VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Влияние абиотических факторов на рост и развитие растений
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Представим, что на свете не осталось ни одного растения. Что же тогда случится? То, что некрасиво будет, — это полбеды. А вот то, что без растений мы не сможем жить — это, действительно, очень плохо. Ведь у растений есть один очень важный секрет!
В листьях растений происходят удивительные превращения. Вода, солнечный свет и углекислый газ — тот, который мы выдыхаем, превращаются в кислород и органические вещества. Кислород необходим нам и всем живым существам для дыхания, а органические вещества — для питания. Так что можно сказать, что в растениях находится настоящая химическая лаборатория по производству жизненно необходимых веществ [1].
Растения используются человеком не только как источник питания, но и как сырье для разных отраслей промышленности: пищевой, текстильной, бумажной, химической и другой.
Так как значение растений очень важно для жизнедеятельности человека, поэтому очень важно, чтобы урожай культурных растений были стабильно высокими. Учитывая все выше сказанное и, определив для себя актуальную проблему исследования, мы хотели бы проанализировать, как внешние условия: свет, тепло, влага, воздух влияют на рост и развитие растений, а, следовательно, и на увеличение урожая. Объектом исследования являлись семя и росток фасоли, клубень картофеля и луковица репчатого лука. Предмет исследования: влияние внешних условий на рост и развитие растений. Мы поставили перед собой цель — изучение условий прорастания и развития растений на примере лука репчатого, картофеля и фасоли.
Для реализации цели мы поставили перед собой следующие задачи:
1.Практическим путём выявить влияние внешних условий: отсутствия света, влаги, воздуха на прорастание семян и рост растений.
2.Изучить информацию о влиянии внешних условий на рост растений из литературных источников.
3.Проанализировать результаты и сделать выводы.
В своей работе мы использовали следующие методы:
наблюдение
эксперимент
инструментальный (цифровой фотоаппарат)
анализ (используется для написания выводов)
описательный метод
сравнение
поисковый метод (поиск информации в разных источниках)
В своей гипотезе предполагаем, что растениям для роста и развития необходимы вода, воздух, оптимальная температура, питательные вещества, свет.
Основная часть
Глава 1. Состояние вопроса
1. 1. Влияние света на рост и развитие растений.
Влияние света на растения просто огромно. Без солнечного света невозможна жизнь ни одного растения, он необходим им для нормального развития. Так под влиянием света на растения, в листья растения происходят различные химические реакции под названием фотосинтез, во время которого растение потребляет из воздуха углекислый газ и воду, а возвращает кислород. Благодаря углекислому газу в растении образуются новые ткани. Без фотосинтеза рост растений не возможен. Кроме того свет нужен для того, что бы у растения была энергия [5].
Некоторые растения очень быстро приспосабливаются к недостатку света. Но, тем не менее, проявляются симптомы, говорящие о том, что растению недостаточно света. Когда растению не хватает света, рост растения замедляется. А листья вытягиваются вверх и черенки удлиняются. Увеличивается расстояние между побегами и листьями, стебель становится тоньше [7].
Если появляются новые листочки, они намного меньше, чем должны были бы быть. А нижние листья желтеют и отмирают. Но самое неприятное, растение будет мало цвести, цветочки будут бледнее, а бутоны будут плохо развиваться и опадать.
1.2. Влияние тепла на рост и развитие растений
Тепло наряду со светом представляет основной фактор жизни растений и необходимое условие для биологических, химических и физических процессов в почве. По требовательности к теплу среди культур выделяют следующие группы.
- Морозостойкие и зимостойкие. Рост у этих растений начинается при температуре 1 градус, они переносят заморозки до –10 градусов. Оптимальная температура для роста и развития — 15—20 градусов тепла.
- Холодостойкие. Семена этих культур прорастают при 2—5 градусов тепла. Температура выше 25 градусов угнетает растения.
