Введение
Меня всегда интересовало, как и чем питаются растения. Растения - это живые организмы, значит, для жизни и роста они должны получать питание. Из своих наблюдений я сделал вывод, что все растения растут в почве, значит, почва -это необходимое условие нормального роста. Но что же такое находится в почве? Чем именно питаются растения? А можно ли вырастить растение без почвы? А что будет, если принести веточки зимой в теплое место и поставить в воду? Может ли вода заменить почву? А если не просто в воду, а попытаться подобрать такой состав, чтобы растение жило в этом растворе? Я считаю, что мое исследование имеет научный смысл, мне так кажется, что мы еще не все знаем о жизни растений. И пусть мои исследования не очень глубокие, я все-таки еще первоклассник и только учусь, думаю, мой опыт может оказать пользу и настоящим ученым.
Цель исследования:
• влияние добавок в воду на рост растения;
• роль корней в питании растений;
• попробовать как можно дольше продлить жизнь веточек без корней и почвы.
Основная часть
Прежде чем начать свои исследования, я хотел собрать как можно больше информации о вопросах, которые себе поставил. Я решил перед экспериментом получить и упорядочить знания, которые мне будут необходимы для правильной его постановки и выводов:
• для чего нужна вода растениям;
• какие питательные вещества нужны растениям;
• роль корней в питании растений;
• состав почвы: какие именно вещества, нужные растениям, находятся в почве.
Вот что мне удалось выяснить из книг и интернета:
1. Из детской энциклопедии «Хочу всё знать» я узнал, что растение на 80% состоит из воды. Она входит в состав, как самого растения, так его семян и плодов. А ещё вода действует как растворитель для минералов, которые находятся в почве и с поглощением воды из почвы, минералы также поступают в организм растения. В сети - Интернет я прочитал, что листья, как и корни растения, обладают сосущей силой. Стебли и листья большинства растений имеют капилляры (такие тонкие трубочки), по которым вода поднимается от корней вверх к листьям. Это называется капиллярный эффект.
Вывод: Вода – необходима для жизни. Но растения питаются не самой водой, а растворенными в ней веществами. Вода необходимое, но не достаточное условие для жизни растений.
2. Растения корнями впитывают изпочвы воду, в которой раствореныминеральные соли. Но этого для нормального развития мало. Растениям нужны ещёглавные питательные вещества— крахмал и сахар. В почве этих веществ нет; они образуются в самих растениях, в ихлистьях. Листья растений — это настоящая «кухня», которая может «приготовить» пищу из углекислого газа и воды. Водурастения получают из почвы благодаря корням. Углекислый газ листья поглощают из воздуха. Но, чтобы эта волшебная «кухня» заработала, нужен солнечный свет.Солнечный свет даёт энергию, без которой ничего не происходит. Процесс создания питательных веществ из углекислого газа и воды под действием солнечного света называетсяфотосинтезом. [1]
Фотосинтез происходит в листьях, нов этом процессе принимают участиеи другие частирастения: корень всасывает изпочвы растворы минеральных солей; стебель проводит эти растворы к листьям; листья поглощаютиз воздуха углекислый газ иобразуют сахар и крахмал.Органические вещества (сахар и крахмал) поступают во все органы растения и используются для разных целей: идут нарост тела; на дыхание; расходуются при прорастании семян; откладываютсяпро запас (в плодах, корнях, клубнях). [1]
Вывод: корни всасывают из почвы минеральные соли, а в процессе фотосинтеза из них образуются сахар и крахмал – пища для роста и жизни растеня.
3. Корень – вегетативный орган растения. Его основные функции: прикрепление растений к субстрату (почве); поглощение воды и минеральных веществ; синтез различных органических веществ; транспорт питательных веществ в другие органы растений [5]; создание запасов питательных веществ — их-то мы потом и используем в пищу!
Что такое корневая система?
