XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Осенние явления в жизни растений средней полосы

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Серебрякова В.В. 1

---

1МОУ лицей №2

Смирнов М.В. 1

---

1МОУ лицей №2

Работа в формате PDF

12.2 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Осень – мое любимое время года, мне нравится гулять и собирать букеты из опавших листьев. Во время очередной прогулки я задумалась, что же вообще происходит с деревьями осенью? Почему они теряют листья, что такое листопад с точки зрения биологии? Кроме того, мне стало интересно, почему деревья готовятся к зиме по-разному, так что мы решили изучить этот вопрос подробнее и узнать, от каких условий зависят изменения, которые происходят с деревьями осенью.

Цель работы: выявление основных изменений в жизни деревьев осенью и установление причин появления листопада.

Задачи работы:

Определить осенние изменения в жизни деревьев;

Определить, что влияет на изменение окраски листьев;

Определить период окончания листопада у разных видов деревьев;

Сфотографировать этапы подготовки деревьев к зиме;

Определить видовой состав деревьев, посчитать, сколько различных видов деревьев растут на территории лицея №2 города Рыбинска.

Методы исследования: наблюдение, эксперимент, описание, изучение дополнительных источников информации.

«Деревья – это мощное средство санитарно-гигиенического и культурно-эстетического благоустройства городов. Поглощая на свету углекислоту, выделяемую в приземный слой организмами, заводами и фабриками, наземным и воздушным транспортом, деревья перерабатывают ее в необходимый для всего живого кислород».^[1] Очень важно, чтобы все жизненные процессы деревьев происходили своевременно в определенные сроки, а отклонение от сроков может указывать на проблемы: заболевание растений, экологическую обстановку, аномальные погодные условия. Очень важно установить причины, вовремя принять меры и помочь деревьям. Именно поэтому мы решили подробнее рассмотреть процесс листопада у деревьев осенью.

Глава 1. Листопад – замечательное явление природы.

Основная задача растений при подготовке к зиме – накопить и сохранить запас питательных веществ, которые зимой просто негде будет взять и без которых растение просто погибнет. Например, значительная часть влаги летом испаряется через листья, поэтому осенью деревья и кустарники начинают активно избавляться от своей листвы.

Листопад – это естественный биологический процесс сбрасывания листвы растениями. Описанием и изучением этого явления занимается специальная наука — фенология. Она изучает сезонные явления природы, их причины и закономерности. Название этой дисциплины заимствовано из греческого языка. Дословно это наименование означает «учение о явлениях».

В средней полосе России падение листьев обычно начинается во второй половине сентября и завершается к середине октября. Скорость листопада зависит от многих факторов, в том числе от наличия ветра. Когда стихнет ветер, можно наблюдать, как прекращается опадение листвы.

Процесс листопада происходит в несколько этапов. Он начинается намного раньше, чем можно наблюдать его первые признаки. На его появление влияют следующие изменения в неживой природе:

сокращение длительности светового дня;

изменение температуры окружающей среды;

уменьшение количества влаги.

Подготовка к осеннему листопаду происходит заблаговременно. В августе-сентябре на основании листа вырастает гладкая перегородка – так называемый пробковый слой. Увеличиваясь в объеме, он постепенно отделяет черешок от ветки. Какое-то время лист еще держится за счет «водоносных» сосудов, однако стоит налететь легкому ветру, и он опадает (Приложение 1).

Стоит заметить, листопад происходит не только в холодное время года. Он может начаться из-за засухи и в середине лета. Если дерево не сбросит часть листвы в случае сильного дефицита влаги, оно может полностью засохнуть.

Зачем же деревья сбрасывают листву осенью? Листья – это легкие дерева. Без них невозможен фотосинтез – процесс, который является для растения и дыханием, и питанием одновременно. Лучше всего фотосинтез протекает, когда дереву достаточно света и тепла. Но в зимние холода листья становятся обузой. И первая причина, побуждающая деревья избавиться от своей пышной кроны – это недостаток влаги и холод. Зимой верхний слой почвы промерзает, и добывать из него воду становится невозможно. Листья испаряют очень большое количество влаги. Если бы растение не сбросило их в зимние холода, оно бы погибло от жажды.

Вторая причина избавиться от листвы – зимние осадки. Бывает, что даже без листьев снег и наледь, налипая на ветки, своей массой ломают дерево. А сколько такого груза скапливалось бы на листьях! Немногие деревья дожили бы до весны в целости и сохранности.

Третья причина заключается в том, что к осени листья стареют, процесс фотосинтеза замедляется. Поэтому в листве накапливаются вредные и ненужные вещества. Сбрасывая листья, растения очищают свой организм.

