VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Роль света и воды в процессе роста и развития растений в комнатных условиях (на примере гвоздики турецкой махровой)
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
При наступлении календарной весны на Севере России приходит время высеивать растения для будущей посадки в землю, так как за столь короткий период световой активности, как в Архангельске, многие растения не успевают самостоятельно вырасти путем прямого посева в открытый грунт. Для этого обычно в марте мы семьей высеиваем семена неприхотливых растений с высокой урожайностью и ухаживаем в течение всей весны за ростками, которые растут наподоконнике. Мы создаем все условия для успешного роста и развития ростков. Однажды мы задумались, что будет, если ростки не полить во время или убрать их с солнечного места: сколько они смогут существовать без воды и света, вырастут ли до стадии пикировки? В просмотренной детской литературе по ботанике для дошкольников и школьников широко освещаются вопросы процессов фотосинтеза, описываются виды растений, условия роста. Однако на свой вопрос – сколько же растения проживут без света и воды, а также что важнее из двух этих факторов – ответ мы не нашли. Этот вопрос остается актуальным и с практической точки зрения, так как в результате можно дать практические рекомендации юннатам о том, каков максимальный срок промежутков между поливами, который не приведет к снижению роста и увяданию ростков. В связи, с чем целью нашей работы явилось изучение и оценка роли света и воды в процессе роста сеянцев растения. В данной работе в качестве метода эмпирического исследования выбран эксперимент с элементами сравнения.
Для достижения цели поставлены следующие задачи:
Сформировать группы растений с различными действующими факторами (свет + вода, только вода, только свет).
Провести наблюдение и запись изменений.
Оценить вклад каждого фактора в процессы роста и развития растений.
Определить период в течение которого растения остаются жизнеспособными при отсутствии солнечного света или воды.
Объектом исследования послужили пророщенные в течение 3 недель семена турецкой гвоздики (Dianthus barbatus), показывающей высокую всхожесть и неприхотливость. Пророщенные ростки были из одной партии семян (1пакетик), посаженных в одно время и в одинаковых условиях в 9 пластиковых горшках для рассады. Из полученных ростков мы выбрали 3 горшка с одинаковым количеством росточков (8 штук) и сформировали следующие группы (приложение А):
1 группа – горшочек с растениями оставляли на подоконнике и поливали через день водой; 2 группа – горшочек убрали в шкаф с ограничением света и поливали через день водой.
3 группа – горшочек оставляли на подоконнике и не поливали.
Гипотезой служило предположение о том, что вода и свет важны для нормального роста и развития, но гибель растения в горшке без воды может наступить раньше, чем гибель от отсутствия света.
План работы:
07.04.2019 – формирование групп, полив горшков 1 и 2.
09.04.2019 – полив горшков 1 и 2
10.04.2019 – фиксация изменений
11.04.2019 – полив горшков 1 и 2
12.04.2019 – фиксация изменений
13.04.2019 – полив горшков 1 и 2
14.04.2019 – фиксация изменений
15.04.2019 – полив горшков 1и 2
16.04.2019 – фиксация изменений
17.04.2019 – окончательная оценка (10 сутки).
Основная часть
Теоретическая часть. Для решения поставленных задач в качестве метода был выбран эксперимент, являющийся частным случаем наблюдения. В ситуации эксперимента предполагается вмешательство в естественные условия существования растения и воспроизведение специально созданных условий для исследования действующих факторов (свет, вода), при этом важнейшим достоинством эксперимента является его повторяемость (воспроизводимость) [1].
Известно, что для роста и развития растения получают все необходимые вещества из окружающей среды: углекислый газ - из воздуха, воду и питательные вещества - из почвы. Также они нуждаются в энергии, которую получают из солнечных лучей [2]. Эта энергия запускает определенные химические реакции, во время которых углекислый газ и вода превращаются в глюкозу (питание) и кислород. Это и есть реакция фотосинтеза [4, с.10; 7]. Основными факторами процесса фотосинтеза считаются свет, температура, влага и эдафические (почвенные) факторы. Так как исследуемые образцы выращивались в комнатных условиях, в заранее приготовленном грунте, то эти два фактора мы считаем одинаково выполненными и обратим внимание на два других фактора, от действия которых будет зависеть успешность произрастания рассады у юннатов. Свет является одним из важнейших факторов фотосинтеза, так как является источником необходимой лучистой энергии для биохимических процессов, т.е. участвует в образовании органических веществ. В жизни растения важно чтобы света было столько, чтоб в процессе фотосинтеза они продуцировали больше вещества, чем необходимо для протекания расходов на дыхание, т.е. должен быть обязательный положительный баланс, без которого не мыслим рост и существование растения. Для процесса фотосинтеза растений весьма важно то, что на Земле нет таких зон, где бы растения не могли расти из-за недостатка света [6].
Вода в почве и воздухе имеет огромное значение в жизни растений, уровень которой определяет возможность существования растений. Вода участвует в процессе фотосинтеза как необходимое химическое соединение, дающее водород для восстановления СО2, растворитель питательных элементов, сохраняет форму растения, регулирует движение устьиц [4], является компонентом цитоплазмы клетки, где протекают все жизненные процессы [6].
Исходя из литературных данных становится очевидно, что оба изучаемых фактора важны для роста растения. Однако интересно установить, отсутствие какого фактора быстрее приведет растение к гибели.
