Зачем кактусу колючки

IX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Зачем кактусу колючки

Куптель Д.А. 1
1Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение "Средняя общеобразовательная школа № 83" г. Перми
Хинтерзеер А.А. 1
1Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение "Средняя общеобразовательная школа № 83" г. Перми
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Мало кого может оставить равнодушным такое оригинальное, изящное и, безусловно, красивое растение, как кактус. Это великолепие, покрытое грозными колючками-шипами растение, дополняет интерьер, особенно же оно неповторимо в период цветения.

Кактусы – уникальные представители растительного мира. Неповторимые по формам, размерам и окраске.

Актуальностьразведения кактусов в наше время объясняется тем, что, во-первых, кактусы – благодатный объект для коллекционирования. Во- вторых разводить их можно практически в любых условиях – от подоконника северного окна до зимующего под снегом рокария.

В этом году на уроках окружающего мира мы изучили представителей растительного и животного мира разных природных зон. Кактусы заинтересовали меня: я решила узнать о них побольше, прочитала различные публикации, мама мне купила несколько кактусов, и я стала ухаживать и наблюдать за ними. Поливая цветы, иногда я кололась о кактус, и я решила найти объяснение - почему кактус колючий? Так родилась тема моей исследовательской работы: «Зачем кактусу колючки»

Гипотеза. Я думаю, колючки нужны кактусам для защиты от насекомых.

Объектом исследования являются кактусы разных видов, предметом - колючки кактуса.

Цель исследования - раскрыть роль колючек для данного растения.

Задачи. 1. изучить литературу по теме исследования;

2. выяснить необходимы условия для роста и цветения кактусов;

3. провести опрос одноклассников «Что мы знаем о кактусах»;

Методы исследования

Теоретический – анализ литературы по теме исследования.

Практический – анкетирование, математическая обработка данных, построение диаграмм, наблюдение и уход за кактусами в домашних условиях

Основная часть

Теоретическая

Происхождение и описание внешнего вида кактусов

Слово «кактус» происходит от греч. Κάκτος (щетина), которое в греческом языке использовалось для обозначения растений с колючками типа чертополоха. И только в 1737 году Карл Линней ввёл это слово в качестве имени рода Cactus.

Кактус – это многолетнее растение, из семейства Гвоздичноцветных. Родиной кактусов является Америка. Менно Христофор Колумб привез эти растения в Европу, чтобы показать какие «диковинки» растут за морем. Вскоре это растение быстро разошлось по континенту. В Россию кактусы привёз из Европы Петр I в начале 18 века. Сейчас отдельные их виды распространены по всему миру, не считая Антарктиды. Растут они и в России: на побережье Чёрного моря и на юге Поволжья.

Эволюционно кактусы как представители мира флоры появились приблизительно 40 миллионов лет назад. Они относятся к семейству суккулентных растений.

Кактус – это уникальный представитель вечнозеленых растений. Существует более 3000 видов растения. В высоту кактусы достигают 10 метров и живут в среднем 500 лет. Кактус выдерживает температуру до 60 градусов. Бывают они до 2-3 тонн весом. По всему стволу есть восковой налет и волоски. Растение не имеет листьев, и состоит из толстого, зеленого стебля разной формы. Покрыт он колючками и шипами длиной до 12 сантиметров.

Могут быть шарообразными, стелющимися, колоннообразными. Они могут быть гладкими и ребристыми, все зависит от разновидности растения. Некоторые виды кактусов выглядят как канделябры или колонны, другие приплюснуты, есть растения похожие на ухо. Существуют даже кактусы, похожие на свернутую змею или на пивной бочонок, морскую звезду и даже сморщенное человеческое лицо. Специфическое строение растения помогает ему спасаться от засухи.

У очень многих кактусов стебель ветвится. При этом боковые отростки могут быть редкими или очень обильными; они появляются в самом основании стебля или ближе к верхушке. Эти признаки также используются при характеристике отдельных видов кактусов.

Общеизвестно, что у кактусов есть колючки. Однако есть виды, совершенно их лишенные. А вот что действительно характерно для всех кактусов (и только для них), так это ареолы. Ареолы представляют собой видоизмененные почки. Они имеют вид пятен, равномерно распределенных по поверхности стебля. Именно из них вырастают колючки, а у большинства видов — еще цветки и боковые отростки. Форма, размер, окраска, степень опушенности ареол — важнейшие признаки, по которым определяют кактусы.

