XVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке. Летняя площадка 2022

Мастер изящных убийств или хищник в мире растений

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Лопатин Д.А. 1

---

1АНО ДО Учебный центр "Лидер плюс"

Лопатина С.В. 1

---

1АНО ДО Учебный центр "Лидер плюс"

Работа в формате PDF

2.1 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Хищные растения стали истинными воплощениями таинственности и неопознанности дикой природы. Они покоряют нас своей изобретательностью, великолепной приспособляемостью к враждебному окружению и просто своей красотой.

Если придерживаться истины, то следовало бы, конечно, назвать их насекомоядными, а не хищными. Но миф о растениях убийцах все равно продолжает существовать.

В мере насчитывается до пятисот видов растений хищников. И что самое удивительное, многие насекомоядные растения так малы, выглядят такими изящными и нежными, что вовсе не кажутся коварными хищниками, обманом завлекающими и затем поглощающими добычу.

Актуальность темы: Совершенно случайно у нас в доме появился необычный питомец – растение Дионея или Венерина мухоловка (Приложение 1). Мне стало интересно наблюдать за растением-хищником. Большой интерес вызвал сам процесс поедания насекомого растением. Ведь все мы знаем, что у растения нет рта и пищеварительной системы.Так возникла тема исследовательской работы: Мастер изящных убийств или хищник в мире растений.

Цель исследования: Изучение, почему некоторые растения называются хищниками и какие особенности у этих растений.

Для этого ставлю перед собой задачи:

выявить, какие хищные растения окружают нас, и какое влияние они оказывают;

изучить особенности жизнедеятельности Венериной мухоловки;

провести эксперимент «Кормление Венериной мухоловки».

Объектом исследования будет растение Дионея или Венерина мухоловка, предметом исследования: процесс пищеварения растения-хищника.

Предполагаю, что в ходе исследования определю, с какой целью растение поедает насекомых и узнаю, почему растения становятся хищниками.

Гипотеза: Если растения поедают насекомых, значит это им нужно, что бы выжить в окружающей среде.

Для реализации поставленных задач применю методы:

Сбор и изучение информации в литературных источниках;

Эксперимент;

Наблюдение;

Анализ экспериментальных результатов, вывод.

Этапы исследовательской работы

I этап – подготовительный

II этап – практический

III этап – заключительный

Подготовительный этап включает в себя:

Обзор источников информации: литературы и Интернет-ресурсов

Обоснование актуальности темы

Постановка цели и задач

Определение объекта и предмета исследования

Выбор методов исследования

Практический этап:

Опыт;

Эксперимент;

Анализ экспериментальных результатов.

В заключительный этап вошли обсуждение, систематизация собранных сведений, оценка полученных результатов исследования, формулирование выводов.

Хищные растения – кто они?

Насекомоядные растения стали известны в XVIII столетии. Самое первое точное ботаническое описание Венериной мухоловки (Dionaeamuscipula) было сделано английским натуралистом Джоном Эллисом в письме к Карлу Линнею в 1769 году. В письме Эллис впервые предположил, что пойманные насекомые служат пищей для растений.

В 1782 году немецкий врач А. В. Рот описал своеобразные движения, совершаемые листьями росянки для ловли насекомых, и развил мысль Эллиса, что пойманные беспозвоночные являются источником пищи для таких растений.

В 1791 году У. Бартрам в книге о своих путешествиях по штатам Северной Америки описал растения рода Sarracenia, имевшие листья-кувшинчики для ловли насекомых. Он же впервые употребил термин «плотоядные растения».

Дарвин долгое время не решался опубликовать результаты своих исследований. Лишь через 15 лет, когда они были дополнены другими исследователями, он издал книгу «InsectivorousPlants» (1875). Второе издание «Насекомоядных растений» с большими дополнениями, написанными его сыном, вышло после смерти Дарвина, в 1888 году.

Работа Чарльза Дарвина стала переломным пунктом в исследованиях насекомоядных растений.

