VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
ПОЧВЕННОЕ ПИТАНИЕ РАСТЕНИЙ КАК СПОСОБ ОФОРМЛЕНИЯ БУКЕТОВ
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
1. Введение
Выбранная тема очень актуальна, потому что позволяет глубоко проработать и закрепить школьный курс ботаники.
Спустя годы школьные знания могут выветриться, а эта тема точно будет помниться, потому что она хорошо изучена, подкреплена собственными опытами и очень зрелищна. За окрашивающимися цветами было интересно наблюдать и очень хотелось рассказать другим об эксперименте, показать фото синих роз.
Еще выбранная тема актуальна, потому что опыт, полученный в ходе подготовки данной исследовательской работы, позволяет воспринимать окружающую природу иначе. Он дал понимание, что происходит внутри растения, когда оно живет, питается, распускается и радует людей.
Цель исследования: изучить питания цветов, как способ формирования букетов.
Предметом исследования: тюльпан, белая роза и хризантема.
Методом исследования стал анализ литературных источников, интернет ресурсов, эксперимент, наблюдение, обработка результатов.
Задачи:
- изучить литературу и анализировать литературные источники и интернет ресурсы
в ходе эксперимента, наглядно изучить проводящую систему растений
проведение самостоятельного опыта с питанием растений и как следствие наблюдение за окрашиванием цветов
вывод на основании полученных результатов, в результате собственного исследования
2. Строение растения
Растения – это огромное биологическое царство, которому посвящена отдельная наука – ботаника. Растения — автотрофные фотосинтезирующие организмы. Иногда встречаются виды со смешанным (миксотрофным) и гетеротрофным питанием (растения-паразиты). Жизненные формы покрытосеменных растений разнообразны: деревья, кустарники, травы.
Первым ученым, который пытался ответить на вопрос, что же такое растение, был Аристотель. Он назвал их живыми организмами, которые не способны самостоятельно передвигаться, в отличие от животных. Иными словами, это было нечто промежуточное между неодушевленными предметами и животными.
Современная наука определила некоторые признаки, которыми обладает растение. Прежде всего, это плотная клеточная оболочка из целлюлозы. Следующий признак – фотосинтез. Так называется химический процесс внутри растений, в результате которого с помощью углекислого газа и энергии солнца синтезируются органические вещества.
Растение неподвижно и постоянно растет.
Грибы и бактерии к растениям не относятся, хотя раньше существовала противоположная точка зрения. Во второй половине прошлого века они стали считаться отдельной категорией, потому что не имеют сосудистой и корневой системы, которая имеется у всех растений.
Цветковые растения делят на два класса — двудольные и однодольные. Основные признаки класса двудольных: в зародыше семени две семядоли, корневая система, как правило, стержневая, рост стебля в толщину обеспечивается камбием (боковой меристемой), листья обычно с сетчатым жилкованием. Число компонентов цветка кратно пяти, иногда четырем, основные жизненные формы — деревья, травы, кустарники.
Признаки класса однодольных: в зародыше одна семядоля, мочковатая корневая система, стебель не растет в толщину, так как не имеет камбия, листья простые, с параллельным или дуговым жилкованием, число компонентов цветка кратно трем, околоцветник простой. Популярные представители этого класса: пальма, тюльпан, пшеница.
Клетки некоторых растений бывают большими, до нескольких сантиметров. Они имеют жесткую оболочку из целлюлозы. Из клеток складываются ткани растений. В этих тканях нет межклеточного вещества. Ткани растения могут состоять из разных типов клеток, чего не бывает у животных, и даже из мертвых клеток.
Большинство растений отличается большим расчленением тела: на большом расстоянии друг от друга находятся листья, цветы, побеги. Встречаются, однако, экземпляры, которые представляют собой единую зеленую пластину, листостебельный вариант: некоторые мхи, папоротники. Это побег с листьями, корни отсутствуют.
Корнепобеговый вариант – тело растения делится на корневую и побеговую часть.
У большинства растений строение все-таки другое. Они состоят из осевой части – стебля и боковых органов, листьев, которые участвуют в процессе фотосинтеза. Помимо стебля, у них есть корень, цветы, плоды.