Существует всего один вид кактуса – это Пейрексия, у которого есть листья, похожие на листья цитрусовых растений. Листья прорастают весной и через короткое время высыхают и опадают.

Самые маленькие представители семейства кактусовых – блоссфельдии, высота которых достигает всего 1-3 сантиметров. Но при этом, имеет мощную развитую корневую систему, которая может распространяться как в глубину, так и неглубоко под поверхностью. 

Кактусы опыляются насекомыми и колибри. Некоторые кактусы, обладающие цветками красного цвета, испускают особый "мясной" запах, привлекающий насекомых.

Произрастает растение в песках пустынь, из расщелин скал, под открытым палящим солнцем. Кактус имеет свойство накапливать воду в своих клетках. В пустынях, например, температура днем очень высокая, а ночью подает до 10 градусов, от этого перепада образуется роса. Оседает она на растениях и на почве. Этого количества влаги им достаточно для существования.  Обильно влажная почва, губительна для растения, корневая система загнивает, и кактус начинает чахнуть.

Цветет кактус очень редко, но цветок необычной красоты, и аромата. Каждый цветок появляется всегда из ареол. На одних кактусах цветы появляются в одном месте, на других каждый раз на новом месте. Цветы не только красивы, они еще и имеют самые красивые оттенки. Это зависит от вида и строения кактуса. Есть такие кактусы, которые цветут целый год, другие же ждут исключительно благоприятных условий. Они могут цвести несколько дней, а могут распускаться и увядать на протяжении одного дня, или нескольких часов. Одни цветы распускаются на рассвете, другие на закате. Недавно был зафиксирован кактус, на котором в сезон цветения распустилось сразу 690 цветков!

Кактусы и их колючки

Колючки появились не как декоративный элемент, а со смыслом. Они эволюционировали за многие века и превратились в настоящий орган выживания.

Колючки у кактусов бывают разные. Они отличаются размером и расположением. Бывают острые, как иглы, при этом длинные и короткие. Изогнутые и крючковидные, жёсткие и мягкие, лучистые и переплетенные в клубочки, перистые и волосовидные, больше напоминающие пух. Самыми мощными колючками обладают огромные шаровидные растения из Мексики и юга США — ферокактусы («феро» — «дикий, неукротимый»). Колючки могут достигать в длину до 20 см и в толщину до 1 см. Всех разновидностей и не перечислить. Но, независимо от своего внешнего строения, они играют первостепенную роль в жизни растений семейств.

Кактусы способны впитывать воду всей поверхностью стебля, но колючки делают это особенно интенсивно.

Теорий о том, что же собой представляют колючки, существует несколько, в том числе одна из них гласит, что это не что иное, как видоизменившиеся в процессе адаптации к условиям окружающей среды листья, в которых сохранились только срединные волокна. Но правильнее все же считать иголки эволюционировавшими почечными чешуйками.

Целей, для которых нужны колючки великое множество, вот некоторые из них:

Для экономии влаги. В засушливом климате каждая капля воды на вес золота. У большинства растений процесс испарения влаги происходит через поры на поверхности листьев. У кактуса этой проблемы нет, что позволяет ему максимально сохранять драгоценную жидкость.

Спасение от перегрева. Иголки некоторых кактусов видоизменились таким образом, что своей густой массой заслоняют тело растения от палящих солнечных лучей, создавая тень и защищая от слишком высокой температуры. У некоторых видов кактусов колючки настолько плотно покрывают стебель, что его практически не видно. А есть виды, покрытые густым белым пухом, напоминающим роскошный мех. А холодной ночью такая шубка защитит от холода, когда бывают нередкие в этих местах минусовые температуры.

Влагопоглощающая функция. Пустынный климат, в котором обитают многие кактусы, обладает определенными особенностями, в том числе резкими температурными колебаниями в течение суточного цикла. Днем температура может подниматься выше +50 градусов, а ночью опускаться почти до нуля, при этом происходит конденсация содержащейся в воздухе влаги, которая оседает на землю в виде росы. Колючки кактуса имеют полую структуру и способны поглощать эти крошечные капли, обеспечивая растение необходимым количеством жидкости.

