Исследовательские и творческие работы учащихся

Введение

Актуальность. Значение растений в природе очень велико.  Зеленые растения выделяют кислород, необходимый для дыхания всех живых организмов.  Растения образуют питательные вещества, необходимые для питания всего живого на планете. Все живые организмы зависят от роста и развития растений, потому, что травоядные животные поедают растения, а хищные, питаясь травоядными, получают таким образом переработанную ими пищу. Человек так же питается и растительной, и животной пищей, но животная пища не может быть получена без растений. Если погибнут зеленые растения, погибнут от голода животные и люди.

Растения используются в жизни человека не только как источник питания, но и как сырье для разных отраслей промышленности, например, пищевой, текстильной, бумажной, химической и другой.

Так как значение растений очень важно для жизни всего живого на планете, поэтому очень важно, чтобы урожай культурных растений были стабильно высокими. В связи с этим весьма актуальным является вопрос изучения, как влияют внешние факторы природной среды на рост и развитие растений.

Цель: изучение влияния факторов природной среды на рост и развитие культурных растений для разработки рекомендаций по улучшению их роста и развития в природных условиях.

Задачи: 

- рассмотреть теоретические основы влияния факторов природной среды на рост и развитие растений и изучить биологические особенности некоторых культурных растений;

- опытным путем проанализировать воздействие факторов природной среды на прорастание семян, развитие и рост растений;

- разработать рекомендации по улучшению роста и развития растений в природных условиях.

Объект исследования: культурные растения.

Предмет исследования: воздействие факторов природной среды на рост и развитие растений.

Методы исследования: наблюдение, опыт, анализ, обобщение.

Гипотеза исследования: предполагаем, что на рост и развитие растений оказывают воздействие не только факторы неживой природы, но и сами растения оказывают воздействие друг на друга.

Новизна исследования. В результате проведения серии опытов, опытным путем доказано воздействие на рост и развитие растений не только факторов неживой природы,  но и самих растений. Кроме  того, представленные опыты в исследовательской работе несложны и доступны каждому из обучающихся при проведении собственных дальнейших исследований.

Практическая значимость. Полученные результаты исследования можно применять на уроках окружающего мира, а также огородникам для получения высоких урожаев культурных растений.

1. Основная часть. Теоретический подраздел.

1. Влияние факторов природной среды на  рост и развитие растений. 

Для того, чтобы культурные растения при выращивании давали стабильно высокие урожаи, необходим уход и определенные условия.

Для прорастания семян необходимы вода, тепло и воздух. При достаточном количестве воды семя набухает и плотная кожура разрывается. Тепло, вода и содержащиеся в семени ферменты превращают находящиеся в нем питательные вещества в сахар, который необходим для роста зардышевого корешка, стебелька и почечки.

Потребность в воде и воздухе для прорастания семян у разных растений различная. Засухоустойчивое просо начинает прорастать, если его зерновки поглотили воды в 4 раза меньше их собственного веса, а у гороха и бобов все наоборот. Им воды необходимо вчетверо больше, чем для проса. [1].

Из литературы известно, что для полноценного роста и развития растений необходимы:

• тепло
• свет
• влага
• минеральные вещества и микроэлементы
• воздух

Почва – верхний плодородный слой земли, из которого растение получает воду и элементы питания. В почве происходит минерализация органических остатков. В состав почвы входят песок, глина, минеральные соли, перегной, воздух и вода. Воздух необходим для дыхания корней, поэтому на полях и в садах почву рыхлят. В растение из почвы поступают минеральные соли и микроэлементы.

При недостатке в почве минеральных солей их вносят в виде минеральных удобрений. Минеральные удобрения содержат, главным образом, те элементы, которых обычно не хватает в почве: азот, фосфор, калий. Азот усиливает рост надземных побегов; калий способствует росту корней, клубней, луковиц; фосфор ускоряет созревание плодов. Кроме того, фосфор и калий повышают холодостойкость растений. В нашем эксперименте применяются удобрения: «Фертика-люкс» – бесхлорное удобрение, содержащее все необходимые растениям макро- и микроэлементы.

«Агрикола» – жидкое комплексное удобрение, которое содержит сбалансированное количество макро- и микроэлементов, а также гуминовые кислоты. [2].

Зеленая окраска растений обусловлена наличием в клетках растения особого вещества – хлорофилла. Для образования его необходим свет. Выросшие без света побеги бывают белыми или бледно-желтыми. Хлорофилл участвует в процессе фотосинтеза – это образование органических веществ на свету из углекислого газа и воды.

Из сахаров, образовавшихся при фотосинтезе, а также, минеральных солей, поглощенных корнями из почвы, растение создает вещества, которые ему необходимы: белки, жиры и многие другие. Из одних веществ строятся новые клетки, другие используются в процессе дыхания, как источник энергии, третьи откладываются в запас. [3].

2. Биологические особенности некоторых культурных растений.

Также хотелось бы несколько слов сказать об объектах исследования.

