XXVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Влияние цвета освещения на рост и развитие семян

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Теплицкая В.О. 1

---

1МБОУ гимназия "Эврика" им. В.А. Сухомлинского

Захарова Н.М. 1

---

1МБОУ гимназия "Эврика" им. В.А. Сухомлинского

Работа в формате PDF

6.3 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение
Вы когда-нибудь использовали лампы для выращивания ваших растений? Если это так, то вы, вероятно, были поражены влиянием света на их развитие. Я впервые увидела лампы у бабушки дома, когда она попросила папу прикрепить лампы вверху окна, чтобы они освещали комнатные растения. Она утверждала, что ее растениям недостаточно света и они имеют нездоровый вид. Каждый из нас знает, как важно солнечное освещение для роста растений. Но не все задумывались о том, как разнообразные цвета света могут влиять на рост и развитие семян. В своем исследовании я решила изучить, какой цвет освещения лучше всего подходит для семян и как он влияет на рост растений. Растения – это живые организмы, которые нуждаются в свете для роста и развития. Свет влияет на фотосинтез, процесс, благодаря которому растения преобразуют солнечную энергию в пищу. Однако я знаю недостаточно о том, как различные цвета света могут воздействовать на этот процесс. В своей работе я исследую, как разные цвета освещения (красный, синий, зеленый и ультрафиолетовый) влияют на рост растений. Я буду использовать фасоль, редис и кресс-салат как объект исследования, так как эти виды быстро растут.

В последние десятилетия наблюдается стремительный рост интереса к исследованиям, связанным с освещением растений, особенно в условиях изменения климата и увеличения населения Земли. Эффективное использование освещения стало важным аспектом агрономии и садоводства. Учитывая актуальность продовольственной безопасности и необходимости повышения урожайности, исследование влияния цвета освещенности на рост растений становится особенно значимым.

Цель исследования: изучение влияния цвета освещения на рост и развитие семян.

Задачи исследования:

1. Выяснить, какие цвета входят в состав солнечного света.

2. Определить, какие цвета света используют растения для роста.

3. Провести эксперимент по проращиванию семян под разными цветами освещения.

4. Наблюдать за прорастанием семян и ростом растений под разными цветами света.

5. Сделать выводы о влиянии цвета освещения на рост и развитие семян.
Гипотеза: Разные цвета освещения по-разному влияют на прорастание семян и рост растений. Некоторые цвета могут стимулировать рост, а другие – замедлять или даже угнетать.

Методы исследования:

1. Изучение литературы.

2. Эксперимент.

3. Измерение.

4. Сравнение.

5. Наблюдение.

Материалы и оборудование:

• Семена (салата, редиса, горох).

• Пластиковые контейнеры.

• Грунт (обычная земля для рассады).

• Вода.

• Цветное освещение.

• Линейка.

• Блокнот для записей и ручка.

• Фотоаппарат (не обязательно, но желательно).

Глава 1. Изучение основных характеристик спектра света.

1.1. Как свет влияет на растения

Каждый из нас знает, как важно солнечное освещение для роста растений. Но не все задумывались о том, как разнообразные цвета света могут влиять на рост и развитие семян. Современные технологии открывают новые возможности для выращивания растений, даже в условиях недостатка солнечного света. Понимание того, как различные цвета света влияют на рост растений, поможет нам лучше заботиться о наших любимых растениях и получать хороший урожай.

Свет состоит из разных цветовых частей, которые мы можем видеть. Эти цвета — это красный, синий, зеленый, желтый, оранжевый и фиолетовый. Каждый из них имеет свою длину волны, и разные растения могут по-разному реагировать на эти цвета.

