XII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Возможность искусственного питания растений без почвы и корневой системы

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Сергеев А.А. 1

---

1МАОУ Селятинская СОШ № 2

Акинина Е.И. 1

---

1МАОУ Селятинская СОШ № 2

Работа в формате PDF

539.7 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Меня всегда интересовало, как и чем питаются растения. Растения такие же живые организмы. Значит для жизни и роста они должны получать питание. Из своих наблюдений я сделал вывод, что все растения растут в почве, значит почва это необходимое условия нормального роста. Я видел, как мама ставит цветы на 8-е марта в воду. Но через какое-то время цветы увядают. Потому что нет корней и почвы.

Но что же такое находится в почве? Чем именно питаются растения? А можно ли вырастить растение без почвы? А что будет если принести веточки зимой в теплое место и поставить в воду? Может ли вода заменить почву? А если не просто вода, а попытаться подобрать такой состав, чтобы растение жило только в этом растворе? Почему зимой они засыпают, а весной просыпаются и растут, расцветают. В своих исследованиях я хотел понять растения чувствую тепло весны или они просыпаются от какого-то «часового механизма» внутри, заложенного эволюцией и природой биологического ритма. Кроме того, что распускание почек зимой и рост цветов в течении печальных зимних дней, когда нам так не хватает цветов и зелени, очень красиво и необычно, я считаю, что мое исследование имеет и научный смысл, так как позволяет прикоснуться к тайне питания и роста таких живых существ как растения. И пусть мои исследования не очень глубокие, я все-таки еще первоклассник и только учусь, думаю, мой опыт может оказать пользу и настоящим ученым.

Актуальность: Как я вижу в природе все растения живут в земле, у них есть веточки цветы и корни. Растения живут и растут значит они чем-то питаются. Питание находится в почве, а корни нужны не только чтобы удерживать растения в земле, но я думаю, нужны и для питания. Мои исследования касаются питания растений, значения почвы в жизни растений, корней, воды. В наш век, когда человек строит много заводов и производств, механизмов и вещей из пластмассы и металла, растения остаются основой природы, в которой мы живем и изучение жизни растений приобретает все большее значение для жизни человека и сохранения экологии нашей планеты. Поэтому эти исследования помогут нам лучше понять устройство и жизнь растений, а значит понять их важность для нас и научиться заботиться и сохранять.

Гипотеза исследования: если добавить в воду какие-нибудь вещества, это может продлить жизнь растения. В специальном растворе растение может жить и возможно пустить корни.

Объект исследования: несколько ивовых веточек.

Предмет исследования: прорастание почек на веточке.

Методы исследования:

чтение книг;

эксперименты и наблюдение за растениями на улице;

описание, обобщение полученной информации.

Цель исследования:

влияние добавок в воду на рост растения;

роль корней в питании растений;

попробовать как можно дольше продлить жизнь веточек без корней и почвы.

Задачи:

изучить литературу, интернет-ресурсы о питании и росте растений;

провести эксперимент по прорастанию почек в различных растворах;

сделать выводы и продумать следующие опыты.

Опыты и исследования производились в домашних условиях в поселке Селятино Наро-Фоминского района Московской области в период с 18 февраля 2021 г.  по 28 февраля 2021 года.

Основная часть

Прежде чем начать свои исследования я хотел собрать как можно больше информации о таких вопросах, которые я себе поставил. Я решил перед экспериментом получить и упорядочить знания, которые мне будут необходимы для правильной его постановки и выводов:

для чего нужна вода растениям;

какие питательные вещества нужны растениям;

роль корней в питании растений;

что такое выгонка побегов;

что такое укоренение веточек;

почему растения оживают весной – только ли от внешнего тепла;

состав почвы какие именно вещества нужные растениям находятся в почве;

как сильно растения могут приспосабливаться если условия среды их обитания меняются;

Вот что мне удалось выяснить из книг и интернета:

Из детской энциклопедии «Хочу всё знать» я узнал, что растение на 80 % состоит из воды. Она входит в состав, как самого растения, так его семян и плодов. А ещё вода действует как растворитель для минералов, которые находятся в почве и с поглощением воды из почвы, минералы также поступают в организм растения. Вода, испаряясь через листья, охлаждает растения в жаркие и солнечные дни. Но как только растение перестает получать воду, а вместе с ней питательные вещества оно начинает увядать. В сети - Интернет я прочитал, что листья, как и корни растения, обладают сосущей силой. Стебли и листья большинства растений имеют капилляры (такие тонкие трубочки), по которым вода поднимается от корней вверх к листьям. Они поглощают воду и питательные вещества с помощью трубочек – сосудов, идут вдоль стебля от корней к листьям, и вода движется снизу в верх. Это называется капиллярный эффект.