У трав мягкий стебель. Многие травы – однолетники. Осенью растение погибает, стебель засыхает. Остаются семена, которые дают весной новые всходы.
Особенность кустарников – в большом количестве стволов, более твердых, чем у трав. Характерный признак дерева – большой твердый ствол, покрытый корой, иногда он разветвленный.
В природе существует более 350 тысяч видов растений. Вполне возможно, что их больше, ведь ученые открыли далеко не все тайны огромного мира флоры.
2.1 Стебель
Стебель – основная часть растения. У трав – стебель, у деревьев – ствол.
Стебли бывают разные, но главная функция у всех одна – опорная. На стебле располагаются листья, цветы и плоды. По стеблю, который играет проводящую роль, вода и питательные вещества попадают в листья, где происходит процесс фотосинтеза.
У кактусов стебель выступает еще и хранилищем воды и питательных веществ. У вьющихся растений стебель выполняет дополнительную функцию размножения и распространения, потому что способен искать и цепляться за новые опоры, пускать дополнительные корни, делая материнское растение еще более устойчивым.
По предположению ученых, стебель возник в процессе эволюции растений, помог им приспособиться к наземной жизни. Благодаря механическим тканям растения научились существовать вертикально, а развитая проводящая система обеспечила непрерывное поступление воды и питательных веществ из почвы во все части растения.
На стебле располагаются не только листья, но и почки – будущие органы растений в зачаточном состоянии.
Различаются почки вегетативные и генеративные. Из первых развиваются вегетативные органы, листья и побеги. Из генеративных – цветы.
На стебле можно заметить места прикрепления листьев, рубцы или узлы. Расстояния между листьями называются междоузлиями. Пазуха листьев – это угол между стеблем и листом. В пазухе располагаются боковые, пазушные, почки. Благодаря им побег ветвится. А рост растения в высоту обеспечивают верхушечные почки.
Функции стебля во многом обусловлены его внутренним строением. Снаружи его защищает от механических повреждений покровная ткань. Ее клетки могут быть живыми, кожица, или мертвыми, пробка. У молодых растений, которым менее года, стебель покрыт кожицей. Специальные структуры, устьица, обеспечивают газообмен.
По мере роста и развития растения кожица превращается в многослойную пробку, а устьица остаются в виде небольших бугорков. Мертвые клетки пусты, хорошо прилегают друг к другу и образуют мощный барьер, защищающий растение от негативного воздействия окружающей среды.
Следующий слой стебля состоит из ситовидных клеток, которые обеспечивают передвижение и запасание питательных веществ. Лубяные волокна, которые находятся в этом же слое, делают стебель прочным. Благодаря им деревья не падают во время ураганов.
Далее находится камбий, образовательная ткань стебля, благодаря которой он растет вширь.
Новые клетки камбия появляются ежегодно и образуют вокруг ствола новые слои – годовые кольца. Во их количеству можно определить возраст растения.
Древесина – самая большая часть стебля. Она играет и проводящую роль, и механическую, обеспечивая устойчивость растению. Древесина широко используется человеком в хозяйственной деятельности.
Существуют отличия строения стебля однодольных и двудольных растений.
У однодольных стебель травянистый, не способен к вторичному утолщению, ветвится редко. Проводящие пучки без камбия, разбросаны по всему стеблю.
У двудольных стебель травянистый или одревесневший, способен к вторичному утолщению, ветвится. Проводящие пучки, имеющие камбий, расположены одним большим массивом в центре стебля или имеют вид кольца.
Формы стебля бывают разными. У большинства растений форма прямостоячая. Подобные стебли могут оставаться травянистыми либо одревесневать. Ползучие стебли позволяют растениям быстро завоевывать новые пространства, расти на каменистой и вертикальной поверхности.
Различаются также формы стебля - трехгранная, у осоковых, и округлая, у злаковых.
Бывает полый стебель – у тыквенных и зонтичных растений.
Самый большой стебель у секвойи. Это дерево может достигать более 8 метров в высоту.
Самый маленький стебель у орхидеи – полсантиметра.
Стебель может видоизменяться и превращаться в клубни. У картофеля клубни подземные, с вегетативными почками-глазками. У капусты кольраби клубни наземные. У ландыша, физалиса и пырея стебли видоизменились в корневища, на которых можно обнаружить зачатки листьев и почки.