- Теплолюбивые. Семена этих культур прорастают при 12—15 градусов. Температуры ниже 15 градусов и выше 30 градусов угнетают растения. При 0 градусов они погибают [4].
- Жаростойкие выдерживают температуры выше 40 градусов.
Недостаток тепла задерживает рост растений. Низкие температуры могут вызвать не только повреждение их наземной части, но и подмерзание корней. Особенно сильно при этом страдают молодые растения, они развиваются слабыми и нередко погибают.
При температурах выше оптимальных возможна гниль верхушки.
Потребность в тепле может изменяться даже в течение суток. Так, ночью растения не расходуют энергию на фотосинтез, следовательно, потребность в тепле низкая. Кроме того, снижается расход питательных элементов на дыхание. Следовательно, ночью благоприятная температура воздуха для растений должна быть на 5—7 С ниже, чем днем.
1.3. Влияние воды на рост и развитие растений
Вода — необходимое условие для роста и развития любой флоры
Растения содержат 70—95 % воды, которая необходима для поддержания клеток в состоянии наполнения. При недостатке воды клетки растения ослабляются, и растения увядают. С помощью воды передвигаются питательные элементы, благодаря ее испарению происходит регулирование температуры растений.
Вода поступает в почву с осадками из воздуха, с грунтовыми водами и при поливе. Однако излишняя влага вытесняет из почвы воздух и отрицательно влияет на рост и развитие культур. На почвах переувлажненных или с близким стоянием грунтовых вод растения плохо развиваются [6].
Человек по вкусу, запаху и цвету не может отличить воду из природного источника и воду городского водоснабжения, а животные и растения чувствуют это сразу. Значение качества водынельзя переоценить в жизни растений [2].
1.4. Влияние воздуха на рост и развитие растений
Почти всем растениям для жизнедеятельности необходим воздух. Из воздуха они потребляют кислород и углерод. Интенсивность дыхания растений в разные периоды развития неодинакова. Особенно энергично дышат прорастающие семена. Отметим, что дышат все органы растения, в том числе и корни. Листья и стебли в кислороде недостатка не испытывают, но корни, особенно на плотных почвах, часто подвержены кислородному голоданию. Следовательно, почву необходимо поддерживать в рыхлом состоянии. При неблагоприятных для дыхания условиях наступает кислородное голодание, иногда приводящее к ослаблению, заболеванию и гибели растений [13] . Подобные неприятности возможны при длительном затоплении участков водой, образовании ледяной корки и т. п. Значит, должно быть, постоянное обеспечение доступа воздуха в почву и поддержание достаточного содержания в ней углерода. Для этого почву постоянно рыхлят и вносят большие дозы органических удобрений.
1.5. Тропизмы у растений
Тропизмы - это изменение положений органов закрепленных в почве растений, вызванные внешними раздражителями, причем направление движений органов зависит от направления, по которому это раздражение наступает. [9] Движение стеблей и корней под действием силы тяжести получило название геотропизма.
Если ростовые изгибы происходят под влиянием воды или уменьшения влажности воздуха, то говорят о гидротропизме.Ростовые изгибы органов растений под влиянием одностороннего освещения называют фототропизмом.[8]
Хемотропизм — это ростовая реакция на некоторые химические вещества. Корни растений изгибаются по направлению к питательным веществам.
Аэротропизм — ориентировка в пространстве, связанная с неравномерным распределением кислорода. Аэротропизм свойствен в основном корневым системам. [12]
Тигмотропизм (гаптотропизм) — это ростовые изгибы в ответ на прикосновение. Тигмотропизм свойствен лазающим и вьющемся растениям. [8]
Термотропизм— изменение роста корней в сторону благоприятного теплового режима. [3]
Электротропизм (гальванотропизм)— проявляется при помещении органа растения в электростатическое поле или при пропускании тока через растение.
Травмотропизм — ростовая реакция на одностороннее поранение.
