הזנה בצמחים ובבעלי חיים - המרכז הארצי למורי ביולוגיה
Transcription
הזנה בצמחים ובבעלי חיים - המרכז הארצי למורי ביולוגיה
הזנה בצמחים ובבעלי חיים הספר “הזנה בצמחים ובבעלי חיים” מיועד לתלמידי החטיבה העליונה המתמחים בביולוגיה. הספר פותח על בסיס תכנית הלימודים בביולוגיה שפורסמה בשנת תשס”ו בפרקי הספר תוכלו למצוא תשובות לשאלות העוסקות בהזנה ובמזון, ביניהן: מהם תהליכי ההזנה בטבע ,וכיצד נבדלים צמחים ובעלי חיים בתהליכים אלה? בחומרי מזון? כיצד נוצרים בצמח חומרים אורגניים מחומרים אי־אורגניים? אלו גורמים משפיעים על היווצרות החומרים? כיצד מערכת העיכול מותאמת לפירוק חומרי המזון ולספיגת תוצרי הפירוק לדם? כיצד מווסתת פעילותה? כיצד מזון צמחי דל אנרגיה יכול לספק את הצרכים האנרגטיים של בעלי חיים צמחוניים גדולים (כמו פרות וגמלים)? כיצד מתערב האדם בהזנת צמחים ובעלי חיים? כיצד צמחים ובעלי חיים מפיקים מהחומרים האורגניים אנרגיה זמינה לצורכי התא? בצמחים ובבעלי חיים לְמה משמשים חומרי המזון באורגניזמים השונים ,ומה קורה בעת מחסור הזנה ( )2006לאחר שילוב המקצוע מדעי החיים והחקלאות עם ביולוגיה. בתיה גלעד רחל נוסינוביץ רונית נעמן־נאמן נורית בשן עיצוב העטיפה :סטודיו גדעון דן כיצד משפיעות כמות המזון ואיכותו על בריאות האדם? ה א ו ניב רס י ט ה ה עב ר י ת בי ר ו ש ל ים ,ה מ ר כ ז לה ו ר א ת ה מ ד עים משרד החינוך ,המזכירות הפדגוגית ,האגף לתכנון ולפיתוח תכניות לימודים מינהלת מל"מ ,המרכז הישראלי לחינוך מדעי –טכנולוגי ע"ש עמוס דה –שליט מסת"ב: תשע"א ISBN 978-965-295-036-9 2011 4279 20.2.11 הזנה בצמחים ובבעלי חיים בתיה גלעד רחל נוסינוביץ רונית נעמן־נאמן נורית בשן © כל הזכויות שמורות למשרד החינוך יצא לאור במימון האגף לתכנון ולפיתוח תכניות לימודים במשרד החינוך ומינהלת מל"מ ,המרכז לחינוך מדעי־טכנולוגי ע"ש עמוס דה־שליט. ה א ו ניב רס י ט ה ה עב ר י ת ב י ר ו ש ל י ם ,ה מ ר כ ז לה ו ר א ת ה מ ד עי ם משרד החינוך ,המזכירות הפדגוגית ,האגף לתכנון ולפיתוח תכניות לימודים מינהלת מל"מ ,המרכז הישראלי לחינוך מדעי-טכנולוגי ע"ש עמוס דה-שליט 2011 תשע"א 4279 20.2.11 צוות הכתיבה: בתיה גלעד ,רחל נוסינוביץ ,רונית נעמן־נאמן ,נורית בשן ייעוץ מדעי: פרופ' אהוד זיו ,בית הספר לרפואה ,האוניברסיטה העברית בירושלים — פרק ה (נשימה תאית). פרופ' אברהם מ .