СВЕТ В ЖИЗНИ РАСТЕНИЙ

I Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

СВЕТ В ЖИЗНИ РАСТЕНИЙ

Перетурина В.С. 1
1
Кубарева Н.В. 1
1
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
1.Введение

Одним из первых естествоиспытателей, оставивших научные сведения о растениях, был ученик Аристотеля Теофаст, живший в 371-286 гг. до нашей эры. Он написал 10-томную «Естественную историю растений» и 8-томную работу «О причинах растений». Часто Теофаста называют «отцом» ботаники [8]. С тех прошло более двух тысяч лет, но до сих пор мир растений не раскрыл всех своих тайн, загадок и парадоксов.

Объект исследования:растения гороха и плюща.

Предмет исследования: ростовые реакции растений на действие света.

Цель исследования: изучение влияния света на рост и развитие растений.

Основные задачи исследования: проанализировать научную информацию по теме исследования; провести эксперименты по изучения влияния света на рост и развитие растений; на основе анализа результатов экспериментов сделать выводы о влиянии света на развитие растений растения и сформулировать практические рекомендации.

Актуальность исследования определяется получением сведений о росте и развитии растений, которые могут пригодиться многим людям при выращивании разных культурных растений: любителям комнатных растений, садоводам-любителям, огородникам, а может быть даже и ученым-растениеводам для создания новых технологий повышения урожаев и получения экологически чистого сырья для питания человека. Тем более, что я живу в благодатном крае, который часто называют «житницей России».

2.Обзор литературы

2.1. Значение зеленых растений. Растения – это пища для животных и человека, одежда, топливо, лекарства, это чистый, свежий воздух, это аромат трав и красота цветов. Свет и тепло костра первобытного человека – это запасенная в деревьях энергия Солнца; сегодня человек использует для получения тепла, электричества, движения различных механизмов, транспорта тоже преобразованную зелеными растениями солнечную энергию, которая накоплена и законсервирована в запасах угля, нефти, газа. И как на заре существования человечества, сегодня - растения наши единственные кормильцы [7]. Ученые подсчитали, что растения за год запасают в ходе фотосинтеза столько энергии, сколько могли бы израсходовать 100 тысяч больших городов за 100 лет. Великий русский ученый Тимирязев К.А. считал, что зеленое растение – это промежуточное звено между человеком и Солнцем, потому что пища, которую мы получаем благодаря «работе» растений, служит источником силы в нашем организме потому только, что она не что иное, как «консерв» солнечных лучей [5].

2.2.Свет в жизни растений.Основными процессами, протекающими в растительных организмах под воздействием света, являются фотосинтез – процесс использования энергии света для синтеза органических соединений из неорганических; фотоморфогенез – процесс влияния спектра светового излучения на развитие растений и фотопериодизм – реакция растений на длину светового дня [9].

Все зеленые растения – фотоавтотрофы. Они синтезируют органические вещества из неорганических с использованием энергии Солнца – световой, или лучистой энергии. При этом световая энергия, поглощаемая растением, превращается в энергию химических связей органических веществ. Энергия света необходима для фотосинтеза [гр. phos(photos )свет +synthesis соединение, составление] - из маленьких молекул углекислого газа, воды и минеральных солей растения создают сложные химические соединения, их называют органическими веществами; они необходимы для жизни всех земных обитателей. А сами растения благодаря фотосинтезу накапливают в клетках питательные вещества, клетки делятся, их становится все больше, поэтому растения растут и развиваются.Энергия света при фотосинтезе улавливается особыми молекулами - фотосинтетическими пигментами: хлорофиллами, каратиноидами и фикобилинами. Набольшее значение имеют зеленые пигменты – хлорофиллы, которые содержаться в специальных органоидах растительной клетки – хлоропластах. Очень интересно то, что, если сложить все хлоропласты одного листа на плоскую поверхность, то ее площадь будет превышать площадь этого листа в 200 раз! Растения используют в фотосинтезе видимую часть солнечного излучения – свет. Видимые лучи включают электромагнитные волны лучистой энергии Солнца с длиною волны от 0,4 до 0, 75 мкм и составляют около 50% всей лучистой энергии Солнца. В среднем лист использует для фотосинтеза 1-5% падающего на него света, остальные лучи либо отражаются, либо проходят сквозь листья. Причем больше всего происходит поглощение оранжево-красных лучей спектра (длина волны от 0,65 до 0,68 мкм) и сине-фиолетовых лучей (длина волны около 0,47-0,50 мкм). Зеленые лучи спектра не поглощаются, а отражаются хлорофиллом, поэтому мы и видим его как изумрудно-зеленый [3].

