XI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Фотосинтез в природе

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Кулакова А.Ю. 1

---

1МАОУ "Лицей № 97 г. Челябинска"

Точилкина Е.В. 1

---

1МАОУ «Лицей № 97 г. Челябинска»

Работа в формате PDF

2.4 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

I. Введение

На уроках окружающего мира мы говорили о том, что в уральском климате весьма затруднительно выращивать сельскохозяйственные культуры круглый год. Всему виной - умеренно-континентальный климат, перепады температур и отсутствие солнечной активности осенью-зимой, необходимой для роста растений. Многие люди привыкли выращивать рассаду у себя дома на подоконнике с начала весны, тем самым гарантируя, что к моменту высадки в землю (май-июнь), сеянцы будут достаточно большими и сильными.

Современные дачники основное внимание уделяют почвенному питанию растений, забывая о его воздушном питании. Неизвестно, какой урожай могли бы получить садоводы, если бы они внимательно относились к процессу фотосинтеза.

Главной целью моей работы является исследование влияния освещенности (1-й фактор) и температуры (2-й фактор), полива (3-й фактор) на рост растений.

Основные задачи, поставленные мной:

Выяснить влияние факторов на рост растений;

Изучить особенности выращивания растений в квартире;

Исследовать преимущества искусственного освещения при выращивании растений;

Объект исследования: семена кресс-салата, семена рукколы, искусственное освещение (фито-лампа синего и красного спектров излучения).

Место проведения исследования: исследования проводились в домашних условиях.

II. Теоретическая часть

История открытия фотосинтеза.

Фотосинтез – биологический процесс превращения растениями световой энергии в питательные химические вещества, который был описан впервые английским экспериментатором Джозефом Пристли в конце 18-го века (Приложение А). Он провел серию опытов по горению и дыханию и пришел к выводу о том, что зелёные растения способны совершать все те дыхательные процессы, которые были обнаружены в тканях животных. Пристли сжигал свечу в замкнутом объёме воздуха, и обнаруживал, что получавшийся при этом воздух уже не может поддерживать горение. Мышь, помещенная в такой сосуд, умирала. Однако веточка мяты продолжала жить в воздухе неделями. Проводя опыты с горением в закрытой комнате, Пристли впервые в научном мире обнаружил, что растения выделяют кислород, вследствие чего в наглухо запертой комнате могут дышать живые существа[1].

В 1817 г. два французских химика Пельтье и Каванту впервые выделили из листьев зелёное вещество и назвали его хлорофиллом (Приложение Б). Следующим шагом в истории изучения фотосинтеза было утверждение о том, что зеленые растения преобразуют энергию, солнечного света в химическую энергию, сделанное в 1845 г. немецким физиком Робертом Майером (Приложение В).

Сам термин «фотосинтез» появился уже в конце 19-го века, его ввел В. Пфейфер в 1877 году. К тому времени ученые уже выяснили, что такое процесс фотосинтеза, и что для процесса фотосинтеза растениям необходимы солнечный свет, вода и углекислый газ, выдыхаемый людьми и животными. Уже было известно, что в итоге происходит синтез органического вещества растения[2].

Ученые взялись наблюдать процесс фотосинтеза и поведение растений в закрытых помещениях при лучах разного спектра: желтых, красных, синих…Большой вклад в отечественное изучение процесса фотосинтеза вложил известный советский академик К. Тимирязев, исследовав спектры поглощения хлорофилла. Именно он доказал, что наибольшее влияние оказывает синий и красный спектры излучения (Приложение Г).

Фотосинтез в природе

Лист любого растения можно сравнить с маленькой фабрикой, в которой при солнечном свете идет образование органических веществ и кислорода, являющегося основой для существования органической жизни на Земле. Доказано, что без кислорода и фотосинтеза на Земле просто бы не существовало жизни.

Общую формулу фотосинтеза можно представить в таком виде (Приложение Д):

На самом деле основная задача фотосинтеза - это производство углеводов, которые создают основу жизнедеятельности растений, а обеспечение кислородом атмосферы нашей планеты - далеко не главная задача протекания фотосинтеза[3].