Однако эта работа не сразу нашла признание среди учёных своего времени и подверглась жестокой критике, в большинстве случаев из-за их принципиальных расхождений с новой эволюционной теорией Дарвина.

Тем не менее, до сих пор фундаментальная работа Дарвина является крупнейшим вкладом в изучение насекомоядных растений.

Виды хищных растений

Растения-хищники (Приложение 2) – не такая уж и редкость на планете, их более ста видов. В районах с умеренным климатом легче всего встретить росянку круглолистную, и альдрованду пузырчатую.

Это совсем небольшое растение можно найти на торфяных болотах. Его листья, собранные в розетку, покрыты красноватыми ловчими волосками-щупальцами с красной головкой наверху. Она выделяет липкую жидкость и поэтому вся поверхность листа как будто покрыта росой. В центре листа волосики короткие, по краям – более длинные. Мухи, муравьи, привлеченные блеском капелек, попадают на лист и прилипают к нему. Жертва мечется, бьется и при этом задевает соседние волоски. Они тянутся к насекомому и обволакивают его своей слизью. Край листа начинает медленно загибаться и накрывает свою добычу, которая здесь же и переваривается. Жидкость, выделяемая волосками, по своему составу похожа на желудочный сок животных. Переваренные насекомые теми же железками всасываются внутрь растения.

Альдрованда пузырчатая свободно плавает в воде, корней у нее нет. Её тонкий стебель и часть листьев всегда находятся под водой. На поверхности остаются ловчие листья и шиловидные концы черешков, которые торчат над водой, как пики.

Эти растения-хищники обитают в средней полосе России и в северных её районах. Но особенно много зеленых хищников растет в Австралии и Новой Зеландии. Они крупнее своих северных родственников и могут ловить более крупную добычу. Австралийская росянка гигантская вырастает в длине до 1 метра. Её ветви усажены листьями на длинных черешках и торчат во все стороны, поджидая добычу.

В Испании, Португалии и Марокко на сухих каменистых почвах встречается растение, которое называют «португальской мухоловкой». От короткого, прямого стебля отходят в стороны и вверх узкие длинные листья, выпуклые снизу и с желобком сверху. Сверху и по краям они усыпаны железками двух видов – сидячими и на ножках, последние выделяют густую липкую слизь. К ней накрепко приклеиваются даже крупные насекомые. А сидячие железки выделяют пищеварительную жидкость, и растение в течение дня без труда поглощает несколько десятков крупных мух.

Но самое замечательно ловчее приспособление – у цефалотуса. Это растение встречается только на юго-западе Австралии. Нижние листья на его стебле превратились в кувшинчик с крышкой. Верхние листья – толстые, плоские, с железками на черешках и нижней стороне пластинки. Длина кувшинчика – до 3 см. Внутри кувшинчика, в нижней его части, по обе стороны находятся два темно-красных валика, содержащие пищеварительные железки. На дне кувшинчика никаких железок нет.

Кувшинчик пестро окрашен, а железки на крышечке выделяют сок, напоминающий нектар. Насекомые принимают пестрый кувшинчик за цветок и долго лижут сладкий сок, пока по очень гладкой и скользкой поверхности кувшинчика не сползут на его дно. Там их ждет неминуемая гибель.

Есть ещё и другие интересные насекомоядные растения, но рассказывать обо всех них было бы слишком долго: ведь на всём земном шаре насчитывается свыше пятисот видов насекомоядных цветковых растений. А ещё существуют хищные грибы. У некоторых из них грибные нити липкие, и к ним прилипают мелкие черви. Тогда нити гриба их опутывают, прорастают сквозь них, растворяют тела своих жертв и всасывают в себя.

Расскажу только еще об одном растении, которое заинтересовало меня больше других.

Венерина мухоловка(Dionaea muscipula). Научное видовое название "muscipula" переводится с латыни как "мышеловка", вероятно, из-за ошибки ботаника, по крайней мере, так принято считать.

