XII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Особенности прорастания семян исчезающего вида гвоздики растопыренной
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
За последние десятилетия с нашей планеты исчезло большое количество растений и животных, основная причина этого – деятельность человека. Поэтому большое внимание уделяется сохранению биоразнообразия, то есть сохранению видов самых разных животных, растений, тех самых травинок, цветов, деревьев, которые окружают нас с вами.
Одним из интереснейших мест нашего города является Ергенинская возвышенность в районе посёлка Сарепты (Красноармейский район) (Рис.1). На данной территории произрастает большое число уникальных растений.
Во время посещения этого замечательного места, мы увидели очень красивое изящное растение похожее на маленькую гвоздику (Рис.2). Мы решили выяснить, что это за цветок, сфотографировали его и показали доценту кафедры биологии Волгоградского государственного университета Зенкиной Т.Е. Оказалось, что найденное растение, это редкий, исчезающий вид – гвоздика растопыренная и встречается в городе Волгограде только в одном месте – на песках Ергенинской возвышенности. Он внесен в перечень видов растений, за которыми необходимо осуществлять мониторинг на территории Волгоградской области, а также является представителем Красных книг Ростовской и Воронежской областей.
Кроме того, что гвоздика растопыренная очень красивая, мы узнали, что она является также лекарственным и медоносным растением. Нам стало интересно, можно ли вырастить гвоздику в домашних условиях, а затем высадить назад в места её обитания, и таким образом восстановить растительное сообщество. Поэтому мы решили собрать семена этого растения и исследовать процесс их прорастания.
Гипотеза: можно ли предотвратить исчезновение данного вида гвоздики с помощью выращивания его в культурных (домашних) условиях и возвращения в естественные места обитания.
Цель работы: изучить особенности прорастания семян гвоздики растопыренной (Dianthus squarrosus M. Bieb.) в культурных (домашних) условиях.
Задачи исследования:
1. Рассмотреть биологические особенности гвоздики растопыренной.
2. Изучить особенности всхожести семян.
3. Исследовать ранние этапы развития вида.
4. Проанализировать условия выращивания гвоздики растопыренной.
Объект исследования: гвоздика растопыренная.
Предмет исследования: особенности проращивания семян гвоздики растопыренной.
Методы исследования: изучение литературы и интернет-источников, сбор семенного материала, фотографирование растительных образцов, наблюдение за прорастанием семян, ведение дневника наблюдений.
Актуальность: гвоздика растопыренная является редким видом, поэтому изучение возможностей ее выращивания в культурных (домашних) условиях необходимо для предотвращения ее исчезновения. Исследование особенностей прорастания семян и ранних этапов развития данного вида ранее не проводилось.
Х арактеристика района работ
Окрестности посёлка Сарепты являются уникальным местом где произрастает большое число различных видов растений. В Европе (а может быть и в мире) нет аналогичной небольшой по площади территории, откуда в разное время ботаниками было бы описано значительное количество видов.
Рисунок 1. Ергенинская возвышенность
В настоящее время растительность Сарепты, в том числе и гвоздика растопыренная подвергаются серьёзному негативному влиянию деятельности человека такому как вытаптывание, пожары, выпас скота. Но несмотря на это большая часть уникальных классических местонахождений растений в окрестностях Сарепты всё же сохранилась [1].
Характеристика объекта исследования
Рисунок 2. Куст гвоздики растопыренной
Гвоздика растопыренная – вид, распространённый в степной зоне Восточной Европы на Украине и в России. В России встречается в Европейской части в Республике Мордовия, Волгоградской, Воронежской, Пензенской, Самарской, Саратовской и Ростовской областях. Вид представляет собой полукустарничек 15-25 см высотой. Цветет в июне-июле. Размножается семенами. Обитает только на песках [2, 3].
3. Методы, результаты, выводы исследования
Согласно рекомендации доцента кафедры биологии исследование прорастания семян, было выполнено в 2 этапа: изучение всхожести семян рулонным методом, выполнение посева в грунт.
