krémů 1. Zapoj řídicí jednotku do PC. 2. K řídící jednotce připoj čidlo pro UVB záření. 3. Spusť program eprolab. 4. Klikni na HiScope. 5. Nastavení programu: a. Vybrat připojená čidla : zvolit připojená čidla a specifikovat, do kterého kanálu jsou připojena UVB kanál Vin 0 b. Vymezit proměnné pro grafické a číselné zobrazení dat - zvolíme Vybrat jednu c. Vymezení parametrů vzorkovacího času - volíme vzorkovací periodu 0,1s a počet vzorků 200 d. Otevřít y(t) okno - zvolíme počet vykreslených grafů, na Hlavní osu přidáme vybraná čidla v tomto případě čidlo UVB e. V okně s grafy zaškrtneme políčko pro zobrazení hodnot: 6. Z tvrdého papíru vystřihni čtverec rozměru 10x20 cm. 7. Podle obrázku vystřihni v papíru dva otvory o průměru 1,5cm. První otvor označ jako kontrolní (č. 1). 8. Čistýma rukama přilož k připravenému papíru čistou průsvitnou fólii a v rozích ji upevni izolepou. Nedotýkej se rukama fólie v místech otvorů. 9. Na prst si namaž tenkou vrstvu opalovacího krému a jemně natři otvor č Čidlo připevni ke stojanu podle schématu na obrázku, aby mířilo přímo ke Slunci přes otevřené okno. (pozor nedívej se přímo do Slunce) 11. Před čidlo vlož papír tak, aby čidlo směřovalo k otvoru s opalovacím krémem (č. 2) čidlo se nesmí dotýkat opalovacího krému, ale může být těsně přiloženo k fólii. 12. Spusť experiment. 13. Měř data po dobu 20 sekund. 14. Z grafu zjisti průměr intenzity UVB záření (v jednotkách mw/m 2 ). 15. Ulož graf získaný z měření. 16. Zopakuj pokus pro kontrolní otvor a opět ulož graf měření. 17. Na závěr změř intenzitu UVB záření bez destičky. 18. Po ukončení měření vše řádně ukliď. Poznámka pro vyučujícího: čidlo směřuje přímo ke Slunci (přes otevřené okno), pokus je nejlepší provádět za jasného dne. 60

73 6 UV záření Úkol č. 2 Měření UVB záření a vliv ochranných faktorů slunečních brýlí 3. Nyní celý postup opakuj jako v Úkolu č. 1, ale místo opalovacích krémů testuj kvalitu slunečních brýlí, dioptrických brýlí případně jiných skel. 4. Ulož graf z měření Úkol č. 3 Čtení z grafu Které faktory byly v experimentech testovány? Ve kterých případech došlo ke snížení hodnoty naměřeného UVB záření? Závěr a celkové hodnocení práce 61

74 6 UV záření Pracovní list pro žáka Název úlohy: Vliv UV záření na zdraví člověka Cíle: Pomocí ICT pomůcek vyhodnoť vliv UV záření na zdraví člověka Jméno: Třída: Vypracováno dne: Spolupracovali: 6.2 Teoretický základ úlohy - vysvětli princip vzniku ozónové vrstvy - vysvětli důležitost ozónové vrstvy pro živé organismy - vysvětli princip vzniku ozónových děr - z učiva fyziky a chemie si zopakuj vše, co víš o UV záření Pomocí internetu vyhledej: - vysvětli vznik a funkci ozónové vrstvy - vysvětli princip vzniku ozónových děr - jaká rizika hrozí živým organismům na Zemi při trvalém poškozování ozónové vrstvy? - které oblasti na Zemi mají nejvíce poškozenou ozónovou vrstvu? - zjisti, zda vznikají opatření, která by porušování ozónové vrstvy zastavila 62

75 6 UV záření - vysvětli důležitost používání opalovacích krémů - zjisti, ve kterých ročních období a při jakých situacích je v našich zeměpisných šířkách nutné používat opalovací krémy - jelikož opalovací krémy obsahují nejen faktor pro UVB, ale také pro UVA záření vysvětli jaká rizika hrozí člověku při působení obou typů záření - vyhledej alespoň tři odvětví (mimo biologii), kde se využívá UV záření - vysvětli biologický princip opalování - zjisti správné zásady opalování - vyhledej co znamená označení SPF faktor na opalovacích krémech - vysvětli výhody plastových skel u slunečních brýlí - proč se neopálíme za oknem? 63

