Проектная работа: Особенности морфологических и защитных приспособлений растений - ксерофитов

Министерство образования, науки и молодежи  Республики Крым

Муниципальное  бюджетное общеобразовательное учреждение

Михайловская средняя общеобразовательная школа

Нижнегорский район

Особенности

морфологических и защитных

приспособлений растений – ксерофитов

                                                                      Проектную работу выполнил:

                                                                      Кочергин Артур Борисович

                                                                      ученик 8  класса

                                                                      МБОУ  «Михайловская средняя

                                                                      общеобразовательная  школа»

                                                                      Нижнегорского района

                                                                            Руководитель проекта:

                                                                            Зезина Татьяна Ивановна,

                                                                            учитель биологии

                                                                       МБОУ  «Михайловская средняя

                                                                            общеобразовательная школа»  

Михайловка - 2017

СОДЕРЖАНИЕ

Тезисы:

Тема: Особенности морфологических и защитных приспособлений растений – ксерофитов

Автор: Кочергин Артур Борисович

Малая академия наук «Искатель».

МБОУ «Михайловская СОШ» Нижнегорского района

Научный руководитель: Зезина Татьяна Ивановна, учитель биологии МБОУ «Михайловская СОШ» Нижнегорского района

Цель исследования: изучить особенности адаптации  растений к недостатку влаги, произрастающих на школьной клумбе МБОУ «Михайловская СОШ» Нижнегорского района Республики Крым и выбрать для посадки те растения, которые без дополнительного полива будут нормально расти на неполивной клумбе школы

   Задачи исследования:

1. Провести теоретический анализ литературных источников по исследуемой проблеме.
2. Изучить морфологические особенности растений-ксерофитов, проанализировать полученные данные и сформулировать выводы.
3. Исследовать приспособленность ксерофитных растений к недостатку влаги.
4. Выявить видовой состав декоративных растений, которые можем рекомендовать для посадки на школьной клумбе.
5. Провести анкетирование среди школьников 5-10 классов по проблеме озеленения школы.

        Объект исследования: декоративные и дикорастущие растения - ксерофиты.

        Предмет исследования: представители  ксерофитной растительности пришкольного участка.

        Методы исследования: анализ литературных источников, анкетирование, наблюдение, микроскопия.

        Практическая значимость заключается в том, что были изучены особенности  растений – ксерофитов, которые встречаются в искусственной экосистеме – клумбе. Наша работа может быть использована в процессе формирования клумбы с учетом выбора засухоустойчивых растений, которые будут цвести летом. А также для  экологического просвещения и воспитания на уроках биологии, географии и внеурочной деятельности.

ВВЕДЕНИЕ

        Растения, живущие в различных экологических условиях, умеют противостоять экстремальной среде обитания. Например, вода играет исключительно важную роль в жизнедеятельности клетки и организма в целом. Поддержание  воды на достаточном уровне составляет одну из основных физиологических функций любого организма.  У живых  организмов в процессе эволюции сформировались различные приспособления к добыванию и экономному расходованию влаги.

Цель исследования: изучить особенности адаптации  растений к недостатку влаги, произрастающих на школьной клумбе МБОУ «Михайловская СОШ» Нижнегорского района Республики Крым и выбрать для посадки те растения, которые без дополнительного полива будут нормально расти на неполивной клумбе школы.

            В качестве гипотезы исследования выступило предположение о том, что растения – ксерофиты адаптированы к засушливым местам и на неполивной школьной клумбе возможно в самое засушливое время цветение декоративных растений.

          Задачи исследования:

6. Провести теоретический анализ литературных источников по исследуемой проблеме.
7. Изучить морфологические особенности растений-ксерофитов, проанализировать полученные данные и сформулировать выводы.
8. Исследовать приспособленность ксерофитных растений к недостатку влаги.
9. Выявить видовой состав декоративных растений, которые можем рекомендовать для посадки на школьной клумбе.
10.  Провести анкетирование среди школьников 5-10 классов по проблеме озеленения школы.

        Объект исследования: декоративные и дикорастущие растения - ксерофиты.

        Предмет исследования: представители  ксерофитной растительности пришкольного участка.

        Методы исследования: анализ литературных источников, анкетирование, наблюдение, микроскопия.

        Практическая значимость заключается в том, что были изучены особенности  растений – ксерофитов, которые встречаются в искусственной экосистеме – клумбе. Наша работа может быть использована в процессе формирования клумбы с учетом выбора засухоустойчивых растений, которые будут цвести летом. А также для  экологического просвещения и воспитания на уроках биологии, географии и внеурочной деятельности.

