Исследовательскую работу «Влияние света на биологические ритмы растений на примере кислицы» посвятили изучению биологических часов среди растений на примере кислицы. Мы предположили, что, если листья кислицы реагируют на различные факторы среды, то можно утверждать, что свет и продолжительность светового дня влияют на суточные биоритмы растений.
За годы изучения жизнедеятельности организмов простейших, растений и животных было выявлено множество циклически и периодически повторяемых процессов. В жизнедеятельности всех организмов помимо сна немало других проявлений суточного и годичного ритмов. Биологические часы зависят от положения Солнца и Луны. Множество опытов и экспериментов было проведено для доказательства существования биологических часов, однако эта тема все ещё остается открытой [1].
У растений свет и темноту воспринимает каждая клетка. Особый пигмент – фитохром заряжается положительно под действием изменений спектрального состава света при восходе солнца и теряет положительный заряд под действием изменений светового спектра при закате солнца. Передача возбуждения от пигмента к плазме клеток происходит при участии того же вещества (ацетилхолина), которое служит переносчиком возбуждения в нервной системе животных. С помощью фитохрома клетки растений могут как бы отсчитывать «светлое» и «тёмное» время.
Установлено, что у растений есть 13 физиолого-биохимических процессов, протекающих в их организме с определенным ритмом, т. е. с размеренным чередованием усиления и ослабления. Например, открывание и закрывание цветков, замыкание и размыкание устьиц, усиление и ослабление фотосинтеза, транспирации, дыхания и т. п. Чередование (смена) периодов усиления и ослабления того или иного физиологического процесса невозможно без способности измерять время. Эта способность живых организмов, зависящая от наследственных особенностей и от внешних условий (нормальное питание, дыхание, смена дня и ночи, времен года), и называется биологическими часами. Если растение поместить в постоянную темноту, то в течение нескольких суток его листья сохраняют свойственную им периодичность движений. Однако вскоре она утрачивается, так как без света нарушается питание клеток, тканей и органов растения. Учение о периодических изменениях в ходе физиологических процессов у растений называется биоритмологией.
Главным фактором регуляции сезонных циклов у большинства растений является изменение продолжительности световой части суток – дня, связанной с вращением Земли вокруг своей оси. А с нею связаны суточные биоритмы. Например, в образовательных тканях деление клеток активнее происходит в светлое время суток и медленнее – в ночное, одни растения цветут днём, а другие – ночью. Реакция организмов на продолжительность дня получила название фотопериодизма. Внутренним суточным ритмом характеризуются многие процессы: фотосинтез, дыхание, испарение, открывание и закрывание цветков, выделение нектара, поднятие и опускание листьев, передвижение веществ по проводящим сосудам и др. [2].
Анализ изученных материалов из Интернет-ресурсов, проведенного эксперимента позволили сделать следующие выводы:
- На примере кислицы доказали, что биологические часы существуют, но индивидуальны для каждого подвида растения и для определённой местности.
- У кислицы, помещённой в постоянную темноту, в течение 9-10 суток листья сохраняют периодичность движений. Но через несколько дней она утрачивается, так как без света нарушается питание клеток, тканей и органов растения.
- При недостатке света у кислицы произошло удлинение и обесцвечивание стеблей.
- При недостатке света с ноября по февраль у кислицы наступает фаза покоя: растение сбрасывает часть листьев, прекращается цветение.
- В итоге мы доказали, что на биологические ритмы растений влияют различные факторы: смена дня и ночи, свет, его продолжительность.
Ключевые слова: биологические ритмы растений, биоритмология, биологические часы, суточная периодичность, факторы среды, продолжительность светового дня.
Введение: Цель работы: изучить влияние света на биологические ритмы растений на примере кислицы. Для достижения цели решали следующие задачи: изучить материалы Интернет-ресурсов о биоритмологии, биологических часах среди растений; провести исследование, эксперимент с кислицей; провести сбор, анализ и обобщение полученных данных в результате эксперимента.
У каждого растения своя красота, каждый цветок живёт по своему особому режиму, называемому биоритмом. До сих пор не вполне ясна сама сущность биоритмики растений, природа её происхождения. Отработанные природой биоритмы растений обеспечивают их оптимальное противодействие неблагоприятным факторам внешней среды.
