VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Зеленые биотехнологии

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Акулова К.Ю. 1

---

1Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение Артемовского городского округа «Средняя общеобразовательная школа № 56 с углубленным изучением отдельных предметов»,

Баженова С.А. 1

---

1Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение Артемовского городского округа «Средняя общеобразовательная школа № 56 с углубленным изучением отдельных предметов»

Работа в формате PDF

1.6 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение.

Распространенно мнение, что сельское хозяйство является занятием исключительно устаревшим. Однако нынешнее развитие данной области позволяет считать сельскохозяйственную тематику одной из самых высокотехнологичных. На благо фермеров и всего населения нашей планеты работают тысячи исследователей из различных областей знания. Каждый год в сельском хозяйстве появляются сотни технологий, позволяющих производить большее количество культур на меньшей территории, а следовательно, победить глобальную проблему нехватки пищевых ресурсов. Тем не менее большинство современных биотехнологий остаются в забвении у фермеров, применяющих в своей работе приёмы, истории использования которых насчитывает не одну сотню лет. Современная киберурбанистическая эпоха требует от всех специалистов – прежде всего от фермеров – постоянно внедрения в свою деятельность новых технологий.

С каждым годом растёт население нашей планеты. Вследствие чего увеличивается потребление продуктов. Однако мало кто знает, что всего 11% земель на нашей планете пригодно для выращивания культур. Этот процент с каждым годом только уменьшается. Именно поэтому современное сельское хозяйство должно быть ориентировано на новейшие достижения науки, дабы извлекать выгоду из малого.

Выходом из ситуации нехватки пищевых ресурсов может быть: увеличение пахотных земель, задействование в качестве посевных земель пустынь, переход на выращивание культур высокой воспроизводимости, использование альтернативных источников питания, ускорение роста растений, их модификация и прочее.

Одним из способов, направленных на улучшение качества сельского хозяйства является применение фитогормонов. Поэтому мы поставили цель: изучить действие фитогормонов на растения и выдвинули гипотезу, что, используя различные фитогормоны можно влиять на рост разных органов растения.

Для этого необходимо решить следующие задачи:

Изучить теоретический материал в различных литературных источниках и сети Интернет.

Составить план проектной работы.

Провести эксперимент по выращиванию гороха, используя фитогормоны.

Проанализировать полученные результаты.

Основой работы является учебный модуль «Зеленые биотехнологии», рекомендованный к использованию в общеобразовательных школах экспертным советом программы «Школьная лига РОСНАНО» в качестве материалов для элективных курсов, факультативов, организации учебно-исследовательской и проектной работы учащихся.

Основная часть

Глава 1. Теоретическая часть.

Что заставляет живое вокруг нас расти?

Рост человека зависит от множества факторов, но также известно, что гормон роста, вырабатываемый в гипофизе, вызывает линейный рост костей и ускорение метаболизма. Недостаток или наоборот его избыток может приводить к патологиям роста – гигантизму или карликовости. Постепенно в процессе взросления секреция гормона почти прекращается.
Гормон роста давно уже выделен в чистом виде и активно используется для лечения детей и увеличения мышечной массы у спортсменов. Несмотря на это, необходимы дальнейшие изучения, ведь эндокринная система человека очень сложный механизм. А гормоны – уникальные биологически активные вещества, даже в крайне малых концентрациях влияющие на гомеостаз всего организма.
Гомеостаз (греч. homoios – такой же, сходный, stasis – стабильность, равновесие) – это совокупность скоординированных реакций, обеспечивающих поддержание или восстановление постоянства внутренней среды организма.
В отличие от животных у растений нет специальных органов, выделяющих гормоны (фитогормоны), да и фитогормоны отличаются более простым строением. Несмотря на это, фитогормоны управляют жизнью растения на протяжении всего вегетационного периода.
Стоит отметить, что гормональные системы животных и растений настолько отличаются, что фитогормоны не могут повлиять на организм человека или любого другого животного, также же как гормоны животных на растение.