Вывод: Вода – необходима для жизни. Но растения не питаются самой водой – а растворенными в ней веществами. Вода необходимое, но не достаточное условия для жизни растений.

Растения корнями впитывают из почвы воду, в которой растворены минеральные соли. Но этого для нормального развития мало. Растениям нужны ещё главные питательные вещества — крахмал и сахар. В почве этих веществ нет, но они есть в растениях. Учёные установили, что питательные вещества образуются в самих растениях, в их листьях. Листья растений — это настоящая «кухня», которая может «приготовить» пищу из углекислого газа и воды. Воду растения получают из почвы благодаря корням. Углекислый газ листья поглощают из воздуха. Но, чтобы эта волшебная «кухня» заработала, нужен солнечный свет. Солнечный свет даёт энергию, без которой ничего не происходит. Энергия нужна для жизни любого живого существа. Процесс создания питательных веществ из углекислого газа и воды под действием солнечного света называется фотосинтезом.

Фотосинтез происходит в листьях, но в этом процессе принимают участие и другие части растения: корень всасывает из почвы растворы минеральных солей; стебель проводит эти растворы к листьям; листья поглощают из воздуха углекислый газ и образуют сахар и крахмал. Органические вещества (сахар и крахмал) поступают во все органы растения. Они используются для разных целей: идут на рост тела; используются при дыхании; расходуются при прорастании семян; откладываются про запас (в плодах, корнях, клубнях).

Вывод: корни всасывают из почвы минеральные соли, а в процессе фотосинтеза из них образуются сахар и крахмал – пища для роста и жизни.

Корень – вегетативный орган растения. Его основные функции: прикрепление растений к субстрату (почве); поглощение воды и минеральных веществ; синтез различных органических веществ; транспорт питательных веществ в другие органы растений; создание запасов питательных веществ — их-то мы потом и используем в пищу!

Что такое корневая система?

У растений различают главный корень, боковые и придаточные корни. Главный корень – всегда один, именно он развивается при прорастании семян. Боковые корни ответвляются от главного и придаточных корней. Придаточные корни возникают на любых частях растений (в стеблях, листьях), но не на корнях. Вместе они образуют корневую систему. Корень растет в глубину благодаря делению клеток, т.е. на кончике корня все время образуются молодые нежные клеточки. Кончик корня покрыт в виде наперстка корневым чехликом, который защищает молодые клетки корня и способствует продвижению корня в почве. Клетки чехлика постоянно обновляются, кроме того они вырабатывают слизь, которая необходима для поселения полезных бактерий. Всасывание полезных веществ из почвы происходит с помощью корневых волосков. Корневые волоски представляют собой тонкие выросты наружных клеток с диаметром 5—72 мкм и длиной от 80 до 1500 мкм. Число корневых волосков достигает несколько сотен на каждый миллиметр поверхности корня в этой зоне. За счет образования корневых волосков резко, в десятки раз, возрастает деятельная, способная к поглощению питательных веществ поверхность корневой системы, находящаяся в контакте с почвой. Корневые волоски способны охватывать частички почвы, как будто срастаясь с ними, что также облегчает поглощение из почвы воды и минеральных веществ. Поглощению также способствует выделение корневыми волосками различных кислот (угольной, яблочной, лимонной, щавелевой), которые растворяют частички почвы.

Вывод: корни необходимы растению для поглощения питательных веществ из почвы.

Выгонка растений — комплекс мер по ускорению их роста, широко применяется в цветоводстве и парниковом выращивании растений. При выгонке растения помещают в условия с повышенной влажностью, температурой и дополнительным освещением, что приводит к их активному развитию, обильному цветению и плодоношению.

Вывод: при создании искусственных благоприятных условий растение может начать рост и цветение даже зимой.