Со школьной скамьи все знают, что фраза «Каждый Охотник Желает Знать - Где Сидит Фазан» предоставляет список цветов в обратном порядке (справа - налево), на которые раскладывается луч света при преломлении

фиолетовый 390—440

синий 440—480

голубой 480—510

зеленый 510—575

желтый 575—585

оранжевый 585—620

красный 630—770

Для цвета или спектральной составляющей главной характеристикой является длина волны, измерением которой производится в нанометрах. Белый цвет характеризуется длиной волны, равной 400 — 800 нм. В частотном диапазоне фиолетовый цвет находится внизу (короткие волны, 400 нм), а красный вверху (длинные волны, 800 нм). В первом случае имеем дело с ультрафиолетовым излучением, во втором с инфракрасным излучением). Хотелось бы заметить сразу, что в случае с растениями красный цвет делится на просто красный (660 нм) и дальний красный (730 нм), причем оба имеют важное значение.

Свет - это форма излучения, которая принимает форму электромагнитных волн, проходящих через воздух или вакуум. Поэтому его можно описать в терминах трех физических свойств: интенсивности (или амплитуды), частоты (или длины волны) и направления колебаний (поляризации). Все возможные формы электромагнитного излучения можно описать, поместив их в электромагнитный спектр (Приложение 1).

Свет в форме электромагнитных волн описывается электромагнитным спектром. Наиболее важным качеством света для растений является его длина волны или содержание энергии; чем короче длина волны, тем выше содержание энергии.

Растения нуждаются в энергии, обеспечивающей их рост, созревание цветов и плодов, размножение. Источником энергии является солнечный свет, который поглощается хлорофиллом (зеленым пигментом) в листьях. Под воздействием света происходит процесс фотосинтеза – образования углеводородов из углекислого газа и воды. Побочным продуктом фотосинтеза является кислород, необходимый живым организмам (Приложение 2).

Фотосинтез — это процесс, при котором растения используют солнечный свет, чтобы преобразовать углекислый газ и воду в глюкозу (углеводы) и кислород. Этот процесс происходит в зеленых клетках растений, содержащих хлорофилл, который активно поглощает свет. При недостатке света фотосинтез замедляется, замедляя тем самым рост и развитие семян.

Свет влияет не только на рост и развитие семян, но и на обмен веществ в растениях. При наличии достаточного света рост происходит быстрее, и растения могут накапливать больше запасов углеводов, что улучшает здоровье и жизнеспособность семян и всходов.

1.2. Влияние спектра света на рост растений

Растения используют свет для фотосинтеза — процесса, при котором они превращают солнечную энергию в питательные вещества. Однако не все цвета света одинаково полезны для роста. Например, считается, что синий свет способствует росту листьев, а красный — помогает растениям цвести и плодоносить.

Цвет света, или длина волны света, также оказывает значительное влияние на различные физические и биохимические процессы в растениях:

Синий свет: Обладает длиной волны примерно от 400 до 500 нм. Синий свет помогает растениям расти более компактно и устойчиво. Он особенно важен для роста листьев и стеблей, активируя процессы, отвечающие за выработку хлорофилла. Поэтому синее освещение часто используется в начале жизненного цикла растений, когда они активно развивают свою вегетативную массу. Является регулятором скорости развития, позволяя вырастить рассаду с более короткими, утолщенными стеблями и мясистыми листьями. Стимулирует образование органических веществ. Ускоряет наступление цветения.

Красный свет: Имеет длину волны от 600 до 700 нм. Красный свет способствует цветению и плодоношению растений. Он активирует фитогормоны, которые отвечают за размножение. Растения, находящиеся под воздействием красного света, могут быстрее зацветать и создавать больше количества фруктов и семян. Красный и оранжевый вносят максимальный вклад энергии в протекание фотосинтеза. Способствуют увеличению биомассы, ускорению прорастания, цветения, плодоношения.

Зеленый свет: Длина волны составляет примерно от 500 до 600 нм. Зеленый свет плохо поглощается хлорофиллом и, как правило, не имеет столь значительного влияния на рост растений, однако он может проникать глубже в листья, что полезно для растений с плотной листвой.