Горох и бобы – растения из семейства Бобовых.

Горох посевной – одно из самых древних культурных растений, его возделывали еще до нашей эры.

Возделывается горох как высокопитательное пищевое растение. В его семенах содержится до 34% белка, почти столько же, сколько в мясе.

Горох посевной – однолетнее растение с мощными корнями, глубоко уходящими в почву. На корнях имеются клубеньки, в клетках которых живут клубеньковые бактерии. Они усваивают азот из воздуха, поэтому все бобовые богаты белком. [4].

           Лук репчатый – одна из важнейших овощных культур семейства Лилейных. Это луковичное растение с трубчатыми листьями. В пищу используются и луковицы, и листья, которые содержат много витаминов, особенно витамин С.

И лук, и чеснок широко используются в колбасном производстве и консервной промышленности для засолки огурцов и грибов.

Также в этих растениях содержатся фитонциды – летучие вещества, угнетающие многие бактерии, поэтому  они используются как средство против инфекционных болезней. [5]

3. Понятие «фитонциды».

В состав фитонцидов входят эфирные масла, альдегиды уксусной и пропионовой кислот, метиловый и этиловый спирты и другие соединения.

Фитонциды являются одним из факторов естественного иммунитета: растение стерилизует себя продуктами собственной жизнедеятельности. К образованию фитонцидов способны  все растения,  причем повреждение клеток усиливает их выделение. Именно поэтому при проведении вышеописанных опытов мы использовали кашицу, получаемую путем растирания листьев. [6].

1. Практическая часть.

С целью изучения влияния внешних факторов природной среды на рост и развитие растений нами проведены ряд опытов. В качестве культурных растений были взяты семена гороха посевного. Перед проведением опыта семена предварительно были проверены на всхожесть.  

Частота проведения опыта составила 3 раза.  

Опыт №1: чтобы доказать необходимость воды и воздуха в прорастании семян, был поставлен следующий опыт.

Берем 3 стакана, на дно каждого кладем семена гороха по 30 штук.

Стакан №1 оставляем сухим; стакан №2 заполняем водой до краев (т.е. без доступа воздуха); стакан №3 – наливаем воды столько, чтобы она смачивала семена, но не покрывала их полностью.

 Рисунок 1(см. приложение 1).

Опыт №2: помимо влаги и воздуха на прорастание семян влияют температурные условия. В этом тоже легко убедится. Чтобы доказать необходимость температурных условий в прорастании семян, был поставлен следующий опыт.

Брали 2 стакана, клали в них по 30 горошин и наливали воды столько, чтобы она смочила семена, но не покрывала их полностью.

Стакан №1 оставляли в комнате (t=23-25).

Стакан №2 ставили в холодильник ( t=4-6).

  Рисунок 2(см. приложение 1).

Опыт №3: чтобы доказать влияние минеральных веществ на рост и развитие растений, был поставлен следующий опыт.

Проросшие семена гороха  были посажены в 3 горшка с почвой, при следующих условиях:

- горшок №1 – темное прохладное место, полив – отстоявшейся водой;

- горшок №2 – светлое теплое место, полив – отстоявшейся водой;

- горшок №3 – светлое теплое место, полив – отстоявшейся водой; подкормка минеральными удобрениями; рыхление почвы.

  Рисунок 3(см. приложение 1).

Помимо исследованных абиотических факторов внешней среды на рост и развитие растений оказывают влияние биологически активные вещества, которые выделяют другие растения. Явление взаимного влияния растений носит название аллелопатии (от греческого «аллелон»- взаимно, «патос» - страдание).

Мы решили провести опыты, чтобы выяснить, как влияют эти летучие выделения одних растений – фитонциды (от греческого «фитон» - растение, «цидо»- убиваю) – на другие растения.

Мы решили выяснить, как фитонциды влияют на прорастание семян.

Для проведения опыта мы взяли наклюнувшиеся семена гороха и огурцов, листья комнатных растений алоэ древовидное и пеларгония зональная, шесть чашек Петри диаметром 9 см, шесть чашечек диаметром 5 см, ступку с пестиком, фильтровальную бумагу.

В большие чашки Петри мы положили фильтровальную бумагу, вырезанную в виде круга диаметром 9 см, в центре чашек установили чашечки (диаметром 5 см) и вокруг них на смоченную водой фильтровальную бумагу разложили подготовленные семена: в три чашки – семена гороха по 6 штук, в три чашки - семена огурца по 6 штук.

   Рисунок 4(см. приложение 1).

Затем взяли по 10 граммов листьев алоэ и пеларгонии и растёрли в ступке с песком. Полученную кашицу мы поместили в чашечки диаметром 5 см: по 5г в чашечку с семенами гороха и в чашку с семенами огурца и по 5г пеларгонии в чашку с семенами гороха и в чашку с семенами огурца. Большие чашки Петри быстро закрыли и поставили в тёплое место. Ещё две чашки Петри - одна с семенами гороха и одна с семенами огурца - были контрольными. В находящиеся в них маленькие чашечки мы налили воду.