Вот укоренение было для меня новостью! Оказывается, черенки растений (веточки) в воде могут самостоятельно образовать корешки! И веточка превращается в полноценное растение! Для укоренения любого черенка необходимо использовать только кипяченую воду, т. к. в процессе закипания из нее происходит испарение вредных компонентов, в частности грибка и бактерий гнили. Это очень важный момент, так как срез отростка является по своей сути свежей раной, через которую очень легко проникают инфекции и заболевания. Если на черенке присутствует листва, то ее необходимо удалить. Листья ни в коем случае не должны быть в воде, потому что велика вероятность быстрого начала процесса гниения листьев и, соответственно, заражения растения. Также ослабленный отросток без корневой системы не имеет в себе достаточного количества сил, чтобы питать много листьев. Красивый куст можно будет без труда сформировать в дальнейшем, когда растение укрепится в почве. В том случае, если черенок растения полностью здоров, то нет особой необходимости использовать стимуляторы роста. Когда растение здорово, оно в положенное время само запустит процесс развития корней. Однако при сильном желании быстрого развития (достаточно редкая разновидность или отростки трудно укореняются, например, у розы) можно применить такие препараты, как Корневин или Гетероауксин. Использовать их необходимо, строго соблюдая инструкцию. Передозировка стимулятора роста может привести к плачевным последствиям.

Вывод: Для природы нет ничего невозможного! И оказывается даже веточки (черенки) если оторваны от дерева, могут самостоятельно выпускать корешки. Для меня это удивительное и волнующее явление, которое говорит о том, что растения живые и обладают большой способностью приспосабливаться и выживать. И даже веточки, оторванные от дерева, как-то хранят в себе память о дереве и могут со временем при правильном уходе сами стать полноценными деревьями! Каждая часть живого организма (растения) получается хранит в себе информацию о растении в целом и способно воспроизвести его снова!

У растений, как и у всех живых организмов, имеются «биологические часы», регулирующие их жизнь. Возникли они как результат развития многих поколений растений в условиях чередования периодов суток: утра, полудня, вечера, вечерних сумерек, ночи, весны, зимы, осени, лета. Цикличность, возникшая у растений на протяжении бесчисленных поколений, прочно закрепилась в наследственности. Все жизненные процессы подчинены ритмам.

Растения очень чутко реагируют на окружающую среду, что очень важно, так как они не могут двигаться и перемещаться в пространстве. Поэтому окружающая среда, оказывает огромное влияние на их рост и выживание. Начиная с весны каждого года, у растений начинается период цветения,  у разных цветов в разное время, месяц за месяцем. 

Это загадка, которая озадачивала ученых на протяжении веков. Еще в 1930-х годах ученые знали, что растения каким-то образом ощущают продолжительность дня и определяют, когда приближается весна.

Сегодня ученые провели расширенные исследования, которые могут объяснить, откуда растения знают, когда цвести.

Например, ученые теперь знают, что у растений есть внутренние циркадные часы, которые помогают им определить, когда солнечный свет увеличивается, а дни становятся длиннее. Они считают, что эти внутренние часы работают из-за белков, которые функционируют как фоторецепторы, активированные солнечным светом.

Растения чувствуют весну с помощью биохимического «термометра». Именно с его помощью представители флоры «понимают», что настала пора роста и цветения. К таким вывода пришли британские ученые.
Специалисты одного из научно-исследовательских центров Великобритании провели изыскания, результаты которых показали, что растения ощущают наступление весны с помощью биохимического «термометра». Ученые изучали молекулы фитохрома, и оказалось, что его активные частицы оказывают воздействие на растительные клетки на свету, благодаря чему стимулируется их рост. При этом, «спящие» молекулы действуют с точностью наоборот, когда освещения становится меньше. Таким же образом на фотохром влияют тепло и холод. Выяснив все вышеописанное, ученые пришли к выводу, что весной, когда солнечного света становится, больше, фитохром реагирует на это, давая сигнал растениям, что они уже могут расцветать. Исследователи заявили, что благодаря их новому открытию они смогут лучше прогнозировать приход теплой поры года после зимы, а также получить дополнительные о глобальном потеплении.