מאיר ז"ל ,האוניברסיטה העברית בירושלים — פרק ג (פוטוסינתזה). פרופ' זכריה מדר ,הפקולטה למדעי החקלאות המזון ומדעי הסביבה ,האוניברסיטה העברית בירושלים — פרקים ב ,ד (רכיבי המזון ועיכול באדם). פרופ' בטי שוורץ ,הפקולטה למדעי החקלאות המזון ומדעי הסביבה ,האוניברסיטה העברית בירושלים — פרק ו (תזונה ובריאות האדם). פרופ' חיים תגרי ,הפקולטה למדעי החקלאות המזון ומדעי הסביבה ,האוניברסיטה העברית בירושלים — פרק ד (מעלי גירה). עריכת לשון :ליאורה הרציג. עריכת מגדר :שרה אופק. איורים ,עיצוב והפקה :נעמי אפשטיין ,יוליה אגרנוביץ' ,אלי רטנר — סטודיו גדעון דן. איורי אווירה :גדעון דן. תחקיר תמונות :רונית נעמן־נאמן. טיפול בזכויות יוצרים :רונית נעמן־נאמן ,שושנה הראל. מלבה"ד :שושנה הראל. ריכוז הניסוי :רונית נעמן־נאמן. זר של תודות לאלה שקראו ,העירו והאירו בשלבים השונים של הכתיבה: ד"ר רות אמיר ,המרכז להוראת המדעים ,האוניברסיטה העברית בירושלים. ד"ר נעה אבולעפיה ,האגף לתכנון ולפיתוח תכניות לימודים ,משרד החינוך. ד"ר נטע עורבי ,האגף לתכנון ולפיתוח תכניות לימודים ,משרד החינוך. גב' מיכל אונגר ,פסיכולוגית קלינית ,על ההערות בנושא הפרעות אכילה. למורי הניסוי ותלמידיהם שסייעו לנו להפיק לקחים למהדורה הסופית: סילבי אבן ,שרה זילברפלד (מקיף יהוד) ,יעל אוסטר (ישיבת בני עקיבא מודיעין ,מכבים רעות) ,נורית בשן (תיכון גבעת גונן ,ירושלים) ,הילית אורן (חקלאי ,הכפר הירוק ,רמת השרון) ,נטע דגן (אמי"ת ,כפר בתיה ,רעננה), מורין סהר (מקיף ערד) ,רותי קליין ,שלומית רובין (תיכון אלדד ,נתניה). לצלמים שהתמונות שצילמו מעטרות את דפי הספר (פירוט השמות בסוף הספר). לצוות פיתוח יישומי מחשב בהוראת המדעים והחקלאות ,הפקולטה למדעי החקלאות המזון ומדעי הסביבה ,על אישור להשתמש בחומרים שפיתחו (פירוט הפעילויות בסוף הספר). לאגף לתכנון ולפיתוח תכניות לימודים ,על אישור להשתמש בחומרים שפיתחו (פירוט בסוף הספר). © כל הזכויות על החומרים ממקורות חיצוניים ששובצו בספר זה שמורות לבעליהן. אין לשכפל ,להעתיק ,לצלם ,לתרגם או לאחסן במאגרי מידע ,בכל דרך ובכל אמצעי אחר כל חלק שהוא מהחומר בספר זה. אל הקוראים כל האורגניזמים החיים זקוקים לאספקה מתמדת של חומרים לקיומם ,אותם הם משיגים בתהליך ההזנה .הספר "הזנה בצמחים ובבעלי חיים" מדגים את האחידות והשוני בין האורגניזמים השונים מבחינת דרך השגת החומרים. הספר מתאר את החומרים המזינים את האורגניזמים ואת דרכי ההזנה שלהם :בצמחים -תהליך הפוטוסינתזה וקליטת מינרלים ובבעלי החיים — קליטת המזון ועיכולו ,וכן את הדרכים בהן מנוצלים חומרי המזון להפקת אנרגיה בתאים .הספר מסתיים בפרק נרחב על תזונה ובריאות באדם. הנושא הזנה מזמן עיסוק בתהליכים המתרחשים בכל רמות הארגון הביולוגי :החל בתהליכים המתרחשים בתאים ,דרך תהליכים המתרחשים באיברים ובאורגניזם השלם ועד לתהליכים המתרחשים ברמת המערכת האקולוגית .