76 6 UV záření Pomůcky PC, řídící jednotka, čidlo UVB záření, stojan pro uchycení čidla, tvrdý papír, izolepa, nůžky, průhledná fólie, opalovací krém, sluneční a dioptrické brýle Úkoly Úkol č. 1 Měření UV záření a vliv opalovacích krémů 1. Zapoj řídicí jednotku do PC. 2. K řídící jednotce připoj čidlo pro UVB záření. 3. Spusť program eprolab. 4. Klikni na HiScope. 5. Nastavení programu: a. Vybrat připojená čidla : zvolit připojená čidla a specifikovat, do kterého kanálu jsou připojena UVB kanál Vin 0 b. Vymezit proměnné pro grafické a číselné zobrazení dat - zvolíme Vybrat jednu c. Vymezení parametrů vzorkovacího času - volíme vzorkovací periodu 0,1s a počet vzorků 200 d. Otevřít y(t) okno - zvolíme počet vykreslených grafů, na Hlavní osu přidáme vybraná čidla v tomto případě čidlo UVB e. V okně s grafy zaškrtneme políčko pro zobrazení hodnot: 6. Z tvrdého papíru vystřihni čtverec rozměru 10x20 cm. 7. Podle obrázku vystřihni v papíru dva otvory o průměru 1,5cm. První otvor označ jako kontrolní (č. 1). 8. Čistýma rukama přilož k připravenému papíru čistou průsvitnou fólii a v rozích ji upevni izolepou. Nedotýkej se rukama fólie v místech otvorů. 9. Na prst si namaž tenkou vrstvu opalovacího krému a jemně natři otvor č Čidlo připevni ke stojanu podle schématu na obrázku, aby mířilo přímo ke Slunci přes otevřené okno. (pozor nedívej se přímo do Slunce) 11. Před čidlo vlož papír tak, aby čidlo směřovalo k otvoru s opalovacím krémem (č. 2) čidlo se nesmí dotýkat opalovacího krému, ale může být těsně přiloženo k fólii. 12. Spusť experiment. 13. Měř data po dobu 20 sekund. 14. Z grafu zjisti průměr intenzity UVB záření (v jednotkách mw/m 2 ). 15. Ulož graf získaný z měření. 16. Zopakuj pokus pro kontrolní otvor a opět ulož graf měření. 17. Na závěr změř intenzitu UVB záření bez destičky. 18. Po ukončení měření vše řádně ukliď. 64

77 6 UV záření Úkol č. 2 Měření UVB záření a vliv ochranných faktorů slunečních brýlí 1. Nyní celý postup opakuj jako v Úkolu č. 1, ale místo opalovacích krémů testuj kvalitu slunečních brýlí, dioptrických brýlí případně jiných skel. 2. Ulož graf z měření Úkol č. 3 Čtení z grafu Které faktory byly v experimentech testovány? Ve kterých případech došlo ke snížení hodnoty naměřeného UVB záření? Závěr a celkové hodnocení práce 65

78 7 Ekosystémy a globální oteplování 7 Ekosystémy a globální oteplování V této kapitole se dozvíte: - jak lze simulovat vznik kyselých dešťů pokusem v laboratoři - které faktory ovlivňují fungování jednotlivých typů ekosystémů - jaký způsobem lze navrhnout a sestrojit modelový ekosystém - jak navrhnout experiment, pomocí kterého bude možné pozorovat projevy modelového experimentu Po jejím prostudování byste měli být schopni: - pochopit: rozdíl mezi základními typy modelových ekosystémů, rozdílné požadavky testovaných ekosystémů na abiotické a biotické faktory - navrhnout experiment: pomocí kterého bude možné simulovat jednoduché typy základních ekosystému na Zemi; kterým bude možné testovat faktory ovlivňující děje v ekosystémech - pozorovat a analyzovat: průběh jednotlivých měření a procesy v modelových ekosystémech - vyhodnotit: optimální a extrémní podmínky ovlivňující fungování jednotlivých typů ekosystémů 7.1 Metodický pokyn Cílová skupina: 4. ročník Ekologie Název tematického celku: Ochrana životního prostředí Název úlohy: Simulace vlivu globálního oteplování na fungování modelového ekosystému Cíle: Pomocí ICT pomůcek pozoruj vlivy globálního oteplování na modelový typ ekosystému Forma práce: Skupinová práce v laboratoři Rozvíjené kompetence: 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 4.1, 4.2, 4.3, 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7, 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5. Mezipředmětové vztahy: ekologie, environmentální výchova, chemie, informatika, anglický jazyk Časové rozvržení realizace úlohy: minut (s diskuzí až 90 minut) 66