2.2 Корень
Корнем называется нижняя часть растения. Этот осевой вегетативный орган постоянно растет вниз и вширь. Он обеспечивает устойчивость растения, участвует в вегетативном размножении, запасает и синтезирует органические питательные вещества. Почвенное питание возникает благодаря корню и обеспечивает жизнедеятельность всего растения. Корень всасывает из почвы воду и минеральные соли, и растительный организм получает в итоге растворенные вещества.
Различаются следующие типы корней: главный, придаточные и боковые. Главный корень образуется, когда семя начинает прорастать. Позже возникают разветвления – придаточные корни, иногда они появляются даже на стеблях и листьях. Боковые корни – это более поздние разветвления главного и придаточных корней.
Корневая система – особенность всех растений. А вот типы корневых систем бывают разными.
Стержневая корневая система подразумевает, что корень похож на стержень. Характерен для двудольных растений. Яркий пример – морковь.
Особенность мочковатой корневой системы состоит в том, что главный и боковые корни внешне ничем не отличаются. Мочковатая корневая система обеспечивает недолгий срок жизни и встречается у однодольных растений. Пример – хлебные злаки.
Корневая система смешанного типа подразумевает, что в ней есть хорошо выраженный главный корень и активно развитые придаточные корни. Примеры – капуста, помидор.
Как считают ученые, корень возник у растений в процессе эволюции гораздо позже стебля и листьев и послужил толчком для выхода растений на сушу. Чтобы закрепиться на почве, растениям нужен был новый орган, который послужил бы им опорой, так и появился корень. Сначала это были корнеподобные веточки, которые позже развились в корневую систему.
У корня нет листьев и почек. Он растет только в длину и в зоне роста покрыт корневым чехликом. Под чехликом располагаются клетки, которые постоянно делятся. Сам чехлик – это совокупность тонкостенных живых клеток, которые постоянно обновляются. По мере продвижения корня в почве старые клетки слущиваются, на их месте появляются новые. Наружные клетки чехлика выделяют специальную слизь, которая облегчает продвижение корня в твердой почве. Водные растения не имеют корневого чехлика.
В корне различаются несколько зон.
Зона деления состоит из образовательной ткани и дает начало всем остальным типам клеток.
Зона роста состоит из клеток, которые интенсивно растут. Благодаря чему корень вытягивается в длину.
Зону всасывания иногда называют зоной корневых волосков. Это особые выросты клеток корня, благодаря которым происходит активное поглощение воды и минеральных веществ. Корневые волоски выделяют особую слизь, состоящую из лимонной, яблочной и уксусной кислоты, благодаря чему происходит растворение минеральных солей в воде.
Внешне корневые волоски похожи на белый пушок. Они живут недолго, от 10 до 20 дней. На формирование новых волосков растение затрачивает немного времени – до 30-40 часов.
Зона проведения – самый большой и прочный участок корня. В ней происходит передвижение органических соединений, обеспечивающих жизнедеятельность растения. Вещества транспортируются в обоих, противоположных, направлениях. В верхнюю часть растения перемещается вода с растворенными в ней минеральными солями. Вниз доставляются органические соединения, обеспечивающие жизнедеятельность клеток корня.
У многих растений подземная часть по своим размерам значительно превосходит наземную. У кочанной капусты корень может достигать 1,5 метра в глубину и 1,2 метра в ширину. Корень люцерны, которая не бывает выше 60 см, корень разрастается на 2 метра и больше.
Самые длинные корни у растений, поселившихся в песчаной и скалистой местности, потому что им приходится доставать воду и минеральные вещества с большой глубины. Подземная часть верблюжьей колючки достигает 20 метров.
Среди ученых нашлись и энтузиасты, которые посчитали общую длину корневых волосков пшеницы. Она оказалась больше 20 км.
2.3 Проводящая система растений
Проводящую систему образуют проводящие ткани. Они есть у большинства высших растений.
