ДВИЖЕНИЕ ПОБЕГА У КОМНАТНЫХ РАСТЕНИЙ

Авторы: Александр Ларионов Елена Санарова,
гимназия "Эврика"

Научные руководители: Семчук Н.Н., Фомичева В.В.

г. Великий Новгород

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Цель работы: изучить влияние светового режима на скорость и характер различных видов движений у комнатных растений.

Задачи:

1. Изучить приборы и устройства для проведения работы, овладеть методикой биометрии для исследовании различных видов движений у комнатных растений.

2. Провести наблюдения за процессами фототропизма и гидронастии у комнатных растений.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОБЛЕМЫ

Растениям присущи разнообразные способы движений, в основе которых лежат как функционирование сократительных белков, подобно тому, как это происходит у животных, так и свойственные только растениям движения на основе роста растяжением и изменением гидростатического давления в клетках.

Существующие способы движения у растений можно классифицировать следующим образом:

1) внутриклеточные движения (движение цитоплазмы и органоидов);

2) локомоторные движения клеток с помощью жгутиков (таксисы);

3) ростовые движения на основе роста клеток растяжением (удлинение осевых органов – побегов и корней, рост листьев, круговые нутации, тропизмы, ростовые настии);

4) верхушечный рост (рост пыльцевых трубок, корневых волосков, протонемы мхов);

5) обратимые тургорные движения: движения устьиц, настии, сейсмонастии. [1, 2].

У растений в процессе эволюции возник специфический способ движения за счет необратимого растяжения клеток. Он лежит в основе удлинения осевых органов, увеличения площади листовых пластинок и других ростовых движений.

Рост растяжением включает в себя образование в клетке центральной вакуоли, накопления в ней осмотически активных веществ (ионов, сахаров, органических кислот и др.), поглощение воды и размягчение и растяжение клеточных стенок. Гидростатическое (тургорное) давление является основной силой, растягивающей клеточную стенку. [2, 3].

Если тот или иной фактор среды действует не растение или его орган однонаправленно, то в зависимости от силы (градиента концентрации вещества, света и т. д.) и длительности действия фактора возникает ростовой изгиб (тропизм) либо от действующего фактора (отрицательный), либо в его сторону (положительный). Тропические изгибы происходят вследствие изменения транспорта ауксина и, возможно других фитогормонов. Различают фото-, термо-, электро-, травмо-, грави-, гидро- и автотропизмы. С помощью тропизмов осуществляется такая ориентация органов в пространстве, которая обеспечивает наиболее эффективное использование растением факторов питания, а также служит для защиты от вредных воздействий. [2].

Предметом наших исследований являются такие категории движений растений, как тропизмы и настии.

УСЛОВИЯ И МЕТОДЫ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

Для исследований выбраны различные по морфологии и происхождению растения: Coleus blumei buth, Peperomia incana A. Dietr и Pelargonium zonale.

Для регистрации фототропических движений растений нами использовано устройство “Ауксанометр КТП”, разработанное в лаборатории экспериментальной ботаники Новгородского университета (рис. 1; файл Auksom.gif). Оно позволяет регистрировать координаты точек в трехмерном пространстве. Нам также посчастливилось принять участие в процессе его модернизации.

Используя предлагаемое устройство можно определить координаты любой точки исследуемого растения в трехмерном пространстве: х – показатель на шкале отсчета перемещения штифта; у – показатель на шкале отсчета перемещения ползунка (линейка ползунка); z – показатель на индикаторе высоты.

Мы также использовали элементарные индикаторы координат, которые укрепляли на листовых пластинках и черешках листьев (рис. 2; файл Indic1.gif). Элементарный индикатор состоит из гибкой тяги, снабженной устройством для регулировки длины, и груза. Гибкая тяга представлена нитью, на которой сделана петля в виде кольца. Кольцо сжато и зафиксировано в средней части при помощи скотча таким образом, что приобретает форму восьмерки, каждое из полуколец которой можно увеличивать или уменьшать, регулируя таким образом длину гибкой тяги.

Помимо указанных методов мы использовали также интервальную фотосъемку с интервалом в 1 день, что позволило наглядно увидеть процесс изменения положения листовой пластинки и формы черешка при фототропизме.