79 7 Ekosystémy a globální oteplování Teoretický základ úlohy - Zamyslete se nad tím, jak by se změnil život na naší planetě, kdybychom jí celou umístili do skleníku. Jak by na tuto situaci reagovali živočichové, rostliny a člověk? - Je možné a reálné, aby k takové situaci došlo na naší planetě? Určitě jste již někdy slyšeli o tzv. skleníkovém efektu. Vyhledejte tento pojem na internetu a udělejte vlastní schéma této problematiky, do které vyznačíte hlavní faktory znečištění. Obrázek č. 1: Simulace života ve skleníku (upraveno podle: Vysvětlete vlastními slovy problematiku skleníkového efektu: Skleníkový efekt je proces, při kterém atmosféra způsobuje ohřívání planety tím, že snadno propouští sluneční záření. Tepelné záření o větších vlnových délkách zpětně vyzařované z povrchu planety účinně absorbuje a brání tak jeho okamžitému úniku do prostoru. Skleníkový efekt se vyskytuje přirozeně na Zemi téměř od jejího vzniku. Bez výskytu skleníkových plynů by průměrná teplota při povrchu Země (určovaná jen radiační bilancí) byla 18 C. Skleníkový efekt je nezbytným předpokladem života na Zemi. Skleníkový efekt z antropogenního hlediska je označením pro příspěvek lidské činnosti ke skleníkovému efektu. Je způsoben spalováním fosilních paliv, kácením lesů a globálními změnami krajiny. Antropogenní skleníkový efekt přispívá ke globálnímu oteplování. V podstatě dochází k tomu, že oxid uhličitý, metan a jiné vzácné plyny v atmosféře propouštějí 67

80 7 Ekosystémy a globální oteplování sluneční paprsky, které následně ohřívají zemský povrch. Tyto plyny označujeme jako skleníkové, protože fungují stejně jako sklo ve skleníku propouštějí sluneční paprsky, ale teplo, které by se jinak vyzářilo ven je odráženo zpět. Zpomalují tak ochlazování Země. Čím je koncentrace plynů vyšší, tím hůře teplo uniká. Zajímavostí je, že díky skleníkovému efektu, vznikl na Zemi život. Bez něj by totiž teplota povrchu byla tak nízká, že by život zde nebyl možný. Vysvětlete vlastními slovy problematiku globálního oteplování: Globální oteplování je termín popisující nárůst průměrné teploty zemské atmosféry a oceánů, který byl pozorován v posledních dekádách. Lze očekávat, že změny teplot povedou k dalším klimatickým změnám (zvyšuje se četnost a intenzita extrémních atmosférických jevů povodně, hurikány, sucha, vlny veder). Jsou pozorovány zvedání hladiny moří, změny zemědělských výnosů, globální stmívání, snižování průtoku řek v létě apod. V posledních letech se stále více vedou diskuze (politické i veřejné) zabývající se možnostmi, jak případné oteplování a jeho vlivy omezit nebo jak se vyrovnat s jeho důsledky. Na druhou stranu existuje velké množství odpůrců této teorie. Nyní si vaše odpovědi zkontrolujte pomocí internetu. Mýlili jste se ve svých představách? Pokud ano, uveďte jak? V rámci teoretické části je vhodné se studenty zpracovat myšlenkovou mapu na téma Globální oteplování myšlenková mapa může být zpracována na tabuli nebo na velkém papíře, který může být následně vystaven v učebně. 68

81 7 Ekosystémy a globální oteplování návrh zpracování tohoto tématu: Obrázek č. 2: Myšlenková mapa na téma Globální oteplování (upraveno podle Pomůcky pomůcky pro vytvoření modelového ekosystému (plastové a skleněné láhve), půda, hnojivo, písek, voda, živé organismy PC, řídící jednotka, zelený teploměr, ph metr, UVB čidlo Úkoly Úkol č. 1: Sestavení modelového ekosystému Na výběr máte 3 typy ekosystému, případně jejich kombinaci: - dekompoziční ekosystém 69