РАЗДЕЛ 1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОСОБЕННОСТЕЙ ПРИСПОСОБЛЕННОСТИ РАСТЕНИЙ К НЕДОСТАТКУ ВЛАГИ

1.1.  Понятие ксерофиты, их классификация

Вода — важнейший экологический фактор для всех живых организмов. Она необходима как универсальный растворитель, вещество, которое участвует в обмене веществ.

У растений вода участвует в реакциях фотосинтеза, минеральные соли поступают в растения из почвы только в виде водных растворов. Вода — главная составная часть тела растений. Особая роль воды наземных растений заключается в постоянном пополнении больших трат ее на испарение в связи с развитием большой фотосинтезирующей поверхности. А для большой группы растений, живущих в водоемах, морях и океанах, вода является непосредственной средой обитания.

По приуроченности к местообитаниям с разными условиями увлажнения среди наземных растений различают  основные экологические типы растений: гидрофиты, гигрофиты, мезофиты и ксерофиты.

Наша задача заключалась в изучении растений-ксерофитов, их классификации.

Ксерофиты (от греч. xeros- сухой и  phytos –растение) – растения, приспособленные к жизни в условиях низкого водоснабжения. Выносят увядание с потерей воды до 20-50% [2].

Ксерофиты - это растения сухих местообитаний, способные переносить значительный недостаток влаги — почвенную и атмосферную засуху. Они распространены, обильны и разнообразны в областях с жарким и сухим климатом. К этой группе принадлежат виды пустынь, сухих степей, саванн, колючих редколесий, сухих субтропиков.

Неблагоприятный водный режим растений в сухих местообитаниях обусловлен ограниченным поступлением воды при ее недостатке в почве и увеличением расхода влаги на транспирацию при большой сухости воздуха и высоких температурах.

Для преодоления недостатка влаги возможны разные пути: увеличение ее поглощения и сокращение расхода, кроме того, способность переносить большие потери воды. Все это используется ксерофитами при адаптации к сухости, но у разных растений в неодинаковой степени.

Различают два основных способа преодоления ксерофитами засухи: возможность противостоять иссушению тканей, или активное регулирование водного баланса, и способность выносить сильное иссушение.

Возможность переносить резко засушливые условия достигается разными физиологическими средствами.

Классификация этих растений наиболее полно разработана Павлом Александровичем  Генкелем, известным ученым – физиологом растений [2].

Ксерофиты можно разделить на следующие группы:

1. Растения, запасающие влагу (ложные ксерофиты). К этой группе растений относятся суккуленты, прежде все кактусы, а также растения, принадлежащие к семейству толстянковых.  Эти растения накапливают влагу в толстых, мясистых стеблях или в утолщенных листьях. Листовыми суккулентами являются агавы, алоэ, очиток, молодило. К стеблевым суккулентам относятся кактусы, молочаи. Испаряющая поверхность сильно сокращена. Листья часто редуцированы, вся поверхность покрыта толстым слоем кутикулы

Эта группа растений произрастает в районах, где резко засушливые периоды сменяются периодами дождей, их корневая система приспособлена к поглощению этой дождевой воды. В остальное время они живут за счет воды, запасаемой в мясистых органах, причем эта вода тратится чрезвычайно медленно.

2. Эвксерофиты (настоящие ксерофиты) — растения, обладающие способностью резко сокращать транспирацию в условиях недостатка воды.

Для этой группы растений характерен ряд приспособлений к сокращению потери воды: высокая эластичность цитоплазмы, высокая водоудерживающая способность и вязкость.  Подземные органы этих растений, особенно в верхних частях, покрыты толстым слоем пробки. Иногда пробкой покрываются и стебли. Листья покрыты толстым слоем кутикулы, многие имеют волоски.      

 Особенно хорошо переносят потерю воды растения с жесткими листьями, которые и в состоянии тургора имеют сравнительно мало воды. Эти растения характеризуются большим развитием механических тканей. Листья у них жесткие, что позволяет при потере тургора избежать механических повреждений.

