Фотосинтез в природе

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

Фотосинтез в природе

Кулакова А.Ю. 1
1МАОУ "Лицей № 97 г. Челябинска"
Точилкина Е.В. 1
1МАОУ «Лицей № 97 г. Челябинска»
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

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.

условия

дата

прохладно + северный свет

тепло+

южный свет

темно+

жарко

лампа +

тепло

4 декабря

посажены в одинаковые контейнеры с универсальным почвогрунтом и политы 150 мл воды

5 декабря

-

-

замечены первые всходы

-

6 декабря

замечены первые всходы

-

всходов много

замечены первые всходы

больше всего взошло в сауне (темно+жарко)

7 декабря

всходов немного, только проклевываются из почвы, зеленого цвета

всходов немного, только проклевываются из почвы, зеленого цвета

заметно подросли, имеют бледно-желтый цвет, тонкие длинные стебли

всходов много, ярко-зеленого цвета

8 декабря

всходов много

всходов много

стебли вытягиваются, листва не развивается, цвет бледно-желтый

всходов много, ярко-зеленого цвета

политы 150 мл воды;

было замечено, что для разных условий требуется разное количество воды: в темноте растения поглощают наименьшее количество воды, а наибольшее количество воды - на окнах

13 декабря

стебли короткие, листва развивается, цвет зеленый

стебли короткие, листва развивается, цвет зеленый

стебли вытягиваются и начинают склоняться к земле, листва не развивается, цвет бледно-желтый

стебли короткие, листва самая развитая, цвет насыщенный зеленый

политы 150 мл воды, контейнеры из сауны перенесены к фитолампе, т.к. почти все всходы погибли

16 декабря

стебли вытянутые, листва слаборазвита

стебли вытянутые, листва слаборазвита

остатки всходов начинают зеленеть, листва начинает развиваться

стебли крепкие, средней высоты, листва насыщенного зеленого цвета

20 декабря

всходы начали погибать, т.к. стебли очень длинные, листа не развивается

всходы начали погибать, т.к. стебли очень длинные, листа не развивается

остатки всходов зеленые, листва развивается

самые густые, хорошо развитые всходы, листва все еще развивается

23 декабря

всходы погибают, т.к. стебли очень длинные, листа не развивается

всходы погибают, т.к. стебли очень длинные, листа не развивается

остатки всходов зеленые, листва развивается, перегнала оконную рассаду

самые густые, хорошо развитые всходы, листва все еще развивается

Приложение Л

Фотоотчёт по проведению исследованию влияния освещенности

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

Семена рукколы

Семена крест-салата

   

4 декабря. Момент посадки

6 декабря. Первые всходы (тёмное место).

6 декабря. Первые всходы (лампа).

6 декабря. Первые всходы (северное окно).

6 декабря. Первые всходы(общая картина).

7 декабря. Первые всходы (общая картина).

7 декабря. Первые всходы (фитолампа)

8 декабря, фитолампа

8 декабря, сауна

8 декабря, северное окно

8 декабря, южное окно

13 декабря, общий вид

16 декабря (южное окно, фитолампа)

16 декабря (северное окно, сауна)

20 декабря (общий вид)

20 декабря (общий вид)

23 декабря (общий вид)

 
 
   
   

 

18

Просмотров работы: 7