Размещено на http://www.allbest.ru/

ГБОУ школа № 1568 им. Пабло Неруды

Исследовательская работа

Влияние красного света на рост и морфогенез огурца

Валентина Витальевна Костенко

Валерия Андреевна Василенко

Научный руководитель: преподаватель биологии

Ольга Александровна Дмитриева

Москва 2017

Оглавление

• Аннотация
• Введение
• 1. Влияние красного света на рост и развитие растений
• 2. Клеточное строение стебля двудольных растений
• 3. Наблюдение за ростом огурца под действием красного света
• 4. Исследование клеточного строения стебля 14 - дневных растений
• 5. Исследование формирования механической ткани стебля на основе микроскопирования поперечных срезов 14 и 60 дневных растений
• 6. Анализ наблюдений
• Заключение
• Источники информации
• Приложения


Аннотация

Наша работа посвящена выяснению действия красного света на морфогенез растений на примере одного сорта огурца. Действия красного света на морфогенез побега многократно описано, но данных по изменениям в клеточном строении стебля растений нет. Мы в своей работе постарались выяснить какие изменения на клеточном уровне происходят у растений, выращенных при красном освещении.

Для проведения эксперимента растения контрольной и экспериментальной группы выращивались в одинаковых условиях. Использовалась гидропоника "Домашний сад" со стандартным удобрением в разведении согласно инструкции, одинаковым суточным временем освещения, одинаковой температурой. Единственное отличие - тип освещения. Экспериментальная группа была изолирована от дневного света и освещалась только красным светом.

Первые морфологические отличия появляются у растений контрольной и экспериментальной группы уже сразу после прорастания. При красном освещении усиливается рост клеток растяжением. Первые срезы стебля были сделаны у 14-дневных растений, т.е. после появления первого настоящего листа. Микроскопирование срезов показало, что красный свет нарушает формирование ксилемы проводящих пучков. Сосуды располагаются рыхло, развиваются хуже, чем у контрольной группы.

Вторая партия растений выращивалась 60 дней, до начала цветения. Срезы 60-дневных растений показали, что красный свет нарушает развитие склеренхимы. Вместо 6-7 слоев клеток формируется 1-2 слоя с тонкими стенками.

По результатам исследования можно сделать вывод, что использования красного излучения при выращивании растений целесообразно только в сочетании с дневным светом. Так мы усилим фотосинтез растений, не нарушив морфогенез.

Введение

В различных условиях среды скорость роста и развития растений различна. Она зависит от многих факторов, поэтому для получения урожая за более короткие сроки важно использовать все факторы, положительно влияющие на рост и развитие растений. Одним из таких факторов является красный свет, необходимый растениям для процесса фотосинтеза. Поэтому мы решили начать работу по выяснению механизмов действия красного света на рост растения.

Цель работы: выявить влияние красного света на рост и формирование тканей и органов побега огурца.

Задачи:

1) По литературным источникам ознакомиться с механизмами влияния красного света на рост и развитие растения.

2) Спланировать и провести эксперименты. показывающие влияние красного света на рост и развитие огурца.

3) Провести наблюдения за скоростью роста растений.

4) Методом микроскопирования поперечных срезов стебля проанализировать влияние красного света на развитие сосудистого пучка огурца и другие клеточные структуры стебля огурца.

5) Сравнить получившиеся данные с контрольной группой.

6) Сделать вывод о влиянии красного света на формирование клеточных структур стебля.

Объект исследования: сорт огурца "Рушничок F1", семена селекционно-семеноводческой фирмы "Гавриш".

Растения этого сорта обладают интенсивным ростом, что сокращает время каждого эксперимента, являются нейтральными к длине светового дня.

Метод исследования: приготовление временных препаратов среза стебля растений контрольной и экспериментальной группы различного возраста и их микроскопирование.

Оборудование и материалы

Гидропоника "Домашний сад", комплексное удобрение для гидропоник "Домашний сад", перлит, красная пленка, черная ткань для изоляции одной гидропоники от естественного освещения, семена огурца. Оборудование для приготовления временных микропрепаратов указано в соответствующих разделах работы.

