XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Исследование количества выделяемого кислорода комнатными растениями
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Здоровье является самым главным богатством в нашей жизни, и сложившаяся эпидемиологическая ситуация еще раз это доказала. Также в Якутии в последние годы остро стоит проблема лесных пожаров, в результате которых предельно допустимые концентрации вредных газов в атмосфере повышаются во много раз. В таких ситуациях людям необходим чистый воздух, обогащенный кислородом.
В современном мире большинство профессий связаны с сидячим образом жизни, где люди весь день сидят у компьютеров в душных и наполненных людьми офисах. Такая же обстановка складывается и в школе, особенно в городских, где в одном классе сидят по 30 человек. В связи с этим невольно возникает вопрос о качестве вдыхаемого воздуха, всем ли хватает кислорода в закрытых помещениях?
Все мы знаем, что растения поглощают углекислый газ и выделяют в атмосферу кислород, необходимый нам для дыхания. Поэтому особенно сейчас почти во всех офисах, школах есть зеленые уголки, где растут различные комнатные растения. При этом большинство людей выбирают растения только по внешнему виду, не задумываясь о других параметрах.
Мы в своей работе попытаемся выявить наиболее продуктивные виды комнатных растений, то есть растения, выделяющие наибольшее количество кислорода и поглощающие наибольшее количество углекислого газа в единицу времени.
Объект исследования: комнатные растения школьного зеленого уголка
Предмет исследования: количество кислорода и углекислого газа
Цель: выявить комнатные растения, выделяющие наибольшее количество кислорода и поглощающие наибольшее количество углекислого газа в атмосферу
Задачи:
Изучить литературу по данной теме;
Подобрать комнатные растения из зеленого уголка;
Провести измерения количества кислорода и углекислого газа в определенный промежуток времени при помощи мультидатчика ReleonAir;
Сделать анализ полученных результатов.
Сделать рекомендации для внутреннего озеленения школы, дома и офисов.
Методы исследования: цифровые ( цифровая лаборатория мультидатчик ReleonAir), сравнительный анализ, наблюдение, обобщение.
Научная новизна: впервые измерены количественные характеристики продуктивности комнатных растений. В дальнейшем хотим расширить охват видового разнообразия, изучить и другие параметры комнатных растений (лекарственные свойства, химический состав и пр.)
Практическая значимость: наша работа позволит выявить наиболее продуктивные виды комнатных растений, которые мы будем рекомендовать для разведения.
Глава 1. Значение растений для человека
1.1. Процессы фотосинтеза и дыхания у растений
Растения, как все живые организмы, постоянно дышат. Для этого им необходим кислород. Он нужен и одноклеточным, и многоклеточным растениям. Кислород участвует в процессах жизнедеятельности клеток, тканей и органов растения.
Большинство растений получает кислород из воздуха через устьица и чечевички. Дыхание – сложный процесс, протекающий в клетках живого организма, в ходе которого при распаде органических веществ высвобождается энергия, необходимая для процессов жизнедеятельности организма. Основным органическим веществом, участвующим в дыхательном процессе, являются углеводы, главным образом сахара (особенно глюкоза). Интенсивность дыхания у растений зависит от количества углеводов, накопленных побегами на свету [4].
Дыхание – это протекающий с участием кислорода процесс распада органических питательных веществ до неорганических (углекислого газа и воды), сопровождающийся выделением энергии, которая используется растением для процессов жизнедеятельности. Д ыхание – процесс, противоположный фотосинтезу. Сравним процессы дыхания и фотосинтеза в клетках зеленого листа растения. Процесс дыхания связан с непрерывным потреблением кислорода днем и ночью. Особенно интенсивно идет процесс дыхания в молодых тканях и органах растения. Интенсивность дыхания обусловлена потребностями роста и развития растений. Много кислорода требуется в зонах деления и роста клеток. Образование цветков и плодов, а также повреждение и особенно отрывание органов сопровождается усилением дыхания у растений. По окончании роста, с пожелтением листьев и особенно в зимнее время интенсивность дыхания заметно снижается, но не прекращается. Чтобы жить, растение обязательно должно получать путем питания и дыхания необходимые ему вещества и энергию [1].