Вывод: растения «чувствую» приближение весны с помощью биохимического «термометра» и по совокупности изменений в окружающей среде понимают, что пришла весна и пора расти! Значит, если даже зимой создать вокруг растения «весенние» условия, это послужит сигналом для пробуждения.

Для нормального роста и развития растениям необходимы свет, тепло, вода, воздух и питательные вещества. Все эти условия жизни для растений равноценны и незаменимы. В почвах элементы питания растений находятся в составе минералов, органических и органо-минеральных соединений твердой фазы почв, в почвенных растворах (в основном в ионной форме) и в газовой фазе почв. В результате поглощения питательных элементов растения формируют корневые и надземные массы, которые используются людьми как продукты питания, корм для животных или как сырье для промышленности (клубни картофеля, зерно, лен и т. д.). В почвах содержатся практически все элементы периодической системы Д. И. Менделеева, но для питания растениям наиболее необходимы 19 элементов: С, Н, О, N, P, S, К, Са, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn, Mo, В, CI, Na, Si, Co. Из них 16 элементов, кроме С, Н, О, относятся к минеральным. Углерод, водород и кислород поступают в растения преимущественно в виде СО2, О2 и Н2О. Необходимость натрия, кремния и кобальта не для всех растений установлена.

Так, растения пшеницы на площади 1 га поглощают более 40 кг азота, 20 кг фосфора, 25 кг калия. Недостаток азота задерживает рост растения. При нехватке фосфора задерживается цветение и плодоношение. Такие элементы, как железо, медь, цинк и др., требуются растению в очень малых количествах. Однако недостаток любого элемента в питании растений отрицательно сказывается на его развитии. В естественных природных условиях поглощенные из почвы минеральные вещества частично возвращаются с упавшими листьями. На полях, занятых сельскохозяйственными растениями, почва истощается, так как питательные вещества забирают с урожаем. Поэтому на поля весной и осенью вносят удобрения, обеспечивающие питание растений.

Основными считаются азот, фосфор и калий, эти элементы есть в почве любого типа, но в разном процентном соотношении. Также содержатся макроэлементы – сера, кальций, калий, магний, и микроэлементы, содержания которых в небольшом количестве достаточно для роста растений.

Азот

Этот элемент необходим растениям на всех стадиях развития, но особенно он нужен в начале роста. Азот входит в состав белков, хлорофилла, энзимов и прочих компонентов растительного организма.

Фосфор

Второй незаменимый компонент, который необходим для нормального протекания фотосинтетических и энергетических процессов, для образования и развития ростовых точек, дифференцирования клеток. Фосфор стимулирует созревание плодов, делает растения устойчивыми к неблагоприятным факторам

Калий

Элемент повышает качество плодов, дает возможность растениям противостоять заболеваниям. Калий участвует в активизации ферментов, удерживает в клетках воду, что помогает растениям переносить засуху, похолодания.

Вывод:Большинство элементов питания растение поглощает из почвы, из воды получает кислород, из воздуха – кислород и углерод. В растительных организмах можно встретить более 70 различных химических элементов, но только 17 являются жизненно необходимыми для растения. Критерием необходимости элемента является то, что при нехватке этого элемента возникают нарушения в процессах жизнедеятельности растения. К жизненно необходимым элементам относятся: азот, фосфор, кальций, калий, магний, сера, медь, железо, хлор, бор, молибден, марганец, цинк, кобальт. Это всё элементы, которые в основном поглощаются растениями из почвы. Но существуют ещё элементы, которые необходимы растениям – это углерод, водород и кислород, которые находятся в атмосфере, углекислом газе и в воде.

Все в живой природе подчинено определенным законам, это помогает представителям флоры и фауны выживать в меняющихся условиях действительности. Существуют различные варианты приспособлений растений к среде обитания. Некоторые из них позволяют переносить сезонные изменения, другие — адаптироваться к нехватке влаги, высоким или низким температурам.

Различные представители растительного мира распространены практически по всей территории планеты Земля, за исключение Антарктиды, островов в Северном Ледовитом океане, Гренландии и высокогорных массивов. Не все виды произрастают в благоприятных условиях, некоторым приходится выживать при низких температурах, нехватке света и влаги, даже под водой, поэтому они выработали различные варианты адаптации, помогающие им существовать в невероятных условиях окружающей среды.