Для получения хорошего урожая нужно учитывать множество факторов, например, различные области спектрального состава света, температуру, влажность воздуха, количество воды в почве, состав и количество элементов корневого питания. На скорость роста и развития растений влияют и внутренние факторы, например, растительные гормоны. Мы ограничим наше исследование действием красной части спектра. Что же нам известно о действии этого фактора?

1. Влияние красного света на рост и развитие растений

По спектральному составу солнечный свет неоднороден. В него входят лучи, имеющие различную длину волны. Из всего спектра для жизни растений важна фотосинтетически активная (400, 700 нм) и физиологически активная радиация (350, 750 нм). В нашей работе затрагиваются вопросы не фотосинтеза, а фотоморфогенеза, поэтому мы будем рассматривать действие физиологически активной радиации. Хлорофилл и вспомогательные пигменты фотосинтеза в процессах фотоморфогенеза не играют главной роли. В растениях обнаружены две пигментные системы фоторецепторов, связанные с мембранами клеток, - фитохром, поглощающий красный свет, и криптохром, поглощающий синий свет. Эти пигменты содержатся в растении в малых количествах, и энергия, необходимая для запуска соответствующих фотопроцессов, значительно ниже, чем при фотосинтезе. [3] Т.к. мы предполагаем исследовать действие только красного света, то подробнее рассмотрим механизм работы фитохрома. Фитохром под действием красного света (680-700 нм) меняется в одном направлении, а под действием дальнего красного (730 нм) в другом. Форма фитохрома, возникающая под действием красного света стимулирует рост растения, а форма, возникающая под действием дальнего красного тормозит. [1] Фитохром Фк (неактивная форма) образуется под действием дальнего красного, а Фдк (активная форма) образуется под действием красного света. [4]

К реакциям, регулируемым фитохромной системой, относится ингибирование роста стебля, открытие крючка гипокотиля, развертывание семядолей, дифференциация семядолей и устьиц, образование элементов ксилемы, ориентация хлоропластов, образование антоциана, прорастание светочувствительных семян, светопериодическая реакция растения и др. Все процессы, регулируемые фитохросной системой делят на два типа: 1) процессы, которые под влиянием освещения красным светом усиливаются, например, дифференцировка эпидермиса, синтез антоциана, прорастание семян; 2) процессы, которые тормозятся, например, удлинение гипокотиля, рост стебля. [4] На практике действие фитохромных систем используется следующим образом: облучая томаты и огурцы в вечерние время красным светом, получают эффект ускоренного развития, усиления роста и значительного повышения урожайности. Несмотря на то, что красный свет стимулирует вегетативный рост и цветение, если растение получает много красного света, оно становится тонким. [2] Связь этого явления с особенностями клеточного строения стебля по литературным данным выяснить не удалось, поэтому мы решили исследовать это явление экспериментально.

2. Клеточное строение стебля двудольных растений

Стебель представляет собой ось побега. Наряду с листом он является основной структурной частью побега. Основные функции - опорная и проводящая. Через стебель осуществляется связь между корнями и листьями и обмен продуктами воздушного и минерального питания. Кроме того, в стебле могут откладываться запасные питательные вещества. Различают первичное и вторичное строение стебля. Мы проводим эксперимент с травянистым растением, поэтому рассмотрим только первичное строение стебля. растение стебель огурец свет

Первичная структура стебля складывается по мере дифференциации клеток верхушечной меристемы побега. Верхушечная меристема побега двудольных довольно рано дифференцируется на несколько групп клеток, различающихся по особенностям деления и степени меристематической активности. Наружные ее слои преобразуются в протодерму, клетки которой позднее формируют первичную покровную ткань - эпидерму. [6] Эпидерма стебля имеет небольшое число устьиц, обычно покрыта кутикулой. Под эпидермой находятся ткани первичной коры. Наружный слой ее (экзодерма) часто образован колленхимой, которая располагается либо сплошным кольцом, как у подсолнечника, либо отдельными участками. [7] Общая схема поперечного среза стебля тыквы, очень похожего на срез стебля огурца, представлена в приложении 1.

В итоге в структуре стебля однолетнего побега двудольного растения возможно выделить видоизмененный центральный цилиндр, включающий постоянные ткани, возникшие из перицикла, остатки первичной и вторичную флоэму, камбий, вторичную и остатки первичной ксилемы и сердцевину. Видоизмененный центральный цилиндр окружен остатками первичной коры. [6]

3. Наблюдение за ростом огурца под действием красного света

Гипотеза: под влиянием красного света будет наблюдаться ускоренное прорастание семян и рост стебля растяжением.

