XX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Влияние света на растения

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Тарасов Н.А. 1

---

1МБОУ СОШ № 30

Ганжа И.И. 1

---

1МБОУ СОШ № 30

Работа в формате PDF

659.5 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

На уроках биологии в 6 классе мы впервые сталкиваемся с понятием «фотосинтеза» и более подробно изучаем его уже в 9 классе. «Свет необходимое условие для осуществления фотосинтеза»[2], так гласит определение из учебника.

Но комнатные растения растут в течении всего зимнего периода при недостатке солнечного света и зачастую стоят вдали от окна при искусственном освещении, что не мешает им развиваться. Получается растениям достаточно любого источника света. Или нет? И мы решили проверить: любой ли свет подходит для жизнедеятельности растений Актуальность данной темы связана с тем, что многие задумываются о выращивании растений в домашних условия в осенне-зимний период с целью «продления овощного сезона». Одно из практических значений является то, что данное исследование поможет определиться с дальнейшим выращиванием овощной продукции в стенах лаборатории на базе нашей школы.

Гипотеза исследования: при любом источнике света жизнедеятельность растений будет одинакова.

Объект исследования: растения редиса сорта «Жара».

Предмет исследования: биометрические и фенологические показатели растений редиса.

Цель: изучить влияние разных источников света на выращиваемую культуру.

Задачи:

- изучить литературу и другие источники по влиянию света на жизнедеятельность растений;

-проанализировать полученные данные;

- выявить фенологические различия, у растений выращиваемой культуры.

Данное исследование проводилось в лабораторных условия МБОУ СОШ № 30 п. Ахтырского, Абинского района, в период с февраля по апрель 2023 года. Была выбрана овощная культура редиса из-за его скороспелости, невысокого роста растения, удобного для исследования в помещении. Кроме всего прочего, считается, что выращивание редиса не вызывает сложностей.

Глава 1. Световые волны или что мы знаем о свете 

В трудах академика Тимирязева К.А. много говорится о важности листа и практически равной его роли, наряду с корнями в жизни растений [5]. Но мало говорится о самом солнечном свете, длине волн необходимых для жизнедеятельности растения. В этом вопросе мы попытались более подробно разобраться.

1.1 Что такое световые волны?

  « Световая волна — это волна, которая распространяется в среде в виде электромагнитных колебаний. Эти колебания возникают в результате взаимодействия заряженных частиц (электронов и протонов) с электромагнитным полем.

Световые волны имеют длину волны, которая измеряется в нанометрах (нм). Длина волны определяет, как свет выглядит и как он взаимодействует с веществом. Короткие волны имеют большую энергию и могут вызывать химические реакции или нагревать объекты, в то время как длинные волны имеют меньшую энергию и могут использоваться для создания изображений» [1].

1.2 Открытие световых волн

Открытия в области изучения света были постепенными. Сначала в 1814 году Томас Юнг обнаружил, что если два луча света падают на экран, то на нем мы видим полосы, которые образуются из-за наложения волн. Это явление он назвал интерференцией света. Затем в 1672 году Кристиан Гюйгенс предположил, что свет представляет собой волну. А уже в 1683 году Роберт Гук подтвердил это предположение, наблюдая дифракцию света на щели. Наступило время следующего открытия. Так в 1877 году Джеймс Клерк Максвелл предположил, что свет может быть поляризован и в1888 году Поль Керр и Уильям Брэгг подтвердили это предположение, исследовав поляризацию света при прохождении через кристаллы.

Позже, в 1786 году Антуан Лавуазье обнаружил, что при пропускании белого света через призму он разделяется на цвета. Этот процесс называется дисперсией света. Спектр света - это распределение цветов в зависимости от длины волны света, а в 1864 году Джеймс Максвелл доказал, что электромагнетизм - это единая теория, которая объясняет как свет, так и электрические и магнитные явления. [6] .

1.3 Виды световых волн

Существует несколько видов световых волн, которые могут быть классифицированы на основе различных параметров. Некоторые из наиболее распространенных видов световых волн включают:

- Свет видимого диапазона (от 400 до 700 нм) - это свет, который мы можем видеть и который используется в оптической связи, фотографии, видео и других областях.

