XIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Изучение стратегий адаптации к водному дефициту на примере суккулентов ботанического сада

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Меркулова Ю.Д. 1

---

1МБОУ СОШ №4 с УИОП

Насирова Н.А. 1

---

1МБОУ СОШ №4 с УИОП

Работа в формате PDF

1 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Ведение

Цель нашего исследования: изучение адаптивных возможностей суккулентных растений

Для достижения цели, мы поставили перед собой следующие задачи:

1)Посетить оранжерею суккулентов ботанического сада ЮФУ. Сделать обзор флоры суккулентов Ботанического сада и условий их содержания

2) Изучить стратегии адаптации к водному дефициту суккулентов.

3) Познакомиться с литературой о суккулентах.

4) Рассмотреть группы суккулентов в зависимости от стратегии к адаптации.

5) Сделать срезы суккулентов и растений других экологических групп для изучения количества устьиц

6) Проверить части растения суккулентов на наличие электрического потенциала

7) Проверить скорость высыхания влаги суккулентов

Объект данного исследования: адаптивные стратегии к сохранению влаги и переживанию неблагоприятных условий

Предмет исследования: Суккулентные растения

Гипотеза: Условия существования с недостатком влаги приводят к сходным адаптивным стратегиям

Методы исследования:

Наблюдение.

Анализ литературы

Эксперимент.

Микроскопирование.

Социопрос

Моя мама в детстве коллекционировала кактусы. Она рассказывала мне много интересного о них. Мне посчастливилось познакомиться с многообразием этих удивительных растений во время экскурсии по одной из оранжерей Ботанического сада.

В Европу первые суккуленты завезли португальцы и испанцы в пятнадцатом веке. Выращивали их сначала в монастырских садах и и в садах крупных вельмож. Первые мореплаватели, достигшие берегов Америки, обратили внимание на необычные для них растения с колючками – кактусы, взяли с собой на родину экземпляры различных представителей. Так кактусы были завезены в Европу. В России они впервые оказались благодаря Петру I в первой половине 18 века. Их стали выращивать сначала в «Аптекарском городке» в Санкт – Петербурге. Затем они распространились по всей России. В настоящее время интерес к суккулентам не пропал. Их выращивают в Ботанических садах и частных коллекциях. В настоящее время и наш Ботанический сад ЮФУ г. Ростов-на-Дону может похвастаться большой коллекцией суккулентов в своей оранжерее.

Основные требования к условиям содержания суккулентных растений зависят от времени года: летом – достаточное количество прямых солнечных лучей, зимой защита от горячего воздуха центрального отопления и обеспечение сухой и холодной зимовки. Постоянно небольшой полив (они очень не любят чрезмерное увлажнение). Специальный грунт и борьба с вредителями.

Я была поражена рассказом экскурсовода о этих растениях и мне захотелось узнать, как они выживают в естественных условиях при недостатке влаги. К сожалению, большинство терминов и определений мне было неизвестно. В дальнейшем я решила провести социологический опрос среди одноклассников, знакомы ли эти термины им.

Теоретическая часть

Суккуленты (от латинского слова succulentus – что означает «сочный») – это растения, которые обитают преимущественно в жарких уголках нашей планеты, где большую часть года царит засушливый климат. Осадков мало или они распределяются неравномерно (периоды дождей и засухи) яркое солнце и сильная солнечная радиация, высокая сухость воздуха, отсутствие тени, бедные песчаные, глинистые и каменистые почвы, большой перепад между дневными и ночными температурами — в среднем 30 °C.

Данное понятие не имеет отношения к систематике, оно обозначает совокупность характеристик внешнего облика и адаптивных приспособлений, приобретенных в ходе эволюции. Они способны не только запасать, но и экономно расходовать эти запасы. Они остаются жизнеспособными даже тогда, когда почва полностью высыхает и их хорошо развитая, как правило поверхностная корневая система, не может всосать и грамма воды.

