II Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
ВЛИЯНИЕ УФ НА РОСТ ОСЕВЫХ ОРГАНОВ РАСТЕНИЯ ОГУРЕЦ
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
Воздействие ультрафиолетовой радиации на растительные объекты приковывает пристальное внимание ученых в связи с усиливающимся антропогенным влиянием на атмосферу и ухудшением состояния озонового слоя, который защищает землю от губительного действия ультрафиолетовой радиации.
УФ-радиация является мощным стрессовым фактором для живых систем, так как вызывает разнообразные фотохимические превращения. Все живые организмы и растения чувствительны к ультрафиолетовому облучению и реагируют на УФ-радиацию. Ультрафиолет индуцирует не только прямые повреждения ДНК, но и вызывает окислительный стресс, в результате которого образуются радикалы, вызывающие повреждения всех структур и молекул клетки. Все химические компартменты могут быть мишенью для ультрафиолета. И, как следствие, это влечет за собой физиологические нарушения и анатомические изменения. Нарушения в ДНК могут быть причиной повышенного уровня мутаций, что может негативно сказываться на сохранении генофонда живых организмов.
Актуальность исследования. Изучение закономерностей в отношениях между растениями и средой их обитания на разных уровнях организации является одной из главных фундаментальных задач экологической науки, так как растительность представляет собой важнейший компонент абсолютного большинства экосистем и биосферы в целом. Важнейшим фактором окружающей среды для растений является свет, который выступает источником энергии для фотосинтеза и регулятором всех сторон жизнедеятельности растительного организма. Растения получают из окружающей среды световые сигналы, которые являются индикаторами свойств окружающей обстановки и используют полученную информацию для адаптации и развития. Это осуществляется с помощью фоторецепторов с целью определения спектрального состава, интенсивности, направленности светового потока, продолжительности и периодичности освещения.
Целью работы является проведение экспериментального исследования предпосевной обработкой УФ-облучения семян растения огурец.
Задачи:
1. Ознакомиться с научной литературой;
2. Определить оптимальную дозу и экспозицию облучения;
3. Разработать технологию предпосевной обработки семян растения огурец УФ-лучами.
Объект исследования семена растения огурец.
Предмет исследования влияние УФ-излучения на рост осевых органов растения огурец.
Ультрафиолет - это лучи света с длиной волны от 10 до 400 нм, невидимые человеческим глазом.
Лучи 10-200 называются дальним ультрафиолетом, или вакуумным, поскольку активно поглощаются воздухом и не применяются в быту. Ультрафиолет с длинами волн от 200 до 400 называется ближним и условно подразделяется на три категории.
-
Коротковолновое (200-290 нм)
-
Средневолновое (290-350 нм)
-
Длинноволновое (350-400 нм)
Физиологическое действие на любые организмы у них разное. В природе встречается только часть средне и длинноволнового света. Коротковолновое и часть средневолнового излучения поглощаются озоновым слоем атмосферы.
Итак, коротковолновое излучение. Обладает высокой энергией и способностью повреждать биомолекулы. Белки активно поглощают излучение с максимумом 220-240нм, нуклеиновые кислоты - 260 нм. Возбуждение от этого поглощения напрямую вызывает изменение или разрыв химических связей, поэтому белки перестают выполнять свои функции, а нуклеиновые кислоты подвергаются мутациям. Также поглощение коротковолнового излучения пигментами может вызывать фотолиз воды с образованием активных свободных радикалов и перекиси водорода. Эти соединения разрушают и окисляют любые органические молекулы, в связи с чем клетка разрушается. Именно коротковолновое излучение применяют в качестве бактерицидного. У человека эта часть спектра вызывает сильные ожоги даже в небольших дозах. Растения так же гибнут от такого излучения за очень небольшое время. Однако, в некоторые работах показана стимуляция развития растений при облучении коротковолновой частью спектра в низких дозах (несколько минут раз в две недели). Причем стимул был существенным и составлял до 50% увеличения роста (для злаковых сельскохозяйственных культур). Однако необходимые дозы такого облучения оказались строго специфичными для каждого вида растений. Небольшое повышение приводило к подавлению роста, а понижение приводило к снятию стимулирующего эффекта.
Можно сделать вывод, что в связи с высокой активностью и опасностью как для человека, так и для растений, в бытовых условиях полезное действие коротковолнового излучения малоприменимо. Однако в промышленности стоит задуматься о его использовании.