Для защиты. Одна из самых очевидных функций иголок – защитная, острые, больно жалящие колючки делают растение крайне неаппетитным для большинства животных, которые в ином случае с удовольствием бы полакомились сочной мякотью. Приведу примеры. Кактус опунция покрыт коварными маленькими глохидиями, которые при малейшем прикосновении впиваются в кожу и застревают там надолго, причиняя массу неприятностей нежелательному «контактеру».

Репродуктивная функция. Иголки выполняют не последнюю роль и при опылении. Они выделяют особо привлекательный для насекомых нектар, чем поддерживают себе процесс размножения.

Еще одну функцию колючек изобрели кактусы, растущие в виде лиан. Колючки помогают растениям закрепляться на опоре. Этим свойством обладают змеевидные эриоцереусы и селеницереусы.

Колючки кактусов, расположенные в одной ареоле, делятся на радиальные, находящие на границе ареолы, и центральные. Как правило, радиальных колючек больше, чем центральных, при этом они по сравнению с центральными более короткие и тонкие. Центральные колючки на конце нередко имеют крючок. Иногда формируются только радиальные либо только центральные колючки; у некоторых видов радиальные и центральные колючки в ареолах трудно различаются. У разных видов число колючек в каждой ареоле может быть от 1 до более 100. Очень часто в ареолах одновременно могут находиться колючки разной формы и окраски.

Колючки по форме разделяют на несколько видов.

1. Глохидии:

1) очень тонкие, хрупкие, едва заметные колючки с мелкими зазубринами по всей длине — присущи только перескиевым и опунциевым кактусам.

2. Прямые или изогнутые колючки с острыми прямыми концами:

1) игловидные тонкие, прямые, прочные или мягкие, радиальные или центральные колючки;

2) шиловидные более толстые, прочные и длинные, прямые или изогнутые колючки, которые могут быть радиальными или центральными;

3) копье- или кинжаловидные — мощные, толстые колючки, чаще центральные, хотя встречаются и радиальные; в сечении круглые, эллиптические, реже плоские, прямые или изогнутые, часто имеющие фактурный рисунок на поверхности;

4) короткие конусовидные — небольшие, но очень прочные колючки;

5) псевдо пектинантные — мелкие, тонкие и короткие колючки, образуются на удлиненной ареоле в виде двустороннего гребня.

3. Колючки с концом, загнутым крючком:

1) крючковидные центральные колючки — расположены по одной или несколько в ареоле, имеют острый более-менее загнутый конец, могут быть довольно длинными или короткими, тонкими и гибкими или крепкими и упругими.

4. Волосовидные или проволока подобные колючки:

1) волосовидные — мягкие, густые, свисающие «бородой» со стебля или окутывающие стебель наподобие меховой шубы колючки; очень активно выполняют функцию поглощения водяных паров;

2) более упругие и толстые проволокоподобные колючки, по несколько штук расположенные в ареоле, разной толщины и изогнутости, чаще направленные вверх или вбок, реже — вниз.

5. Бумагоподобные колючки:

1) довольно редкий тип колючек, могут быть от 1 до 20 см длиной, чаще изогнуты, извиты, желобовидной формы.

6. Роговидные колючки:

1) в основном недлинные, дугообразно загнутые, нежесткие, с поперечной «насечкой» колючки, чаще уплощенные или желобовидные.

7. Перьевидные колючки:

1) оригинальные колючки, напоминающие по строению птичье перо; одна из основных функций — поглощение водяных паров, поэтому они мягкие и очень густые, создают вокруг стебля своеобразный кокон.

8. Пектинатные колючки:

1) представляют собой удлиненную овальную пластинку, «лежащую» на такой же удлиненной ареоле. Пластинка имеет центральную продольную борозду и разделенные на мелкие «иголочки» лопасти.

9. Специализированные колючки:

1) нектароносные колючки — иногда укороченные, почти не заметные, толстые или удлиненные, с утолщением на концах, выделяющие сладкий сок.

2. Практическая работа

Анкетирование и составление диаграмм

В рамках практической работы я провела опрос (анкетирование) среди своих одноклассников, чтобы узнать какой информацией о кактусах они владеют. Тест анкеты приведен в приложении 1. Было опрошено 29 учеников.