Фиолетовый свет: Содержит лучшие длины волн, которые стимулируют рост и цветение. Он также важен для защиты от вредителей и заболеваний, так как некоторые растения вырабатывают антимикробные вещества, когда подвергаются воздействию фиолетового света.

Ультрафиолет: Излучение в спектральном диапазоне 270-380 нм стимулирует жизнедеятельность и синтез витаминов, повышает холодостойкость.

1.3. Длительность освещения

Не только цвет, но и длительность светового дня (фотопериод) также влияет на рост и развитие семян.

Длинный световой день: Растения, которым необходимо больше света, могут быстрее расти, если денное время продолжительное. Это способствует стимуляции цветения и плодоношения у некоторых видов.

Короткий световой день: В то время как некоторые растения могут предпочитать короткие световые дни для начала цветения, такие как хризантемы и другие растения, цветущие в осенний период.

Смена дня и ночи — фотопериод, является важным фактором для хорошего развития семян и целых растений. Этот процесс оказывает существенное влияние на различные аспекты роста, развития и жизненного цикла растений. Вот основные причины, почему смена дня и ночи важна.

Фотопериодизм. Растения имеют способность реагировать на различную длину дня и ночи, что называется фотопериодизмом. На основании этого растения делят на:

- Долгосветные растения: для цветения и плодоношения им требуется длинный световой день (обычно более 14-16 часов света). Примеры: красные и зеленые растения, такие как лютики.

- Короткосветные растения: Цветут тогда, когда день короткий (обычно менее 12 часов света). Пример: многие виды астров и некоторых поздних цветущих овощей.

- Нейтральные растения: Может цвести при любом фотопериоде. Пример: некоторые виды томатов и кукурузы.

Стимуляция физиологических процессов. Смена дня и ночи активирует физиологические процессы в растениях. Белки и гормоны, ответственные за рост, цветение и созревание, синтезируются под влиянием света и его отсутствия. Например:

- Гормоны рост (ауксины) активируются в светлое время суток и способствуют росту и elongation (удлинению) стеблей.

- Гормон абсцизовой кислоты накапливается в темноте и помогает растениям адаптироваться к нехватке ресурсов или неблагоприятным условиям.

Энергетические процессы. В светлое время суток происходит фотосинтез, в результате которого растения вырабатывают углеводы, необходимые для их роста и развития. Ночью растения продолжают процесс дыхания, используя эти запасы, но не могут синтезировать новые вещества.

Защита от стресса. Смена дня и ночи помогает растениям адаптироваться к стрессовым факторам, таким как дефицит влаги, высокие температуры и т. д. Период ночи снижает уровень повреждений и способствует восстановлению клеточных тканей.

Таким образом, смена дня и ночи необходима для оптимального роста и развития семян. Она обеспечивает правильный фотопериодизм, активирует нужные физиологические процессы, дает возможность растениям накапливать пищу и защищает от неблагоприятных условий. Поэтому правильная организация света и тьмы в процессе выращивания семян и растений является важным аспектом для их здоровья и производительности.

1.4. Влияние фитолампы на рост растений

Современные технологии позволяют заниматься растением и садоводством даже в условиях ограниченного доступа к солнечному свету. Одним из важных аспектов ухода за растениями является правильное освещение. Фитолампы — это специальные источники света, разработанные для оптимального роста и развития растений. В этой работе мы рассмотрим, как фитолампы влияют на фотосинтез, а также на общее развитие растений.