У растений различают главный корень, боковые и придаточные корни. Главный корень – всегда один, именно он развивается при прорастании семян. Боковые корни ответвляются от главного и придаточных корней. Придаточные корни возникают на любых частях растений (в стеблях, листьях), но не на корнях. Вместе они образуют корневую систему. Корень растет в глубину благодаря делению клеток, т.е. на кончике корня все время образуются молодые нежные клеточки [5]. Всасывание полезных веществ из почвы происходит с помощью корневых волосков, которые представляют собой тонкие выросты наружных клеток с диаметром 5—72 мкм и длиной от 80 до 1500 мкм. Число корневых волосков достигает несколько сотен на каждый миллиметр поверхности корня в этой зоне. За счет образования корневых волосков резко, в десятки раз, возрастает деятельная, способная к поглощению питательных веществ поверхность корневой системы, находящаяся в контакте с почвой. Корневые волоски способны охватывать частички почвы, как будто срастаясь с ними, что также облегчает поглощение из почвы воды и минеральных веществ. Поглощению также способствует выделение корневыми волосками различных кислот (угольной, яблочной, лимонной, щавелевой), которые растворяют частички почвы. [6]
Вывод: корни необходимы растению для поглощения питательных веществ из почвы.
4. Вот укоренение было для меня новостью! Оказывается, черенки растений (веточки) в воде могут самостоятельно образовывать корешки и веточка превращается в полноценное растение! Для укоренения любого черенка необходимо использовать только кипяченую воду, так как в процессе закипания из нее происходит испарение вредных компонентов, в частности, грибка и бактерий гнили. Это очень важный момент, так как срез отростка является по своей сути свежей раной, через которую очень легко проникают инфекции и заболевания. Если на черенке присутствует листва, то ее необходимо удалить. Листья ни в коем случае не должны быть в воде, потому что велика вероятность быстрого начала процесса гниения листьев и, соответственно, заражения растения. Когда растение здорово, оно в положенное время само запустит процесс развития корней. [5]
Вывод: Для природы нет ничего невозможного! И оказывается даже веточки, оторванные от дерева, хранят в себе «память» о дереве и могут со временем при правильном уходе самостоятельно выпускать корешки, становясь полноценными деревьями! Таким образом получается, что каждая часть живого организма (растения) хранит в себе информацию о растении в целом и способно воспроизвести его снова!
5. У растений, как и у всех живых организмов, имеются «биологические часы», регулирующие их жизнь. Возникли они как результат развития многих поколений растений в условиях чередования периодов суток (утра, полудня, вечера, вечерних сумерек, ночи) и времен года (весны, зимы, осени, лета). Цикличность, возникшая у растений на протяжении бесчисленных поколений, прочно закрепилась в наследственности. Все жизненные процессы подчинены ритмам. [2]
Растения очень чутко реагируют на окружающую среду, что очень важно, так как они не могут двигаться и перемещаться в пространстве. Поэтому окружающая среда, оказывает огромное влияние на их рост и выживание. Начиная с весны каждого года, у растений начинается период цветения,у разных цвето в в разное время, месяц за месяцем.
Это загадка, которая озадачивала ученых на протяжении веков. Еще в 1930-х годах ученые знали, что растения каким-то образом ощущают продолжительность дня и определяют, когда приближается весна. Сегодня ученые провели расширенные исследования, которые могут объяснить, откуда растения знают, когда цвести. [1]
Растения чувствуют весну с помощью биохимического «термометра». Именно с его помощью представители флоры «понимают», что настала пора роста и цветения. К таким вывода пришли британские ученые, которые
изучали молекулы фитохрома, и оказалось, что его активные частицы оказывают воздействие на растительные клетки на свету, благодаря чему стимулируется их рост. При этом, «спящие» молекулы действуют с точностью наоборот, когда освещения становится меньше. Таким же образом на фитохром влияют тепло и холод. Выяснив все вышеописанное, ученые пришли к выводу, что весной, когда солнечного света становится больше, фитохром реагирует на это, давая сигнал растениям, что они уже могут расцветать. Исследователи заявили, что благодаря их новому открытию они смогут лучше прогнозировать приход теплой поры года после зимы, а также получить дополнительные сведения о глобальном потеплении. [6]
Вывод: растения «чувствуют» приближение весны с помощью биохимического «термометра» и по совокупности изменений в окружающей среде понимают, что пришла весна и пора расти! Значит, если даже зимой создать вокруг растения «весенние» условия, это послужит сигналом для пробуждения.