Поглощенные вещества в процессе преобразований в клетках и тканях становятся веществами, из которых растение строит свое тело. Все преобразования веществ, происходящие в организме, всегда сопровождаются потреблением энергии. Зеленое растение (как автотрофный организм), поглощая световую энергию, преобразует ее в химическую и накапливает в сложных органических соединениях. В процессе дыхания при расщеплении органических веществ эта энергия высвобождается и используется растением на преобразование веществ и процессы жизнедеятельности, которые происходят в клетках.
Оба эти процесса – фотосинтез и дыхание – идут путем последовательных многочисленных химических реакций, в которых одни вещества преобразуются в другие. Например, в процессе фотосинтеза из углекислого газа и воды образуются сахара, которые затем через ряд промежуточных реакций превращаются в крахмал, клетчатку или белки, жиры и витамины – вещества, необходимые растению для питания и запасания энергии.
Весь процесс дыхания протекает в клетках растительного организма. Он состоит из двух этапов, в ходе которых сложные органические вещества расщепляются на более простые, неорганические – углекислый газ и воду. На первом этапе при участии специальных белков, ускоряющих процесс (ферментов), происходит распад молекул глюкозы. В итоге из глюкозы образуются более простые органические соединения и выделяется немного энергии. Этот этап дыхательного процесса происходит в цитоплазме.
На втором этапе простые органические вещества, образовавшиеся на первом этапе, взаимодействуя с кислородом, окисляются – образуют углекислый газ и воду. При этом высвобождается много энергии. Второй этап дыхательного процесса протекает только с участием кислорода в специальных органоидах клетки – митохондриях.
Таким образом, в процессе дыхания происходит расщепление более сложных органических веществ на простые неорганические соединения – углекислый газ и воду. При этом растение обеспечивается высвобождающейся энергией. Одновременно идет передача различных химических элементов из одних соединений в другие. Эти превращения веществ в организме называют обменом веществ. Обмен веществ – один из важных признаков жизни.
Обмен веществ – это совокупность протекающих в организме различных химических превращений, обеспечивающих рост и развитие организма, его воспроизведение и постоянный контакт с окружающей средой.
Обмен веществ связывает все органы организма в единое целое. Вместе с этим благодаря обмену веществ организм объединяется с окружающей средой. Из нее растение поглощает вещества через корни и листья и выделяет в среду продукты своей жизнедеятельности. Дыхание, как и питание, – необходимое условие обмена веществ, а значит, и жизни организма[4].
1.2. Полезные свойства комнатных растений.
Многие из нас держат дома цветы в горшках или другие комнатные растения. Однако не все в полной мере осознают, какую пользу приносят комнатные растения, какое они оказывают влияние на эмоциональное состояние человека и на нашу жизнь в целом. Одни растения способны удалять токсины из воздуха, другие помогают ребенку сконцентрироваться на учебе. Но не только в этом заключается влияние комнатных растений на здоровье человека растения оказывают значительное влияние на жизнь человека. В первую очередь растения обильно вырабатывают кислород, тем самым дают возможность дышать всем живым организмам.Очень важны комнатные растения для здоровья. Примерно на 10% воздух, которым мы дышим, увлажняется за счет растений. Влияние комнатных растений на человека не исчерпывается тем, что они важны для здоровья. Польза комнатных растений еще и в том, что они способны создать позитивную атмосферу. Скажем, чтобы наполнить свой дом освежающим ароматом, необязательно использовать бытовую химию. Исследования доказали влияние комнатных растений на эмоциональное состояние человека. Растения дома и на работе помогают снизить стресс и усталость, а также повысить продуктивность сотрудников. [3].
Чтобы ощутить влияние комнатных растений на человека, советуем поставить цветы с длинными листьями, на рабочий стол в офисе или дома, а также в той комнате, где ваши дети делают домашнее задание или учатся. Скоро вы поймете, какую пользу приносят комнатные растения. У нас не всегда получается спать рекомендованные семь или восемь часов — особенно, когда мозг занят постоянными мыслями о том, что случилось за день и что необходимо сделать завтра. Но комнатные растения могут влиять и на сон.
Согласно исследованиям, пары некоторых растений способствуют более спокойному сну [5]. Запах этих растений создает ощущение спокойствия, которое поможет вам лучше подготовиться ко сну. Как видим, влияние комнатных растений на человека, его здоровье и настроение поистине неоценимо. Растения также оказывают влияние на настроение человека. Когда нам нездоровится, ничто так не улучшает эмоциональное состояние и не поднимает настроение, как подарок в виде растения в горшке или букета. Исследования доказали благотворное влияние комнатных растений на здоровье и эмоциональное состояние людей [5]. Так, в больницах пациенты, у которых в палатах стоят цветы или окна выходят в сад, идут на поправку куда быстрее, чем пациенты, чье эмоциональное состояние не стимулируют растения.