3. Гемиксерофиты (полуксерофиты) — это растения, у которых сильно развиты приспособления к добыванию воды. У них глубоко идущая, сильно разветвленная корневая система. Клетки корня обладают высокой концентрацией клеточного сока. Благодаря таким особенностям эти растения могут использовать для сбора воды очень большие объемы почвы. Их корневые системы достигают даже грунтовых вод, если они  лежат не слишком глубоко. Растения данного типа обладают хорошо развитой проводящей системой. Листья у них тонкие, с очень густой сетью жилок, что сокращает путь передвижения воды к живым клеткам листа до минимума. Это растения с очень высокой интенсивностью транспирации. Даже в очень жаркие, сухие дни они держат устьица открытыми. Благодаря высокой интенсивности транспирации температура листьев значительно понижается, что позволяет осуществлять процесс фотосинтеза при высоких дневных температурах. Листья некоторых из них покрыты волосками. Волоски создают как бы экран, который дополнительно защищает листья от перегрева. Например, люцерна, шалфей.

4. Растения, избегающие засуху (псевдоксерофиты). Эти растения не обладают признаками засухоустойчивости, но имеют короткий вегетационный период, приурочивая весь жизненный цикл к периоду дождей. Эфемеры переносят засуху в виде семян (мак), а эфемероиды — в виде луковиц, корневищ, клубней (нарцисс, шафран и др. ).

5. Пойкилоксерофиты — растения, не регулирующие своего водного режима. В период засухи эти растения впадают в состояние анабиоза.

Эта группа растений может, не теряя жизнеспособности, доходить до воздушно-сухого состояния и в таком виде переносить периоды засух. После дождей растения этого типа быстро переходят к нормальной жизнедеятельности. Таким образом, обезвоживание для них является не патологией, а нормальным физиологическим состоянием.

6. Стипаксерофиты – растения, отличающиеся повышенной скоростью физиологического реагирования на внешние изменчивые факторы. Они быстро и наиболее полно используют влагу кратковременных ливневых осадков, хорошо переносят перегрев. Переносят лишь кратковременный надостаток воды в почве. Например, к таким растениям относят степные злаки, ковыли.

1.2.  Особенности морфологических и защитных приспособлений ксерофитных растений

Для ксерофитов большое значение имеют разнообразные морфологические приспособления к условиям недостатка влаги.

1. Эти растения имеют сильно развитую корневую систему, что помогает растениям увеличивать поглощение почвенной влаги. Обычно, у этих растений корневая система превышает надземные части. Корневая система у одних видов растений имеют длинные корни, но мало разветвленные. Проникновение таких корней на большую глубину позволяет ксерофитам использовать влагу глубоких почвенных горизонтов, а в отдельных случаях — и грунтовых вод.

У других видов корневые системы очень разветвлены, что дает возможность максимально  использовать  почвенную влагу.

2. У растений – ксерофитов  сильно развита водопроводящая система, что хорошо заметно по густоте сети жилок в листьях, подводящих воду к тканям. Эта черта облегчает ксерофитам пополнение запасов влаги, расходуемой на транспирацию.

Существуют приспособления защитного характера, которые направленные на уменьшение расхода воды  и сводятся к следующему:

1. Общее сокращение испаряемой поверхности. Многие ксерофиты имеют мелкие, узкие, сильно редуцированные листовые пластинки.

2. Уменьшение листовой поверхности в наиболее жаркие и сухие периоды вегетационного сезона.

3.  Защита листьев от больших потерь влаги на транспирацию. Она достигается благодаря развитию мощных покровных тканей — толстостенного, иногда многослойного эпидермиса, часто несущего различные выросты и волоски, которые образуют густое  опушение поверхности листа.

Развитие защитных покровов на листьях дают тусклые, седоватые оттенки, резко отличающиеся от яркой зелени лугов.

4. Усиленное развитие механической ткани. Клетки тканей листьев у ксерофитов отличаются мелкими размерами и весьма плотной упаковкой, то есть малым развитием межклетников, благодаря чему сильно сокращается внутренняя испаряющая поверхность листа.

1.3.  Видовой состав декоративных растений, приспособленных к недостатку влаги

        В нашей работе к вопросу выбора ксерофитных растений мы коснулись не случайно. В нашей школе большой пришкольный участок. На нем разбито несколько клумб и посажены декоративные растения. Но проблема заключается в том, что обильно цветут растения только весной,  в начале лета и недолгое время – ранней осенью. А вот клумбы летом находятся в плачевном состоянии.

 На это есть своя причина  - жаркое засушливое лето. Особенностями крымского степного региона является  то, что на растения негативное воздействие оказывают засуха: ее длительность, высокая температура воздуха и сила ветра.

А вторая причина заключается в отсутствии возможности доступа к воде.

        Однако,  этих неудобств можно избежать, если при планировании клумб учитывать выбор видового  состава растений         с учетом подбора засухоустойчивых растений.