2.3. Свет и развитие растений. Оказывается, свет значительно влияет и на процесс прорастания семян. Например, семена лобелии (Lobelia inflata) в темноте не прорастают совсем, а на солнечном ярком свету, - пожалуйста, - через 1—20 дней. Стоит прикрыть ее семена почвой – всходов не будет! То же происходит у табака, салата. Семена других растений для прорастания должны побыть на свету разное время: от нескольких минут до нескольких суток [4]. Большинство семян прорастает в темноте, но некоторые из них быстрее пробуждаются к жизни на свету, например, семена ослинника двулетнего, щавеля курчавого. Без света не прорастают семена омелы [2]. Поэтому в исследовании проводились опыты по влиянию света на прорастания семян гороха, одной из распространенных культур, которую выращивают и на приусадебных участках, и в промышленном масштабе для изготовления консервов.

Всем известно, что фотосинтез обеспечивается светом, казалось бы, если освещать растения без перерыва можно получить замечательно быстрый рост растений и высокие урожаи. Однако еще в 1932 г. ученые заметили, что в мигающем свете фотосинтез идет интенсивнее, чем при непрерывном освещении. Чем короче световая вспышка, тем интенсивнее фотосинтез. Это объясняется тем, что длительность темновой фазы фотосинтеза во много раз превышает длительность световой фазы, во время которой идет накопление энергии для синтеза органических веществ в форме молекул АТФ [5]. В нашем исследовании проводился эксперимент, где определялся прирост растений гороха на свету и в темноте.

Фотоморфогенез в практике растениеводства очень плохо освоен. Некоторые исследования показывают, что желтая область спектра несущественна для зеленых растений; зеленые лучи полностью отражаются ими. Красный цвет может тормозить жизненные процессы растений, продлевая их жизненный цикл и улучшая некоторые сельскохозяйственные качества [9]. Синий цвет может вызывать торможение роста стебля, но не влиять на количество и площадь листьев; зеленый – способствовать вытягиванию стебля, площадь листовых пластинок маленькая [1]. Экспериментальная часть нашей работы включает опыты по влиянию разных спектров света на развитие растений.

3.Экспериментальная часть

(краткое изложение методик, результаты экспериментов и их обсуждение)

3.1.Эксперимент № 1 «Влияние света на прорастание семян».

Цель эксперимента: сравнение всхожести и энергии прорастания семян гороха на свету и в темноте.

Опытные партии по 25 семян (эксперименты № 1 и № 2 проводились с использованием семян гороха сорта «Альфа»; сортовые и посевные качества семян соответствуют ГОСТу Р52171-2003).

Опыт № 1 – проращивание семян на свету; опыт № 2 проращивание семян в темноте. Три повтора опытов.

Энергия прорастания семян определяют как процент проросших семян, проросших в течение короткого, определенного для каждой культуры срока: для гороха это 3-4 суток; всхожесть семян определяют как процент семян с нормально развитыми корешками не менее длины семени, у гороха всхожесть определяют с 5 по 8 день проращивания семян [6]. Проведена обработка данных опытов по проращиванию семян гороха на свету и в темноте по обоим критериям прорастания (энергия прорастания и всхожесть семян). Вычислялось среднее арифметическое для трех повторов каждого опыта по двум показателям: общее количество семян с корешками (энергия прорастания) и количество семян с крепкими корешками длиной не менее диаметра семени (всхожесть семян) с 1 по 8 день опытов.

Данные обработки результатов измерений в опытах представлены в табл.1 и иллюстрируются фотографиями (приложение 1).

Таблица 1

Результаты эксперимента по прорастанию семян на свету и в темноте

Сутки эксперимента

Общее количество семян с корешками

Количество семян с корешками длиной не менее диаметра семени

Опыт № 1, на свету

Опыт № 2, в темноте

Опыт № 1, на свету

Опыт № 2, в темноте

1

-

-

-

-

2

4,5

4,5

-

-

3

6,3

6,7

-

-

4

10,3

10,0

4,8

4,9

5

15,8

15,1

10,5

10,5

6

17,9

18,0

12,4

12,9

7

20,8

21,0

17,8

18,4

8

25,0

25,0

19,3

19,7

Данные опытов показывают, что всхожесть и энергия прорастания семян на свету и в темноте практически не имеют отличий. Однако необходимо отметить, что у семян, прорастающих на свету, сформировались более крепкие корешки и уже начали расти боковые корни (приложение 1, фото 3,4), а у семян в темноте корни более тонкие, слабые, без формирующихся боковых корней (приложение 1, фото 5).