Чтобы адаптироваться к жизни в жарких и засушливых местах, растения вынуждены эволюционировать.

В процессе эволюции у растений произошло расхождение признаков – дивергенция. У растений расхождение признаков проявляется в форме листьев, корней. У кактусов, например, листья стали колючками

В процессе конвергенции растения, произрастающие в похожих условиях, независимо друг от друга приобрели толстый стебель и шипы для защиты. Суккуленты в ходе эволюции вынуждены были приобрести дополнительные, иногда причудливые формы адаптации. Адаптации – это итог эволюционного развития.

Адаптации бывают:

Физиологические адаптации:

- сокращение транспирации путем сворачивания листьев внутрь розетки и приобретения компактной формы

- особый путь фотосинтеза. Потому что днем устьица закрыты и они вынуждены использовать продукты дыхания

- снижение воздействия жары с помощью электрических потенциалов. Перераспределение положительных и отрицательных ионов по обе стороны клеточной мембраны являются источником электрических явлений у растений

- сбрасывание листьев. Перед засухой эти суккуленты поглощают влагу из мясистых листьев и сбрасывают их

- летний период покоя. В этот период листья сворачиваются внутрь и частично усыхают. Транспирация и фотосинтез замедляются и рост останавливается

Биохимические адаптации:

- САМ – фотосинтез: особенностью этого типа является разделение во времени процессов первичной ассимиляции СО2 из атмосферы и последующих биохимических превращений. Они запасают его ночью в виде яблочной кислоты. Днем полностью останавливают дыхание, если очень жарко и в это время их устьица закрыты

- Длительному сохранению влаги способствует связывание воды со слизистыми веществами (пектинами), в результате чего образуется коллоидный раствор, который препятствует испарению.

Морфологические адаптации:

- своеобразная форма листьев. Округлые и овальные, растущие в западно-восточном направлении, благодаря чему в жаркое время солнце попадает только на края листьев

- восковой налет, который образует солнцезащитный экран и не дает растению получить солнечный ожог, выполняя таким образом роль «солнцезащитного крема»

- листья собраны в розетку, стебель укорочен. Листья цилиндрические или круглые. Верхние притеняют нижние, что способствует, а расположение листьев позволяет влаге конденсироваться в основании растения

- желобообразная форма листа. По желобам атмосферные осадки стекают к корням

- сокращение количества устьиц

- светлая окраска листьев

- редукция листьев, что способствует сокращению площади. Колючки не только защищают, но и затеняют растение. Они служат буфером, помогающим защититься от горячего и сухого воздуха

- геофотизация – закапывание в землю

- длинные корни, достигающие глубоких подземных водоносных слоев

- поверхностные, хорошо развитые корни. Помогающие эффективно собирать влагу от росы и после дождей

- защитные пигменты, снижающие уровень негативного влияния солнечной радиации

- прозрачные клетки кожицы без хлоропластов. Это приспособление позволяет солнечным лучам проникать вглубь листа для фотосинтеза, поточу что большая часть его находится под землей

- полученную воду суккуленты запасают впрок в водоносной паренхиме. Особенностью строения этой ткани являются тонкостенные клетки и крупные вакуоли с клеточным соком внутри.

- сферообразная плиссированнная форма. Растения засушенных мест должны решать одновременно две задачи: иметь максимальный объем, который позволит накапливать больше влаги, но в то же время поверхность испарения должна быть наименьшей.

Выделяют следующие группы суккулентов, по типу водозапасающего органа:

- стеблевыми – запасают влагу в стебле, который служит опорой и защитой. В нем содержится хлорофилл, что позволяет производить процесс фотосинтеза и испарения. Листья редуцированы в колючки. только в период дождей, потом листья опадают. Кактусы, молочаи

- листовыми – имеют толстые и мясистые листья. Их типичная форма – розетка. Алоэ, Гавории, Агавы, Гастерии, Эхеверии, крассулы

- корневые или каудесформные (лат. caudex — ствол) – имеют утолщенную часть стебля или корня, которая служит запасающим органом для воды. Адения, Цифостема, адениум

В ботаническом саду ЮФУ можно увидеть все виды приспособительных адаптаций, так как там мы узнали в результате нашего флористического обзора. выращивают суккуленты различных материков.