        Проанализировав литературные источники, мы заметили, что засухоустойчивые растения очень декоративны и способны преобразить участок не только в засушливый период года. А еще одно преимущество заключается в том, что они не нуждаются в частых поливах и способны пережить засуху без особых потерь.

Среди видового состава нас заинтересовали следующие растения:

• Молодило (каменная роза) – растение с низенькими розетками, толстыми листьями зеленоватого или пурпурного оттенка.
• Очиток (седум). Это растения как почвопокровные или полегающие, высотой до 15-30 см, быстро разрастаются, легко укореняются, образуя густой коврик. Так и растения, которые имеют прямые побеги до 60-70 см. Очиток – неприхотливое растение, его выращивание не связано с применением специальных условий, но среди них есть виды, способные к  выделению гербицидов, поэтому их не следует  высаживать вблизи растений, проявляющих чувствительность к их вредным выделениям.
•  Ясколка войлочная – растения высотой до 30 см. Листочки и побеги  светло – серого оттенка, цветы белые, похожи на звездочки.
• Лаванда – растение, которое облагородит не только клумбу, но и наполнит воздух волшебным ароматом. Цветение приходится на июнь – июль.
• Гвоздика – растение, у которого насчитывается множество сортов. Стебель серо – голубой, цветки мелкие различных цветов. Очень неприхотливое, быстро разрастающееся растение.
• Эхинацея – цветет все лето. Она привлекает внимание своими соцветиями  от розового до пурпурного оттенка.
• Гайлардия – растение с узкими зубчатыми зелеными листьями, цветки крупные, ярких оттенков. Цветет с июня по сентябрь.
• Мальва – украшение любой клумбы до самых заморозков. Стебель толстый, листья шершавые, большие;  цветки крупные белые, желтые, бордовые, красные. В высоту достигают до 1,5 м.
• Шалфей мускатный – многолетнее растение, до 1 метра высотой. Крупные листья очень ароматны, а цветы поражают разнообразной окраской [9].
• Чистец шерстистый  известен многим как «овечьи ушки», является многолетним травянистым растением с серо-зелеными листьями, густо покрытыми серебристо – серыми ворсинками. Цветет с июня по сентябрь. 

РАЗДЕЛ 2 ЭМПИРИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МОРФОЛОГИЧЕСКИХ И ЗАЩИТНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ РАСТЕНИЙ - КСЕРОФИТОВ 

 2.1. Организация и  методы исследования         

        Исследование проводилось на базе МБОУ «Михайловская СОШ»  Нижнегорского района Республики Крым в 2017-2018 учебном году.  

Для этого использовались следующие методы:

1. Анкетирование учащихся 5-10 классов по вопросу актуальности благоустроить школьные клумбы;

2.   Метод микроскопии, в том числе приготовление  временных микропрепаратов из  растений - ксерофитов, пришкольного  участка: чистец шерстистый, гайлардия, шалфей мускатный, а также злостный сорняк -   пырей ползучий. 

                               РИС. 2.1.  Ход исследования

2.2. Анализ и интерпретация результатов исследования

2.2.1  Анализ и интерпретация анкетирования

Мы составили анкету по выявлению актуальности проблемы благоустройства школьной клумб. В анкетировании приняли участие 130 школьников 5-10 классов.

Вопросы звучали так:

1. Актуальна ли проблема благоустройства школьной клумбы?

1. да          2. нет            3. мне  не интересно

2. Если да, то,  что вам хотелось бы усовершенствовать на вашем участке и на территории школы:

1. создать альпийскую горку,

2. оформить клумбы  (с учетом цветения в течение сезона),

3.  создать места отдыха,

4. посадить сад

5. Другое

3. Хотели бы вы принять участие в благоустройстве территории школы?

        Результаты первого   вопроса  представлены на  диаграмме 1.

Диаграмма 1.  Актуальна ли проблема благоустройства школьной клумбы.

На представленной диаграмме видно, что 61 %  учащихся  согласны в актуальности  благоустройства школьной клумбы.

Результаты  второго вопроса представлены на диаграмме 2.

Диаграмма 2. Что хотелось бы усовершенствовать  на территории школы

На вопрос о том, что хотелось бы усовершенствовать,  мнения разделились: 32% учащихся хотели бы создать места отдыха, 28% - оформить клумбы (с учетом цветения в течение сезона), 12 % - создать альпийскую горку, а 8 % - посадить сад.

        На вопрос, об участии в благоустройстве   «да»  – ответили 100 % учащихся.