Ход эксперимента

Наблюдения

Первый этап эксперимента. На второй день после посева в условиях освещения красным светом взошли все 7 семян, в условиях дневного света - 5, все семена взошли на 4 день. Высота проростков в условиях красного света на 1,5 см (средняя - 3,8 см) превышала высоту проростков при стандартном освещении (средняя - 2,3 см). Все 14 дней наблюдения скорость роста растений при красном освещении более чем в 2 раза превышала скорость роста растений при обычном освещении. Но побеги растений формировались различным образом: у растений контрольной группы побеги прямостоячие, у растений опытной группы - стелющиеся с приподнятой верхушечной почкой. Выписка из дневника наблюдений в приложении 2.

Вывод: Красный свет действительно стимулирует рост растений растяжением.

Одновременно красное освещение вызывает изменение морфологии стебля. Чтобы понять причину различий в морфологии стебля рассматриваем клеточное строение поперечных срезов.

4. Исследование клеточного строения стебля 14 - дневных растений

Оборудование и материалы: микроскоп "Микромед", цифровая насадка к микроскопу Premiere MA88 - 300, программа TSView7, флороглюцин, HCl конц., глицерин, лезвие, пенопластовый блок, предметные и покровные стекла, пипетки, вода, фильтровальная бумага.

Гипотеза: у растений контрольной группы и растений, выращенных при красном освещении, будет по-разному формироваться сосудистая система стебля.

Методика проведения эксперимента и полученные результаты.

Были выполнены срезы 7 растений контрольной группы и 7 растений, выращенных на красном освещении. Срезы каждого растения поводились у основания побега, на высоте 5, 10 и 15 мм от основания побега. Данные расстояния были выбраны, так как средняя высота гипокотиля контрольной группы 15 мм. Фотоальбом наиболее удачных фотографий сосудистых элементов, использованный для анализа в приложении 4. Срезы выполнялись по стандартной методике с последовательной обработкой флороглюцином и концентрированной соляной кислотой.

Вывод: микроскопирование поперечных срезов стебля показывает, что у растений, выращенных в условиях красного света по мере роста побега сосудистый пучок рассыпается.

Гипотеза подтвердилась, методом микроскопирования можно найти отличия в формировании сосудистой системы.

5. Исследование формирования механической ткани стебля на основе микроскопирования поперечных срезов 14 и 60 дневных растений

Оборудование и материалы: микроскоп "Микромед", цифровая насадка к микроскопу Premiere MA88 - 300, программа TSView7, флороглюцин, HCl конц., глицерин, лезвие, пенопластовый блок, предметные и покровные стекла, пипетки, вода, фильтровальная бумага.

Гипотеза: стелющиеся побеги могут формироваться не только из-за рыхлости ксилемы, но и из-за нарушения формирования механической ткани стебля.

Методика проведения эксперимента и полученные результаты.

Для этого эксперимента была выращена вторая партия растений. После 14 дней развития на 3 растениях из каждой группы были выполнены срезы стебля на уровне первого междоузлия. Срезы окрашивались по стандартной методике. Фотоальбом наиболее удачных фотографий сосудистых элементов, использованный для анализа в приложении 5. Всего сделано 76 фотографий сосудисто - волокнистых пучков. Все фотографии подтверждают, что при стандартном освещении растений размер склеренхимы превышает общую площадь сосудистых элементов, а при развитии на красном освещении склеренхима меньше размера сосудистого пучка.

6. Анализ наблюдений

Количество сосудистых элементов в проводящем пучке от условий выращивания практически не зависит, а развитие склеренхимы изменяется. В условиях красного света склеренхима развивается хуже, ее площадь в сосудисто-волокнистом пучке меньше площади ксилемы. У растений контрольной группы соотношение площади склеренхимы и ксилемы противоположное.

Анализ срезов 60-дневных растений показал, что по мере развития побега склеренхима всех сосудистых пучков сливается в один слой. Под влиянием красного света склеренхима развивается плохо, она представлена 1-2 слоями клеток с относительно тонкими стенками. Плохо развиваются периферические сосудистые пучки, при этом внутренние пучки развиваются нормально. Фотоальбом наиболее удачных фотографий сосудистых элементов, использованный для анализа, в приложении 5.