Обзор флоры суккулентов Ботанического сада из различных географических районов

Практическая часть

В практической части нашей работы мы решили изучить вышеперечисленные адаптации.

На первом этапом практической части был проведен опрос 35 одноклассников. Нами были предложены следующие вопросы

Опрос одноклассников по теме: «Адаптации растений к недостатку влаги»

Какие экологические группы растений по отношению к воде вы знаете?

Какие приспособления есть у растений для сохранения влаги?

Все ли суккуленты кактусы?

Какие суккуленты известны вам?

В результате опроса мы выявили:

26 человек не знают экологических групп растений по отношению к влаге

17 человек не смогли назвать более одного приспособления для сохранения влаги

29 человек считают, что кактусы и суккуленты это синонимы

6 человек затруднялись ответить какие им известны суккуленты

На следующем этапе практической работы мы изучали адаптации суккулентов

Опыт №1. Биохимические адаптации.

Цель: Изучить скорость высыхания сока различных растений

Гипотеза: дольше всего будет высыхать капля сока алоэ, так как коллоидный раствор богат слизистыми веществами, которые будут препятствовать быстрому испарению

Капнем на покровные стекла одинаковое количество сока алоэ, капусты и воды. Дождемся полного испарения. Приложение 1

Вывод: Быстрее всего испарилась вода. Медленнее всего сок алоэ

Опыт №2 Морфологические адаптации

Цель: Сравним количество устьиц в изучаемых образцах.

Гипотеза: количество устьиц у алоэ будет наименьшим

Сделаем срез растений разных экологических групп по отношению к воде.

Для опыта взяли: лист алоэ, капусты, традесканции.

Вывод: Максимальное количество устьиц нами обнаружено у капусты, минимальное у алоэ

Опыт №3 Физиологические адаптации

Цель: Проверим как быстро растения засохнут без воды.

Гипотеза: длительное отсутствие влаги лучше всего перенесет растение алоэ, потому что процесс транспирации снижается

Для опыта взяли растения: алоэ, хлорофитум, петрушку Приложение 2

Вывод: быстрее всего влагу потеряла петрушка, лучше всего длительный период отсутствия влаги пережил алоэ

Заключение

Работая над своим проектом, мы получили новые знания о суккулентных растениях. Цель работы достигнута. Мы узнали, что суккуленты – понятие общее. Так называют группу многолетних засухоустойчивых растений, которые способны накапливать влагу в специальной водозапасающей ткани и имеют ряд приспособлений для её экономного использования в засушливый период. На нашей планете всюду, где есть пустыни и полупустыни, местные растения независимо от своего происхождения приспосабливаются к условиям жизни подобным образом. Это значит, что моя гипотеза доказана. Сходные условия существования растений приводят к появлению сходных общих признаков

В дальнейшем я предполагаю собрать коллекцию суккулентов, в которой будут растения с различными приспособлениями к недостатку влаги и жаркому климату и сделать выставку в школе

Список литературы

Д.Бабин Кактусы и другие суккуленты Издательство: "Миринда" (2000) 224 стр.

Богданов К. Ю. Физик в гостях у биолога. - М.: Наука, 1986. 144 с.

Татьяна Дорошенко, Суккуленты, ЛитРес. 2007, 230 стр

Майлс Андерсон: Кактусы и суккуленты Иллюстрированная энциклопедия. Ниола 21-й век 2002
264

Удалова Р. А., Вьюгина Н. Г., "В мире кактусов", 1983

ПРИЛОЖЕНИЕ №1

ПРИЛОЖЕНИЕ №2