Влияние нитратов на рост корней

XIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Влияние нитратов на рост корней

Нефёдова Е.А. 1
1МАОУ "Гимназия № 26", г. Миасс
Игуменцева О.В. 1
1МАОУ "Гимназия № 26", г. Миасс
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

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 аммониянатриякалия, 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 Naиспользуется 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

№ п/п

Контроль

Длина главного корня (см)

0,5 г/дм³

1 г/дм³

2,5 г/дм³

5 г/дм³

I

II

III

I

II

III

I

II

III

I

II

III

I

II

III

1

5

4,5

5,5

1,5

1,4

0,5

0,6

0,7

1

0,5

0,5

0,6

0

0

0

2

4

3,8

5,3

0,3

2,4

0,6

0,9

0,9

0,7

0,6

0,5

0,6

0

0

0

3

1,5

2,6

0,4

0,5

1,3

1,3

0,6

0,9

1

0,7

0,9

0,6

0

0

0

4

0,3

1,6

0,6

2,1

1,6

0,8

0,5

0,5

0,7

0,5

0,4

0,6

0

0

0

5

0,2

2,7

0,5

0,7

1,9

1,8

0,8

0,1

0,5

0,3

0,2

0,2

0

0

0

6

1

2,8

0,4

0,7

1,3

1,2

0,6

0,1

1

0,4

0,3

0,6

0

0

0

7

1

0,2

0,3

0,8

0,5

1,7

0,7

0,1

0

0,5

0,1

0,1

0

0

0

8

1

0,2

0,3

0,3

0,3

0

0,5

0,1

0,5

0,2

0,1

0,1

0

0

0

9

1

0,1

0,3

0,5

0

0

0,2

0,1

0,1

0,1

0,1

0

0

0

0

10

1

0

0,1

1

0

0

0,2

0,1

0,1

0,1

0,3

0

0

0

0

*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

№ п/п

Значение средней выборочной длины главного корня (см)

Контроль

Концентрация 0,5 г/дм³

Концентрация

1 г/дм³

Концентрация

2,5 г/дм³

Концентрация

5 г/дм³

 

1,6

1,85

1,37

0,84

1,07

0,79

1,37

0,36

0,56

0,39

0,34

0,28

0

0

0

1,61

0,9

0,76

0,33

0

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.

Просмотров работы: 182