Листья её не что иное, как настоящие живые капканы. Их ширина — около полутора-двух сантиметров, и в раскрытом, расправленном виде они величиной приблизительно с трёх­копеечную монету. Ловят они более крупных насекомых: муравьев, мух, жуков и пауков.

Листья-капканы мухоловки сидят на широких длинных черешках и собраны у поверхности земли звёздочкой. Из её середины выходит стебель, на конце которого можно видеть букетик довольно крупных белых цветков.

На листе мухоловки есть заострённые щетинки по три с каждой половины листа. Если насекомое задевает щетинки, то лист мгновенно захлопывается.

А по краям листа — тонкие, слегка загнутые зубцы. Их по шестнадцать — двадцать штук на каждой половинке. Когда лист захлопывается, то зубцы заходят друг за друга, как пальцы двух сжатых рук, и как бы замыкают ловушку. Красноватые желёзки выделяют свой сок, и жертва растворяется в нём, всасывается в лист, переваривается.

Через неделю лист медленно раскрывается... Но муравья там уже нет.

Остались только жёсткие нерастворившиеся остатки его хитиновой оболочки.

И ещё у неё есть интересная особенность: нигде на всём земном шаре она не встречается, кроме небольшого уголка прибрежной равнины Северной Америки.

Венерина мухоловка способна захлопывать листья за одну десятую долю секунды. Это одно из самых быстрых движений в мире растений – мировой рекорд среди растений.

Особенности хищных растений

Листья росянки богаты: дрозерин, плумбагин, фторхинолоны, калий, дубильное вещество, аскорбиновая кислота.

С давних времен установлено, что плумбангин, который входит в состав росянки является одним с лучших антибиотиков, с помощью его можно защититься от грибов патогенного характера. Потому он может уничтожать палочку Борде-Жангу, из-за которой возникает коклюш. Препараты на основе росянки круглолистной являются эффективным спазмолитическим средством, обладают мочегонными и жаропонижающими свойствами.

Жирянку издавна применяли для лечения некоторых заболеваний. Она показана совместно с терапией кашля и простуд. В народной медицине уникальный экстракт из жирянки часто используют в качестве эффективного действующего средства, помогающего снизить количество тяжелый состояний при лечении астмы. Крупные листья жирянки содержат особые ферменты, благодаря которым свежее молоко превращается в тягучую массу, называемую тетмиелк. У народов Северной Скандинавии тетмиелк является излюбленным блюдом.

Одомашненные хищники

Существует мнение, что растения-хищники невозможно держать в домашних условиях. Они действительно чаще всего гибнут через некоторое время, тем не менее, есть виды растений-хищников, наиболее пригодных для комнатных условий. Это Венерина мухоловка, различные росянки, некрупные виды непентесов, тропические виды жирянок и большинство видов саррацений.

Венерина мухоловка может выращиваться как комнатное растение в грубом волокнистом торфе. У меня имеется возможность вырастить Венерину мухоловку, и понаблюдать за ней в домашних условиях.

Итак, я сделал вывод:

Хищные растения являются безвредными для человека.

Некоторые из этих растений являются лекарственными растениями.

Особенность хищных растений поедать насекомых, не нарушает баланс в природе.

Исследование Венериной мухоловки

2.1. Особенности строения растения - хищника, наличие органов пищеварения

А теперь интересно было бы узнать, почему же эти ди­ковинные растения едят животных? Для этого сначала узнаем, чем и как питаются вообще растения.

Все зелёные растения главную часть своей пищи добы­вают из воздуха.

Зелёные листья растений улав­ливают из воздуха так называемый углекислый газ, который выдыхают из своих лёгких животные и чело­век. Но при этом растения могут поглощать углекислый газ только днём, когда на них светит солнце. А ночью, в темноте, растения сами выделяют углекислый газ, потому что они тоже дышат.