Растения поднимают настроение и помогают нам чувствовать себя более расслабленными и защищенными. Польза растений еще и в том, что они помогают справиться с одиночеством и депрессией. Забота о живом организме дает чувство удовлетворения, особенно когда растение, о котором мы с любовью заботились, начинает цвести [5].
Глава 2. Исследование количества выделяемого кислорода комнатными растениями
2.1. Методы и методология исследования.
В 2021 году в рамках национального проекта «Образование» наша школа открыла центр цифрового образования «Точка роста» естественно-научной технологической направленности. Мы получили современные цифровые лаборатории по биологии, экологии, нейротехнологии, химии и физике.
В своей работе мы использовали цифровую лабораторию мультидатчик ReleonAir, датчики кислорода, углекислого газа, освещенности и температуры.
Для начала мы выбрали 8 разных видов растений из зеленого уголка школы : коланхоэ броссфельда каландива, пеперомия, замиокулькас, эпифиллум, золотой ус, катарантус, драцена, хойя. Выбирали мы по следующим показателям: растения с относительно одинаковой зеленой массой, размерами, не цветущие, не плодоносящие. В нашем уголке оказалось много суккулентных видов растений с мясистыми круглыми или овальными листьями.
Из прозрачных полиэтиленовых пакетов склеили большие чехлы, в которые положили растения и герметично закрыли. Замеры делали два раза в день: в 9ч утра измеряли ночные показатели кислорода и углекислого газа и в 14:30ч дня измеряли дневные показатели кислорода и углекислого газа. Мы выбрали это время для того, чтобы посмотреть насколько интенсивно идет процесс дыхания ночью, в 9ч утра солнце пока не до конца поднялось и в комнате относительно темно. А с 10:30ч до 15:00ч солнце стоит высоко и освещение самое высокое. Датчики помещали внутрь пакета. Для объективности результатов измерения делали при относительно одинаковых условиях температурного режима и освещенности комнаты. Все данные заносили в таблицу 1.
2.2. Исследование количества выделяемого кислорода комнатными растениями
Все данные исследования заносили в таблицу 1.
Таблица 1. Мониторинг количества кислорода и углекислого газа
|
№ |
Название растения |
За ночное время (измерение в 9ч утра) |
За дневное время (измерение14:30ч дня) |
||||||||||||
|
Комнатная t0C |
Освещенность комнаты, лк |
Уровень кислорода в комнате |
Уровень углекислого газа в комнате |
Количество кислорода % |
Количество углекислого газа ,ppm |
Комнатная t0C |
Освещенность комнаты,лк |
Уровень кислорода в комнате % |
Уровень углекислого газа в комнате, ppm |
Количество кислорода % |
Количество углекислого газа ,ppm |
||||
|
1 |
Коланхоэ броссфельда каландива |
21 |
6 |
21,4 |
0,1 |
21,2 |
0,2 |
21 |
304 |
21,4 |
0,1 |
21,5 |
0,1 |
||
|
2 |
Пеперомия |
21 |
6 |
21,4 |
0,1 |
21,2 |
0,2 |
21 |
304 |
21,4 |
0,1 |
21,6 |
0,1 |
||
|
3 |
Замиокулькас |
21 |
8 |
21,4 |
0 |
21,6 |
0 |
21 |
303 |
21,2 |
0 |
21,2 |
0,1 |
||
|
4 |
Эпифиллум |
21 |
8 |
21,4 |
0 |
21,2 |
0,1 |
21 |
303 |
21,2 |
0 |
21,3 |
0,2 |
||
|
5 |
Золотой ус |
21 |
6 |
21,2 |
0,1 |
21,2 |
0,2 |
20 |
308 |
21,2 |
0,2 |
21,1 |
0,1 |
||
|
6 |
Катарантус |
21 |
6 |
21,2 |
0,1 |
21,1 |
0,2 |
20 |
308 |
21,2 |
0,2 |
21,2 |
0,3 |
||
|
7 |
Хойя |
18 |
5,5 |
21,3 |
0,1 |
21,1 |
0,2 |
18 |
309 |
21,3 |
0,1 |
21,2 |
0,2 |
||
|
8 |
Драцена |
18 |
5,5 |
21,3 |
0,1 |
21,1 |
0,1 |
18 |
309 |
21,3 |
0,1 |
21,2 |
0,2 |
||
Почти все растения в школьном уголке оказались суккулентными (62,5%), с мясистыми листьями (коланхоэ, пеперомия, замиокулькас, эпифиллум, хойя). По данным нашего исследования, суккулентные растения выделяют больше кислорода в атмосферу, по сравнению с несуккулентами. Из таблицы 1 это видно, что у замиокулькаса, количество выделяемого кислорода больше потребляемого в утреннее время суток, когда еще не так светло. Это может говорить о том, что фотосинтез у замиокулькаса может идти при низких показателях освещенности. У остальных 7 растений мы этого не наблюдаем, то есть в ночное время у них интенсивно идет процесс дыхания, о чем свидетельствуют низкий уровень кислорода (разница в 0,2%) и чуть повышенный показатель углекислого газа в сравнении с атмосферным (на 0,1 ppm).