Рисунок 5(см. приложение 1).

2.1. Результаты исследования.

В результате проведения опыта № 1 получили следующие результаты.

Через 5 дней:

Стакан №1 – осталось без изменения;

Стакан №2 – семена набухли, но не проросли;

Стакан №3 – семена дали ростки

Рисунок 6(см. приложение 1).

Результат первого опыта доказывает, что для прорастания семян необходимы воздух и вода.

В результате проведения опыта № 2 получили следующие результаты.

Через 5  дней получили результат:

Стакан №1 – семена проросли;

Стакан №2 – осталось без изменений.

Рисунок 7(см. приложение 1).

 Следовательно, для прорастания семян необходима определенная температура.  С этими особенностями семян связаны разные сроки посевов (пшеницу и рожь сеют ранней весной; кукурузу и огурцы – поздней весной, когда почва уже прогрелась).

В результате проведения опыта № 3 получили следующие результаты.

Горшок №1: растения взошли позднее, чем в горшках №2,3 на 4 дня. Имеют вытянутую форму, стебли слабые, окраска бледная, желто-зеленая.

Горшок №2: растения взошли позднее, чем в горшке №3 на 2 дня. Стебли имеют обычную форму, зеленого цвета.

Горшок №3: растения взошли раньше других, у луковицы большее количество листьев, чем в горшках №1,2; растения крепкие, ярко-зеленого цвета.

Результат третьего опыта доказывает, что для наилучшего роста и развития растений необходима совокупность внешних факторов (света, тепла, влаги, кислорода воздуха, минеральных солей).

Рисунок 8(см. приложение 1).

В результате проведения опытов по исследованию влияния   фитонцидов  на прорастание семян, нами получены следующие результаты.

Через сутки проросли семена огурцов.

Таблица 1.

Результаты опыта через сутки с семенами огурцов.

В чашке с кашицей алоэ проросли все семена, т.е. 100%, средняя длина корешков у семян составила 4мм и у этих семян корешки были самыми толстыми по сравнению со всеми другими семенами.

В чашке с пеларгонией проросло 73% семян, средняя длина корешков- 3,2мм. В контроле проросло 100% семян, средняя длина их была 7,8мм, они выглядели вытянувшимися .

Рисунки 9,10,11 (см. приложение 1).

На 2 сутки  проросли семена гороха.

Таблица 2.

Результаты опыта через сутки с семенами гороха.

В чашке с алоэ проросло 100% семян, средняя длина корешков семян гороха составила - 9,3мм. В чашке с пеларгонией проросло 50% семян, средняя длина корешков- 6мм. В контроле проросло 100% семян, средняя длина корешков-9мм.

Рисунки 12,13,14 (см. приложение 1).

В результате проведённых опытов мы увидели, что фитонциды, выделяемые кашицей листьев алоэ древовидного, оказывают на прорастание семян и рост корней гороха посевного и огурцов стимулирующее действие, а фитонциды, выделяемые кашицей пеларгонии зональной - тормозящее действие на семена гороха и огурцов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании результатов данного исследования можно сделать следующие выводы:

• для прорастания семян необходима определенная температура;
• для прорастания семян необходимы воздух и вода;
• для роста и развития растений необходимы следующие факторы: свет, тепло, влага, кислород воздуха, минеральные вещества;
• на рост и развитие растений оказывают влияние не только факторы неживой природы, но и сами же растения оказывают друг на друга определенное воздействие, так, например фитонциды, выделяемые кашицей листьев алоэ древовидного, оказывают на прорастание семян и рост корней гороха посевного и огурцов стимулирующее действие, а фитонциды, выделяемые кашицей пеларгонии зональной - тормозящее действие на семена гороха и огурцов.

Таким образом, наша гипотеза полностью доказана.

Для  улучшения роста и развития растений в природных условиях мы рекомендуем следующие мероприятия, представленные в приложении 1.

В дальнейшем мы планируем продолжить исследования по данному направлению и исследовать подробнее влияние одних видов растений на другие.

Список использованной литературы

1. Алексеев С.В. Изучаем экологию экспериментально / С.В. Алексеев,  А.М. Беккер. - СПб.: Наука,  1993.
2. Ашихмина Т.Я. Школьный экологический мониторинг / Т.Я. Ашихмина. - М.: Академа,  2000.
3. Багрова Л.А. Я познаю мир (растения).Детская энциклопедия. М.: АСТ: Люкс, 2005 г.
4. Богдановский Г. А. Химическая экология / Г. А. Богдановский. - М.: Московский университет, 1994.
5. Сергеев Б.Ф. Я познаю мир: Биология: Детская энциклопедия. М.: ООО Издательство АСТ, ООО Издательство Астрель: ЗАО   НПП Ермак 2004 г.
6. Чистик О.В. Экология // Учебное пособие / О.В. Чистик. -  Минск: 2000.