Проводящая система выполняет следующие функции:
- обеспечивает передвижение воды и минеральных веществ из одних частей растения в другие, из корней в стебель и листья, из листьев в репродуктивные органы;
- транспортирует продукты фотосинтеза из зеленых частей растения в места их использования: в стебли, плоды, семена, корни;
- перемещает фитогормоны по растению и обеспечивает их баланс, необходимый для роста и развития различных частей растения;
- перемещает вещества из проводящих тканей в живые клетки других тканей;
- повышает устойчивость растений к деформирующим нагрузкам;
- связывает части растения в единое целое.
Проводящие ткани подразделяются на ткани восходящего и нисходящего тока.
Ткани восходящего тока транспортируют воду и растворенные в ней минеральные вещества из корней в наземные части растения.
Ткани нисходящего тока создают отток продуктов фотосинтеза в другие части растения, растущие или запасающие.
К тканям восходящего тока относятся трахеиды и сосуды, трахеи. Перемещение воды и растворенных в ней веществ происходит пассивно, благодаря корневому давлению и испарению воды с поверхности растений.
Исторически трахеиды появились раньше, а сосуды растений появились позже в процессе эволюции растений. Трахеиды – это мертвые клетки вытянутой формы, часто похожи на веретено.
Сосуды представляют собой удлиненные мертвые клетки. Они располагаются одна над другой и называются также члениками сосуда. В зависимости от характера утолщений сосуды бывают точечно-поровые, лестничные, сетчатые, спиральные, биспиральные, кольчатые. Транспортировка веществ осуществляется через многочисленные точечные и удлиненные поры.
Проводящие ткани нисходящего потока состоят из ситовидных клеток и ситовидных трубок с клетками-спутницами.
Более древние – ситовидные клетки. Они живые, имеют удлиненную форму с заостренными концами.
Ситовидные трубки сформированы из вертикального ряда удлиненных клеток, которые разделены между собой поперечными стенками, их еще называют ситовидными пластинками.
У многолетних двудольных растений ситовидные трубки существуют один-два года. Затем камбий создает новые проводящие элементы. У однодольных растений, которые не имеют камбия, трубки существуют более долгий срок.
В проводящую систему растений входят также проводящие пучки. Они бывают простые, общие, сложные и сосудисто-волокнистые.
Простые – состоят из одного типа проводящих тканей. Общие пучки объединяют в себе трахеиды, сосуды и ситовидные трубки.
Степень развития пучков зависит от условий, в которых пребывает растение.
3. Питание растений
Питанием растений называется процесс добычи веществ, необходимых для жизнедеятельности растения, из почвы, водной и воздушной среды.
Ученые насчитали в растительных организмах почти 50 химических соединений, но только 13 из них считаются необходимыми для жизни представителей флоры.
Перечислим их: молибден, марганец, цинк, бор, железо, медь, сера, хлор, магний, фосфор, кальций, калий, азот.
Помимо этих элементов, необходимых для растения, в нем могут присутствовать другие элементы, способные положительно сказываться на его росте и развитии.
Если этих элементов больше 0,1% от сухой массы, то они называются макроэлементами. К ним относятся сера, фосфор, магний, калий, кальций, азот.
Если данных элементов меньше 0,1% от сухой массы, то их называют микроэлементами. Сюда входят ванадий, алюминий, кобальт, кремний, натрий.
Эта классификация не окончательная и может различаться у разных исследователей. Одни авторы включают в перечень микроэлементов йод и кобальт, а другие в список макроэлементов вносят кремний.
Растения поглощают элементы из почвы в виде ионов. А если еще обратить внимание на состав воды и углекислого газа, которыми питается растение, то к списку химических элементов добавятся углерод, водород и кислород.
Знание того, как влияют на растения химические элементы, очень важно для сельского хозяйства, цветоводства, ландшафтного дизайна.
Без исследований в данной сфере не возникли бы гидропоника и аэропоника. Гидропоникой называется выращивание растений в искусственной среде, без почвы. Их поливают водой, богатой минеральными веществами, и размещают в водной или влажно-воздушной среде.
Аэропоника – это выращивание растений в воздушной среде без почвы. Корни растения висят в воздухе и орошаются питательным раствором.
Помещения, в которых происходит такое выращивание, закрытые или полузакрытые. В них не попадают вредители, растениям не страшны болезни, связанные с почвой. Это позволяет получать здоровые овощи и зелень, вдобавок они растут быстрее, чем в традиционных условиях.