3.1 Полевые работы
В ходе работ в полевых условиях осуществлялось фотографирование растения и его частей, а также проводился сбор коробочек с семенами гвоздики (Рис. 3). Чтобы не оказывать дополнительное воздействие на исчезающий вид, нами было принято решение собрать семена только с трех кустов (для подготовки 3 партий семян): для проращивания в рулоне, для посева в грунт, а также запасная партия.
Общее количество коробочек с трех кустов составило 94 экз. Далее производилось извлечение семян из коробочек и их подсчёт (Рис. 4).
Рисунок 4. Извлечение семян из коробочек
Рисунок 3. Коробочки, собранные с одного куста
3.2 Изучение биологических особенностей гвоздики растопыренной
Мы изучили: цветки, коробочки и семена растения.
Цветки одиночные на концах стеблей и ветвей до 3 см длиной. Лепестки 2‑4 мм шириной (Рис. 5).
Коробочка продолговатой формы до 2 см (Рис. 6), количество коробочек на кустах по нашим наблюдениям варьирует в пределах от 29 до 35 штук.
Семя черного цвета размером 1 мм овальной формы с заострённым с одной стороны кончиком (Рис. 7) от 1 до 7 штук в коробочке.
Рисунок 7. Семена гвоздики растопыренной
Рисунок 6. Коробочка гвоздики растопыренной
Рисунок 5. Цветок гвоздики растопыренной
3.3 Изучение всхожести семян. Проращивание семян рулонным способом.
Ход работы
Одним из распространенных методов проращивания семян является использование емкости, заполненной смоченным материалом. Но при этом способе часто происходит плесневение семян их спутывание и разрушение. Также не очень удобно наблюдать за проростками, вести подсчёты (Рис. 8).
Рисунок 8. Проращивание семян в емкости
Мы решили изучать всхожесть семян с помощью рулонного метода, который заключается в следующем, семена укладывают на полоски фильтровальной бумаги затем их смачивают водой, сворачивают в рулоны и укладывают в пластиковую емкость. Далее несколько раз рулоны вынимают, разворачивают, проверяют состояние семян, делаются выводы.
Метод проращивания в рулоне обладает рядом достоинств:
- мелкие семена на бумаге более заметны;
- фильтровальная бумага хорошо впитывает влагу, но также хорошо пропускает воздух, поэтому семена не загнивают;
- хорошо видны части проросших семян;
- удобно наблюдать за происходящими изменениями и вести учет.
В соответствии с методикой [4] подготавливают 4 рулона по 100 семян в каждом, но так как мы были ограничены в количестве семян, у нас получились четыре рулона по 25 семян. Мы подготовили 4 полоски фильтровальной бумаги, пронумеровали их, смочили чистой водопроводной водой и разложили семена гвоздики рядами на каждую полосу по 25 штук. Сложили пополам, скрутили каждую полоску в рулон и поместили в пластиковую емкость, предварительно продезинфицированную спиртом. Емкость с рулончиками разместили в комнатных условиях при постоянной температуре – 24 Сº (Рис. 9 – 13). При подсыхании образцов производили смачивание рулонов водой из распылителя.
Рисунок 9. Пронумерованная полоска фильтровальной бумаги
Рисунок 10. Смачивание полоски водой
Рисунок 11. Раскладка семян
Рисунок 12. Подготовка и скручивание рулончиков
Рисунок 13. Подготовка емкости и укладка проб
Результаты
Рулоны с проростками проверялись 3 раза с интервалом в 3 дня (Рис. 14-16).
Рисунок 14. Проверка проб на 3 день
Рисунок 15. Проверка проб на 6 день
Рисунок. 16. Проверка проб на 9 день
По результатам наблюдений был построен график интенсивности всхожести семян (Рис.17).
Рис. 17 График всхожести семян гвоздики растопыренной
Выводы
Семена характеризовались интенсивной всхожестью, так на третий день наблюдений по результатам проверки всех 4 проб проросло 23 экземпляра, на шестой – 52 и на десятый – 100.
Проростки развивались нормально (Рис.18), у всех были отмечены:
– хорошо развитые корешки;
– две семядоли.