-Ультрафиолетовый свет (UV, от 100 до 400 нм) - это электромагнитное излучение с более короткой длиной волны, чем видимый свет. Он используется в научных исследованиях и производстве, а также для защиты от солнечных ожогов и лечения некоторых заболеваний.

- Инфракрасный свет (IR, от 700 до 14000 мкм) - это излучение с длиной волны от среднего размера до крупного размера. Этот свет используется для измерения температуры, инфракрасных камер и других приложений.

- Радиационное излучение (от X-лучей до гамма-лучей) - это высокоэнергетическое излучение с очень короткой длиной волны. Оно используется в медицине и науке для диагностики и лечения заболеваний, а также в космических исследованиях.

- Лазерное излучение - это форма света, которая генерируется путем усиления света с помощью лазера. Лазеры используются во многих областях, включая медицину, науку, технологии и развлечения.

- Звуковые волны - это звуковое излучение, которое может быть преобразовано в свет с помощью ультразвукового преобразователя. Этот тип света используется в медицинской диагностике и других приложениях.

1.4 Свойства световых волн, характеристики

Частота световой волны

Частота световой волны - это количество колебаний в секунду, которое совершает свет. Это одна из основных характеристик света и измеряется в герцах (Гц).

Длина световой волны

Длина световой волны напрямую связана с ее частотой. Чем выше частота света, тем короче его длина волны, и наоборот. Например, видимый свет состоит из разных цветов, каждый из которых имеет свою длину волны и частоту. Например: красный свет имеет частоту 700 ТГц (терагерц) и длину волны 0,7 мкм (микрометр); фиолетовый свет - 400 ТГц - 0,38 мкм; синий свет - 500 ТГц - 0,4 мкм; голубой - 530 ТГц - 0,42 мкм; зеленый - 550 ТГц - 0,43 мкм; желтый - 570 ТГц -0,44 мкм; оранжевый - 600 ТГц - 0,46 мкм; и, наконец, белый свет - 625 ТГц - 0,47 мкм (Приложение 1, рис.2).

Энергия световой волны

Энергия световой волны - это мера количества энергии, переносимой световой волной. Она определяется как произведение частоты волны на ее энергию. Частота волны измеряется в герцах (Гц), а энергия - в джоулях. Энергия световой волны пропорциональна частоте волны и постоянной Планка. Чем выше частота волны, тем больше ее энергия.

Кроме того, энергия световой волны может использоваться для измерения интенсивности света. Интенсивность света определяется как количество фотонов, падающих на единицу площади за единицу времени. Она также может быть выражена в джоулях на квадратный метр на секунду (Дж/м² с). 

Интенсивность света

Интенсивность света — это мера количества фотонов, проходящих через единицу поверхности за единицу времени. Единицей измерения интенсивности света является фотон в секунду на метр квадратный (фотон/с/м²).

Глава2. Методика исследования

Исследования проводились в помещении школы в эколого-биологической лаборатории. Был применен описательно-сравнительный метод исследования, при котором измерялась высота растении и изменение листовой пластины культуры редиса (Приложение 2, рис.4), (Приложение 3, рис.1).

Фенологические и биометрические измерения заносились в таблицы.

Для того что бы растение гармонично развивалось ему необходим естественный свет. Недостаток ультрафиолета приводит к снижению роста саженца, увяданию побегов.  Едва проклюнувшиеся ростки тонкие, выглядят слабыми и безжизненными.

Наибольший дефицит солнечного света приходится на январь – март. Именно в это время начинается посев семян на рассаду и мы так же выбрали этот период для своего исследования.

Редис был посеян в контейнеры, в готовый почвогрунт, предназначенный для выращивания овощных культур. Никакие дополнительные удобрения в течении всего периода выращивания не использовались. Полив осуществлялся отстоянной водопроводной водой комнатной температуры.

Для проведения исследования были выбраны три источника освещения растений:

- естественный свет (растения находились на подоконнике в помещении), при котором растения дополнительно никак не освещались;

- подсветка лампой дневного света (растения находились на подоконнике в помещении), но с 7 утра до 9 утра в солнечный день и полный пасмурный день до 16 часов, досвечивались лампой;

- подсветка фито-лампой дневного спектра излучения (растения находились на подоконнике в помещении), но с 7 утра до 20 часов, досвечивались фито-лампой для исключения недостатка освещённости.