Съедая на свету углекислый газ и выделяя вместо него кисло­род, растения очищают воздух. По­тому-то так легко дышится среди полей и лесов, в парках и садах.

Для того чтобы понять, как они это делают, были проведены два опыта.

Осторожно содрал ко­жицу с зелёного ли­ста комнатного растения (я взял алоэ, чтоб удобней было срезать кожицу) и посмотрел её под микроско­пом, и увидел, что она усеяна множеством крохотных дырочек. Эти дырочки называются устьицами. Через них воздух проникает вглубь листа так же как воздух в наши легкие (Приложение 3).

У меня есть аквариум, в котором пока нет рыбок, и я забывал включать свет. Листья на растении стали белого цвета, это доказывает то, что растению для нормальной жизнедеятельности необходим свет. После того, как растение вернули на солнечный подоконник, через две недели листья стали зелеными (Приложение 4).

Каждый зелёный лист — это как бы хитро устроенный малень­кий завод. На этом удивительном заводе в особых зелёных «хлорофилловых» зёрнышках с помощью солнечного луча из углекислого газа и воды вырабатывается сахар.

Сахар растворяется в соке рас­тения, и им питаются не только листья, но и стебли, ветки, корни.

Итак, зелёные листья, поглощая солнечные лучи, приго­тавливают питание из углекислого газа и воды. Корни растений высасывают из земли воду и те вещества, которые растворились в воде, пока она просачивалась через почву, так называемые соли. Соли нужны для изготовления белковых веществ, а в особенности те соли, в которых содержится очень важный для жизни растений химический элемент — азот.

Если не давать растению солей азота, оно не сможет расти и раз­виваться. Так питаются зелёные растения.

Все наши растения-хищники — это зелёные растения. Так что сахаром хищные растения всегда бывают обеспечены. Воды также обычно бывает у них вдоволь. Чего же им не хватает? А не хватает им солей, и в особенности солей азота от того, что , в основном они растут в сырых местах, на болотах и даже в воде, где не хватает тех почвенных солей, которые очень нужны растению. Поэтому растения-хищники получают соли, питаясь организмами.

Экспериментально я изучил строение Венериной мухоловки, визуально провел осмотр без микроскопа и под микроскопом.

Получилось так, что за время моего эксперимента Дионея подросла, впала в спячку, выспалась и набрала цвет! (Приложение 5).

Под микроскопом я рассмотрел строение пищеварительного органа (Приложение 6). Фото сделаны айфоном.

Сделал следующие выводы:

У Венериной мухоловки имеются листья, нижняя сторона которых служит для воздушного питания растения, верхняя же – ловчий орган. Он состоит из двух подвижных долек с острыми зубцами по краям. На поверхности каждой дольки расположены три длинных, упругих и чувствительных волоска. Насекомых привлекает яркая окраска внутренней поверхности листа и скапливающаяся на ней сладковатая жидкость.

2. Дианея захватывает добычу с помощью пары специальных ловчих листьев. Когда насекомое касается одного из них, они захлопываются. Растение начинает выделять ферменты, растворяющие жёсткую хитиновую оболочку жертвы и разлагающие на простые составляющие органические молекулы, из которых составлено тело насекомого. Пытаясь спастись, жертва неизбежно задевает чувствительные волоски на её стенках. Однако те же волоски можно активировать и дуновением ветра, и падением неживых объектов на ловчие листья. Поэтому одно касание не запускает захлопывание ловушки и последующие физиологические процессы. Нужно, чтобы чувствительные волоски были задеты по крайней мере трижды (Приложение 7).

Если добыча не смогла освободиться, она продолжает стимулировать внутреннюю поверхность лопастей листа, вызывая рост клеток. В конце концов, края листов смыкаются, полностью закрывая ловушку и формируя «желудок», в котором происходит процесс переваривания. Переваривание катализируется ферментами, которые секретируются железами в лопастях. Переваривание занимает приблизительно 10 дней, после чего от добычи остается только пустая хитиновая оболочка. После этого ловушка открывается и готова к поимке новой добычи. За время жизни ловушки в неё в среднем попадают три насекомых.