Суточные биоритмы наиболее заметно проявляются у растений с яркими и крупными цветками. В течение суток цветки таких растений периодически раскрываются и закрываются. Эту закономерность люди заметили очень давно. Ещё в древней Греции и Риме на цветниках высаживали растения, цветки которых раскрывали и закрывали свои венчики в разное время суток. По таким «биологическим часам» определяли время, но, конечно, приблизительно, так как точность их работы зависела от многих условий. Знаменитый шведский ученый-натуралист XVIII в. Карл Линней подметил неодновременность цветения растений и у себя на родине в г.Упсала устроил так называемые цветочные часы. Подобные клумбы-часы впоследствии стали создавать и в других местах. Были такие оригинальные цветочные часы и на усадьбе имения Пушкиных в с. Михайловском. Однако даже хорошо составленные цветочные часы могли показывать относительно точное время только в ясный, солнечный день, в дождливую или пасмурную погоду они не оправдывали своего назначения, так как цветки в этих условиях обычно не раскрываются или открываются в другое время [3, 4].
Основные факторы роста и развития растений – тепло, свет, воздух, вода, питание. Все эти факторы одинаково необходимы и выполняют определенные функции в жизни растений. Условия внешней среды сильно влияют на рост и развитие растений [5].
Учитывая факторы роста и развития растений, условия внешней среды, можно ускорить развитие растений и увеличить урожай. Искусственно изменяя сезонные и суточные циклы освещения, можно добиться массового цветения и плодоношения растений, как в теплицах, так и в условиях открытого грунта.
Изучение биологических ритмов имеет большое теоретическое и практическое значение. Зная биологические ритмы жизни растений, можно адаптировать в районах Крайнего Севера, арктической зоны многие виды красивоцветущих однолетних и многолетних растений, произрастающих в районах с тёплым климатом. Можно заставить южные растения цвести на Крайнем Севере, давая им укороченный день и удлиненную ночь, то есть условия, к которым они приспособились у себя на родине. Напротив, растения севера можно заставить цвести на юге, давая им дополнительное освещение и укорачивая период темноты [6, 7].
Проблема озеленения городов и поселений ЯНАО стоит остро. От растений зависит влажность почв и воздуха. Высадка деревьев может очень сильно влиять на климат. Зимой деревья предохраняют почву от промерзания, защищают от ветра. Эта задача не на одно десятилетие, но если получится хорошо озеленить регион и высадить большое количество видов новых растений, то климат станет более тёплым и комфортным.
Материалы и методы. Методы исследования: анализ Интернет-ресурсов, эксперимент, наблюдение, фотографирование, сбор, вербальный, графический анализ и обобщение полученных данных в результате эксперимента.
Материалы и оборудование: три образца комнатного растения кислицы – двух подвидов: два образца (№ 1, 3) с бордовыми листьями, один образец (№2) – с зелёными листьями. Кислица или oxalis triangularis (оксалис) – невысокое (15-25 см) комнатное растение с ползучим корневищем, расположение листьев очередное лапчатое, а иногда и перистое, в зависимости от подвида. Цвет листьев также зависит от подвида и может быть как зелёным, так и фиолетовым или даже бордовым. Листья кислицы реагируют на механические раздражители, смену дня и ночи, а также на очень яркий свет – в таких ситуациях листья сворачиваются и опускаются. Растение сворачивает свои листья при наступлении ночи, а зимой впадает в спячку и может полностью сбросить лиственный покров [8].
На I этапе с 20 по 29 октября 2016 года в домашних условиях нами проведено наблюдение за ростом и развитием образцов, чтобы доказать экспериментальным путём, что у растений существуют биологические часы. Образцы №1 (кислица с бордовыми листьями) и № 2 (кислица с зелёными листьями) поместили в комнату, куда проникало солнечное освещение, по мере наступления темноты – растения находились под искусственным освещением. Образец № 3 (кислица с бордовыми листьями) был помещён в тёмное помещение, где нет освещения. Полив растений проводился умеренный.