בספר יש התייחסות נרחבת למעורבות האדם בהזנה של צמחים ובעלי חיים. לאורך הספר מופיעים מדורים קבועים ובהם קטעי הרחבה וכן תכנים הקשורים באופן ישיר לתוכנית הלימודים ומדגימים את הרלבנטיות של הנושאים הנלמדים: "אשנב למחקר" — קטעי מחקר עדכניים רבים ,מלווים בשאלות המפנות לניתוח תוצאותיהם. "סיפורו של גילוי" — סיפורים מעניינים על תגליות חשובות הקשורות לנושא הנלמד. "על קצה המזלג" — סיפורים המקשרים בין הנושא הנלמד לחיי היום-יום. "הרחבה" — תכנים שהם מעבר לנדרש בתכנית הלימודים. "שאלות" — במגוון רחב של רמות חשיבה המזמנות שימוש במגוון מיומנויות חשיבה. "דילמות ביואתיות" — העולות מן התכנים הנלמדים והדורשות הכרעה ערכית תוך שימוש במיומנות טיעון ומידענות. עיקרי הנושאים בפרק מושגים חשובים בפרק קשר לנושא רעיון מרכזי קישור החומר הנלמד לנושאי הליבה. קישור החומר הנלמד לרעיונות מרכזיים בביולוגיה. עוד על הפניה לנושאים המורחבים בהמשך הספר. הדגשה בצבע -מושגים מתוכנית הלימודים (מופיעים גם ברשימה בסוף כל פרק). אנו מקווים שהספר יאפשר לכם הלומדים להרחיב את ידיעותיכם על הזנה בטבע ועל תזונת האדם ,שיעורר את סקרנותכם המדעית ושיעודד אתכם לחשיבה ביקורתית על נושא ההזנה בטבע בכלל ועל המזון שבא אל פיכם בפרט. קריאה מהנה ולימוד פורה! צוות הפיתוח תוכן העניינים 6 19א ההזנה כתופעת חיים 10 א .1הזנה — צורך משותף לכולם 11 א .2על משמעות המושג "מזון" 11 א .3דרכי הזנה :מנין מקבלים האורגניזמים את החומרים הנחוצים לקיומם? 12 א .4גורל חומרי המזון באורגניזמים 13 א .5אנרגיה בתהליכי ההזנה 14 עיקרי הנושאים הפרק 14 מושגים חשובים בפרק ב 15 17 17 רכיבי המזון — אבני הבניין של האורגניזמים חומרים אורגניים ב .1פחמימות 18 ב 1.1חד־סוכרים 19 ב 2.1דו־סוכרים 21 ב 3.1רב־סוכרים 25 ב .2ליפידים 25 ב 1.2חומצות שומן — אבני הבניין של הליפידים 27 ב 2.2טריגליצרידים -שּומנים ( )fatsושְ מנים ()oils 28 ב 3.2פוספוליפידים 8 2 29 33 38 ב 4.2סטרואידים ב .3חלבונים ב .4ויטמינים חומרים אי–אורגניים 38 ב .5מינרלים 41 ב .6מים 43 עיקרי הנושאים בפרק 44 מושגים חשובים בפרק ג 45 תהליך הפוטוסינתזה — ייצור חומרים אורגניים בצמח 46 ג.1 49 ג.2איך יודעים? צעדים ראשונים בחקר הפוטוסינתזה 51 ג.3התאמת הצמח לביצוע פוטוסינתזה מבט – על על תהליך הפוטוסינתזה 51 ג1.3 53 ג 2.3התאמת העלה לקליטת CO2וצמצום איבוד מים 56 ג.4 התאמת הצמח לקליטה מֵרבית של אור כלורופלסטים וקליטת אור 56 ג1.4 כלורופלסטים 57 ג2.4 כלורופיל 57 ג3.4 על כלורופיל ובליעת אור 60 ג.5 שלבים בתהליך הפוטוסינתזה 60 ג1.5שלב קליטת אנרגיית האור והמרתה לאנרגיה כימית 63 ג 2.5שלב קיבוע ה – CO2 65 ג.6תוצרי הפוטוסינתזה :הובלה ,אגירה וניצול על ידי הצמח 69 ג.7גורמים המשפיעים על תהליך הפוטוסינתזה 69 ג1.7 השפעת עוצמת האור על קצב הפוטוסינתזה 70 ג2.7 השפעת CO2על קצב הפוטוסינתזה 72 ג3.7 השפעת הטמפרטורה על קצב הפוטוסינתזה 72 ג 4.7השפעת כמות המים בקרקע ולחות האוויר על קצב הפוטוסינתזה 73 ג.8מעורבות האדם :הגברת תהליך הפוטוסינתזה על ידי שינוי גורמי סביבה 74 ג .9הזנה מינרלית וחיוניותה להתפתחות הצמח ולקיום הפוטוסינתזה 77 ג1.9 השפעת המינרלים על תפקוד הצמח 79 ג2.9 הזנת הצמח בחקלאות — זיבול ודישון 83 ג 10.