ОСОБЕННОСТИ ГИДРОНАСТИЧЕСКОГО ДВИЖЕНИЯ

Изучение гидронастических движений проводилось после предварительной подготовки растения к опыту. Испытуемые растения в течение 2 недель оставались без полива. Три растения (по одному каждого вида) поместили в хорошо освещенное место (в комнате с окнами на юг) и ещё три растения в слабо освещенное место (в комнате с окнами на север). В нашем опыте через несколько минут после полива отмечено начало движения и листья растений начали перемещаться вверх. Особенно интенсивно происходило движение у растений Coleus blumei buth. У Peperomia incana A. Dietr и Pelargonium zonale также отмечены движения, хотя они оказались не такими выраженными. Это гидронастическое движение происходит под действием изменения тургорного давления в клетках. Процесс протекал на протяжении 20 – 30 минут. За это время базовые точки переместились вверх на 10 – 11 мм. Причем нами не отмечено влияние условий освещения на характер гидронастических движений у опытных растений.

АУКСАНОМЕТРИЯ ФОТОТРОПИЗМА

Для исследование влияния светового режима на процесс фототропизма растения развернули на 180 градусов относительно их прежнего положения по направлению светового потока из окна. В наших опытах было установлено, что на характер проявления и параметры фототропических движений существенное влияние оказывают условия освещения.

Прежде всего следует отметить, что у всех растений, находившихся в условиях хорошего освещения (комната с окнами на юг) за все время наблюдения ни у одного из исследуемых растений не замечено явной тенденции перемещения базовых точек, характерных для разворота листовой пластинки в сторону света.

У растений разных видов, размещенных в слабо освещенном помещении (комната с окнами на север), по результатам наблюдений удалось установить большую разницу в интенсивности и характере перемещения частей вегетативных органов. В первый же день наблюдений отмечено перемещение базовых точек у Coleus blumei buth – листья этого растения начали поворачиваться к свету. У Peperomia incana A. Dietr, размещенной там же, никаких явных изменений в первый день не наблюдалось. Однако на второй день ее листья начали движение к свету, причем очень энергично и в ускоряющемся темпе.

Максимальная скорость (2,0 мм/час) наблюдалась у левой боковой точки листовой пластинки. У нее же отмечена и самая протяженная линия маршрута перемещения – более 180 мм за 6 дней наблюдений. Минимальная скорость отмечена у базовой точки черешка (0,1 – 0,3 мм/час).

Траектории перемещения базовых точек в горизонтальной плоскости, которые получены посредством соединения замеров на миллиметровой бумаге, представляют собой ломаные линии достаточно сложной конфигурации. Причем если у Peperomia incana A. Dietr они не пересекаются, то у Coleus blumei buth они образуют сложную сеть из переплетенных линий (рис. 3; файл Pt.gif).

У всех трех растений, которые находились на свету, ярко выраженных изменений не отмечено.

ВЫВОДЫ

1. Установлены существенные отличия внешнего проявления процессов движения у изучаемых растений: непродолжительные по времени, протекающие с высокой скоростью гидронастические движения и длительные, с большой амплитудой движения частей растений при фототропизме.

2. Отмечены сложные траектории движения различных участков листовой пластинки и черешка листа. При этом векторы скоростей движения в течение времени изменяются как по направлению, так и по величине.

3. У пеперомии седой (Peperomia incana A. Dietr) в процессе движения изменялся результат взаимодействия между различными частями растения. В первой фазе векторы движения черешка и правой части листовой пластинки были направлены в противоположные стороны, за счет чего происходило уменьшение скорости движения правого края листовой пластинки. Когда листовая пластинка развернулась на 90 градусов направление движения ее правого края стала совпадать с направлением движения черешка и за счет этого скорость движения правого края листовой пластинка возросла.

4. Условия освещенности не отразились на гидронастических движениях и оказали сильное влияние на ход процесса фототропизма.

Литературные источники.

1. Полевой В. В. Физиология растений. – М.: Высшая школа, 1989. – 464 с.

2. Полевой В. В. Способы движения растений.// Соросовский образовательный журнал, №1–1998. – 21 – 27 с.

3. Полевой В. В. Роль ауксина в системах регуляции у растений. // 44-е Тимирязевское чтение. – Л.: Наука, 1986. – 80 с.