6. Для нормального роста и развития растениям необходимы свет, тепло, вода, воздух и питательные вещества. Все эти условия жизни для растений равноценны и незаменимы. В почве содержатся практически все элементы периодической системы Д. И. Менделеева, но для питания растениям наиболее необходимы 19 элементов: С, Н, О, N, P, S, К, Са, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn, Mo, В, CI, Na, Si, Co. Из них 16 элементов, кроме С, Н, О, относятся к минеральным. Углерод, водород и кислород поступают в растения преимущественно в виде СО2, О2 и Н2О. [6]
Вывод: Большинство элементов питания растение поглощает из почвы, из воды получает кислород, из воздуха – кислород и углерод. В растительных организмах можно встретить более 70 различных химических элементов, но только 17 являются жизненно необходимыми для растения.
7. Все в живой природе подчинено определенным законам, это помогает представителям флоры и фауны выживать в меняющихся условиях действительности. Существуют различные варианты приспособлений растений к среде обитания. Некоторые из них позволяют переносить сезонные изменения, другие — адаптироваться к нехватке влаги, высоким или низким температурам. [2]
Механизмы адаптации отличаются многообразием, но в своей совокупности они помогают растениям преодолевать негативное воздействие неблагоприятных факторов, выживать и размножаться. [4]
Вывод: растения, как и всякий живой организм старается выжить и может адаптироваться к неблагоприятным условиям, значит, оказавшись в трудной ситуации растение может включить защитные механизмы, чтобы приспособиться.
Да, многие растения способны жить без корней. Многие виды растений не имеют корней в принципе, например, водоросли, мхи, а также, одноклеточные растения. Но некоторые высшие растения, которые имеют в своем строении корневую систему, могут выжить после срезания корней. Более того, многие виды способны отращивать корни снова. Но вот деревья, в основном, очень быстро погибают без корней; травянистые растения способны отращивать новые корни.
Растения, которые растут без корня, — разве такое возможно? Для природы нет ничего невозможного. Тем более удивлять своими диковинными творениями она умеет как никто другой. Аэрофиты, или воздушные растения, — яркое тому подтверждение.
Методы исследования
После того, как веточку срезали от дерева, она попадает в необычные условия. Прежде всего, в результате целого ряда процессов в растении наблюдается нарушение водного режима. Отделенная от дерева и от корневой системы веточка с листьями продолжает активно (особенно при повышенной температуре) испарять воду без соответствующего восполнения ее потерь извне.
Место среза или облома на побеге многих растений представляет собой поврежденную ткань, которая совместно с пузырьками воздуха закупоривает проводящие сосуды здоровой части стебля, блокируя поступление влаги даже после того, как растение помещают в воду. Закупориванию сосудов стебля способствует и быстрое развитие в воде гнилостной микрофлоры.
Для проверки своей гипотезы я решил разместить веточки ивы в различных растворах, в том числе и в простой воде. Оставив веточки в различных растворах при одинаковых внешних условиях, я могу сделать вывод какие вещества в воде могут быть искусственным питанием для растений, какие бесполезные, а какие могут быть и вредными. И еще. Пока мы с папой решали, какие растворы нам приготовить, мы подумали вот о чем: ведь важен не только элемент, который получает растение, но и то в каком веществе содержится этот элемент! Например, хлор. В виде поваренной соли его можно употреблять в пищу (в умеренных количествах конечно), а в виде соляной кислоты вряд ли. Значит, при составлении растворов надо учитывать не только нужные растению элементы, но и в составе какого вещества они находятся.
Прочитав книги и интернет, я остановился на следующих растворах, которые мы хотели испытать как искусственное питание:
1. Водопроводная вода.
2. Питьевая вода из бутылки.
3. Вода с сахаром (приблизительно 3% раствор) (сахар является самым простым и быстрым питанием).
4. Вода с глюкозой и крахмалом.
(крахмал содержится в картофеле в семенах, и мы предположили, что крахмал тоже может быть питанием для растений).
5. Вода с глюкозой (таблетки из аптеки). Глюкоза тоже сладкая, но было интересно ее отличие от сахара.
6. Сложный раствор: глюкоза, аспирин, немного нитрата калия.
(глюкоза как питание, аспирин, во-первых, повышает кислотность раствора – а я читал, что сок растений имеет кислотных среду, во-вторых, аспирин предотвращает развитие гнилостных процессов в растворе, нитрат калия – как источник элементов калия и азота).