Каждый день мы ходим в лицей, и не замечаем: насколько разнообразен видовой состав деревьев, произрастающих на пришкольной территории. С помощью определителя ^[5] мы выделили 8 видов деревьев: липа мелколистная, ясень, клен, тополь, береза, лиственница, каштан, ива. Мы составили таблицу продолжительности листопада для разных видов деревьев (Приложение №2), которые растут на территории лицея №2, а также сделали фотографии на разных этапах этого процесса (Приложения 3-10). Самыми первыми листопад закончили липы, а последним – тополь, только у него листья чуть пожелтели и дольше всех оставались зелеными. И если бы не первый снег, который выпал 1 ноября, мы уверены, листопад бы так быстро не завершился.

Можно сделать вывод, что листопад имеет большое значение в природе. Благодаря этому явлению листопадные растения могут пережить холодное время года или засушливую пору. Листопад помогает растениям сохранить необходимую влагу, защититься от механических повреждений и избавиться от накопившихся вредных веществ. Польза листопада также заключается в том, что при попадании в грунт листва разлагается с помощью микроорганизмов. Таким образом, почва насыщается органическими веществами и становится более плодородной. Сгнившая органика используется растениями в качестве ценной подкормки.

Глава 2. Изменение окраски листьев.

Осенью листья деревьев и кустарников имеют разную окраску. Они приобретают разные оттенки желтого, красного, коричневого, оранжевого цветов. Характеристика цвета листвы зависит от наличия в ней пигментов – красящих веществ.

Зеленый лист имеет такую окраску из-за присутствия в нем пигмента под названием «хлорофилл». С его участием происходит процесс фотосинтеза. Чтобы сбросить листву, растение снижает уровень хлорофилла, который помогает преобразовывать углекислый газ и воду в глюкозу, основное питательное вещество растений. В результате формирования в листе пробкового слоя уменьшается количество минералов и влаги, которые поступают к нему. По мере расширения этого слоя уровень хлорофилла снижается.

В этом случае цвет листьев начинает меняться за счет других веществ, влияющих на их окраску. За осенний желтый цвет отвечает ксантофилл, а за оранжевый – каротин. Знаменитый багрянец листьев обеспечивает вещество под названием «антоциан» (Приложение 11).

Мы нашли фотографию со школьного двора осенью 2020 года, и решили сравнить её с современной фотографией (Приложение №12). Оказалось, что окраска у деревьев различная, и нас очень заинтересовало, от чего это зависит. Мы предположили, что дело может быть в погодных условиях, поэтому нашли, какая погода была в Рыбинске в сентябре-октябре в 2020 и 2022 году (Приложение 13-14).

Сравнивая погодные условия осенью 2020 и 2022 года, мы заметили, что сентябрь в 2020 году был более солнечным, а осень в целом более теплой. В настоящее время осень более пасмурная. Оказывается, хлорофилл активно разрушается под воздействием солнечного света. Поэтому именно в солнечные дни деревья быстрее одеваются в свой праздничный осенний наряд. А если осень пасмурная, то листва может оставаться зеленой достаточно долго.

В процессе наблюдения за изменением окраса листьев, мы обратили внимание, что листья каштана коричневые, хотя на даче в этот же период времени листья у каштанов были желтые. Мы изучили литературу по заболеваниям каштана ^[4], нами были сделаны фото листьев каштана и составлена таблица возможных причин. (Приложение №15) Мы решили понаблюдать за состоянием листьев каштана весной, летом и осенью следующего года, чтобы попытаться определить, что явилось причиной появления коричневого оттенка на листьях и усыхания.

Глава 3. Много ли питательных веществ в опавших листьях.

В течение лета в листьях накапливается много органических и минеральных веществ, в том числе таких важных для растений, как азот, фосфор, калий. Несмотря на то, что над каждым квадратным метром земной поверхности находится 7,5 тонн молекулярного азота, усваивать его растения не могут. Содержание минеральных азотистых веществ в почве крайне мало, а органические формы азота растения усваивают плохо. Вынужденные всю жизнь экономить питательные вещества, растения перед сбрасыванием старых листьев используют многие содержащиеся в старых листьях вещества. Под влиянием специально образующимся к этому времени ферментов белки старых листьев распадаются до аминокислот, крахмал – на растворимые сахара, освобождаются фосфор и калий. По ситовидным трубкам они оттекают из отмирающих листьев либо к молодым побегам, если растение еще молодо, либо к запасающим органам (древесине, корням, клубням, луковицам), если растение готовится к состоянию покоя. В итоге опадает не тот наполненный жизнью лист, что мы видели летом, а лишь его оболочка.