Источниками информации по особенностям роста и фотосинтеза растений послужили учебная литература, фундаментальные научные труды академика Тимирязева К.А. и другие актуальные источники. Так же были изучены материалы по теории изучения света.

Первым дополнительным источником света была выбрана лампа дневного света. «Она дает более высокие показатели световой отдачи, так как выдает дуговой разряд в ртутных парах, сочетаясь с ультрафиолетовым излучением, преобразующимся в слое люминофора. В результате, по сравнению с обычной лампочкой, получается более ровный и устойчивый свет, максимально приближенный к естественному освещению» [8].

Вторым источником стала светодиодная фитолампа. Эти лампы излучают спектр света, наиболее оптимальный для роста и развития саженцев. Его можно самостоятельно регулировать, меняя одни диоды на другие. Не выделяют тепла и не обжигают растения. Имеют компактную форму, лампы можно использовать в обычных бытовых приборах. Имеют длительный срок службы до 50 тысяч часов. Лампы безопасны для здоровья людей и животных. Из минусов ­– высокая стоимость.

Мы уже знаем, что для развития растениям необходим синий и красный диапазон лучей. Обычные лампы накаливания излучают свет в желтом и зеленом спектре и не оказывают значительного влияния на вегетативные процессы. При этом они выделяют большое количество тепла, способного вызвать ожоги на листьях. Лампы накаливания имеют низкий срок службы и высокое потребления энергии [7](рис.1, 2).

Результаты исследования

Для проведения опыта была приобретена фитолампа «Светодиодный линейный светильник для растений» мощностью 23W, светло-розовое свечение, полный спектр излучения[8]. Для ускорения роста рассады и стимулирования цветения. Вторую лампу нашли в «закромах школы» и одолжили на время эксперимента.

Посев испытуемой культуры скороспелого редиса сорта «Жара» производился в 18 ячеек. Редис взошел в 15 ячейках. Все наблюдения заносились в таблицы и первой стала об основных фенологических фазах культуры.

Таблица 1

Фенологические фазы культуры редиса без доп.освещения

Хочется отметить, что растения редиса при недостатке света очень вытянулись и даже не сформировали 2-ю пару настоящих листьев (Приложение 2, рис.1).

.

Таблица 2

Фенологические фазы культуры редиса с досветкой лампой дневного света

На 27 день от посева начали постепенно увядать растения без дополнительного досвечивания и окончательная гибель всех растений произошла 11 апреля. В то время как редис с досветкой показал более лучшие результаты, что визуально было отчетливо видно (таблица 2,3), (Приложение 2, рис.2).

Таблица 3

Фенологические фазы культуры редиса с досветкой фитолампой

При выращивании культуры велись измерения листовой пластины. Измерялись длина и ширина листа редиса, а также непосредственная высота растения (таблицы 4,5,6).

Таблица 4

Биометрические измерения растений редиса при естественном освещении

Таблица 5

Биометрические измерения растений редиса при освещении лампой дневного света

Таблица 6

Биометрические измерения растений редиса при освещении фитолампой мощностью 23W

При дополнительном освещении растений редиса лампой дневного света, а также фитолампой, он в отличие от растений без подсветки смог сформировать 2-ю пару настоящих листьев, но эти данные измерений мы не заносили в таблицу 5.

При выращивании под фитолампой у растения редиса на 30 день после посева над поверхностью почвы показался удлиненный корнеплод красно-малинового цвета. Изменения его в ширину были незначительны с течением времени, а вот в высоту, над поверхностью почвы, он увеличился до 3 см (Приложение 2, рис.3).

Так как редис это культура короткого светового дня и к тому же холодостойкая - ожидалось получить в результате исследования корнеплоды. Но в конце исследования стало очевидно, что из-за высокой температуры в помещении редис не сможет сформировать корнеплод. Что в принципе и доказали растения под фитолампой – они «выкинули» цветочную стрелку, что является прямым доказательством данного процесса. Обильный и своевременный полив также не смог повлиять на появление урожая.