Глава 2. Методика, объекты и объем выполненных исследований
2.1. Влияние воды на прорастание семян фасоли
Мы решили проверить, как наличие воды влияет на прорастание семян фасоли. Мы взяли три ёмкости, поместили несколько семян фасоли и заполнили разным количеством воды. В первой емкости семена оставили без воды, во вторую мы положили влажный бинт и в него завернули семена, и в третьей семена фасоли были полностью покрыты водой. Проводили наблюдения каждый день. В первой ёмкости, где не было жидкости, с фасолью ничего не произошло. Во втором стакане семена фасоли начали прорастать на второй день. В третьем стакане, заполненном самым большим количеством воды, фасоль не проросла, на четвертый день появился неприятный запах, а вода стала мутной. Семена во втором стакане продолжили рост (приложение 1).
Таким образом, можно сделать вывод, что растениям для прорастания необходима вода, но в определенном количестве.
После того, как мы убедились, что растениям нужна вода, решили узнать какая именно вода подходит растениям. Для этого мы провели второй эксперимент. Мы взяли две баночки, на дно которых положили вату и посадили туда луковицы репчатого лука. Одну луковицу мы поливали водой из-под крана, а вторую талой снеговой водой.
Через неделю мы увидели, что более интенсивный рост корней и листьев наблюдался у той луковицы, которая была посажена в баночку с талой снеговой водой, так как эта вода была природная и обладала нужными для роста веществами. Вода, налитая из-под крана была, скорее всего, хлорированная, и из-за этого луковица проросла хуже (приложение 2).
2.2. Влияние света на рост и развитие ростков фасоли
Еще одним важнейшим абиотическим условием для жизни растений является свет. Он необходим для фотосинтеза. И если его будет совсем мало, то растение обречено на гибель, поскольку хлорофилл начнет стремительно разрушаться, что приведет к пожелтению листьев и дальнейшему процессу разрушения самого растения. При недостатке естественного освещения, можно заменить его искусственным.
Мы решили провести эксперимент. Пророщенные семена фасоли были посажены в два стакана. Один стакан мы поставили в тёмное место (шкаф), а другой на подоконник и проводили наблюдения. Изменения стали заметны через три дня. Те растения, которые находились в темном, месте развивались плохо, а те, которые получали достаточное количество света, расти крепкими, с крупными зелеными листьями.
Можно сделать вывод: когда растению не хватает света, рост растения замедляется, листья вытягиваются вверх, а черенки удлиняются. Увеличивается расстояние между побегами и листьями, стебель становится тоньше. Если появляются новые листочки, они намного меньше, чем должны были бы быть. Нижние листья желтеют и отмирают (приложение 3)
2.3. Влияние воздуха на рост и развитие ростков фасоли
Следующим важным абиотическим фактором является воздух. Воздух играет огромную роль в жизни растений. Кислород жизненно необходим для всего живого. Растения не могут прорастать без насыщения кислородом. В этом элементе нуждаются и корни, и листья, и стебли растений. Правда ли воздух нужен для растений? Для своего эксперимента мы взяли две колбы, и заполнили их на половину водой. Туда мы поместили ростки фасоли. Одну колбу оставили неизменной, а в другую поверх воды добавили подсолнечное масло. Та фасоль, которая стояла в колбе с маслом, через пять дней стала вянуть. Произошло это из-за образовавшейся на поверхности воды плёнки, которая не пропускала кислород к корням. Фасоль, которая стояла в воде без масла, получала кислород, и поэтому осталась живой и продолжила свой рост (приложение 4).
2.4. Изучение тропизмов у разных растений
Мы заметили, что в процессе своей жизни растения могут двигать отдельными частями тела. Например, комнатные растения поворачивают свои листья к свету. В науке такие движения называют тропизмами. Тропизмы – это реакция ориентирования клетки, то есть направление роста или движения клеток относительно раздражителя. Мы решили изучить такие тропизмы, как геотропизм, гидро- и фототропизм (приложение 5).