Экспериментальная часть
После изучения соответствующей литературы, мы приступили к экспериментальной части исследования. Для эксперимента были выбраны веточки ивы с почками, срезанные при температуре воздуха -5с. Веточки поместили в заранее приготовленные растворы. Образцы были выставлены на подоконник при естественном освещении, без прямого попадания солнца.
Таблица 1.
Дневник наблюдений
|
№ раствора и условия |
Мои наблюдения 5 дней |
Мои наблюдения 10 дней |
||||||
|
Раствор №1 |
|
|
||||||
|
Раствор № 2 |
Раствор прозрачный веточка без изменений. |
|
||||||
|
Раствор № 3 |
|
|
||||||
|
Раствор № 4
|
Раствор немного стал мутный. Часть крахмала всплыла. Веточка без изменений.
|
Раствор стал еще более мутный. Веточка засохла. Почки почернели и засохли.
|
||||||
Раствор № 5 |
|
|
||||||
|
Раствор № 6 |
Раствор прозрачный. Веточка без изменений.
|
Раствор прозрачный. Почки открылись видны листочки.
|
Раствор прозрачный. Веточка без изменений.
Раствор прозрачный Почки на веточке без изменений.
Раствор прозрачный. Почки на веточке немного раскрылись.
Раствор прозрачный. На дне небольшие пузырьки. Веточка без изменений
Раствор прозрачный. Почки на веточке немного раскрылись.
Раствор прозрачный веточка без изменений.
Раствор прозрачный. Почки открылись.
Результаты исследования
В ходе экспериментальной работы мы получили следующие результаты:
Раствор №1 –водопроводная вода содержащая хлор и другие добавки, видимо неблагоприятно сказывается на растении.
Раствор №2- питьевая вода без содержания хлора, более благоприятна для растения, но «пустая» вода, не содержащая питательных веществ, не может долго поддерживать растение, тем более способствовать его росту.
Раствор №3-на 10-й день эксперимента почки раскрылись, визуально немного больше чем просто в питьевой воде, значит сахар в растворе может быть питательной средой и усваивается растением.
Раствор №4- крахмал, являющийся питанием для растений, видимо является питанием только внутри растения, в виде «запасов» пищи, а во внешнем питательном растворе не усваивается растением и более того, способствует развитию гнилостных бактерий и порче раствора.
Раствор №5- почки на веточке в растворе глюкозы раскрылись, по сравнению с раствором сахара, немного больше, значит глюкоза предположительно является более удобной формой питания для растения чем сахар (проверить в следующих опытах).
Раствор №6-почки раскрылись и видны листочки. Значит содержание в растворе сахара аспирина и источника азота поддерживают жизнь растения более интенсивно, чем просто раствор сахара. Укоренения ни на одной веточке не получилось.
Заключение
В процессе проделанной работы я получил много знаний о жизни и о питании растений, о том, как они устроены. На основании полученных знаний, я получил в эксперименте разные результаты и пришел к выводу, что можно подобрать такой состав раствора, который более благоприятен для растения, чем обычная вода. Это принципиально важно! Теперь за будущими исследованиями вопрос в подборке веществ.
В ходе эксперимента, у меня образовалось больше вопросов чем ответов, но это меня не огорчает – я не хотел ставить опыты с установкой получить заранее известный результат! От своего опыта я изначально не ожидал получить все ответы, а скорее определить направление дальнейших поисков. Значит, впереди меня ждут новые исследования и эксперименты.
Я уверен, что после дальнейшего изучения растительного мира и новых экспериментов, я получу удивительные результаты!
Приблизительные направления будущих опытов: подобрать минеральный составдля питательной среды, проверить укоренение веточек небольших растений. Надеюсь Вам будет интересно узнать о результатах моих будущих работ и своими опытами я принесу пользу.
Библиографическая ссылка
Сергеев А.А. ВОЗМОЖНОСТЬ ИСКУССТВЕННОГО ПИТАНИЯ РАСТЕНИЙ БЕЗ ПОЧВЫ И КОРНЕВОЙ СИСТЕМЫ // Литературное творчество школьников. – 2021. – № 5. ;URL: https://school-literature.ru/ru/article/view?id=1715 (дата обращения: 25.04.2024).