Представители флоры способны добывать себе «пищу» различными путями, например, за счет развитых корневых волосков они поглощают воду и минеральные вещества даже из самой бедной почвы. А болотные виды могут захватить и переварить насекомое или даже мелкое животное. Для защиты от поедания птицами и животными растения окрашены в предостерегающую окраску, содержат ядовитые вещества или колючки. Механизмы адаптации отличаются многообразием, но в своей совокупности они помогают растениям преодолевать негативное воздействие неблагоприятных факторов, выживать и размножаться. Разные способы сопротивления факторам среды очень важны, ведь представителям флоры нередко приходится прикладывать определенные усилия к тому, чтобы не погибнуть от нехватки влаги, света или тепла.

Вывод: растения, как и всякий живой организм старается выжить и может адаптироваться к неблагоприятным условиям, значит оказавшись в трудной ситуации растение может включить защитные механизмы чтобы приспособиться.

Да, многие растения способны жить без корней. Многие виды растений не имеют корней в принципе. Например - водоросли, мхи. Также, одноклеточные растения не имеют корней. Но некоторые высшие растения, которые имеют в своем строении корневую систему, могут выжить после срезания корней. Более того, многие виды способны отращивать корни снова. Но вот деревья в основном очень быстро погибают без корней. Травянистые растения отращивать новые корни способны самостоятельно. Некоторые виды должны иметь воду для этого.

Растения, которые растут без корня, — разве такое возможно? Для природы нет ничего невозможного. Тем более удивлять своими диковинными творениями она умеет как никто другой. Аэрофиты, или воздушные растения, — яркое тому подтверждение. 

Методика исследования

После ого как веточку срезали от дерева она попадает в необычные условия. Прежде всего, в результате целого ряда процессов в растении наблюдается нарушение водного режима. Отделенная от дерева и от корневой системы с листьев веточка особенно при повышенных температурах, продолжает активно испарять воду без соответствующего восполнения ее потерь извне.

Место среза или облома на побеге многих растений представляет собой поврежденную ткань, которая совместно с пузырьками воздуха закупоривает проводящие сосуды здоровой части стебля, блокируя поступление влаги даже после того, как растение помещают в воду. Закупориванию сосудов стебля способствует и быстрое развитие в воде гнилостной микрофлоры. Все это необходимо учитывать.

Для проверки своей гипотезы я решил разместить веточки ивы в различных растворах, в том числе и в простой воде. Для понимания, как влияет свет и тепло я помести некоторые веточки в темноте, в свете электрической лампы, на окне – для естественного освещения.

Оставив веточки в различных растворах и разных условиях освещения, я могу сделать вывод какие вещества в воде могут быть искусственным питанием для растений, какие бесполезные, а какие могут быть и вредными. И еще. Пока мы думали (с папой) какие растворы нам приготовить, мы подумали вот о чем: важен не только элемент, который получает растение, но и то в каком вещества содержится этот элемент! Мне кажется это очень важно!

Например, элемент хлор. В виде поваренной соли его можно употреблять в пищу (в умеренных количествах конечно), а в виде соляной кислоты вряд ли. Значит при составлении растворов надо учитывать не только нужные растению элементы, но и в составе какого вещества они находятся.

Я увлекаюсь химией и у нас есть химические наборы, поэтому недостатка в веществах не было, важно было только подумать, что может быть питание, а что может нанести вред.

Прочитав книги и интернет, я остановился на следующих растворах, которые мы хотели испытать как искусственное питание:

Водопроводная вода.

(в воде «из-под крана» содержится много растворенных веществ и нужно понять отличие ее действия от питьевой воды из бутылки. Кроме того, в воде из крана содержит хлор, который может оказать как полезное действие (уничтожение вредных бактерий и гниения), так и негативное-нужно было понять, что из них будет сильнее.

Питьевая вода из бутылки.

Вода с сахаром (приблизительно 3% раствор) (сахар является самым простым и быстрым питанием).

Вода с глюкозой и крахмалом.

(крахмал содержится в картофеле в семенах, и мы предположили, что крахмал тоже может быть питанием для растений).