Фитолампы — это лампы, которые излучают свет в спектре, наиболее благоприятном для растений. Они бывают различных типов, например:
- LED-фитолампы: Энергоэффективные и долговечные, позволяют моделировать нужный спектр света.
- Люминесцентные фитолампы: Доступные и простые в использовании, но имеют меньше возможностей по спектру.
- Дуговые фитолампы: Используют аргоновую или натриевую дугу, обеспечивая широкий спектр света.
Фитолампы могут излучать широкий спектр света, включая синий и красный, которые наилучшим образом способствуют фотосинтезу.
Растения поглощают световую энергию и используют её для фотосинтеза, который происходит в хлоропластах. Разные длины волн света оказывают различное влияние на растение:
- Синий свет (440-450 нм): Стимулирует рост листьев и стеблей, увеличивает хлорофилл.
- Красный свет (640-660 нм): Способствует цветению и развитию плодов.
Фитолампы обеспечивают растения необходимым спектром света в период, когда естественного освещения недостаточно, что важно для выращивания растений в помещении, теплицах или в условиях зимы.

Глава 2. Актуальность изучения влияния цвета освещения на рост и развитие растений

1. Фотосинтетические процессы

Цвет освещенности играет ключевую роль в процессе фотосинтеза, который позволяет растениям перерабатывать световую энергию в химическую, синтезируя углеводы. Разные длины волн света (цвета) имеют разное воздействие на фотосинтетические процессы. Например, голубой и красный свет оказались наиболее эффективными для фотосинтеза. Это обосновано тем, что хлорофилл, используемый растениями для поглощения света, наиболее эффективно поглощает именно эти длины волн. Тем не менее, многие люди не осознают, как именно разные цвета и спектры освещения могут влиять на разные стадии роста растений.

2. Адаптация к условиям среды.

С учетом изменения климата и необходимости адаптации сельского хозяйства к новым условиям, исследование воздействия света становится все более актуальным. В условиях ограниченного доступа к солнечному свету (например, в закрытых помещениях или теплицах) использование специальных источников света, таких как фитолампы, дает возможность оптимизировать условия для роста растений. Понимание того, как различные цвета света влияют на фотосинтез, развитие корневой системы и время цветения, может помочь агрономам и садоводам подбирать наиболее подходящие условия для успешного роста и развития сельскохозяйственных культур.

3. Влияние на физиологию и морфологию растений.

Разные цвета и спектры света не только воздействуют на общий рост растений, но и влияют на их физиологические и морфологические характеристики. Например, использование синего света может привести к более компактному росту, тогда как красный свет может способствовать активному цветению и образованию плодов. Знания о том, как цвет освещения влияет на растения, дадут возможность не только повысить урожайность, но и улучшить качество продукции.

3. Экологические аспекты.

С увеличением интереса к экологическим факторам в современном сельском хозяйстве важно учитывать, что использование умного освещения может снизить потребление электроэнергии и уменьшить углеродный след. Исследования по влиянию цвета освещения помогут оптимизировать использование ресурсов и более эффективно расходовать энергию.

3. Перспективы исследования.

Актуальность исследований влияния цвета освещения на рост растений также проявляется в росте применения современных технологий, таких как гидропонные и аэроопонические системы. Это открывает новые горизонты для изучения и оптимизации роста растений в закрытых системах.

Глава 3. Определение влияния цвета освещения на рост растений экспериментальным путем.

3.1. Подготовка к эксперименту.

Для проведения эксперимента я приготовила следующие материалы:

- Семена гороха, редиса и кресс-салата (по 10 семян)
- 5 контейнеров с землей

- Лампы с разными цветами света (красная, синяя и зеленая)

- Фитолампа
- Измерительная линейка
- Вода
- Блокнот для записи наблюдений

Контейнеры для посадки, светодиодные лампы, фитолампу, грунт для рассады мы заказали в интернет магазине. (Приложение 3).

Папа помог мне приклеить светодиодные лампы на крышки контейнера, чтобы обеспечить освещение определенного цвета в каждом контейнере. Светодиодную ленту мы разместили на трех контейнерах. Один контейнер мы оставили для естественного освещения, другой для освещения фитолампой (Приложение 4).

После этого я наполнила контейнеры грунтом для посадки семян. (Приложение 5).