Привередлива ли Дионея в питании?

Понаблюдав за охотой растения-хищника пять месяцев, я сделал вывод, что когда попадает что-то в ловушку растения, то сначала ловушка Венериной мухоловки только слегка прикрывается, и у насекомых есть возможность передвигаться взад-вперёд в пределах ловушки. Если насекомое маленькое, в принципе, у него есть шанс избежать плачевной участи быть съеденным и спастись, прошмыгнув через отверстие между зубцами. Когда такое происходит, у триггеров прекращается стимуляция — и ловушка снова раскрывается полностью (примерно через день). Этот механизм реагирования просто необходим Дионее: именно он помогает предотвратить потерю времени на «ложное срабатывание» ловушки из-за посторонних помех (например, капли дождя, принесённые ветром палочки, веточки или хитиновые оболочки насекомых).

Но если попавшийся в капкан ловушки Дионеи жучок не смог из неё выбраться, то стимуляция триггеров продолжается, ловушка закрывается всё плотнее. Начинается процесс пищеварения. Из желёз, расположенных на внутренних поверхностях створок ловушки Венериной мухоловки, обильно выделяются пищеварительный сок — насекомое полностью тонет в этой жидкости. Ловушка остаётся закрытой в течение нескольких дней. Когда она, наконец, раскрывается, то на свет предстаёт только непереваренная хитиновая оболочка бывшего насекомого. Каждая ловушка Венериной мухоловки рассчитана примерно на три пищеварительных процесса, а затем она отмирает.

Следует учитывать, что растение не может съесть насекомое больше своей ловушки и очень маленькое насекомое.

Рекомендации по кормлению и содержанию Венериной мухоловки

Вот нюансы, которые требуется учитывать, добывая пропитание для Дионеи:

пища должна быть без твердых панцирей;

черви ей в пищу тоже не годятся;

жучков-листоедов скармливать нельзя — эти насекомые опасны для ловушки;

прежде, чем подкармливать заболевшую Дионею, ее требуется вылечить;

прежде, чем кормить недавно пересаженное растение, требуется дать ему время привыкнуть к почве;

в период покоя растение кормить ни к чему;

В период покоя растение кормить не нужно

мясо и остальная пища, пригодная для человека, здесь не годится — мертвую пищу ловушки игнорируют;

крупные насекомые не годятся, они должны целиком помещаться в ловушки, иначе запечатывание будет неполным. Тогда ловушка не сможет надлежащим образом переварить пищу, почернеет, после чего отпадет. В идеале размер жертвы должен быть равен трети ловушки.

Любопытный факт: Дионея ест лишь при недостатке азота. То есть, проголодавшись. В остальные дни насекомые растение не интересуют. Так что попытки накормить сытую дионею будут тщетными.

Важно! Нельзя без необходимости прикасаться к ловушке — если та захлопнется без добычи несколько раз подряд, она вскоре отомрет и упадет. (Приложение 8).

Вопреки существующему мнению, Венерина мухоловка неприхотливое растение. Следует помнить, что, как и любой растущий в заболоченных местах цветок, мухоловка требовательна к влажности почвы и воздуха. Ухаживая за Дионеей в домашних условиях, ей сразу определяют постоянное место и стараются не перемещать без необходимости – перестановки это растение переносит тяжело. Уход за Венериной мухоловкой осложняется тем, что она нуждается в свежем воздухе, при этом плохо относится к сквознякам.