3.2.Эксперимент № 2 «Влияние света на рост побега растений».

Цель эксперимента: сравнение скорости роста (прирост) побегов у гороха на свету и в темноте.

У проросших семян подращивали стебли до 1,5-2 см, затем высаживали в почву по одному растению в емкость; емкости нумеровали. Наблюдения за ростом растений в дневное и ночное время суток проводили в течение 5 дней. В эксперименте велось наблюдение за 10 экземплярами растений (три повтора опыта). Измерение растений производили через 12 часов (каждые сутки в 9.00 часов и в 21.00 час).

Численные показатели подвергались математической обработке; вычислялись следующие показатели:

- процент растений, которые росли быстрее в разных условиях эксперимента ежесуточно;

- среднее арифметическое ежесуточного прироста в трех повторах: на свету и в темноте.

Получены следующие результаты.

Процент растений, растущих быстрее на свету – 0%; процент растений, растущих быстрее в темноте – 100%.

Средние арифметические прироста растений ежесуточно:

Результаты сравнения скорости роста (прирост) у гороха на свету и в темноте показали неожиданные для меня результаты: рост побегов гороха более интенсивно проходит в темноте. Значит свет, так необходимый для растений, тормозит их рост? И для того, чтобы расти растениям нужно не постоянное освещение, а также и периоды темноты. Я стала искать объяснение этому явлению. Возможно, это происходит:

- во-первых, потому, что темновая фаза фотосинтеза во много раз превышает длительность световой фазы; а во время темновой фазы в клетках растений идет синтез и накопление различных органических веществ, в том числе необходимых для роста и размножения клеток;

- во-вторых, потому, что на свету происходит подавление синтеза из фитогормонов гиббереллинов, а они усиливают вытягивание клеток и активируют размножение клеток, стимулируя таким образом верхушечный рост растений [1].

3.3. Эксперимент № 3 «Влияние качества света на рост и развитие растений». Цель эксперимента: сравнение роста растений при их освещении лучами разной длины видимого спектра.

Условия и ход эксперимента.

Растения плюща обыкновенного – Hedera helix в фазе развития трех листьев помещали в хроматические камеры: опыт 1 – желтая; опыт 2 зеленая; опыт3 – синяя; опыт 4 - красная; опыт 5 (контроль) прозрачная емкость. Через 3 недели сравнивали высоту главного побега, количество, размеры и состояние листьев в каждом опыте по сравнению с началом эксперимента. Контрольные измерения проводились в первый и последний дни эксперимента у каждого растения: высота стебля, в мм; количество листьев;

размеры каждого листа по главной жилке (Ж) по основанию (О), в мм. Результаты представлены в табл.2, фотоматериалы – в приложении 2.

Таблица 2

Рост и развитие растений в хроматических камерах

опы

та

Хроматическая

камера

Начало эксперимента

Окончание эксперимента

Характеристика растений

Характеристики растений

Стебель,

(мм)

Кол-во листьев

Размеры (мм), состояние листьев

Стебель

(мм)

Кол-во листьев

Размеры (мм), состояние листьев

1

желтая

51

3

1 лист: 30(ж), 34(о).

2 лист: 25(ж), 22(о).

3 лист: 23(ж), 21(о).

Зеленые, без повреждений

Стебель засох полностью

0

опадение с 5 дня экспери-

мента, опали все листья

2

зеленая

61

3

1 лист: 35(ж), 35(о).

2 лист: 31(ж),31(о).

3 лист: 23(ж), 23(о).

Зеленые, без повреждений

84

4

1 лист: 37(ж), 37(о).

2 лист: 37(ж),33(о).

3 лист: 25(ж), 25(о).

4 лист: не развернут. Зеленые, без повреждений

3

синяя

67

3

1 лист: 35(ж),35(о).

2 лист: 32(ж),31(о).

3 лист: 27(ж), 30(о).