Есть ли у вас дома кактус?

Оказывается, у многих есть дома кактусы, чуть меньше половины опрошенных (см. рис. 1 Приложения 2).

Как вы думаете кактусы цветут?

Из опрошенных только один человек не знает, что кактусы цветут. 9 человек считают, что они цветут очень редко (что является правильным ответом для некоторых видов кактусов), см. рис. 2 Приложения 2.

Как часто стоит поливать кактус?

Большая половина опрошенных правильно, считают, что кактусы можно поливать редко. Но, конечно. Это зависит от внешних условий, в которых он находится. Ошибочно, что кактусы можно вообще не поливать или достаточно 1 раз в год, такой ответ дали 6 человек из 29-ти опрошенных. И столько же ответили, что кактусы нужно поливать каждый день, что тоже очень губительно скажется на цветке (см. рис. 3 Приложения 2).

Как вы думаете, зачем кактусу колючки?

На этот вопрос многие ответили, что для поглощения влаги. Два человека ответило, что для красоты. И 8 человек ответило, что для защиты от животных. Каждый ответ правильный и подходит для того или иного вида кактуса (см. рис. 4 Приложения 2).

Как вы думаете, кактусы полезные растения?

Большая часть респондентов считают, что кактусы - это полезные растения, а именно 24 человека из 29 (см. рис. 5 Приложения 2).

2.2 Мои наблюдения.

Также в рамках практической работы я решила определить к какому виду кактусов относятся мои домашние кактусы и найти полезную информацию как за ними ухаживать.

Таблица 1. Определение вида кактуса

Фото домашнего кактуса

Фото из источника

Название кактуса

Особенности вида

   

Маммил-

лярия крупносо-сочковая.

Это растение вначале одиночное, со временем начинает кустится от основания с последующим формированием больших групп. Стебель у него приплюснуто-шаровидный, окрас от серо-зеленого до темно-сине-зеленого, в диаметре до двенадцати сантиметров.

Бугорки (сосочки) твердые, четырехсторонние, но без четких граней. 

   

Echinopsis (Эхинопсис мирабилис)

Коричневато-зеленые стебли тонкие - до 2 см диаметром, удлиненные - до 15 см высотой. Редко образует боковые побеги. 12 низких ребер. Ареолы очень мелкие, круглые, с беловато-серым войлочным покровом. До 15 тонких беловатых или серых колючек длиной до 1,5 см. Замечательны цветки, появляющиеся вблизи верхушки стебля. Они длинные - до 12 см, с очень тонкой трубкой и множеством узких белых лепестков.

Продолжение таблицы 1.

Фото домашнего кактуса

Фото из источника

Название кактуса

Особенности вида

   

Echinopsis (Эхинопсис мульти-плекс)

Обычно образует много прикорневых и боковых отростков. На ярко-зеленом стебле 12-15 высоких ребер, расширяющихся в нижней части растения. На ребрах располагаются белоопушенные ареолы, в каждой из них 5-15 боковых желтых с коричневым кончиком колючек длиной до 2 см и от 2 до 5 более темных центральных колючек, длиной 4 см. В верхней части стебля летом распускаются воронковидные душистые цветки длиной 15-20 см и диаметром 12-15 см.

2.3 Мой эксперимент

Я решила узнать, как долго мои кактусы могут обойтись без воды.

Для эксперимента я взяла свои кактусы и мамин цветок Спатифиллум, который очень любит частый полив.

Эксперимент. 1-й день. Полила спатифиллум и кактусы (см. рис. 1 Приложения 3).

Прошло пять дней эксперимента - ничего не изменилось, кактус и цветок выглядят, как и прежде (см. рис. 2 Приложения 3)..

Прошла ещё одна неделя. Я продолжаю НЕ поливать эти цветы. Спатифиллум опустил листочки, немного завял, а кактусы стоят, как ни в чём не бывало, при том, что земля в горшках совсем сухая, если наклонить горшочек, то кактус не держится в этой земле (см. рис. 3 Приложения 3).

Я полила мамин цветок – и на следующий день он приобрёл свой прежний вид.