82 7 Ekosystémy a globální oteplování - suchozemský ekosystém - vodní ekosystém U suchozemské a vodní varianty dbáme na přítomnost kyslíku pomocí otvorů v láhvích, pokud ale dovnitř umisťujeme živočichy, nesmí nám z testovací nádoby utéct. Použít lze mravence, octomilky apod. Vhodné je např. pozorování klíčení semen za různých podmínek. Celou úlohu bychom měli koncipovat tak, aby si studenti mohli podobný ekosystém sestavit i v domácím prostředí, čímž by mohli v dalších měřeních a obměnách pokračovat i doma. Poté je dobré např. jednou za měsíc kontrolovat výsledky, které studenti při pozorování získali. Ekosystém vyrobte ve dvou vyhotoveních, kdy jeden z nich bude sloužit jako kontrolní vzorek, druhý bude testovací. Proveďte označení. Nakreslete (případně vyfotografujte) schéma svého ekosystému: Fotografie možných uspořádání jednotlivých typů ekosystémů:(fotografie upraveny podle - kombinace vodního /dole/ a suchozemského /nahoře/ ekosystému; schéma realizace 70

83 7 Ekosystémy a globální oteplování - vodní ekosystém - suchozemský (až pouštní) ekosystém - dekompoziční ekosystém Seznam použitých pomůcek a přírodnin: Úkol č. 2: Pozorování fungování ekosystému Odhadněte: - Které faktory by mohly ovlivnit vývoj (resp. fungování) ekosystému? 71

84 7 Ekosystémy a globální oteplování Pozorovat by studenti mohli změny dostupnosti světelné energie, teplotní změny, změny ph (např. simulací kyselých dešťů pomocí roztoku octa) apod. Postup provedení experimentu: 1. Zapojte řídicí jednotku do PC. 2. K řídící jednotce připojte čidlo pro měření ph nebo zelený teploměr případně další zvolené čidlo (CO 2 apod.). 3. Spusťte program eprolab. 4. Klikněte na HiScope. 5. Nastavení programu: a. Vybrat připojená čidla : zvolit připojená čidla a specifikovat, do kterého kanálu jsou připojena zde ph vernier, Vin 0, zelený teploměr Vin1 b. Vymezit proměnné pro grafické a číselné zobrazení dat - zvolíme Vybrat jednu nebo Vybrat všechny c. Vymezení parametrů vzorkovacího času - volíme vzorkovací periodu a počet vzorků čas experimentu volíme vhodně dle zvoleného testovaného faktoru d. Otevřít y(t) okno - zvolíme počet vykreslených grafů, na Hlavní osu přidáme vybraná čidla a vymezíme minimální a maximální hodnoty (v případě měření s ph čidlem necháme celé rozmezí hodnot, naopak v případě měření teploty rozsah přizpůsobíme, protože zelený teploměr měří v rozmezí C) e. V okně s grafy zaškrtneme políčko pro zobrazení hodnot: 6. Senzor vložíme do nádoby s ekosystémem. 7. Spusťte měření. 8. Levým a pravým kurzorem zjišťujeme příslušné naměřené hodnoty. 9. Pokud ukládáme graf jako obrázek, použijeme ikonu (graf bude uložen ve formátu.bmp) před samotným uložením grafu jako obrázek je nutné umístit do správných poloh oba kurzory, protože graf bude uložen včetně zobrazených hodnot v pravé části grafu. 10. Po měření vše řádně ukliďte. 72

85 7 Ekosystémy a globální oteplování Úkol č. 3: Hodnocení získaných výsledků Během měření doplňuj následující tabulku: sledovaný faktor původní hodnota koncová hodnota Komentář k naměřeným hodnotám: Závěr a celkové hodnocení práce 73

86 7 Ekosystémy a globální oteplování Pracovní list pro žáka Název úlohy: Simulace vlivu globálního oteplování na fungování modelového ekosystému Cíle: Pomocí ICT pomůcek pozoruj vlivy globálního oteplování na modelový typ ekosystému Jméno: Třída: Vypracováno dne: Spolupracovali: 7.2 Teoretický základ úlohy - Zamyslete se nad tím, jak by se změnil život na naší planetě, kdybychom jí celou umístili do skleníku. Jak by na tuto situaci reagovali živočichové, rostliny a člověk? - Je možné a reálné, aby k takové situaci došlo na naší planetě? Určitě jste již někdy slyšeli o tzv. skleníkovém efektu. Vyhledejte tento pojem na internetu a udělejte vlastní schéma této problematiky, do které vyznačíte hlavní faktory znečištění. Vysvětlete vlastními slovy problematiku skleníkového efektu: 74