Опыт 1. Геотропизм
Мы взяли ёмкости и насыпали туда земли, посадили пророщенные семена фасоли: одно корнем вверх, второе корнем вниз, третье корень по горизонтали. Все три корня в процессе своего роста устремились вниз, и все стебли направились вверх. Вывод: Значит, корень обладает положительным геотропизмом, а стебель положительным фототропизмом.
Однако, можно заметить, что растения, развивающиеся из семян, корень которых изначально был направлен вниз, а стебель вверх, росли и развивались быстрее. Те проростки, корень которых мы расположили вверх, проросли не сразу, их рост был медленным, они выглядели не такими здоровыми, как предыдущие.
Опыт 2. Фототропизм
Клубень картофеля положили в лабиринт (коробка из-под обуви с отверстием с одной стороны и перегородками внутри). Через месяц можно наблюдать, как стебли картофеля начали устремляться к свету, и обходить препятствия лабиринта.
Опыт 3. Гидротропизм
Пророщенные семена фасоли расположили по краям блюдца с помощью пластилина, внутрь налили воду и наблюдали. Через три дня корни начали расти в направлении воды. Так мы поняли, что корень обладает еще и положительным гидротропизмом.
Глава 3. Результаты исследований
По итогам проведенных опытов, можно сформулировать результаты исследования.
Результат первого опыта показал, что вода необходима растению с момента прорастания семени и на всем протяжении жизни. Талая снеговая вода и водопроводная обладают неодинаковыми действиями на рост и развитие растений. Талая вода поглощается растениями быстрее, чем водопроводная, растения развиваются быстрее.(Приложение 1).
На примере второго опыта видно, что рост растения напрямую зависит от действия солнечного света. Чем меньше света попадает на растение, тем хуже оно растёт. Растения следуют за светом, листья тянутся к источнику света.
Третий опыт наглядно показывает, что для нормального роста растениям необходим воздух. Если корни растения не получают достаточного количества воздуха, растение болеет и не может нормально развиваться.
В ходе эксперимента была обнаружена способность частей растения к росту в определенном направлении. Эти явления называются тропизмами. Так, корень растения обладает геотропизмом (при любом положении проростка в пространстве главный корень всегда изгибается вниз), а стебель обладает фототропизмом (тянется к свету). Рост клеток растяжением идет в темноте интенсивно, в результате образуются длинные, вытянутые, имея бледную окраску стебли. Стебли, находясь в горизонтальном и вниз положении, в темноте меняют свое направление роста (растут вверх). На свету растяжение клеток тормозится, поэтому за один и тот же промежуток времени стебли выросли меньше, чем в темноте. Под действием солнечных лучей стебли приобретают яркую окраску. Вывод: как бы мы не располагали растение, стебель его неизменно растет вверх. Такая тяга к солнцу позволяет растению наиболее полно использовать энергию солнечного света, столь необходимую для фотосинтеза.
Заключение
Среда обитания – это часть природы, в которой живет организм. Живые организмы неразрывно связаны с окружающей средой; они оказывают друг на друга самое разнообразное влияние. Компоненты среды, которые оказывают воздействие на организм, называются факторами среды, или экологическими факторами. К факторам неживой природы, или физическим факторам, (абиотическим) относятся свет, влажность, тепло, ветер, дождь, град, солевой и газовый состав почвы и воды – и это далеко не полный перечень. Факторы среды очень разнообразны. Так же разнообразны и ответы на их воздействие со стороны живых организмов.
Очень важным фактором для большинства растений и животных является свет. Свет является одним из важнейших абиотических факторов, особенно для фотосинтезирующих зеленых растений. Только на свету осуществляется важнейший в биосфере процесс – фотосинтез. Свет влияет на скорость роста и развития растений, на интенсивность фотосинтеза.