2.4 Выводы по моей практической работе

Многие мои одноклассники имеют дома кактусы, знают, как за ними ухаживать и о их полезных свойствах.

Ознакомившись с литературой, можно определить вид кактуса и правильно за ним ухаживать.

А наблюдая за тем, как кактусы могут прожить без воды более чем две недели и проделав опыт, я сделала следующие выводы:

1. Моя гипотеза исследования и сведения из литературы о значении колючек для кактуса не совсем совпадают.

2. В результате проведенного опыта и наблюдений гипотеза подтвердилась только частично - на самом деле, основное предназначение колючек – впитывание и экономия влаги, защита от перегрева и охлаждения, и защита от животных, которые их могут съесть. А с помощью насекомых, как и другие растения, кактусы размножаются.

Заключение

Мир кактусов удивителен и прекрасен. Кактусовые растения очень необычны и красивы. Помимо зрительного наслаждения эти растения приносят огромную пользу людям и их здоровью.

Кактусы имеют очень широкое применение людьми. Их используют в пищу, в медицине, в качестве красок, как строительный материал. Эти растения специально выращивают в качестве живой изгороди. Кактусы нашли широкое применение как комнатные растения в наших квартирах и офисах.

Так что, для людей, которые любят природу, красивый цветущий колючий сад на окне – это не только украшение комнаты, источник творческой работы и ухода, но и полезное во всех своих проявлениях растение. 

Это достаточно неприхотливые растения и содержать их в домашних условиях может даже начинающий цветовод, в чем я убедилась на собственном опыте.

Кактус – растение, которое не требует частого полива и комфортно себя чувствует даже в сухой почве. Что по-настоящему губительно для кактуса – это частый полив, который может стать причиной застоя воды в емкости.

Также из статей я узнала о том, как ухаживать за кактусами. Кактус – растение теплолюбивое, но достаточно стойкое к прохладе, а также к резким температурным колебаниям. Кактус боится сухого воздуха, заболеть он также может и при наличии сквозняков в помещении. Недостаток освещения может послужить причиной увядания кактуса, деформации стебля и появления всякого рода заболеваний.

Зацвести кактус может лишь в том случае, если в помещении поддерживается стабильная температура (18-20 градусов).

Почву для кактусов следует использовать специальную, приобрести ее можно в любом магазине для садоводов. В основном кактус произрастает в домашних условиях на слабокислых, рыхлых почвах.

На этом я свое исследование не закончу, мне бы очень хотелось, чтобы мои кактусы зацвели, а также я хочу узнать, как они размножаются.

Список источников

Залетаева И.А. Книга о кактусах. Москва: Колос. - 1974.

Либор Кунте. Кактусы. Иллюстрированная энциклопедия; пер. с англ. Лебедева Л.И. Москва: Лабиринт Пресс. - 2004.

http://www.cactuz.ru/cacti-structure-and-way-of-life/Vidy-kolyuchek.html.

http://botanika.su/klassifikatsciya/kaktusy/koluchki-kaktusa.html.

https://shkolazhizni.ru/plants/articles.

http://flowerlib.ru/books/item/f00/s00/z0000003/st003.shtml

Приложение 1

Форма анкеты для учеников 4 класса

«Что вы знаете о кактусах?»

Есть ли у вас дома кактус?

А) да

Б) нет

Как вы думаете, кактусы цветут?

А) да

Б) нет

В) очень редко

Как часто стоит поливать кактус?

А) 1 раз в год

Б) 1 раз в месяц

В) каждый день

Как вы думаете, зачем кактусу колючки?

А) защита от животных

Б) для поглощения влаги

В) для красоты

Как вы думаете, кактусы полезные растения?

А) да

Б) нет

Приложение 2

Результаты анкетирования

Рис. 1 Есть у вас дома кактус

Рис. 2 Как вы думаете, кактусы цветут?

Рис. 3 Как часто стоит поливать кактус

Рис. 4 Как вы думаете, зачем кактусу колючки?

Рис.5 Как вы думаете, кактусы полезные растения?

Приложение 3

Эксперимент

Рис. 1 Первый день эксперимента

Рис. 2 Пятый день эксперимента

Рис. 3 Двенадцатый день эксперимента

Рис. 4 Тринадцатый день эксперимента

Просмотров работы: 1145