Рис.1. Образец №1 Рис.2. Образец №2 Рис.3. Образец №3
С 21 по 26 ноября 2016 года провели II этап эксперимента. Образцы № 1, 2 оставили в комнате, куда проникал солнечный свет, есть искусственное освещение. Образец № 3 поместили в тёмное помещение. Наблюдали за поведением растений на предмет зависимости от продолжительности светового дня.
Результаты и обсуждение. I этап. Как указывают данные, взятые из Интернет-сайтов о биологических часах, некоторые растения раскрываются и закрываются в определённые часы. Кислица сворачивает свои листья при наступлении темноты.
По данным наших наблюдений, анализа таблицы 1 наблюдаем, что образцы № 1, № 2 в утренние часы раскрывают листья в пределах с 8.50 до 9.30 часов.
Образец № 3 раскрывает свои листья в утренние часы неодновременно. С 9.05 раскрываются 1-2 листа, остальные листья раскрываются в пределах с 9.20 до 10.25 часов, так как образец помещён в тёмное помещение.
Время закрытия листьев у образцов №1, №2 колеблется в пределах от 16.10 до 19.50 часов. У образца № 3 – время закрытия листьев: с 14.55 до 16.50 часов.
С 24 по 29 октября у образца № 3 начали увядать старые ростки, появились новые. На начало эксперимента 20 октября образцы № 1, № 3 имели стебли ярко-бордовой окраски, №2 – светло-зеленоватой окраски. К концу эксперимента 29 октября образец № 3 вытянулся в росте, стебли приобрели светло-розовый цвет, листья сохранили ярко-бордовую окраску. На 5-й день эксперимента у образца №3 начали появляться новые ростки. Длина ростков образца №3 до начала эксперимента составляла 18 см, к 29 октября – 49см. Данные I этапа занесли в таблицу 1.
Таблица 1
Наблюдение за суточными биоритмами кислицы на I этапе исследования
|
Число, месяц |
Образец №1 |
Образец №2 |
Образец №3 |
|||
|
Время раскрытия кислицы, ч. |
Время закрытия кислицы, ч. |
Время раскрытия кислицы, ч. |
Время закрытия кислицы, ч. |
Время раскрытия кислицы, ч. |
Время закрытия кислицы, ч. |
|
|
20.10 |
9.00 |
18.50 |
9.05 |
16.54 |
9.05 |
16.45 |
|
21.10 |
9.10 |
17.40 |
9.05 |
17.50 |
9.20 |
16.50 |
|
22.10 |
9.10 |
18.30 |
9.05 |
17.50 |
9.35 |
15.00 |
|
23.10 |
9.20 |
17.50 |
9.30 |
17.00 |
9.50 |
15.10 |
|
24.10 |
9.05 |
19.05 |
9.15 |
18.35 |
9.50 |
14.55 |
|
25.10 |
8.50 |
19.20 |
9.00 |
18.40 |
9.50 |
15.40 |
|
26.10 |
9.15 |
19.50 |
9.10 |
19.45 |
9.40 |
15.40 |
|
27.10 |
9.05 |
16.10 |
9.10 |
16.10 |
9.40 |
16.20 |
|
28.10 |
9.10 |
18.05 |
9.10 |
17.50 |
10.15 |
16.00 |
|
29.10 |
9.05 |
18.10 |
9.10 |
17.45 |
10.25 |
15.40 |
По данным анализа таблицы 1 составлена гистограмма динамики суточных биоритмов кислицы.
Рис. 4. Динамика суточных биоритмов кислицы
II этап. На данном этапе наблюдали, зависит ли рост и развитие растений от продолжительности светового дня. Провели сравнительный анализ данных продолжительности светового дня на двух этапах исследования [9]. Данные занесли в таблицу 2.