87 7 Ekosystémy a globální oteplování Vysvětlete vlastními slovy problematiku globálního oteplování: Nyní si vaše odpovědi zkontrolujte pomocí internetu. Mýlili jste se ve svých představách? Pokud ano, uveďte jak? Pomůcky pomůcky pro vytvoření modelového ekosystému (plastové a skleněné láhve), půda, hnojivo, písek, voda, živé organismy PC, řídící jednotka, zelený teploměr, ph metr, UVB čidlo Úkoly Úkol č. 1: Sestavení modelového ekosystému Na výběr máte 3 typy ekosystému, případně jejich kombinaci: - dekompoziční ekosystém - suchozemský ekosystém - vodní ekosystém Ekosystém vyrobte ve dvou vyhotoveních, kdy jeden z nich bude sloužit jako kontrolní vzorek, druhý bude testovací. Proveďte označení. 75

88 7 Ekosystémy a globální oteplování Nakreslete (případně vyfotografujte) schéma svého ekosystému: Seznam použitých pomůcek a přírodnin: 76

89 7 Ekosystémy a globální oteplování Úkol č. 2: Pozorování fungování ekosystému Odhadněte: - Které faktory by mohly ovlivnit vývoj (resp. fungování) ekosystému? Postup provedení experimentu: 1. Zapojte řídicí jednotku do PC. 2. K řídící jednotce připojte čidlo pro měření ph nebo zelený teploměr případně další zvolené čidlo (CO 2 apod.). 3. Spusťte program eprolab. 4. Klikněte na HiScope. 5. Nastavení programu: a. Vybrat připojená čidla : zvolit připojená čidla a specifikovat, do kterého kanálu jsou připojena zde ph vernier, Vin 0, zelený teploměr Vin1 b. Vymezit proměnné pro grafické a číselné zobrazení dat - zvolíme Vybrat jednu nebo Vybrat všechny c. Vymezení parametrů vzorkovacího času - volíme vzorkovací periodu a počet vzorků čas experimentu volíme vhodně dle zvoleného testovaného faktoru d. Otevřít y(t) okno - zvolíme počet vykreslených grafů, na Hlavní osu přidáme vybraná čidla a vymezíme minimální a maximální hodnoty (v případě měření s ph čidlem necháme celé rozmezí hodnot, naopak v případě měření teploty rozsah přizpůsobíme, protože zelený teploměr měří v rozmezí C) e. V okně s grafy zaškrtneme políčko pro zobrazení hodnot: 6. Senzor vložíme do nádoby s ekosystémem. 7. Spusťte měření. 8. Levým a pravým kurzorem zjišťujeme příslušné naměřené hodnoty. 9. Pokud ukládáme graf jako obrázek, použijeme ikonu (graf bude uložen ve formátu.bmp) před samotným uložením grafu jako obrázek je nutné umístit do správných poloh oba kurzory, protože graf bude uložen včetně zobrazených hodnot v pravé části grafu. 10. Po měření vše řádně ukliďte. 77

90 7 Ekosystémy a globální oteplování Úkol č. 3: Hodnocení získaných výsledků Během měření doplňuj následující tabulku: sledovaný faktor původní hodnota koncová hodnota Komentář k naměřeným hodnotám: Závěr a celkové hodnocení práce 78

91 8 Bioindikátory 8 Bioindikátory V této kapitole se dozvíte: - co to jsou bioindikátory - jak pomocí bioindikátorů hodnotíme kvalitu životního prostředí - které faktory nepříznivě ovlivňují fyzikální struktury a fyziologické mechanismy u jehličnanů Po jejím prostudování byste měli být schopni: - pomocí mikroskopu řasy a houby pokrývající jehlice vybraných dřevin - hodnotit stupeň postižení jehlice rostliny podle strukturálních změn pozorovaných pomocí mikroskopu - vyvodit závěry o stavu znečištění prostředí v testovaných lokalitách 8.1 Metodický pokyn Cílová skupina: 3. ročník Ekologie Název tematického celku: Bioindikátory Název úlohy: Bioindikace u vybraných druhů nahosemenných rostlin Cíle: Pomocí mikroskopu pozoruj bioindikátory na různých rostlinách Forma práce: Skupinová práce v laboratoři Rozvíjené kompetence: 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 2.1, 2.2, 2.4, 3.1, 3.2, 3.3, 4.1, 4.2, 4.3, 5.1, 5.2, 5.3, 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5 Mezipředmětové vztahy: chemie, fyzika, informatika Časové rozvržení realizace úlohy: samotné měření cca 15 minut, celková koncepce úlohy během celého školního roku 79