Значение воды нельзя переоценить в жизни растений, так как она является необходимым компонентом клетки. Оказалось, что водопроводная вода и снеговая по – разному влияет на рост и развитие растений. Луковица, которая проращивалась в талой снеговой воде, росла значительно быстрее, что обусловлено, вероятно, более интенсивным проникновением влаги в растительные ткани. В водопроводной воде есть вещества, которые добавляют для сохранности труб и дезинфекции воды, которые неблагоприятно действуют на растения. Талая вода является стимулятором роста, так как в этой воде больше растворенных солей, необходимых для растений.
Интересно отметить, что русские крестьяне с глубокой древности использовали талую воду для замачивания семян. Так, например, бобы рекомендовали сеять только после замачивания в «озимой воде, полученной в результате таяния мартовского снега, собранного в мае по лесным оврагам.
Подводя итоги проделанной нами работы, можно сказать, что поставленная нами цель работы и задачи выполнены. Мы пришли к следующему выводу: для наилучшего роста и развития растений необходима совокупность внешних факторов (света, тепла, влаги, кислорода воздуха, минеральных солей).
Литература
Артамонов В.И. Занимательная физиология растений / В.И.Артамонова — М.: Агропромиздат, 1991. - 336с.
Батурицкая Н.В., Фенчук Т.Д. Удивительные опыты с растениями: Кн. для учащихся / Н.В. Батурицкой, Т.Д. Фенчука — Мн.: Нарасвета, 1991. - 208 с.
Занина М.А. Физиология растений/ М.А.Заниной — Балашов.: Изд-во «Николаев», 2005. - 64 с.
Иванов В.Б. Практикум по физиологии растений - М.: Академия, 2001. - 144с.
Лебедев С.И. Физиология растений — М.: Агропромиздат, 1988. - 544 с.
Медведев С.С. Физиология растений: Учебник / С.С. Медведева — Спб.: Изд-во С.- Петерб. Ун-та, 2004. - 336 с.
Максимов Н.А. Как живет растение / Н.А.Максимова — М.: «Колос», 1966. - 176 с.
Полевой В.В. Физиология растений: Учеб. для биол. спец. вузов / В.В. Полевого — М.: Высш. шк., 1989. - 464 с.
Рейнхольд Вайнар Движения у растений / В.С. Рейнхольда — М.: Знание, 1987. - 176 с.
Томпкинс Питер, Берд Кристофер Тайная жизнь растений - М.: Гомеопатическая Медицина, 2006. - 444 с.
Третьяков Н.Н., Карнаухова Т.К. , Паничкин Л.А. Практикум по физиологии растений — М.: Агоропромиздат, 1990. 271 с.
Якушина Н.И. Физиология растений/ Н.И. Якушеной — М.: Просвещение, 1993.
Тайны мира растений. Удивительный мир растений.
www.valleyflora.ru/32.html
Приложение 1
Влияние воды на прорастание семян фасоли
Приложение 2
Влияние качества воды на рост листьев и корней репчатого лука
Спустя 3 дня
Спустя 7 дней
Приложение 3
Влияние света на рост и развитие проростков фасоли
|
Растение, выросшее на свету |
Растение, выросшее в темноте |
Приложение 4
Влияние воздуха на рост и развитие растений
День 1
|
Растение в колбе с водой |
Растение в колбе с водой и подсолнечным маслом |
День 5
|
Растение фасоли в колбе с водой растет и развивается нормально |
Растение фасоли в колбе с водой, на поверхности которой образовалась пленка из масла, завяло, листья начали засыхать |
Приложение 5
Определение тропизмов у корня и стебля фасоли
Спустя 7 дней
Определение фототропизма у стебля картофеля
Стебли картофеля растут в направлении источника света (отверстие в коробке) и обходят препятствия на своем пути
Определение гидротропизма у корня фасоли
|
Пророщенные смена фасоли расположили по краям блюдца при помощи пластилина |
Корни фасоли растут в направлении воды |