Вода с глюкозой (таблетки из аптеки). Глюкоза тоже сладкая, но было интересно ее отличие от сахара.

Сложный раствор: глюкоза, аспирин, немного нитрата калия.

(глюкоза как питание, аспирин, во-первых, повышает кислотность раствора – а я читал что сок растений имеет кислотных среду, во-вторых, аспирин предотвращает развитие гнилостных процессов в растворе, нитрат калия – как источник элементов калия и азота).

Экспериментальная часть

После изучения соответствующей литературы, мы приступили к экспериментальной части исследования. Для эксперимента были выбраны веточки ивы с почками, срезанные при температуре воздуха -5с. Веточки поместили в заранее приготовленные растворы. Образцы были выставлены на подоконник при естественном освещении, без прямого попадания солнца.

Таблица 1.

Дневник наблюдений

Результаты исследования

В ходе экспериментальной работы мы получили следующие результаты:

Раствор №1 –водопроводная вода содержащая хлор и другие добавки, видимо неблагоприятно сказывается на растении.

Раствор №2- питьевая вода без содержания хлора, более благоприятна для растения, но «пустая» вода, не содержащая питательных веществ, не может долго поддерживать растение, тем более способствовать его росту.

Раствор №3-на 10-й день эксперимента почки раскрылись, визуально немного больше чем просто в питьевой воде, значит сахар в растворе может быть питательной средой и усваивается растением.

Раствор №4- крахмал, являющийся питанием для растений, видимо является питанием только внутри растения, в виде «запасов» пищи, а во внешнем питательном растворе не усваивается растением и более того, способствует развитию гнилостных бактерий и порче раствора.

Раствор №5- почки на веточке в растворе глюкозы раскрылись, по сравнению с раствором сахара, немного больше, значит глюкоза предположительно является более удобной формой питания для растения чем сахар (проверить в следующих опытах).

Раствор №6-почки раскрылись и видны листочки. Значит содержание в растворе сахара аспирина и источника азота поддерживают жизнь растения более интенсивно, чем просто раствор сахара. Укоренения ни на одной веточке не получилось.

Заключение

В процессе проделанной работы я получил много знаний о жизни растений, о питании растений, о том, как они устроены. На основании полученных знаний, я получил в эксперименте разные результаты, значит самое важное: что можно подобрать состав раствора, который более благоприятен для растения чем обычная вода. Это принципиально важно. Теперь за будущими исследованиями вопрос в подборке веществ.

К сожалению, веточки дерева скорее всего не смогут выжить без дерева и не смогли отрастить корни. Возможно веточки большого дерева не могут отрастить корни, в отличие от маленьких растений – необходимо проверить!

В ходе эксперимента, у меня образовалось больше вопросов чем ответов, но это меня не огорчает – я не хотел ставить опыты с установкой получить заранее известный результат! От своего опыта не изначально не ожидал получить все ответы, а скорее определить направление дальнейших поисков. Значит впереди меня ждут новые исследования и эксперименты.

Я уверен, что после дальнейшего изучения растительного мира и новых экспериментов, я получу удивительные результаты!

Главное подходить к исследованиям вдумчиво, аккуратно и используя научную методологию. И конечно больше читать, узнавать новое об окружающем меня мире и на основании этих знаний ставить новые опыты. Приблизительные направления будущих опытов: подобрать минеральный состав для питательной среды, проверить укоренение веточек небольших растений. Надеюсь Вам будет интересно узнать о результатах моих будущих работ и надеюсь своими опытами я принесу пользу.

Список используемой литературы

А. Л. Тахтаджяи, П. М. Жуковский, Н. А. Красильников, Ал. А. Федоров и др. - Жизнь растений.

Путешествие с домашними растениями Николай Верзилин

Учитель ботаники, или Разговор с растениями Николай Верзилин
4. Расскажите детям о деревьях В. В. Мороз, Лариса Бурмистрова
5. Трапезников В.К., Иванов И.И., Тальвинская Н.Г. Локальное питание растений. Уфа: Гилем, 1999.

6. Минеральное питание растений. 2-е издание Учебник Автор:Н. П. , Битюцкий.

Приложение:

фотоматериалы

Общий вид Веточка раствор №1 Веточка раствор № 4

Веточка раствор № 6 Веточка раствор № 3