   2.2.2 Анализ и интерпретация методов наблюдения и  микроскопии

        В результате исследования были получены следующие результаты:

1. Растения – ксерофиты имеют сильно развитую корневую систему.

                         РИС. 2.2.  Корневище пырея ползучего

2. Водопроводящая система хорошо развита. На фото видны жилки листа пырея ползучего, которые образованы проводящей и механической тканями, что облегчает растению в  пополнение запасов влаги, расходуемой на транспирацию.

                      РИС. 2.3.  Микрофотография  «Жилки листьев пырея ползучего»

3. Растения -  ксерофиты имеют мелкие, узкие, сильно редуцированные листовые пластинки.

     РИС.2.4.  Листья пырея ползучего

4. Защита листьев от больших потерь влаги на транспирацию, что достигается путем  образования густого опушения поверхности листа. В результате этого растения имеют  тусклые, седоватые оттенки, например, как у чистеца шерстистого, гайлардии, шалфея садового.

 РИС.2.5.  Опушение листьев шалфея мускатного,

          РИС. 2.6. Опушение листьев чистеца шерстистого

2.3  Рекомендации по выбору декоративных растений на школьную клумбу

        Проанализировав литературные источники по вопросу выбора декоративных растений на школьную клумбу, мы пришли к выводу о том, что  растения – ксерофиты очень декоративны и способны преобразить участок не только в засушливый период, но и в любое время сезона. А еще  одно преимущество растений, приспособленных к недостатку влаги,   заключается в том, что растения – ксерофиты  не нуждаются в частых поливах и способны пережить засуху без особых потерь.

Среди видового состава растений  -  ксерофитов нас заинтересовали следующие виды: молодило (каменная роза), очитки (седумы), ясколка войлочная, лаванда, гвоздики различных сортов, эхинацея, гайлардия.  мальва, шалфей мускатный, чистец и другие.

Мы  ознакомим учителей и учащихся  школы с нашей работой и предложим выбрать  видовой состав растений для дальнейшего благоустройства школы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

        Ксерофиты - растения сухих мест обитания. Эти растения имеют специфическое строение  и ряд специальных приспособлений.

        Ксерофиты встречаются в местах с сухим жарким климатом (степи, пустыни и полупустыни).  

        Очень важное   значение для этих растений  имеют разнообразные приспособления к условиям недостатка влаги.  Например, сильное развитие корневой системы, которое  помогает растениям увеличить поглощение почвенной влаги.  Корневые системы ксерофитов имеют длинные корни, распространяющиеся в большом объеме почвы, но мало разветвленные. У других видов, таких, как степные злаки, корневые системы охватывают,  хотя и небольшой объем почвы, но, благодаря густому ветвлению, максимально используют влагу.

        Еще одной  особенностью  ксерофитов являются уменьшение размеров листьев, их опушение, наличие толстой кожицы, воскового налета на ней, многочисленных жилок и устьиц.

        Все эти приспособления дают возможность данным растениям адаптироваться в условиях недостаточной влажности.

Среди видового состава растений – ксерофитов для оформления школьной клумбы мы будем использовать  следующие виды: молодило (каменная роза), очитки (седумы), ясколка войлочная, лаванда, гвоздики различных сортов, эхинацея, гайлардия.  мальва, шалфей мускатный, чистец и другие.

Выдвигаемая нами гипотеза о том, что  растения – ксерофиты адаптированы к засушливым местам и на неполивной школьной клумбе возможно в самое засушливое время цветение декоративных растений подтвердилась.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ботаника с основами экологии: Учеб. Пособие для студентов пед. ин-тов /Л.В. Кудряшов и др. — М.: Просвещение,1979
2. Горышина Т.К. Экология растений. — М.: Высшая школа,1979
3. Гусев Н.А. Некоторые закономерности водного режима растений. — М.: Изд-во АН СССР, 1959.
4. Двораковский М.С. Экология растений. — М.: Просвещение 1964
5. Коровкин О.А. Анатомия и морфология высших растений: словарь терминов. — М.: Дрофа, 2007.
6. Культиасов И.М. Экология растений. — М.: Изд-во московского ун-та, 1982  
7. Полевой В.В. Физиология растений. — М.: Высшая школа, 1989.
8. Кузнецов В.В., Дмитриева Г.А. Физиология растений. — М.: Высшая школа, 2006.
9. https://7dach.ru/Uleyskaya/10-rasteniy-dlya-zasushlivyh-uchastkov-126408.html