Главным двигателем фотосинтеза является хлорофилл – специальный пигмент, содержащийся в клетках растений, который помимо всего прочего отвечает за зеленую окрасу листьев деревьев и прочих растений. Хлорофилл представляет собой сложное органическое соединение, обладающее к тому же важным свойством – способностью к поглощению солнечного света. Поглощая его, хлорофилл приводит в действие маленькую фабрику по производству кислорода. Далее происходит химическая реакция фотосинтеза, в ходе которой и происходит превращение воды и углекислого газа в необходимые растениям углеводы и необходимый всему живому кислород[4].

Организация и проведение исследования.

3.1. Место проведения исследования.

Моё исследование проводилось в домашних условиях в течение 20 дней. Основной проблемой выращивания рассады в комнатных условиях является слабое освещение солнцем в зимний/весенний период. Я выбрала четыре места расположения рассады с различными факторами влияния на рост:

Подоконник у окна на северную сторону (прохладно+северный свет).

Подоконник у окна на южную сторону (тепло+южный свет).

Темная сауна с проходящей по ней трубе горячей воды (темно+жарко).

Темная кладовка с постоянно включеннойфитолампой красного и синего спектра излучения (лампа+тепло).

Были куплены семена руколы и кресс-салата (так как эти растения быстро растут) и высажены в пищевые контейнеры с землей 4 декабря 2018 года. Полив растений осуществлялся периодически и в равной мере.

3.2 Выращивание кресс-салата. Опыт №1

Клопо?вник посевно?й, или Кресс-сала?т (лат. Lepidiumsativum) — съедобное однолетнее или двулетнее травянистое растение, вид рода Клоповник (Lepidium) семейства Капустные, или Крестоцветные. Как пряно-вкусовое и лекарственное растение был известен в Древнем Египте, Греции и Риме (Приложение Ж).Свежие листья обладают приятным терпким, горьким и острым вкусом, напоминающим хрен или редьку. Используется только в свежем виде как приправа к салатам, мясу, рыбе, омлетам, подливкам и супам. В зимнее время выращивание кресс-салата на окне даёт возможность компенсировать нехватку витаминов у всех членов семьи. Быстрый рост — это ещё одно неоспоримое преимущество столь полезного растения.

Цель опыта: выяснить влияние факторов освещенности и температуры на рост растений. Изменения, происходящие с растениями, представлены в таблице. Так же фиксировалось время полива.

Гипотеза: в тепле и при постоянном искусственном освещении растения вырастут быстрее.

Описание опыта представлено в таблице (К).

Фотоотчёт по проведению исследованию влияния освещенности

(1-й фактор) и температуры (2-й фактор), полива (3-й фактор) на рост растений (Приложение Л).

Вывод: моя гипотеза подтвердилась. При освещении фитолампой растения растут быстрее, т.к. происходит постоянный процесс фотосинтеза, то есть растения постоянно получают необходимые для роста питательные вещества.

В результате проведенного опыта получено:

Быстрее всего проросли (второй день) семена в помещении сауны (темно+жарко), но ростки имели нездоровую желтую окраску, имели длинный тонкий стебель и маленькие листочки. Большинство растений погибло на 15-й день. Остатки переместили в помещение с фитолампой - несколько растений выжило, приобрели нормальную зеленую окраску.

Растения, выращенные на подоконниках на северной и южной стороне, примерно схожи по высоте и листве: имеют длинный стебель и маленькие зеленые листики. Проросли на третий день.

Растения, выращенные при искусственном, свете проросли на третий день. За время опыта приобрели крупную листву, были ниже всех остальных. Но к концу опыта высота выровнялась.

3.3. Выращивание рукколы. Опыт №2

Ру?ккола, или Гу?сеничникпосевно?й, или Инда?у посевной, или Эру?ка посевная (лат. Erúcasatíva) - однолетнее травянистое растение рода Индау (Eruca) семейства Капустные (Brassicaceae). Выращивается на территории Средиземноморья со времён Римской империи (Приложение З). До 1900-х годов в основном собирали дикорастущую рукколу, в массовых масштабах рукколу не культивировали, наука практически не изучала её.

Цель опыта: выяснить влияние факторов освещенности и температуры на рост растений. Изменения, происходящие с растениями, представлены в таблице. Так же фиксировалось время полива.

Гипотеза: в тепле и при постоянном искусственном освещении растения вырастут быстрее.