Когда все было готово занялась посадкой семян. Я взяла семена разных овощных культур, но имеющих одинаковый срок всхожести. В каждый контейнер я посадила по 4 семя бобовых (горох), корнеплодов (редис) и листовых (кресс-салат).

После посадки подключила освещение к контейнерам. Один контейнер будет находиться под красным освещением, другой – под синим, третий – под зеленым, четвертый под ультрафиолетовым, а пятый в естественном освещении. (Приложене 6).

3.2. Эксперимент и наблюдения.

Все растения находятся в одинаковых условиях: получают одинаковое количество воды и находятся в одинаковых условиях температуры.
Свои наблюдения я записывала в дневник наблюдений ежедневно.

Опыт №1

В течение недели мы выращивали семена редиса, гороха и кресс-салата в контейнерах, которые были освещены зеленым, синим, красным и ультрафиолетовым светом круглосуточно. Все результаты наблюдений записывала в дневник наблюдений.
таблица 1

Горох

Кресс-салат

Редис

Первые всходы появись уже через день в контейнерах с зеленым и красным цветом. Процент всхожести под лампой ультрафиолета составил 66%, зеленого цвета – 91%, красного цвета- 75%, синего цвета 33%, естественного освещения – 50 %. Высота ростков у гороха наибольшая под лампой ультрафиолетового освещения, у кресс-салата под лампой зеленого цвета, у редиса в контейнере с естественным освещением. При этом можно отметить, что самые здоровые на вид, с достаточно крепким стеблем и ярко- зеленой окраской листьев растения, которые росли под фитолампой. Несмотря на свои высокие ростки, растения выглядели слабыми, с недостаточно крепкой корневой системой. Они как будто тянулись к свету, хотя свет у них был круглосуточно. Этот опыт доказывает то, что росткам необходима смена дня и ночи. А лучше всего росли ростки под ультрафиолетовой лампой (Приложение 7).

Опыт №2

В течение недели мы выращивали семена редиса, гороха и кресс-салата в контейнерах, которые были освещены зеленым, синим, красным и ультрафиолетовым светом в дневное время. Все результаты наблюдений записывала в дневник наблюдений.

таблица 2

Горох

Кресс-салат

Редис

Первые всходы появись через 2 дня. Первым во всех контейнерах проклюнулся салат, больше всего всходов было в контейнере под фитолампой- 5 ростков, меньше всего под красным светом – 1 росток. Процент всхожести под лампой ультрафиолета составил 58%, зеленого цвета – 16%, красного цвета- 25%, синего цвета 75%, естественного освещения – 58 %. Высота ростков у гороха наибольшая под лампой синего и естественного освещения, у кресс-салата под лампой естественного цвета, у редиса в контейнере с синим светом. При этом можно отметить, что самые здоровые на вид, с достаточно крепким стеблем и ярко - зеленой окраской листьев растения, которые росли под фитолампой. Несмотря на свои высокие ростки, растения выглядели слабыми, с недостаточно крепкой корневой системой. А лучше всего росли ростки под ультрафиолетовой лампой. Также хороший процент прорастания роста у растений под синим освещением (Приложение 8).

Опыт №3

В течение недели мы выращивали семена редиса, гороха и кресс-салата в контейнерах, которые были освещены зеленым, синим, красным и ультрафиолетовым светом в ночное время. Все результаты наблюдений записывала в дневник наблюдений.

таблица 3

Горох

Кресс-салат

Редис

Первые всходы появись через день. Салат и редис проклюнулись во всех контейнерах. Больше всего всходов салата было в контейнере под фитолампой, красным светом и естественным освещении - по 5 ростков, меньше всего под зеленым – 2 ростка и синим светом – 1 росток. Процент всхожести под лампой ультрафиолета составил 75%, зеленого цвета – 75%, красного цвета- 66%, синего цвета 85%, естественного освещения – 66 %. Высота ростков у гороха наибольшая под лампой синего цвета, у кресс-салата под лампой естественного цвета, у редиса в контейнере с естественным освещением. При этом можно отметить, что самые здоровые на вид, с достаточно крепким стеблем и ярко - зеленой окраской листьев растения, которые росли под фитолампой. В остальных контейнерах несмотря на свои высокие ростки, растения выглядели слабыми, с недостаточно крепкой корневой системой. А лучше всего росли ростки под ультрафиолетовой лампой. Также хороший процент прорастания роста у растений под синим освещением.