92 8 Bioindikátory Teoretický základ úlohy Bioindikace = hodnocení stavu životního prostředí pomocí organismů nebo společenstev organismů Bioindikátor - je organismus nebo chemikálie, která se používá ke sledování čistoty životního prostředí nebo ekosystému (slouží tedy ke stavu posouzení životního prostředí). Pro pozorování a hodnocení jsou ideální druhy s nízkou ekologickou valencí, druhy velké a málo nebo vůbec pohyblivé. Vyhledej příklady bioindikátorů: - lišejníky - korýši a ryby - zelené řasy (např. rod Scenedesmus užívaný ve standardizovaných testech) - řada mikroorganismů Jelikož bude měření v rámci laboratorní probíhat na nahosemenných rostlinách, vyjmenujte nejznámější zástupce nahosemenných rostlin v ČR: SMRK OBECNÝ (Picea abies) m - náš nejrozšířenější jehličnan - samičí šištice dozrávají v nerozpadavé válcovité šišky - smrk je u nás původní je v horských polohách v nižších nadmořských výškách byly především v minulosti nevhodně vysazovány smrkové monokultury, je pěstován téměř po celé severní polokouli (souvisle přirozeně roste na S a V Evropy), je nenáročný na pěstování a má vysokou kvalitu dřeva (výroba papíru a celulózy) - pokud jsou větve smrku prořídlé a převisající je to znak postižení - zakořeňuje velmi mělce proto ho snadno převrátí silný vítr - v lesních kulturách se ponechávají smrky do stáří 120 let, v přirozených podmínkách se dožívá stáří až 500 let JEDLE BĚLOKORÁ (Abies alba) m - má ploché, na konci vykrojené jehlice (na rubu dva bílé proužky) - charakteristickým znakem jsou vzpřímené rozpadavé šišky - tvoří hlavně příměsi horských smíšených lesů jedlobučiny, vzácněji se vyskytuje i v nižších polohách, přirozeně hory jižní Evropy od Pyrenejí po Balkán - druh je choulostivý na znečištění prostředí, v mládí trpí okusem zvěře BOROVICE LESNÍ (Pinus sylvestris) m - jehlice po dvou na zkrácených větévkách (brachyblastech) - chudé půdy a často extrémní stanoviště - druhotně byly vysazovány borové monokultury - má ohromný až 5 metrů dlouhý válcovitý kořen dokáže se udržet i na písčité půdě - v místech vysekaných lesů je jedinou nadějí ochrany obnažených písčitých půd před větry a ničivými vlivy --- takto se zničená příroda chystá pro novou výsadbu lesa 80

93 8 Bioindikátory - borovice má lehké, velmi cenné a trvanlivé dřevo (skandinávské kostely staré až 800 let pouze stavěné z borovicového dřeva) BOROVICE KLEČ (Pinus mugo) nad horní hranicí lesa, často na rašeliništích, je keřového vzrůstu a proto bývá často vysazována jako okrasný keř, z jehlic se získává olej, který se přidává do koupelí BOROVICE VEJMUTOVKA (Pinus strobus) jehlice ve svazečcích po pěti, má srpovitě prohnuté šišky (10-15cm dlouhé) často v parcích, přirozeně okolo Velkých jezer SA MODŘÍN OPADAVÝ (Larix decidua) m - výrazně světlomilná (vhodné pro okraje lesů), rychle rostoucí dřevina, přirozeně roste v Alpách a ostrůvkovitě v Karpatech, každoročně opadává (na podzim se jehlice zbarví do zlatožluta), má měkké jehlice a velmi kvalitní dřevo JALOVEC OBECNÝ (Juniperus communis) - keř či nízký strom s pichlavými jehlicemi, roste hlavně na pastvinách a okrajích světlých lesů, tmavě modré dužnaté šištice se používají jako koření a k aromatizování alkoholických destilátů (např. borovičky) TIS ČERVENÝ (Taxus baccata) - dvoudomá dřevina typická nepřítomností pryskyřičných kanálků - na původních stanovištích se vyskytuje jen vzácně (suťové lesy) hojně je však pěstován v parcích (největší naleziště tisu v Evropě střední Slovensko), je jedovatý, semena jsou obalena červeným míškem a jsou roznášena ptáky Využití dřeva jehličnanů je pro člověka neoddiskutovatelné (stavební a konstrukční materiál, papír, lodě a doprava, topivo). Najdi význam živých dřevin pro ekosystém lesa, potravní řetězce a život organismů: - fotosyntéza - potrava a úkryt řady organismů - kořenový systém chrání půdu před erozí - zachycení emisí (pročišťování vzduchu) Jak se dají pohledem poznat znaky postižení jehličnanů? Zjistěte na internetu, co se stalo v letech minulého století v Krušných horách v důsledku znečištění prostředí s jehličnatými lesy. - usychání větví nebo pokrytí jehlic porosty řas a hub - úhyn jehličnanů v letech 20. století došlo v Krušných horách extrémním zvýšením emisí oxidů síry k drastickému odumírání lesa Jak bývá jehličnan znečištěním ovlivněn? - pozorujeme změny fyzikálních struktur - změny v metabolismu snížení účinnosti fotosyntézy až o 40 % a zásah do příjmu živin 81