Сопутствующие наблюдения: если растение контрольной группы развивалось в затемнении, то слой склеренхимы и сосудистые пучки развиты хуже, чем у хорошо освещенных растений. У растений, выращенных на красном свете, очень слабо развитые корневые системы. Фотографии корневых систем в приложении 3.

Вывод: Изменение морфологии стебля огурца на тонкостебельную стелющуюся форму в условиях освещения красным светом вызвано распадом сосудистого пучка на ранних стадиях развития побега и слабым развитием склеренхимы на всех стадиях морфогенеза.

Заключение

В результате исследования мы выявили влияние красного света на рост и развитие растений, следовательно, достигли основной цели нашего эксперимента.

Учитывая полученные результаты, можно сказать, что красный свет можно применять для растений только на начальном этапе их роста в комплексе с дневным освещением, так как при избытке красного света рост растений замедляется, стебли вытягиваются и становятся более тонкими из-за плохого развития механической ткани и слабого развития сосудистых пучков.

В плане продолжения этой работы мы планируем выявить влияние других факторов на рост и развитие растений. Из других факторов, влияющих на развитие растения нас заинтересовало влияние ауксинов, гиббереллинов на рост и скорость зацветания. Кроме того, мы провели эксперимент на одном виде растения, аналогичный эксперимент можно провести с другими видами, как двудольных, так и однодольных растений. Это позволит убедиться, что полученный нами результат является закономерностью.

Источники информации

1. Гэлстон А., Девис П., Сеттер Р. Жизнь зеленого растения: Пер. с англ.-- М.: Мир, 1983, стр. 336

2. Электрическое освещение домашней оранжереи, Системы освещения КОДО, [Электронный ресурс] /режим доступа http://kodosvet.ru/article/?id=5

3. Действие на растение красного и синего света, Экология растений, [Электронный ресурс] / режим доступа http://eco-rasteniya.ru/svet-kak-ekologicheskij-faktor/dejstvie-na-rastenija-krasnogo-i-sinego-sveta.html

4. Влияние внешних условий на рост растений, Физиология растений [Электронный ресурс] / режим доступа http://fizrast.ru/razvitie/rost/vneshnii-usloviya.html

5. Стебель - общая характеристика, строение, транспорт веществ, [Электронный ресурс] /режим доступа http://sbio.info/lections/rasteniya/stebel

6. Анатомическое строение осевых органов растений, [Электронный ресурс] /режим доступа http://biofile.ru/bio/19394html

7. Строение стебля двудольных травянистых растений, [Электронный ресурс] / режим доступа http://cozyhomestead.ru/rastenia_1281.html

8. Стебель [Электронный ресурс] / режим доступа http://www.studfiles.ru/preview/6065983/page:13/

Приложение 1

Наиболее удачные из фотографий сосудистых элементов 14 дневных растений, которые использовались для анализа.

Альбомы фотографий срезов доступны по ссылкам:

· Растения, выращенные при красном освещении

https://docs.google.com/presentation/d/1p8M-RaMMcz8K4PFwY7eD9CC0h4FEQx9eLEYqjBZ9bWQ/edit#slide=id.p3

· Растения контрольной группы

https://docs.google.com/presentation/d/1JY5m72duEAOuTySjZAQyOMi1LhA8-buopThfw1p9098/edit#slide=id.p3

Приложение 5

Наиболее удачные из фотографий сосудисто-волокнистых пучков элементов 14 дневных растений, которые использовались для анализа.

Альбомы фотографий срезов доступны по ссылкам:

· Срезы стебля 60-дневных растений. Контроль. https://docs.google.com/presentation/d/1wf84m7OzM2xvcmK-XkpxLt1ZOyIz9dPYP3j_6qjXUfE/edit#slide=id.p3

· Срезы стебля 60-дневных растений. Красный свет. Сравнение развития склеренхимы. https://docs.google.com/presentation/d/1Y8a1P-FI9Ti1vO2g5_2ES7gKJiw-MoMVvFLA1QitXiY/edit#slide=id.p3

Размещено на Allbest.ru