В дневное время у всех растений интенсивно идет процесс фотосинтеза. Из исследованных нами растений самое большое количество кислорода относительно кислорода воздуха выделяет пеперомия (разница 0,2%). Затем идут коланхоэ и эпифиллум (разница 0,1%). У хойи, золотого уса и драцены даже в дневное время суток преобладает процесс дыхания (потребляется больше кислорода, выделяется больше углекислого газа). Разница в 0,1%. У замиокулькаса и катарантуса не наблюдается разницы в количестве кислорода, но содержание углекислого газа увеличено на 0,1%, что говорит об интенсивном дыхании.
Итак, мы исследовали у 8 видов растений два показателя, количество выделяемого и потребляемого кислорода и углекислого газа. По результатам исследования из исследованных видов комнатных растений мы рекомендуем для внутреннего озеленения сажать у себя дома и в офисах следующие растения: пеперомия, замиокулькас, коланхоэ и эпифиллум. Не рекомендуем хойю, драцену, катарантус и золотой ус. По неприхотливости, простоте ухода и продуктивности фотосинтеза также можем рекомендовать к посадке различные виды суккулентов.
Выводы и рекомендации:
По данным нашего исследования, суккулентные растения выделяют больше кислорода в атмосферу по сравнению с несуккулентами
Из исследованных нами растений самое большое количество кислорода относительно кислорода воздуха выделяет пеперомия (разница 0,2%). Затем идут коланхоэ и эпифиллум (разница 0,1%). У хойи, золотого уса и драцены даже в дневное время суток преобладает процесс дыхания (потребляется больше кислорода, выделяется больше углекислого газа). Разница в 0,1%. У замиокулькаса и катарантуса не наблюдается разницы в количестве кислорода, но содержание углекислого газа увеличено на 0,1%, что говорит об интенсивном дыхании.
У замиокулькаса, количество выделяемого кислорода больше потребляемого в утреннее время суток, когда еще не так светло. Это может говорить о том, что фотосинтез у замиокулькаса может идти при низких показателях освещенности.
По результатам исследования из исследованных видов комнатных растений мы рекомендуем для внутреннего озеленения сажать у себя дома и в офисах следующие растения: пеперомия, замиокулькас, коланхоэ и эпифиллум. Не рекомендуем хойю, драцену, катарантус и золотой ус.
По неприхотливости, простоте ухода и продуктивности фотосинтеза также можем рекомендовать к посадке различные виды суккулентов.
Литература
ГоловкинБ.Н., Колобов Е.С., Костюченко Л.П. Все о комнатных растениях. – М.: Рольф, 2001.- 368с.+32 с.цв.вклейка. – (Страна советов).
Еремина С.В. Особенности физиологических процессов у кактусов и суккулентов - 2006. – URL: http://samaracactus.ru/ (дата обращения: 18.11.2021)
Лавренова Г.В. Домашний травник. – М.: ЗАО «Олма Медиа Групп», 2010. – 640 с.
Особенности процессов дыхания и фотосинтеза у растений. Дыхание и фотосинтез растений . – URL: http://superpedia.su/7x1018e.html/ (дата обращения: 18.11.2021)
Как комнатные растения могут улучшать нашу жизнь. – URL: https://www.houzz.ru/statyi/kak-komnatnye-rasteniya-mogut-uluchshity-nashu-zhizny-stsetivw-vs~56932164