Рисунок. 18. Фотография нормального проростка
3.4 Проращивание семян горшечным способом (естественное освещение)
Ход работ
Мы убедились, что семена гвоздики растопыренной имеют отличную всхожесть, а значит можно приступать к следующему этапу нашего исследования и выполнить посев второй части семян в грунт. Так как данный вид гвоздики произрастает исключительно на песках, в поставленном нами опыте мы выполняли посев семян отдельно в горшочки с плодородным и песчаным грунтами (Рис.19). Проращивание семян производилось при естественном освещении (на подоконнике) и регулярном поливе.
Рисунок 19. Посев семян в грунты
Результаты
- в песке проросло 90%, а в плодородном грунте 30% семян от всех опытных образцов;
- всхожесть происходила более интенсивно в песке - на 6 день; в плодородном грунте - на 10;
- в обоих грунтах семена достигли стадии образования 2-4 листочка (Рис. 20-21) и погибли на 8 день.
Рисунок 20. Фото проростков в грунтах
Рисунок 21. Фото проростков на стадии 2-4 листочка
Выводы
Вероятно, проросткам не хватает необходимых условий для полноценного формирования растения. Так при наличии необходимого типа грунта и регулярного полива, отсутствовало достаточное количество света.
3.5 Проращивание семян горшечным способом (дополнительное освещение, подкормка)
Ход работ
Для проведения следующего эксперимента мы воспользовались третьей партией семян. Посев семян выполнялся в горшочки только с песчаным грунтом, так как в нем наблюдалось наилучшее прорастание. По рекомендации специалиста биолога была выполнена установка дополнительного освещения – фитолампа, в которой присутствует необходимый спектр света для растений (красный) (Рис.22), а также производилось еженедельное внесение минерального удобрения, содержащего необходимые для роста микроэлементы (азот, фосфор, калий).
Рисунок 22. Фото фитолампы
Результаты
После установления фитолампы и использования удобрений отмечалось прорастание порядка 90% семян.
- Первые всходы были зафиксированы на 4 день (на два дня раньше, чем в опыте без дополнительного освещения).
- Семена достигли стадии образования 14 настоящих листочков (в три раза больше чем в предыдущем опыте) и продолжают развиваться на текущий момент времени (Рис. 23).
в
б
а
Рисунок 23. Стадии формирования настоящих листочков:
а) 2-4 листочка, б) 8 листочков, в) 14 листочков
Выводы
Очевидно, что внесение минеральных удобрений и установка дополнительного освещения привели к формированию более крепкого растения, способного к дальнейшему развитию.
Заключение
В результате выполненных работ мы сделали следующие выводы:
- семена гвоздики хорошо прорастают;
- дальнейшее развитие после проращивания затруднено, без дополнительных условий (освещение, подкормка);
- вероятно, влияние хозяйственной деятельности человека и отсутствие достаточной увлажненности являются причиной слабой выживаемости проростков в природе.
В ходе выполненных исследований мы увидели, что при обеспечении хорошего ухода и создания благоприятной среды для роста можно выращивать вид в культурных (домашних) условиях. Наша гипотеза частично подтвердилась, однако пока мы не можем сделать заключение о том смогут ли, полученные нами проростки прижиться в природных условиях.
В дальнейшем мы планируем высадить полученную рассаду на приусадебном участке, а также на склонах Ергенинской возвышенности, в те же места, в которых обитают растения, с которых мы собирали семена.
Продолжение наблюдений за развитием гвоздики и ее приживаемостью в естественных условиях позволит сделать вывод о возможности ее размножения с участием человека и таким образом, предотвратить ее исчезновение.
Результаты нашей работы представляют научный интерес и могут быть предложены в качестве тем для курсовых работ студентов кафедры биологии Института естественных наук ВолГУ.
Список литературы
1. Сарепта – уникальный природный комплекс // Здоровье и экология. Волгоград. Январь. № 1 (47). С. 20-21.
2. Красная книга Воронежской области. Т. 1: Растения. Лишайники. Грибы / под. ред. В. А. Агафонова. Воронеж: МОДЭК, 2011. 471 с.
3. Красная книга Ростовской области. Т. 2: Растения / под. ред. В.В. Федяевой. Ростов: Министерство природных ресурсов и экологии Ростовской области, 2014. 1741 с.
4. ГОСТ 12038 – 84 Семена сельскохозяйственных структур. Методы определения всхожести