А вот количество света в жизни растений очень ярко отразилось наглядно. Растения под фитолампой были более мощными, листья более толстыми и мясистыми и в конце эксперимента собирались зацвести. В то время как под лампой «дневного света» они были почти в два раза мельче. А при нехватке света растения очень сильно вытянулись, толком не развывшись – погибли.

Выводы

В начале работы были определены задачи исследования: 1) изучить литературу и другие источники по влиянию света на жизнедеятельность растений –были изучены труды академика Тимирязева К.А, монографии диссертаций Дроздова И.С., Маевская С.Н., Егорова Е.А., Барабанщикова Н.С., Дэибладзе Т.Г.,Бухов Н.Г и других авторов, по данной теме; 2) проанализировать полученные данные- анализ источников был проведен и стало более понятно поле исследования в нашей работе; 3) выявить фенологические различия, у растений выращиваемой культуры.- выполнены в полном объеме, с занесением в таблицы.

Таким образом все поставленные задачи выполнены в полном объеме.

Хочется заметить, что в начале исследования была заявлена гипотеза, что жизнедеятельность растений при любом источнике света будет одинакова. Для проведения исследования был выбран скороспелый сорт редиса «Жара»: 18-27 дней вегетационный период, характеризующийся небольшими по размеру листьями, красно-малиновыми плоско-округлыми корнеплодами слабоострого вкуса. Посев произведен единичными семенами в индивидуальные кассеты, после чего равное количество растений (по 15 штук), помещены в разные по освещенности условия.

Проведенный опыт наглядно доказал важность света в жизни растений. Влияние освещенности на процессы фотосинтеза и то что «спектральный состав света влияет на обмен растений [4]».При котором явный недостаток света привел к недоразвитию редиса и преждевременному увяданию растений, а при избыточном освещении фитолампой (редис все же культура короткого светового дня) развил максимальную высоту растения в 30 см и параметрами листа 6*13см. Хотя при выращивании в открытом грунте данный сорт формирует розетку из листьев длиной не более 15 см.

Таким образом, наша гипотеза не подтвердилась. Что впрочем, описано в трудах выдающихся ученых. Практическое использование нашего исследования мы наглядно показывали учителям и ученикам нашей школы. «Лучше один раз увидеть-чем сто раз услышать»- пословица, которую мы часто повторяли в ходе исследования, рассказывая о таком явлении как фотосинтез и приводя в пример наше исследование и его результаты, которые могли наблюдать ученики с 5 по 11 класс.

В дальнейшем планируется продолжить исследование влияния света на растения высевая другие культуры и производить посев в разные месяцы. Новыми задачами станут изучение исследований имитирующих интенсивную агрокультуру в условиях школьной эколого-биологической лаборатории и как следствие - решение проблем возникающих в процессе данного исследования.

Список использованных источников

1. Дроздова И.С., Маевская С.Н., Егорова Е.А., Барабанщикова Н.С., Дэибладзе Т.Г.,Бухов Н.Г. Временной ход фотосинтеза в процессе непрерывного освещения растений редиса.// Физиология растений. 2004, Т.51.- с.49-56

2.Пономарева И.Н. Биология:6 класс: учебник- 6 –изд.,стереотип.-М.:Вентана-Граф.2020.-189с.

3.Пономарева И.Н.Биология: 9 класс: учебник -М.:Вентана-Граф.2019.-272с.

4. Плотникова Л.Я., Самойлова В.Н. Перспективные направления повышения продуктивности растений в интенсивной светокультуре.// Научный альмонах. 2015, № 12-2.

5.Тимирязев К.А. Жизнь растения. – Издательство Академии Наук СССР,1962.- 290с.

6. https://focus-msk.ru/svetovye-volny-vidy-svojstva-i-primenenie (дата обращения 15.09.2023 г)

7. Размеры люминесцентных ламп https://electric-220.ru/news/razmery_ljuminescentnykh_lamp/2019-05-28-1695 (дата обращения 16.09.2023 г)

8. Абсолютно все о фитолампах для растений: как выбрать и использовать https://zelen-na-podokonnike.ru/inventar/absolyutno-vse-o-fitolampah-dlya-rasteniy-kak-vybrat-i-ispolzovat(дата обращения 26.012023 г)

Приложение 1

Выращивание растений с разным уровнем освещенности

Рисунок 1 Рисунок 2

Рисунок 3 Рисунок 4