XIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Влияние нитратов на рост корней

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Нефёдова Е.А. 1

---

1МАОУ "Гимназия № 26", г. Миасс

Игуменцева О.В. 1

---

1МАОУ "Гимназия № 26", г. Миасс

Работа в формате PDF

124.3 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Рост растения начинается с прорастания семени. На прорастание семян влияют многие внешние факторы, такие как кислород, влага, свет, тепло. Чтобы семя проросло недостаточно наличия только одного из этих факторов, а необходимо их сочетание, только тогда для растения создаются оптимальные условия.

Растения выносят из почвы с урожаем значительное количество питательных веществ. Для восполнения потерь и повышения плодородия почвы вносят минеральные удобрения [1].

Нитратные удобрения – дополнительный источник азота для всех сельскохозяйственных культур. Они оказывают значительное влияние на прорастание растений. Их применение положительно влияет на состояние растений, повышает качественные и количественные характеристики урожайности. Однако внесение большого количества удобрений может привести к снижению урожайности и даже гибели растений. Это связано с повышением концентрации почвенного раствора, снижением осмотического потенциала почвы и как следствие этого, ухудшением водоснабжения растений.

Цель: изучить влияние нитрат-ионов на прорастание главного корня растения салата Лоло Росса

Задачи:

1) Изучить литературу по исследуемой теме;

2) Определить интенсивность роста главного корня исследуемого объекта в зависимости от концентрации нитрат-ионов

3) Провести математическую обработку полученных результатов;

4) Выявить степень корреляции между длиной главного корня и концентрацией нитрат-ионов.

Объект исследования: семена салата Лоло Росса

Гипотеза: нитраты способствуют более интенсивному росту главного корня

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Семя и его характеристика

Семя – орган семенного размножения и расселения растений

Факторы, влияющие на прорастание семени

Внешние

Вода: недостаток или избыток воды влияет на прорастание семян.

Температура: влияет на скорость роста, а также на метаболизм семени.

Кислород: прорастающие семена активно дышат и высвобождают энергию, необходимую для их роста, поэтому недостаток кислорода влияет на их всхожесть.

Внутренние:

Семенной покой – это состояние, при котором семена не могут прорасти даже при благоприятных условиях. Во время семенного покоя:

Семенная оболочка, устойчивая к воздействию воды и газов, ограничивает поглощение воды и кислородный обмен.

Семена с неразвитым или незрелым зародышем не прорастают.

Одним семенам требуется больше времени для прорастания, чем другим.

1.2 Корень и его характеристика

Корень – вегетативный подземный орган растения. Он имеет радиальную симметрию, но не несёт на себе листья, обладает способностью ветвиться, характеризуется неограниченным ростом.

Функции корня:

Закрепления растения в почве

Поглощение воды и минеральных веществ

Синтез гормонов и ферментов

Выделение продуктов метаболизма

Запасание воды и питательных веществ.

1.3 Характеристика и значение нитратов

Азот усваивается растением в виде анионов (NО3 - , NО2 - ), катиона (NН4 + ). Он входит в состав нуклеиновых кислот, белков, пигментов, коферментов, фитогормонов и витаминов. Он не выводится из организма, а используется многократно (реутилизируется), т. е. при старении листьев высвобождается в процессе распада цитоплазматических белков и других азотсодержащих соединений и оттекает в молодые части растения. При недостатке азота тормозится рост растений, ослабляется образование боковых побегов и кущение у злаков, наблюдается мелколистность, уменьшается ветвление корней. Симптомом азотного дефицита является хлороз листьев - бледно-зеленая окраска листьев, вызванная ослаблением синтеза пигмента хлорофилла. Длительное азотное голодание ведет к гидролизу белков и разрушению хлорофилла в нижних более старых листьях и оттоку растворимых соединений азота к молодым листьям, точкам роста и генеративным органам. Вследствие разрушения хлорофилла окраска нижних листьев в зависимости от вида растения приобретает желтые, оранжевые или красные тона, а при сильно выраженном азотном дефиците возможно высыхание и отмирание тканей [3].

Нитраты (селитры) – это соли азотной кислоты, которые присутствуют во всех живых организмах, и соответственно, в овощах и фруктах, поскольку азот необходим им для роста и развития. Нитраты используют в качестве удобрений в сельском хозяйстве. Нитраты также используют в медицине (нитроглицерин) при лечении сердечно-сосудистых заболеваний. Растения поглощают нитраты и преобразуют их в аминокислоты, из которых выстраиваются белки. Нитраты становятся опасными, если их употребляют в избыточном количестве. Многие продукты содержат нитраты, опасно для здоровья лишь превышение предельно допустимой концентрации (ПДК). Нитраты используются в качестве удобрений в сельском хозяйстве из-за их высокой растворимости и способности к биологическому разложению.  Они являются источником соответствующих анионов. Анион NO3 в небольших количествах необходим для нормального питания растений [1].