Как фитогормоны заставляют растение расти?

Казалось бы, для роста и развития любого растения нужны только свет и питательные вещества, но не всё так просто. Начало изучения фитогормонов роста связано с исследованиями Чарльза Дарвина (которые Вы можете с лёгкостью повторить дома). Он установил, что, при освещении проростка злака, он изгибается в сторону света. Если на верхушку проростка одеть непроницаемый для света колпачок, изгиба не произойдёт. Таким образом, органом, воспринимающим одностороннее освещение, является верхушка растения, тогда как сам изгиб происходит в нижней части проростка.

Реагируя на свет, верхушка растения посылает сигнал в нижнюю часть проростка, синтезируя фитогормон роста, так называемый стимулятор роста – ауксин. На сегодняшний день известны несколько стимуляторов роста, несущие разные функции – ауксины, гиббереллины, цитокинины, абсцизовая кислота, этилен и брассины.

Если выделить из растения клетки способные делиться, то при наличии питательных веществ и гормонов они начнут активно расти. При правильно подобранной концентрации гормонов из одной клетки можно получить целое растение, если же соотношение гормонов было подобрано некорректно, рост выйдет из-под контроля и образуется клеточная масса, не способная дифференцироваться.

Взаимодействие фитогормонов.

К счастью для растений, для образования каждого органа не нужно синтезировать новый собственный гормон. Взаимодействуя друг с другом в разных концентрациях, фитогормоны обладают самыми различными функциями. Так эксперименты показали, что если воздействовать на каллус смесью ауксина и гиббереллина, в зависимости от концентрации этих веществ в растворе из клеток образуется или корень (больше ауксина), или стебель (больше гиббереллина).

Хотя внешнее проявление действия фитогормонов роста может быть одинаковым (рост клеток растяжением, деление клеток и др.), каждый из них несёт свою специфическую функцию.

На протяжении жизни растения и под влиянием внешних факторов соотношение внешних фитогормонов меняется. Также гормоны могут влиять на синтез ферментов катализирующих синтез или разложение других фитогормоном.

Так количество ауксинов растёт под действием гиббереллинов. Повышенная концентрация ауксина вызывает выработку этилена, и замедление поста соответственно.

Глава 2. Практическая часть.

2.1. Этилен.

В виду сложности покупки этилена, можно использовать «бесплатный» метод этиленизации камеры. Данный метод активно используется в дозревании бананов. Берем незрелый банан, кладем его в пакет с яблоками, второй банан кладем в другой пакет. Выделяемый яблоками этилен, приведет к быстрейшему созреванию первого банана.

2.2. Ускорение роста растений.

Мы попробовали себя в роли исследователей-биотехнологов, провели эксперименты и выяснили, благодаря чему бобовое дерево из старинной английской сказки смогло дорасти до небес.

Итак, мы узнали о существующих фитогормонах и их функциях и приступили к проведению эксперимента.

1-й день. Начинаем с подготовки биообразцов, в качестве которых используем семена скороспелого гороха. Берем марлю (или иной впитывающий материал), Кладем на блюдце, смачиваем теплой водой, кладем горошины между слоями марли на манер «бутерброда» и оставляем в теплом месте на несколько дней. Желательно каждый день подливать воду, так часть воды используют семена при набухании, а часть воды испаряется с поверхности блюдца.

3-й день. Когда биообразцы прорастут, приступаем к исследованию. Готовим растворы: 1-й – вода, 2-й- ауксин, 3-й-гиббереллин. Наливаем растворы в специальные формы, формы подписываем. Накрываем емкости крышкой с отверстиями. В каждое отверстие помещаем пророщенные биообразцы так, чтобы корешок касался раствора. Ставим емкости в светлое теплое место (на подоконник над батареей). Необходимо следить, чтобы корешки всегда были погружены в воду, для этого ежедневно подливаем в емкости воду. Периодически фиксируем результаты, фотографируя биообразцы.

7-й день.Через неделю у биообразцов появляются первые листья. Фиксируем результаты.