После завершения эксперимента сравним результаты. Мы видим, что растения свет действительно влияет на рост и развитие семян. Под синим светом росли быстрее , а под утьтрофиолетовым освещении выглядели здоровее, чем остальные. Это подтверждает мою гипотезу о том, Некоторые цвета могут стимулировать рост, а другие – замедлять или даже угнетать.
Растения под красным светом показали средний рост, а под зеленым – наименьший. Возможно, зеленый свет используется растениями меньше всего, так как растения отражают этот цвет (Приложение 9).
Заключение

В нашем исследовании мы выяснили, что цвет освещения действительно влияет на рост и развитие семян. Синий свет способствует более быстрому и здоровому росту растений, в то время как красный свет также полезен, но не так эффективен. Белый свет, хотя и является обычным, не так хорошо подходит. Таким образом, свет, особенно его цвет и спектр, играет критически важную роль в процессе роста и развития семян. Понимание этих процессов может помочь оптимизировать условия для растений, создавая наиболее подходящую среду для их роста и развития. Учитывая различия в цветах света, можно систематически подходить к улучшению ухода за растениями, повышая их жизнеспособность и урожайность. Эти результаты помогут в дальнейшем понимать, как лучше ухаживать за растениями, особенно в условиях, когда солнечного света не хватает. Понимание роли цвета света откроет новые возможности в садоводстве и агрономии

Таким образом, изучение влияния цвета освещения на рост растений — это важная и актуальная тема, которая не только углубляет понимание биологических процессов, происходящих в растениях, но и помогает решать практические задачи агрономии и устойчивого развития сельского хозяйства. Успешное применение знаний о свете может привести к созданию более продуктивных и устойчивых систем выращивания растений, что в условиях глобальных вызовов является важной задачей для будущего человечества.

Из нашего исследования мы можем сделать вывод, что цвет света действительно влияет на рост растений. Синий свет и ультрафиолетовый самый эффективный для роста, а зеленый свет и красный является наименее эффективным. Это может помочь садоводам и агрономам в выборе освещения для растений.

Результаты эксперимента подтверждают, что фитолампы существенно влияют на рост и развитие растений. Растения, получающие свет в нужном спектре, развиваются эффективнее, что делает фитолампы важным инструментом для современных садоводов и агрономов. Данный опыт также подчеркивает значение света для фотосинтеза и общего состояния растений.
Фитолампы — это эффективный способ обеспечения растений необходимым светом, особенно в условиях недостатка солнечного света. Они значительно влияют на рост, развитие и продуктивность растений. Использование фитоламп позволяет не только увеличить количество урожая, но и улучшить его качество, что важно для успешного земледелия.

Литература
1. "Фотосинтез: как и почему растут растения" – книга по ботанике
2. Научные статьи о влиянии цвета света на растения.
3. Влияние света на развитие растенийhttps://kublight.ru/blog/vliyanie-sveta-na-razvitie-rastenij.
4. Рассада растений: свет и спектр. https://minifermer.ru/page_97.html.

5. Детская энциклопедия "Растения и свет".

6. Учебник "Биология. 5 класс".

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Приложение 4.

Приложение 5.

Приложение 6.

Приложение 7.

Опыт №1

Посадка 17 июля

19 июля первые всходы

20 июля

21 июля

22 июля

23 июля

Приложение 8.

Опыт №2

Посадка

27 июля

28 июля

29 июля

30 июля

31 июля

1 августа

Приложение 9.

Опыт №3

5 августа

6 августа

8 августа