Зеленые, без повреждений

71

6

1 лист: 38(ж),40(о).

2 лист: 38(ж),35(о).

3 лист: 35(ж), 34(о).

4 лист: 31(ж), 25(0).

5 лист: 11(ж) , 11(о).

6 лист: не развернут.

Зеленые, без повреждений

4

красная

53

3

1 лист: 33(ж),34(о).

2 лист: 30(ж),31(о).

3 лист: 28(ж), 30(о).

Зеленые, без повреждений

75

2

1 лист: 36(ж),35(о); начал сохнуть.

2 лист полностью засох.

3 лист: 33(ж), 32(о); начал сохнуть.

5

контроль

43

3

1 лист: 37(ж),34(о).

2 лист: 32(ж),28(о).

3 лист: 30(ж), 25(о).

Зеленые, без повреждений

69

4

1 лист: 40(ж),36(о).

2 лист: 36(ж),31(о).

3 лист: 34(ж), 30(о).

4 лист: не развернут.

Зеленые, без повреждений

Как видно из табл.2, растение в желтой хроматической камере быстро погибло – известно, что желтая область спектра несущественна для зеленых растений

В зеленой хроматической камере, против ожидания, не произошло гибели или ухудшения состояния растения. Можно предположить, что небольшая часть зеленых лучей (с пограничной частотой, сине-зеленый спектр) может поглощаться другими пигментами, например, каратиноидами. За счет этого растение может жить, при этом стебель тонкий, значительно вытягивается.

В красной хроматической камере к 15 дню эксперимента у растения проявился так называемый «синдром избегания тени», вызываемый красным светом [2].

В синей хроматической камере растение развивалось лучше всего, в том числе, и по сравнению с контрольным растением.

4.Выводы и рекомендации.

1. Свет не оказывает влияния на сроки прорастания семян гороха, однако при прорастании на свету формируются более сильные корешки.

2. В темноте побеги подопытной культуры, гороха посевного, растут быстрее. Можно рекомендовать огородникам искусственно продлять воздействие темноты при выращивании его на грядках, применяя непрозрачное покрытие.

3. Для эффективного роста побегов растений необходимы чередования светлых и темных периодов. Оптимумы этих периодов могут быть различны для разных видов растений, поэтому необходимы масштабные исследования для выявления оптимального свето-темнового режима для разных культур.

4. Оптимальное воздействие на накопление зеленой массы (листьев) у плюща в наших опытах оказало освещении синими лучами. Можно рекомендовать любителям комнатных растений для выращивания более компактных, с хорошо развитыми листьями комнатных растений применять выращивание в синих хроматических камерах.

5.Список литературы и интернет-источников

1.Батурицкая Н.В., Фенчук Т Д. Удивительные опыты с растениями. Минск, «Народная асвета», 1991.

2.Блукет Н.А., Емцев В.Т. Ботаника с основами физиологии растений и микробиологии. М., Колос, 1974.

3.Билич Г.Л., Крыжановский В.А. Биология. Ростов-на-Дону, Феникс, 2013.

4. Лаптев Ю.П. Растения от «А» до «Я». М., Колос, 1992.

5.Матвеева Г.Е., Таратрин Л.Д. Ботаника. М., ВО «Агропромиздат», 1999.

6.Сельско-хозяйственный энциклопедический словарь, с.91, 234. М., «Советская энциклопедия», 1989.

7.Терехин Е.С., Федоров Р.М. Жизнь цветка. М., «Просвещение», 1975.

8.Черныш И.В. Удивительные растения. М., АСТРЕЛЬ, 2002.

9.azflora.com.ossvet.html.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Эксперимент № 1

Фото 1.Прорастание на свету

Фото 2.Прорастание в темноте

Фото 3,4. Корни при прорастании на свету

Фото 6.Измерение корешков

Фото 5.Корни при прорастании в темноте

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Эксперимент № 3

Хроматические камеры

Начало эксперимента, опыт №1 Окончание эксперимента, опыт№1

Окончание эксперимента, опыт №2

Начало эксперимента, опыт №2

Окончание эксперимента, опыт №3

Начало эксперимента, опыт №3

Окончание эксперимента, опыт №4, заметны засыхающие участки листьев

Начало эксперимента, опыт №4

Окончание эксперимента, контроль

Начало эксперимента, контроль

7

Просмотров работы: 4844