При неправильном использовании нитратов в качестве удобрений они накапливаются в сельскохозяйственных продуктах в чрезмерных количествах, что может привести к отравлению людей и животных. Нитраты аммония, щелочных и щёлочноземельных металлов часто называют селитрами. Основными нитратными удобрениями являются соли аммония, натрия, калия, кальция и магния. Для этой цели ежегодно производится несколько миллионов килограммов нитрат.

1.4. Натриевой селитра (NaNO₃)

Для проведения эксперимента нами была использована натриевая селитра.

Натриевая селитра (нитрат натрия, азотнокислый натрий, чилийская селитра) – нитратное удобрение, содержащее 15–16 % азота и 26 % натрия, мелкокристаллическая соль белого или сероватого цвета. Хорошо растворима в воде. Является побочным продуктом производства азотной кислоты из аммиака. Применяется под предпосевную культивацию, для подкормки растений во время вегетации.

Натриевая селитра быстро растворяется в почвенном растворе, образуя катион Na⁺ и анион NO₃^– (нитрат-ион).

Характерным свойством нитрат иона является его невозможность поглощения ни каким другим способом кроме биологического. Это приводит к активному вымыванию свободных нитрат-ионов из почвы в осенне-зимний период, когда биологическое поглощение полностью отсутствует, а в почве преобладают нисходящие потоки. Потери азота путем вымывания особенно опасны на почвах легкого гранулометрического состава.

Именно поэтому натриевую селитру не рекомендуется вносит в качестве основного удобрения с осени под зябь, особенно на легких почвах.

С началом вегетационного периода в почвах начинают преобладать восходящие потоки влаги, а растения и микроорганизмы интенсивно поглощают нитратный азот, поскольку это самая доступная и легкоусвояемая форма азота для большинства растений и микроорганизмов. (Составитель)

Катион Na⁺ используется растениями в меньшей степени, исключение составляют натриелюбивые культуры (томаты, корнеплоды). В результате натрий-ион остается в почве и приводит к ее подщелачиванию. 

Натриевая селитра является дополнительным источником азота для растений в период вегетации.

Максимальный эффект натриевая селитра оказывает при внесении под сахарную свеклу и другие корнеплоды. Натрий влияет на отток углеводов из листьев в корни, вследствие чего урожайность корней и содержание сахаров в них повышаются [4].

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

2.1 Характеристика объекта исследования

Для исследования влияния нитрат-ионов на длину главного корня мы использовала семена салата Лоло Росса.

Салат Лоло Росса относится к категории однолетних. Это растение является полукочанным сортом культуры листового типа. Он образует полупрямые стоящие пышные розетки, высота которых достигает 25 см, а диаметр — около 30 см. Растение имеет небольшую кочерыжку нежно-зеленого оттенка с плотной хрустящей структурой. Корень у салата Лолло Росса поверхностный, слаборазвитый, поэтому культура нуждается в регулярном поливе. Листья большие, собраны в рыхлый пучок, красно-зеленого оттенка, кучерявые.

Салат Лоло Росса обладает устойчивостью к некрозам, мучнистой росе, мозаике, цветушности.

Данный вид культуры относится к категории ранних сортов. Длительность его вегетации составляет 40-45 дней. Наибольшую продуктивность сорт показывает в условиях умеренного климата. Данный вид культуры относится к категории ранних сортов. Длительность его вегетации составляет 40-45 дней. Культуру можно выращивать в открытом грунте, парниках, теплицах, на гидропонике. Наибольшую продуктивность сорт показывает в условиях умеренного климата. Растение является холодоустойчивым и неприхотливым.

Урожай Лоло Росса хорошо переносит транспортировку, но не подходит для длительного хранения.

Характеристика:

неприхотливость к уходу;

малая восприимчивость к температурным перепадам;

высокая урожайность;

раннеспелость;

нетребовательность к составу почвы

требует регулярного полива;

плохо переносит жару;

короткий период хранения.

2.2 Методика проведения исследования

Семена салата сорта Лоло Росса сначала поместили в раствор перманганата калия (KMnO₄) на 10-15 минут для того, чтобы снизить вероятность появления патогенной микрофлоры.

После дезинфекции семена просеяли через сито.

Для эксперимента был использован раствор натриевой селитры (NaNO₃) в концентрациях: 0,5; 1; 2,5; 5 г/дм³. Каждая концентрация была поставлена в 3-х повторностях. Для контроля использована дистиллированная вода;

Далее в чашки Петри поместили кружки фильтровальной бумаги, в каждую чашку поместили по 12-14 (подсчет велся по 10 шт.) хорошо выполненных неповрежденных одинаковых семян салата Лоло Россо, раскладывая их равномерно по поверхности фильтровальной бумаги. Закрыли крышками и оставили на 120 часов в темное место для проращивания. В течение этого времени чашки смачивали, чтобы семена не погибли [5].

Спустя 120 ч. сняли показания, при помощи линейки определили длину главного корня, результаты занесли в таблицу.