3.1 Почвенное питание
Все высшие растения – автотрофы. Они могут синтезировать органические вещества из неорганических. К неорганическим в данном контексте преимущественно относятся: фосфор, сера, азот, кислород, водород, углерод.
Они попадают в растение двумя путями, почвенным и воздушным.
Почвенное, или корневое, питание подразумевает, что растение добывает воду и минеральные вещества из почвы. Поглощение становится возможным за счет разницы давления внутри растения и в окружающей среде.
Растение вбирает в себя минеральные вещества в виде ионов, положительно заряженных – катионов и отрицательных – анионов. А потом в процессе химических реакций они превращаются в аминокислоты и белки. Часть органических веществ синтезирует корень.
Минеральные вещества поглощаются благодаря корневым волоскам и молодым корешкам. Ученые подсчитали, что на одном квадратном миллиметре может быть от 200 до 500 корневых волосков, что во много раз увеличивает площадь соприкосновения корня с почвой. Правда, срок жизни одного корешка не превышает двух-пяти дней, поэтому корни обновляются постоянно и в течение всей жизни растения. За один день общий прирост всех корней может достигать 5-10 мм.
Во время роста корня может наблюдаться интересное явление – хемотропизм. Так называется неравномерный рост корня. Он увеличивается в размерах в том направлении, где больше питательных веществ. Бывает и отрицательный хемотропизм - корневая система развивается в сторону, противоположную неблагоприятным условиям. К ним можно отнести почвы, где мало воды, минеральных веществ, кислорода, нежелательная температура.
Дефицит или переизбыток неорганических веществ плохо сказывается на облике растения. Оно перестает цвести и плодоносить, плохо развивается и даже погибает, поэтому в сельском хозяйстве все посевы подкармливают удобрениями.
3.2 Воздушное питание
Воздушным питанием, или фотосинтезом, называется поглощение растением углекислого газа из воздуха. После этого в листьях происходят химические изменения, в результате чего образуются белки и аминокислоты, а также кислород, побочный продукт жизнедеятельности растений и жизненно важный для человека.
Растение очень хорошо приспособлено для того, чтобы превращать энергию солнца в органические вещества. Лист растения можно сравнить с химической лабораторией со множеством окон, которые выходят на солнечную сторону и всегда открыты.
Формулу фотосинтеза можно выразить так:
вода + углекислый газ + свет = углеводы + кислород.
Растение поглощает солнечный свет благодаря зеленому веществу – хлорофиллу. Он находится в особых клетках – хлоропластах. Больше всего таких клеток в листьях. Некоторое их количество есть в стеблях и плодах. Листья растения плоские, благодаря чему способны притянуть много света и соответственно получить больше энергии для процесса фотосинтеза. После поглощения света хлорофилл передает его молекулам, которые непосредственно участвуют в фотосинтезе. Они получают углекислый газ из воздуха и воды и синтезируют его в полезные для растения вещества – крахмал и глюкозу.
Полученные органические вещества используются для питания растений и служат едой для животных, которые едят растения. Люди получают эти органические вещества, употребляя в пищу продукты растительного и животного происхождения.
Процесс фотосинтеза может происходить как при естественном, так и при искусственном освещении. Человек научился грамотно использовать эти познания при выращивании растений в теплицах, увеличивать освещение и получать урожай в более короткие сроки и в больших количествах.
4. Собственное исследование: проведение эксперимента со стеблем растений и их бутонов, на примере белых цветов
Для закрепления теоретической части данной исследовательской работы было решено провести собственный эксперимент и понаблюдать, как происходит питание растений, как меняются белые цветы, которые поглощают подкрашенную воду.
Для эксперимента были взяты:
- пищевой краситель разных цветов,
- белые тюльпаны,
- белые розы,
- белые хризантемы,
- вазы с комнатной водой.
|
Затем растения были подготовлены к опыту. Кончик стебля каждого цветка был срезан наискосок для улучшения движения питательных веществ по побегу и чтобы наглядные результаты окрашивания цветов появились быстрее. |
|
|
Растения были помещены в вазы с водой комнатной температуры в которой растворен пищевой краситель разных цветов. Для опыта был выбран именно тот растворитель, состав которого разрешен для употребления в пищу людьми. |