Убедиться в способности деревьев экономить питательные вещества можно с помощью метода крахмальной пробы. Для его проведения потребуется раствор Люголя и этиловый спирт. В середине сентября я сорвала с одного и того же растения листья: с верхушки – зеленый, ближе к основанию – желтый. Для эксперимента я использовала листья липы и клёна.

Этапы проведения эксперимента:

1) прокипятить листья в воде до полного отмирания клеток

2) выдержать листья в горячем этиловом спирте на водяной бане для удаления пигмента

3) обесцвеченные листья обработать раствором Люголя

4) сравнить цвет старых и молодых листьев одного вида

В результате эксперимента мы получили, что молодой лист под действием йода окрашивается в синий цвет, а старый остается желтым. Посинение листа происходит в результате взаимодействия йода с крахмалом, следовательно, желтые, опадающие листья, крахмала не содержат. (Приложение 16)

С помощью эксперимента мы убедились, что в период листопада крахмала в листьях нет. Можно было продолжить эксперимент с ветками этих деревьев, чтобы убедиться, что питательные вещества в осенний период скапливаются там. Но нам очень жалко было срезать ветки, ведь они живые!

Выводы

Цель работы достигнута, задачи выполнены. В ходе выполнения работы были определены основные осенние изменения: у деревьев изменяется окраска листьев, они опадают, а питательные вещества из листьев переходят в запасающие органы. Мы провели эксперимент. Также было выяснено, что на изменение окраски листьев влияет понижение температуры воздуха, уменьшение светового дня, уменьшение количества осадков. Мы сфотографировали этапы подготовки деревьев к зиме, определили видовой состав деревьев и посчитали, сколько различных видов деревьев растут на территории лицея №2. В ходе выполнения работы мы установили период окончания листопада у разных видов деревьев, растущих на территории лицея №2, и составили таблицу. В процессе наблюдения за деревьями была обнаружена проблема с увяданием листьев каштана, не соответствующая сезонным изменениям. Мы дополнительно изучили литературу по заболеваниям и вредителям, которые могут повреждать каштаны. Таким образом, была определена проблема для дальнейшего исследования. Листопад имеет большое значение в природе. Благодаря этому явлению листопадные растения могут пережить холодное время года или засушливую пору. Листопад помогает растениям сохранить необходимую влагу, защититься от механических повреждений и избавиться от накопившихся вредных веществ. Польза листопада также заключается в том, что при попадании в грунт листва разлагается с помощью микроорганизмов. Таким образом, почва насыщается органическими веществами и становится более плодородной. Сгнившая органика используется растениями в качестве ценной подкормки. Осенью после созревания плодов и семян у растений наступает период покоя, когда резко снижаются скорость роста и интенсивность обмена веществ. Но все же жизнь растений продолжается, а значит в дальнейшем мы можем осуществить новые исследования процессов их жизнедеятельности!

Список использованной литературы

1.Аксенова Н.А., Ремизов Г.А., Ромашова А.Т. Фенологические наблюдения в школьных лесничествах. – М.: Агропромиздат, 1985 г. – 95 с.

2. Артамонов В.И. Занимательная физиология растений. – М.: Агропромиздат, 1991 г. – 336 с.

3. Батурицкая Н.В., Фенчук Т.Д. Удивительные опыты с растениями: книга для учащихся. – Минск, 1991г. – 208 с.

4. Гусев В.И. Определение повреждений лесных, декоративных и плодовых деревьев и кустарников. – М.: Лесная промышленность, 1984 г. – 472 с.

5. Киселева К.В., Новиков В.С., Майоров С.Р. Определитель деревьев и кустарников средней полосы России. – М.: Фитон XXI, 2020 г. – 228 с.

6. Мальцева В.Е. Открываем тайны леса (увлекательное чтение для нового поколения). – М.: ЭКСМО, 2018 г. - 152 с.

7. Соловьев В.Б. Каштан. – М.: Лесная промышленность, 1984 г. – 84 с.

8. Янцер О.В., Терентьева Е.Ю. Общая фенология и методы фенологических исследований: учебное пособие для студентов. – Екатеринбург.: УрГПУ, 2013 г. – 218 с.

9. https://урок-биологии.рф Опыт с растениями «Много ли питательных веществ в опавших листьях»

10. TainaPrirody.ru Листопад: что это такое, как и почему происходит…

Приложения

Приложение 1

Схема процесса падения листа

Приложение 2

Таблица деревьев, участвующих в наблюдении за листопадом в 2022 г.

Приложение 3

Клен