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В работе нами был использован метод предпосевного замачивания. Способ замачивания семян имеет некоторые преимущества по сравнению с опрыскиванием или опылением. При замачивании семян обычно соотношение веса семян к раствору равно 1:2. Таким образом, при применении этого метода на семена действуют два фактора: минеральные элементы и большое количество воды. В результате этого происходит одновременно поглощение семенами нитратов из раствора и набухание семян в результате поглощения воды. К тому же следует учесть, что предпосевная обработка семян удовлетворяет потребность растений в минеральных элементах во время прорастания и первоначального роста и вызывает ряд таких изменений зародыша, которые передаются взрослому растению [1].

3.1 Результаты предпосевного замачивания

Результаты исследования представлены в таблице 1.

Таблица 1. Зависимость длины главного корня от концентрации нитрат-ионов

*Примечание: I, II, III – номера повторностей

Анализ полученных данных показал, что в контроле и в чашках Петри с концентрациями растворов нитрат-ионов 0,5 г/дм³, 1 г/дм³, 2.5 г/дм³ семена проросли, в чашках Петри с концентрацией раствора нитрат-ионов 5 г/дм³ семена не проросли.

Для того чтобы выяснить, как разные концентрации нитрат-ионов и контроль повлияли на длину главного корня, мы высчитали среднее значение длины корня при каждой концентрации.

Таблица 2. Значение средней выборочной длины главного корня

Анализируя данные из этой таблицы можно сделать вывод, что с увеличением концентрации нитрат-ионов в растворе длина главного корня уменьшается: самые высокие показатели наблюдаются в контроле, т.е. в воде, при концентрации нитрат-ионов 5 г/дм³ семена вообще не проросли.

Также была проведена математическая обработка полученных данных, вычислен коэффициент достоверности аппроксимации и коэффициент корреляции с помощью программы Microsoft Excel. Данные представлены на рисунке 1.

Рисунок 1. Зависимость длины главного корня от концентрации нитрат-ионов

Коэффициент достоверности аппроксимации R² показывает степень соответствия трендовой модели исходным данным. Его значение может лежать в диапазоне от 0 до 1. Чем ближе R² к 1, тем точнее модель описывает имеющиеся данные [2].

На данной диаграмме мы видим, что коэффициент аппроксимации стремится к 1 и составляет 0,9598, а это значит, что модель достаточно точно описывает наш эксперимент.

Также мы рассчитали коэффициент корреляции, он составил r = -0,89996, знак минус говорит об обратной зависимости между концентрацией нитрат-ионов и длиной корня, а поскольку коэффициент корреляции стремится к -1, то это говорит о сильной обратной связи между показателями.

Таким образом, в ходе данной работы наша гипотеза о том, что нитраты способствуют активному росту корней была опровергнута. Мы выяснили, что чем выше концентрация нитратов в растворе, тем меньше длина главного корня.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе работы мы выяснили, что:

1) Нитратные удобрения – дополнительный источник азота для всех сельскохозяйственных культур. Они оказывают значительное влияние на прорастание растений. Их применение положительно влияет на состояние растений, повышает качественные и количественные характеристики урожайности. Однако внесение большого количества удобрений может привести к снижению урожайности и даже гибели растений. Это связано с повышением концентрации почвенного раствора, снижением осмотического потенциала почвы и как следствие этого, ухудшением водоснабжения растений.

2) Изменение длины главного корня у семян растения салата Лоло Росса в сторону уменьшения происходит уже при концентрации 0,5 г/дм³ нитрат-тонов по сравнению с контролем. А при концентрации 5 г/дм³ корни не проросли.

3) Математическая обработка данных и вычисление коэффициента корреляции показали сильную обратную связь между длиной главного корня и концентрацией нитрат-ионов в растворе.

4) Наша гипотеза не подтвердилась, т.к. нитрат-ионы привели к торможению и даже прекращению роста главного корня у семян салата Лоло Росса.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1) Гаджиева Г. М., Даудова Р. Д. Влияние нитратных удобрений на прорастание семян чечевицы обыкновенной // Известия Дагестанского государственного педагогического университета. Естественные и точные науки. 2020. Т. 14. № 3. С. 37-40. DOI: 10.31161/1995-0675-2020-143-37-40

2) Коэффициент достоверности аппроксимации. Оценка надёжности по критерию Фишера. [Электронный ресурс]: дата обращения 16.03.2023 https://studfile.net/preview/6231215/page:20/

3) Минеральное питание растений. [Электронный ресурс]: дата обращения 16.03.2023 https://www.brsu.by/sites/default/files/botany/fr_lk_06.06.20.pdf

4) Справочник по защите растений. Натриевая селитра. [Электронный ресурс]: дата обращения 16.03.2023 https://www.agroxxi.ru/goshandbook/wiki/active_compound/sodium_nitrate.html

5) Физиология и биохимия растений. Издание второе, дополненное и переработанное: Методические указания/Белорусская государст­венная сельскохо­зяйственная академия; сост. В. П. Моисеев, Н. П. Решецкий. Горки, 2009. 123 с.