Описание опыта представлено в таблице (Приложения К).

Фотоотчёт по проведению исследованию влияния освещенности

(1-й фактор) и температуры (2-й фактор), полива (3-й фактор) на рост растений (Приложение Л).

Вывод: моя гипотеза подтвердилась. Так же как и в опыте с кресс-салатом при освещении фитолампой растения растут быстрее, т.к. происходит постоянный процесс фотосинтеза, то есть растения постоянно получают необходимые для роста питательные вещества.

В результате проведенного опыта получено:

Быстрее всего проросли (второй день) семена рукколы в помещении сауны (темно+жарко), но ростки имели нездоровую желтую окраску, имели длинный тонкий стебель и маленькие листочки (внешне очень похожи на ростки кресс-салата). Большинство растений погибло на 12-й день. Остатки переместили в помещение с фитолампой - несколько растений выжило, приобрели нормальную зеленую окраску, но все-таки отставали в росте.

Растения, выращенные на подоконниках на северной и южной стороне, примерно схожи по высоте и листве: имеют длинный стебель и маленькие зеленые листики. Проросли на третий день.

Растения, выращенные при искусственном, свете проросли на третий день, под конец эксперимента имеют крупные листья сочного зеленого цвета.

Заключение.

В результате исследование я изучила особенности выращивания семян рукколы и кресс-салата в условиях квартиры в период уральской зимы.

В ходе исследования я решила поставленные задачи и сделала выводы:

Основным фактором роста растений является свет. При большей освещенности растение лучше поглощает углекислый газ и производит больше питательных веществ, следовательно, лучше растет.

Короткого зимнего солнечного дня не достаточно для нормального роста растений, необходима «подпитка» в виде искусственного освещения.

Предлагаемое искусственное освещение для роста растений (фитолампа) позволяет быстрее выращивать рассаду, рассада хорошо развивается и выглядит здоровой.

Семена рукколы и кресс-салата показали одинаковые результаты зависимости от факторов освещенности и температуры.

Для быстрых всходов в условиях квартиры необходимо ставить непророщенные семена в очень теплую среду, а при замеченных ростках - ставить под фитолампу при комнатной температуре.

Рассада на подоконниках не получает необходимое освещение, но и требует больше воды, т.к. под подоконником обычно находится батарея.

За 20 дней при условии искусственного освещения можно вырастить зелень, которую можно употребить в пищу.

Светодиодные фитолампы достаточно экономичны, в своем опыте мы использовали две фитолампы мощностью 10 Вт и 20 Вт. Можно подсчитать стоимость потребленной электроэнергии:

Список литературы.

1.Ефимова, А.В. Энциклопедия для юных садоводов /А.В.Ефимова.- СПб.: Изд-во «Литера», 2009г. -134 с.

2.Школьник, Ю.К. Растения. Полная энциклопедия / Ю.К.Школьник. – М.: Изд-во «Эксмо» 2011. - 245 с.

3. Аврорин, В.А. Фотосинтез в природе / В.А. Аврорин. – М.: Изд-во «Наука», 2009. – 276 с.

4. Чайковская централизованная библиотечная система. -http://chaiklib.permculture.ru/детские-журналы.aspx

VI. Приложения

Приложение А

Эксперимент Джозефа Пристли

Приложение Б

Химики Пельтье и Каванту впервые выделили из листьев зелёное вещество и назвали его хлорофиллом.

Приложение В

Приложение В

Физик Роберт Майер сделал открытие, что зеленые растения преобразуют энергию, солнечного света в химическую энергию.

Приложение Г

Большой вклад в отечественное изучение процесса фотосинтеза вложил известный советский академик К. Тимирязев.

Приложение Д

Процесс фотосинтеза.

Приложение Ж

Крест-салат был известен как пряно-вкусовое и лекарственное растение в Древнем Египте, Греции и Риме.

Приложение З

Руккола выращивается на территории Средиземноморья со времён Римской империи.

Приложение К

Описание опыта по выращиванию семян крест-салата и рукколы.

Приложение Л

Фотоотчёт по проведению исследованию влияния освещенности

(1-й фактор) и температуры (2-й фактор), полива (3-й фактор) на рост растений.

4 декабря. Момент посадки