94 8 Bioindikátory Na jehlicích nacházíme souvislé i částečné porosty nejčastěji zelených řas (r. Pleurococcus, Protococcus, Apatococcus, Desmococcus, Chlorella, Chloricystis, Pseudococcomyxa, Stichococcus) a zástupce hub nejčastěji ze třídy Ascomycetes Z ekologického hlediska pozorujeme u jehlic a řas a hub několik zásadních vztahů. Definuj je: - parazitismus - symbióza - saprofytismus Co to jsou lišejníky? O jaký typ soužití se v tomto případě jedná? - v případě lišejníků hovoříme o soužití houby se zelenou řasou nebo houbou (případně s jejich kombinacemi) - velmi často je tento typ soužití klasifikován jako symbióza i když je toto poměrně diskutabilní - lišejníky jsou typickými bioindikátory a jsou velmi citlivé na znečištění prostředí (intenzivně reagují na zvýšené koncentrace SO 2 a NO x z důvodu rostoucího znečišťování prostředí těmito plyny jsou lišejníky dnes vzácné V rámci této laboratorní práce se zaměříme na sledování jehlic vybraných jehličnanů (smrk ztepilý Picea abies, borovice lesní Pinus sylvestris, tis červený Taxus baccata). Na jejich jehlicích pozorujeme infekce porosty řas a hub, které zásadně ovlivňují jejich strukturu. - velmi často dochází ke strukturálním změnám povrchových pletiv - odumírají buňky epidermis - mizí pravidelné vrstvy buněčných stěn - ubývá lignin a celulóza a naopak přibývá lipofilní složka Našim úkolem bude provádět odběry jehlic z nejrůznějších stromů a provádět hodnocení mikroskopických preparátů. Přítomnost porostů na jehlicích bude korelovat se sezónou, druhem stromu, teplotou během roku a v neposlední řadě s koncentrací dusíku a síry v atmosféře Pomůcky mikroskop s digitální kamerou, PC, podložní sklíčko, krycí sklíčko, voda, kapátko, jehlice vybraných druhů jehličnanů 82

95 8 Bioindikátory Úkoly Úkol č. 1 Příprava mikroskopického preparátu 1. Na podložní sklíčko kápni kapátkem vodu. 2. Z jehlice uřízni co nejtenčí příčný řez. 3. Preparát zakryj krycím sklíčkem. 4. Okolí preparátu vysuš filtračním papírem dbej na udržování čistoty práce Úkol č. 2 Pozorování 1. Preparát vlož do mikroskopu a postupně od nejmenšího zvětšení pozoruj struktury jehlic. 2. Nejlepší snímek pomocí kamery vyfotografuj a obrázek ulož. Pozorování provádějte několikrát za školní rok a fotografie označuj a ukládej. V závěru školního roku se provede hodnocení práce. Nezapomínejte u každého preparátu zapisovat z jakého stromu a odběrového místa jehlice pocházela. Obrázek č. 1 a 2: Řez listem borovice lesní a schéma popisující mikroskopický preparát (upraveno podle 83

96 8 Bioindikátory Obrázek č. 3 a 4: Řez listem smrku ztepilého a schéma popisující mikroskopický preparát (upraveno podle Závěr a celkové hodnocení práce 84