Средневолновое излучение.
Его можно подразделить на два типа. Первый - 290-310 нм вызывает ожоги у человека. Второй - 310-350 уже относительно безвреден. Для растений средневолновое излучение безопасно в средних кратковременных дозах, однако вызывает угнетение и гибель при постоянном воздействии. Постоянное действие малых доз усиливает пигментацию растений, но стимулирующего действия не наблюдается. При воздействиях порядка 20 минут каждый день эта часть спектра вызывает усиление роста у широкой группы растений (например, исследуемые растения томатов были в два раза крупнее контрольных. Растения кукурузы были крупнее на 26%. Риса и хлопчатника - на 30-50%. Цветение так же наступало раньше, а плоды были больше.).
Исходно высокогорные виды реагируют на наличие средневолнового излучения еще сильнее, их увеличение роста доходит до 100%. Однако превышение доз приводит к типичным симптомам солнечного ожога - измельчание листьев, плохой рост, ослабление растения и гибели растения. Таким образом, можно рекомендовать периодическое облучение растений ультрафиолетовыми лучами среднего диапазона, как относительно безопасных и сохраняющих стимулирующее действие. В особенности это справедливо для высокогорных растений. Однако следует помнить, что превышение может даже привести к гибели цветов и ожогам у человека.
Длинноволновое излучение.
Фактически эта часть спектра безвредна как для растений, так и для человека. Интересно, что стимулирующий эффект кратковременного сильного излучения так же отсутствует. Однако долговременное излучение относительно высокой интенсивности увеличивает рост высокогорных растений. Наблюдаются интересные физиологические явления и в связи с фотопериодизмом, о чем сказано ниже. Его можно рекомендовать для использования в качестве одного из компонентов постоянного света при выращивании при искусственном освещении. Это безвредно, а для некоторых растений (высокогорных) вызывает усиление роста. Так же, ниже описывается его действие на растения "короткого" и "длинного" дня, что может иметь практическое значение.
Еще некоторые общие физиологические моменты действия УФ излучения: Все его виды вызывают усиленный синтез каротиноидов и антоцианов. Простыми словами - он вызывает покраснение листьев. При длительных воздействиях синтез хлорофилла уменьшается, а при кратковременных (в физиологических дозах) - увеличивается. Так же в разы увеличивается синтез некоторых биологически- активных веществ (алкалоиды, терпены, эфирные масла). Но мы же не коноплю выращиваем, поэтому данное свойство бесполезно.
Многие растения активно фотосинтезируют во всей части УФ спектра. Однако некоторые (например сосны) - нет.
Ультрафиолет влияет на фотопериодические реакции растений. Так, оптимальные дозы увеличивают количество заложенных цветовых почек. Во многом, дополнительная досветка ультрафиолетом при условиях длинного дня "действует подобно сокращению светового дня и стимулирует цветение короткодневных растений"! Это справедливо для длинноволнового ультрафиолета.
Длиннодневные растения, выращиваемые на коротком дне с досветкой ультрафиолетом так же зацветали нормально. Можно сделать вывод, что длинноволновый ультрафиолет при длительном воздействии сглаживает специфические фотопериодические реакции растений, что может найти применение, например, в культуре короткодневных растений.
Положительное действие ультрафиолета в основном проявляется при высокой температуре и уровне освещения видимым светом, что связано с лучшей репарацией (восстановлением) повреждений клетки в этих условиях. Общее правило для расчёта эффективных доз - чем меньше прямого света попадает на растения в природе и чем ниже оно растет - тем сильнее будет повреждаться одними и теми же дозами ультрафиолета.
Следует помнить, что при неаккуратном обращении вреда от ультрафиолета может быть значительно больше чем пользы.
В качестве объектов исследования были взяты различные семена растения огурец.
Семена исследуемых растений перед посевом обрабатывались УФ – лучами длины волны – 253,7 нм, в течение 10, 20, 30 мин. В качестве источника УФ-лучей использовали лампу UV Lamp 36. Использование светофильтров позволило выделить разные участки спектра. Опыты были поставлены на ровном, тщательно обработанном и равномерно удобренном участке, почва которого была перемешана и разделена бороздками для полива. Для наблюдения за ростовыми процессами отбирали по 10 семян каждого растения. У растений в течение всего периода вегетации определяли высоту осевых органов. В конце вегетации проводили структурный анализ. Результаты экспериментов подвергались статистической обработке.