Таблица 2
Продолжительность светового дня в городе Надыме в период проведения исследования
|
Этапы исследования |
Число, месяц |
Продолжительность светового дня |
|
I этап исследования |
20.10 |
09.06 |
|
21.10 |
08.58 |
|
|
22.10 |
08.51 |
|
|
23.10 |
08.44 |
|
|
24.10 |
08.37 |
|
|
25.10 |
08.30 |
|
|
26.10 |
08.23 |
|
|
27.10 |
08.16 |
|
|
28.10 |
08.09 |
|
|
29.10 |
08.02 |
|
|
II этап исследования |
21.11 |
05.23 |
|
22.11 |
05.15 |
|
|
23.11 |
05.08 |
|
|
24.11 |
05.03 |
|
|
25.11 |
04.56 |
|
|
26.11 |
04.50 |
|
|
27.11 |
04.43 |
|
|
28.11 |
04.37 |
|
|
29.11 |
04.31 |
Из таблицы следует, что продолжительность светового дня с 20 октября по 29 ноября 2016 года сократилась с 09.06 до 04.31 час.
На II этапе образец № 1 вытянулся в росте, стебли приобрели светло-розовую окраску, несмотря на то, что растение находилось в светлой комнате, куда проникал солнечный свет. Образец № 2 сохранил прямостоячие стебли, которые имеют светло-зеленоватую окраску. У образца № 3 наблюдали появление новых ростков, их резкий рост, стебли имеют светло-розовую окраску.
Рис. 5. Образец №1 Рис. 6. Образец №2 Рис. 7. Образец №3
Выводы:
- На примере кислицы доказали, что биологические часы существуют, но индивидуальны для каждого подвида растения и для определённой местности.
- У кислицы, помещённой в постоянную темноту, в течение 9-10 суток листья сохраняют периодичность движений. Но через несколько дней она утрачивается, так как без света нарушается питание клеток, тканей и органов растения.
- При недостатке света у кислицы произошло удлинение и обесцвечивание стеблей.
- При недостатке света с ноября по февраль у кислицы наступает фаза покоя: растение сбрасывает часть листьев, прекращается цветение.
- В итоге мы доказали, что на биологические ритмы растений влияют различные факторы: смена дня и ночи, свет, его продолжительность.
Литература:
- KM.RU РЕФЕРАТЫ. Бугрова Анастасия. Биологические ритмы и их влияние на все живое [Электронный ресурс] – 2012. // URL: http://www.km.ru/referats/335051-biologicheskie-ritmy-i-ikh-vliyanie-na-vse-zhivoe, свободный. – (Дата обращения: 11.10.2016).
- Биология. Зависимость роста и развития растений от условий окружающей среды. [Электронный ресурс] // URL: http://blgy.ru/biology6/environment2, свободный. – (Дата обращения: 11.10.2016).
- Удивительный мир растений. Цветочные часы. [Электронный ресурс] // URL: http://www.valleyflora.ru/15.html, свободный. – (Дата обращения: 14.10.2016).
- СОНМИР. Биоритмы растений. Цветочные часы. [Электронный ресурс] // URL: http://sonmir.ru/bioritmy-rastenij-cvetochnye-chasy.html, свободный. – (Дата обращения: 14.10.2016).
- Good-Tips.PRO – Полезный интернет-журнал. Равилов Владимир. Факторы роста и развития растений. [Электронный ресурс] – 2014. // URL: http://good-tips.pro/index.php/house-and-garden/orchard-and-garden/vegetables/growth-factors-of-plants, свободный. – (Дата обращения: 10.10.2016).
6. Восход и заход солнца и луны - продолжительность светового дня [Электронный ресурс] // URL: http://travel.org.ua/sunrise.php, свободный. – (Дата обращения: 18.10.2016).
- Zoodrug. Биологические часы. [Электронный ресурс] // URL: http://www.zoodrug.ru/topic1804.html, свободный. – (Дата обращения: 16.10.2016).
- Экология растений: 6 класс – учебное пособие для учащихся общеобразовательных учреждений (А.М. Былова, Н. И. Шорина) под редакцией Н. М. Черновой. М.: «Вентана – Граф», 2013.
- Кислица комнатная – цветок кислица треугольная. [Электронный ресурс] // URL: http://www.woman56.ru/komnatnie-rasteniya/kislitsa-komnatnaya-tsvetok-kislitsa-treugolnaya, свободный. – (Дата обращения: 10.10.2016).