9-й день. На фотографиях видна ощутимая разница биообразцов. По сравнению с контрольным образцом (вода - №1), у второго образца (ауксин) образуется большое количество боковых корней, их длина достигает 5-7 см, при этом листья имеют светло-зеленую окраску. У образца №3 (гиббереллин) длина стебля в 3 раза длиннее, чем у образца №1 и №2, цвет листьев насыщеннее. При этом рост главного корня и боковых корней подавляется, что хорошо видно на фотографиях.

14-й день. Разница между биообразцами становится еще заметнее. Фиксируем результаты с помощью фотосъемки.

На 15-й день подводим итоги. Мы видим, что под действием гиббереллина у растений увеличивается длина стебля, растение, в общем, становится сильнее, цвет листьев насыщеннее. Анализ данных признаков может говорить о том, что чем больше у него побегов, тем больше образуется завязей, цветков, следовательно, появится больше плодов. Размер растения также влияет на устойчивость к засухе. В свою очередь растения обработанные ауксином, будут отличаться другой структурой корневой системы – один мощный главный корень и множество длинных боковых корней. Наличие столь большой и мощной корневой системы означает, что большее количество воды и полезных веществ будет транслироваться через корень ко всему растению. Усиление обмена веществ означает, что растение будет легче справляться с аномально высокими и низкими температурами, болезнями и прочее.

Заключение.

Большее количество плодов гороха способно принести больше прибыли. Устойчивость растений к погодным условиям, болезням позволяет сократить затраты и избежать потери урожая. В целом, современные биотехнологии позволяют если не забыть, то свести к минимуму влияние природных факторов на размер получаемой продукции. Именно поэтому в наш век слово «неурожайный год» звучит все реже.

В результате реализации исследовательской работы мы:

Освоили предметные методы ускорения роста растений

Получили первичные навыки работы в микролаборатории, а также освоили механизмы выращивания растений в питательной среде (гидропоника)

Продолжали развивать исследовательские навыки

Приобрели опыт участия в длительном эксперименте

Научились считывать информацию с биообразцов и обобщать её

Сформировали образ сельского хозяйства как высокотехнологичной перспективной отрасли.

Пришли к выводу, что выдвинутая гипотеза подтверждается.

В последнее время общество начало опасаться, что повсеместное использование гербицидов может нанести необратимые повреждения природе и самому человеку. Было выявлено, что бесконтрольное использование гербицидов может приводить к снижению чувствительности к к ядам у сорных растений и к ранее используемым препаратам. Существует ряд альтернативных методов борьбы с сорными растениями. Процесс создания биологических гербицидов основан на поиске природных возбудителей болезней у растений. Человек находит и использует то, что уже давно придумала природа. В следующем году мы планируем провести исследование, используя второй кейс «An unweeded garden» (применение микрогербицидов).

Список используемых источников и литературы:

Е.Б.Максимова, Ф.В.Бондаренко, Е.С.Кудряшов. МодульГид «Зелёные биотехнологии». – СПб.: Школьная лига, 2016. – 32 с.

С.Медведев, Е Шарова. Биология развития растений. В 2 томах. Том 1. Начала биологии развития растений. Фитогормоны. СПб.: Издательство СПбГУ – 256 с.

https://ru.wikipedia.org/wiki

http://udobreniya.info/klassy/auksiny/

http://www.activestudy.info/gibberelliny-gormony-rosta-rastenij/

http://www.flowersweb.info

Приложение № 1.

Приложение №2. 3-й день.

Приложение №3. 5-й день.

Приложение № 4. 9-й день

Приложение № 5. 14-й день.

Приложение № 6.

Исследовательский журнал

Дата посева: __ 11.12.17 г. __ Количество семян в пробе: ____ 45 ___ Температура в помещении: __ 24 °C _

Время от посева, сутки __ 5 __

Время от посева, сутки __ 7 __

Время от посева, сутки __ 9 __

Время от посева, сутки _ 14 _