Изменение динамики роста осевых органов растений на пятый день показано на рис. 3.
Рис. 3. Влияние различных доз УФ-излучения на рост проростков огурцов (пятый день)
Анализируя экспериментальные данные видно, что разница по длине корешка и высоте стебля между вариантами наблюдалась уже в начале вегетации. Резкий подъем кривой роста наблюдался в начальные периоды вегетации, в течение которых происходило заметное расхождение в росте осевых органов растений между вариантами опыта. Эта разница прослеживалась до конца вегетации. Предпосевная обработка семян УФ-лучами в течение 10 минут приводила к увеличению роста осевых органов растений по сравнению с контролем. УФ-облучение в течение 20 минут также стимулировала рост осевых органов растений, однако значительно меньше, чем в течении 10 минут. Но УФ-облучение в течение 30 минут была угнетающей, значительно меньше по сравнению с другими вариантами опыта.
Изменение динамики роста осевых органов растений на десятый день показано на рисунке 4. Лучшей экспозицией является облучение в течении 20 минут. Необлученные семена имеют меньшую длину корешка и высоту стебля.
Рис. 4. Влияние различных доз УФ-излучения на рост проростков огурцов (десятый день)
Изменение динамики роста осевых органов растений через месяц показано на рисунке 5. Так же лучшей экспозицией является облучение в течении 20 минут. Необлученные семена имеют меньшую длину корешка и высоту стебля
В конце вегетации был проведен структурный анализ растений. Показано, что предпосевная обработка семян УФ-облучением в течении разного
Рис. 5. Влияние различных доз УФ-излучения на рост проростков огурцов (через месяц)
времени приводила к изменению всех ростовых параметров растений. УФ-облучение в течение 20 минут увеличивала некоторые ростовые параметры – высоту растений и длину корешка по сравнению с необлученными (контрольными) экспозициями. Продуктивность растений во всех вариантах по сравнению с контролем резко увеличивалась.
Таким образом, из анализа экспериментальных данных вытекает, что предпосевная обработка семян УФ-облучением в течении разной экспозиции времени приводит к изменению динамики роста осевых органов, и корнеплодов.
ВЫВОДЫ
1. Предпосевная обработка семян УФ-облучением в течении разной экспозиции времени приводит к изменению динамики роста осевых органов, и корнеплодов. Резкий подъем роста наблюдался в начальные периоды вегетации, в течении которых происходило заметное расхождение в росте осевых органов растений между вариантами опыта. Предпосевная обработка семян УФ-облучением привела к изменению всех ростовых параметров растений.
2. Растения, полученные из семян после 20 минут УФ-облучения, раньше зацвели и дали в 2–раза больше плодов.
3. Семена исследуемых растений перед посевом обрабатывались УФ – лучами длины волны – 253,7 нм, в течение 10, 20, 30 мин. В качестве источника УФ-лучей использовали лампу UV Lamp 36. Опыты были поставлены на ровном, тщательно обработанном и равномерно удобренном участке, почва которого была перемешана и разделена бороздками для полива. Для наблюдения за ростовыми процессами отбирали по 10 семян каждого растения. У растений в течение всего периода вегетации определяли высоту осевых органов. В конце вегетации проводили структурный анализ. Результаты экспериментов подвергались статистической обработке.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1. Акназаров О.А. Действие ультрафиолетовой радиации на рост, морфогенез и уровень гормонов высокогорных растений. – автореф. докт. дисс./ О.А. Акназаров. –. Душамбе. – 1991. – 47 с
2. Акназаров О.А./ Спектральный состав света как фактор изменения физиологического состояния и продуктивности растений. /О.А. Акназаров, М. Содаткадамов..// Отд. биол. и мед. наук. – М.: Изв.АН Тадж ССР – 1988, № 3 (112) – С. 50–53.
3. Веселовский В.А. Стресс растений. Биофизический подход. / В.Т. Веселова, Д.С. Чернавский. // Физиология растений. – 1993. – Т. 40, № 4. – С. 260–304
4. Воскресенская Н.П. Фотосинтез и спектральный состав света./ Н.П. Воскресенская – М.: Наука, 1965. – 308 с.
5. Дубров А.П. Действие ультрафиолетовой радиации на растения / А.П. Дубров. – М.: Изд. Академии наук СССР. – 1963. – 115 с .