В процессе эволюции и приспособлений к факторам окружающей среды появились растения, способные долгое время находится без полива (суккуленты) благодаря специальным клеткам, запасающим её; так же есть растения, адаптированные к крайне малой доли солнечной радиации – камнеломки, произрастающие в Арктической зоне [4]. Некоторые растения способны произрастать во влажных лесах и болотистых лугах, например, папоротники, мхи; а лишайники способны расселяться в пустынях, горах, голых скалах, в Антарктиде и даже на стекле [4]. Разнообразие видов и условий произрастания послужило тому, что практически в любом уголке земного шара существуют растения. Однако чтобы вырастить растение в комнатных условиях необходимо соблюдать комфортные условия для роста и развития. В просмотренной литературе указано, что необходимо часто и обильно поливать ростки [3, 5], но не указано максимальный промежуток времени, который растение может существовать без воды, не увядая при этом.
Практическая часть. В 1840 году немецким химиком Ю. Либихом был установлен закон, получивший название закона минимума, согласно которому нехватка какого-либо единственного элемента не может быть компенсирована другими элементами и, если его концентрация опускается ниже нормы, растение погибает. Такие элементы получили название лимитирующих факторов. Экологический фактор играет роль лимитирующего в том случае, когда он находится ниже критического уровня. Диапазон действия экологического фактора ограничен пороговыми значениями: точками минимума, оптимума и максимума. Надо отметить, что в точке минимума, организм может перейти в анабиоз, в состояние покоя, тогда как в точке максимума наступает деградация и прекращение жизнедеятельности [6].
В ходе эксперимента на 3-и сутки во внешнем виде растений не было зафиксировано существенных изменений (Приложение В, Г). У листьев в горшке № 1 и 2 наблюдался тургор, цвет листьев был ярко-зеленый. Отмечается, что в горшке № 3 ростки менее 2 см стали иметь начальные признаки увядания.
На 5-ые сутки цвет листьев в горшках № 2 и 3 стал бледнее относительно листочков в горшке с адекватным поливом и необходимым уровнем солнечного света (Приложение Д, Е). В образце № 2 небольшие ростки (менее 2 см) имели признаки увядания, а в горшке № 3 нижние листья ростков окрасились в желтый цвет.
На 7-ые сутки из восьми ростков в образце №2 три сохранили жизнеспособность, однако нижние листики так же начали увядать (Приложение Ж, З). Остальные ростки завяли. В образце № 3 один росток остался жизнеспособным при этом нижние листочки завяли. Три ростка совсем высохли и остались лежать на земле.
На 9-ые сутки в образце № 2 остался один живой росток (Приложение И, К). Отличительной особенностью является наличие пожелтевших листьев в горшке № 3, что свидетельствует об отсутствии полива и образовании пересушенного земляного кома. Образец № 1 отличается обильным озеленением с образованием новых листков и увеличением площади листовых пластинок.
На завершающие 10-ые сутки в образце № 3 ростки окончательно засохли, в горшке под номером 2 остались два ростка с зелеными верхними листьями, однако нижние листики и ствол практически засохли (Приложение Л).
Заключение
По результатам 10-ти дневного эксперимента можно сделать следующие выводы:
1. Свет и вода являются необходимыми условиями для успешного роста растения, но отсутствие воды быстрее привело к увяданию ростков по сравнению с отсутствием света.
2. «Безопасный» период отсутствия полива для ростков в комнатных условиях выращивания составляет 3 дня, после чего появляются признаки увядания; для отсутствия света – 5 дней.
3. Гибель большинства ростков без воды наступила на 7 сутки, а без света - на 9 сутки эксперимента.
В качестве практических рекомендаций для юннатов можно дать совет, что для успешного выращивания дома ростков необходимо производить полив не реже, чем раз в три дня и установить оптимальный режим полива – через день. Также рекомендуется выставлять ростки на подоконник с доступом солнечного света.
Для дальнейших исследований интересны вопросы установления комфортной температуры при проращивании ростков и влиянии дополнительного источника света (ультрафиолетовой лампы) на интенсивность появления всходов и роста растений в комнатных условиях.
Библиографический список:
Бейкер М. Дж. Выбирая методологию исследования // Terra Economicus. 2014. Т.12. № 4. С. 137-149.
Волцит П. Нескучная биология с заданиями и решениями. М.: Печатная слобода. 2015. 319 с.
Дэбо Э. Среди цветов. Рассказы старого садовника. М.: Белый город. 2014. 319 с.
Лаврова С. Занимательная ботаника. М.: Печатная слобода. 2013. 143с.
Риха С. Год в саду. С-Пб.: Вектор. 2015. 32 с.
Смашевский Н.Д. Экология фотосинтеза //Астраханский вестник экологического образования. 2014. № 2(28). С. 165-180.
Соколова О.В. Как одна маленькая клетка изменила целый мир и что такое фотосинтез – М.: Капитал. 2017. 48 с.
Приложение А.
Сформированные группы по действующим факторам (7 апреля 2019 года).
Приложение Б.
Полив растений в горшках 1 и 2 (9 апреля 2019 года)
Приложение В.
Состояние растений на 3 сутки – 10 апреля 2019 года
Приложение Г.
В ид сверху (10 апреля 2019 года)
Приложение Д.
Состояние растений на 5 сутки – 12 апреля 2019 года
Приложение Е.
Вид сверху (12 апреля 2019 года)
2
Приложение Ж.
Состояние растений на 7 сутки – 14 апреля 2019 года
Приложение З.
Вид сверху (14 апреля 2019 года)
Приложение И.
Состояние растений на 9 сутки – 16 апреля 2019 года
Приложение К.
Вид сверху (16 апреля 2019 года)
Приложение Л.
Состояние растений на 10-ые сутки (17 апреля 2019 года)