קליטת מים ומינרלים על ידי שורשי הצמח 83 ג1.10התאמת מערכת השורשים לקליטה מֵרבית של מים ומינרלים 84 ג 2.10קליטת המים והמינרלים מהקרקע 86 עיקרי הנושאים בפרק 87 מושגים חשובים בפרק ד 89 הזנה ועיכול באורגניזמים הטרוטרופים 90 ד .1עקרונות המבנה והתפקוד של מערכת העיכול 96 ד .2מערכת העיכול של האדם 96 ד1.2 העיכול בפה 98 ד2.2 מעבר המזון בוושט 99 ד3.2 העיכול בקיבה 03 1 105 108 ד .2 4 ד5.2 ד6.2 העיכול במעי הד ק הספיגה במעי הדק פעילויות במעי הגס 110 ד .3חילוף החומרים של תוצרי העיכול ד .3 1 ד2.3 10 1 112 115 ד .4העיכול במעלי גירה ד .4 1 ד2.4 15 1 118 125 הכבד — צומת מרכזי בתהליכי חילוף החומרים בגוף חילוף החומרים בתאים מבנה ותפקוד מערכת העיכול במעלי גירה התהליכים הייחודיים המתרחשים בכרס ד .5ייעול ההזנה בפרת החלב 125 ד1.5 סוגי מזונות להזנת מעלי הגירה 126 ד2.5 ייעול ייצור החלב — האיזון העדין 130 עיקרי הנושאים בפרק 132 מושגים חשובים בפרק ה מחומרים אורגניים לאנרגיה זמינה — נשימה 133 תאית 134 ה .1מבט־על על הנשימה התאית 135 ם ה ATP .2כמתווך במעברי אנרגיה המתרחשים בתאי 138 ה .3השתתפות ה־ ATPבתהליכים צורכי אנרגיה 140 ה .4מסלולים להפקת אנרגיה בתאים 141 ה 1.4גליקוליזה — פירוק גלוקוז לחומצה פירובית 142 ה 2.4מסלול :1הפקת אנרגיה בהשתתפות חמצן — נשימה תאית אווירנית 150 ה 3.4מסלול :2הפקת אנרגיה ללא השתתפות חמצן — תהליכי תסיסה ונשימה תאית אל־אווירנית 157 ה .5פוטוסינתזה היא לא נשימה של הצמח 160 עיקרי הנושאים בפרק 161 מושגים חשובים בפרק 163 164 ו ו.1 תזונה ובריאות האדם מאזן אנרגיה 164 ו1.1 כשאוכלים — קולטים אנרגיה 166 ו2.1 כשחיים — מנצלים אנרגיה 169 ו3.1 על איזון בין קליטת אנרגיה וניצולה 171 ו.2 ויסות צריכת המזון 171 ו1.2 מרכז הרעב ומרכז השובע 172 ו2.2 גורמים המשפיעים על צריכת המזון 175 ו.3 תזונה נבונה ומאוזנת 175 ו1.3 האם יש נוסחה ל"תזונה נכונה"? 76 1 183 ו .3 2 ו3.3 פירמידת המזון תרומת פעילות גופנית לחיים בריאי ם 187 87 1 189 192 195 196 ו.4 בעיות תזונה בעולם של מחסור ושל שפע ו .4 1 ו2.4 ו3.4 ו4.4 ו5.4 תת־תזונ ה השמנה — המגפה של המאה ה־21 הסכנות הטמונות בעודף משקל הפחתת משקל — דיאטה דלת־אנרגיה הפרעות אכילה 198 עיקרי הנושאים בפרק 199 מושגים חשובים בפרק 200 נספח טבלה :1הוויטמינים באדם — תפקודיהם בגוף ,מקורותיהם והשפעות של חסר או עודף בוויטמינים טבלה :2היסודות המינרלים החיוניים בבעלי־חיים ובאדם — מקורותיהם, תפקודיהם וסימני חסר או עודף במינרלים. 204 מילון מונחים 222 מפתח 228 מקורות וזכויות ח א