Кормить Венерину мухоловку в домашних условиях нужно только в том случае, если у нее нет возможности «охотиться» самостоятельно. При этом кормят только одну ловушку, – «свежими» насекомых. Другие продукты не используют: Дионея переваривает только определенные животные белки. «Добыча» должна быть меньше, чем доли листьев. Непереваренные остатки удаляют после того, как ловушка снова раскроется. Достаточно кормить венерину мухоловку 3—4 раза в год, по 1 насекомому за раз. Если Дионея «отказывается» от еды – то есть, после стимуляции ловушки не захлопываются – это говорит о болезни. Иногда она таким образом реагирует на перемещение. С началом периода покоя кормление прекращают.

Период зимнего покоя Венериной мухоловки длится около 3 месяцев. К концу октября у нее начинают подсыхать и опадать листья, ловушки обесцвечиваются. На этом этапе полив сокращают, не допуская полного пересыхания грунта; температуру воздуха постепенно понижают. Надземные части не обрезают, давая им отмереть самостоятельно.

Заключение

В ходе изучения темы я выяснил, что растения - хищники не просто загадочные организмы, про которые сочиняют множество легенд и необычных историй, они можно сказать не попадают даже под определение «растение», т.к. в словарях растение определяется как организм питающийся неорганическими веществами. Но агрессивное название «хищники», эти растения получили вовсе не от того, что они злые, а просто от недостатка веществ, от того, что они не могут питаться как обычные растения.

Еще я узнал, что таких растений очень много, около 400-500 видов. Среди них есть и такие, которые можно найти прямо в нашей местности, например, росянка. А есть диковинные растения, и чтобы увидеть их, нужно перелететь половину земного шара. Однако, в наше время, можно посмотреть на растения-хищники, например, можно купить такое растение в магазине. Еще я узнал, что Венерину мухоловку не очень сложно содержать в домашних условиях. Такому растению требуется чуть больше внимания, чем обычному растению.

Выводы по исследовательской работе:

 Познакомился с интересным растением-хищником Венериной Мухоловкой или Дионеей.

  Узнал, как питается Венерина Мухоловка.

  Научился ухаживать за этим растением.

  Понял, что из-за неправильного ухода растение может погибнуть.

В результате, цель работы была достигнута. Гипотеза подтвердилась: Если растения поедают насекомых, значит это им нужно, что бы выжить в окружающей среде - растение Венерина Мухоловка питается насекомыми, то есть является растением – хищником.

Перспективы дальнейшей работы:

Продолжить ухаживать за этим растением. В дальнейшем приобрести другое хищное растение и исследовать его.

Список использованных источников и литературы

Александрова Вера Даниловна «Растения-хищники», издательство «Детская литература», Ленинград, 1972

Воронцов Н.Н., Сухорукова Л.Н. «Эволюция органического мира» - М.: Просвещение, 1991 г. – 223 с.:ил.

Мезенцев Владимир. Энциклопедия чудес. – Алма-Ата: Гл.ред. Казах.сщветской энциклопедии, 1987-416 с.:ил.

Шалаева Г.П. «Большая энциклопедия дошкольника». – М.:Филол. о-во СЛОВО, Эксмо, 2008. – 320 с.:ил.

Школьник Юлия, Растения. Полная энциклопедия Издательство: Эксмо, 2007 г.
Твердый переплет, 256 стр.

Энциклопедия. Открой мир вокруг себя. Выпуск №11, 2010. ООО «Де Агостини», Россия.

Энциклопедия для детей. Том 2. Биология. Москва, «Аванта+», 1995. Редактор и составитель А. Майсурян, 685 стр.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Приобретенная Венерина мухоловка (Дионея)

Приложение 2

Виды хищных растений

Приложение 3

Последовательность проведения Опыта:

Все растения дышат

Приложение 4

Наблюдения:

Нет света, нет дыхания растений

Приложение 5

Цветок Венериной мухоловки

Приложение 6

Последовательность проведения опыта:

Строение Венериной мухоловки

Приложение 7

Кормление Венериной мухоловки

Насекомое село на цветок…

Хлопушка захлопывается…

Насекомое в плену

Остались от мухи ножки и крылья…

Приложение 8

Так делать нельзя!