Работа

Движение у растений.

Автор: Тюрнина Юлия, средняя
общеобразовательная школа №50, 10-а класс

Научный руководитель: Мудрицкая С.В., заслуженный
учитель России, учитель биологии, экологии

г. Калининград

Введение: Движение – это изменение положения тела в пространстве. Активное движение характерно животным, они плавают, бегают, ползают, летают. Одни из них перемещаются быстро, другие – медленно. Растения, особенно высшие, как правило, прикреплены к субстрату и не обладают способностью к свободному перемещению в пространстве. Однако, растения тоже способны двигаться, хотя их движения коренным образом отличаются от движений животных. Что собой представляют движения растений и чем они определяются? На этот вопрос я решила ответить, выполнив ряд исследований и наблюдений за растениями.

Цель: Доказать опытным путем наличие движения у растений.

Задачи: 1.Проследить изменение положения корней и побегов растений под влиянием силы земного притяжения, влияния воды;

Проследить влияние света на изменение положения побегов в пространстве;
Выяснить, как влияет сила света на изменение положения побегов;

Гипотеза: Если на орган растения оказывает влияние сила (свет, вода, сила тяготения Земли, сила притяжения Солнца), то орган меняет свое положение в пространстве.

Методы и методика работы:

1.Работа с литературой: познакомилась с понятиями «тропизмы» и «настии», выяснила под влиянием каких сил они происходят и каков их механизм. Познакомилась с методиками наблюдения фототропизмов, гео- и гидротропизмов у растений. Некоторые методики использовала при выполнении своей работы, адаптируя их применительно к тем условиям и возможностям, которые я имею, другие методики придумала сама; (список литературы прилагается);

1. Экспериментальный метод заключался в постановке опытов, иллюстрирующих тропичные и настические реакции у растений, методика которых прописана ниже;

Опыты, иллюстрирующие тропичные движения корня: В Опыте №1 проследила явления геотропизма и гидротропизма на семенах разных растений. В два стакана налила на дно немного воды. Две стеклянные пластинки обернула фильтровальной бумагой и прикрепила к ним по одному проклюнувшемуся семени (для исследований взяла семена овса, кресс-салата, фасоли и огурцов). Каждую пластинку поставила наклонно в стакан, так чтобы семя оказалось снизу. Один стакан накрыла крышкой, а второй оставила открытым.* Опыт №2 иллюстрировал действие силы тяготения Земли на корни и побеги растений, расположенные в разных направлениях относительно вертикальной оси. В три стакана с налитой на дно водой поместила стеклянные пластинки, обернутые фильтровальной бумагой с закрепленными на них проклюнувшимися семенами овса.

В первый стакан поставила пластинку вертикально, (корень был направлен вниз). Во втором стакане пластинка тоже была закреплена вертикально, но корень зародыша направлен вверх. В третьем – закрепила пластинку с семенем горизонтально.* Отрицательный геотропизм побегов овса наблюдала в опыте №3 и №4. (1). В горшочках выращивала проростки овса и фасоли. Одни горшки поставила вертикально, а другие – положила горизонтально. Изменения фиксировала каждые три дня, в течение двух недель. Опыт №4. Взяла два комнатных растения молочая блестящего, (Euphorbia splendens) разместила под осветительным прибором, одно поставило вверх побегами, а второе подвесила в перевернутом положении побегами вниз. Через месяц побеги обоих растений были направлены вверх, обнаруживая отрицательный геотропизм. Затем растение с побегами направленными вверх, поставила на стол у окна, а второе, с побегами загнутыми вниз, повесила в кашпо у этого же окна. Изменения положения побегов наблюдала, измеряла, фотографировала.

Явление фототропизма – реакции растений на свет наблюдала на проростках овса. Опыт №5. Для этого проращивала семена овса в горшочках в полной темноте. Когда проростки достигли 2 см высоты, поставила их в ящик с небольшим отверстием в боковой стенке. Верхушки побегов находились на уровне отверстия. Напротив отверстия, на расстоянии 1 метра поставила настольную лампу, которая была включена круглые сутки.(2).

Опыт №6. Явление фототропизма зависит не только от направления действия света, но и от его мощности. Для этого проростки овса, выращенные в полной темноте, и достигшие высоты 2 см поставила в места с разной освещенностью. Одни на подоконник, другие на шкаф в темном углу, третьи – на стол, у окна. Наблюдала, насколько быстро и как сильно растения реагируют на свет.* Для этого измеряла угол наклона растений в сторону света и фиксировала время реакции на свет.

Опыт №7 иллюстрирует влияние света, действующего с двух сторон на изменение положения побегов овса. Для этого взяла проклюнувшиеся семена овса, положила в 2 прозрачные пластиковые коробочки на слой ваты, обильно смоченную водой. Первую часть семян освещала только сверху, электрической лампой, расположенной на расстоянии 1,5 метров от них. Вторую часть семян освещала с двух сторон – снизу и сверху. Лампы стояли на расстоянии 1,5 метров, как снизу, так и сверху относительно семян. Освещала растения только днем. Наблюдала за прорастанием семян и направлением побегов в пространстве.* Фотонастии наблюдала на соцветиях одуванчиков. Опыт №8. С этой целью накрывала цветущие растения плотной коробкой. Соцветия закрывались. Сняв коробку, наблюдала, как они снова открываются. (2;5) Термонастии наблюдала на цветках тюльпанов. Опыт №9. Предварительно положила тюльпаны в холодильник на 1 час, бутоны были плотно закрыты. Вынув из холодильника, поставила цветы в вазу и замерила диаметр бутона. (5) В дальнейшем измеряла диаметр открывающегося бутона.

Сроки работы: Работу по данной теме провожу с февраля 1999 года по настоящее время.

Внешние факторы и рост растения: Растениям, как и всем живым организмам характерны движения. Движения у растений связаны с особенностями автотрофного способа питания.

Одно из основных признаков живых организмов – это способность к росту, характерен он и растениям. Стороннему наблюдателю живое дерево или цветок может показаться не изменяющимся, но это только потому, что мы различаем лишь относительно быстрые движения, а растения растут медленно. Рост относится, к так называемым тропичным реакциям. Тропизмы – это самые заметные движения в мире растений. Тропизмы – это изменения положения органов растений в пространстве, происходящие под влиянием внешних раздражителей. В зависимости от характера раздражения (свет, сила тяжести, прикосновение, химикалии, вода, электрический ток, тепло, ранения) повороты, представляющие собой тропизмы, называют фото -, гео-, тигмо-, хемо-, гидро-, электро-, термо- и травмотропизмами.(2).

Ростовые реакции, называемые фототропизмом, обусловлены действием ауксина, вызывающего растяжение клеток теневой стороны верхушки побега. Исследователи установили, что в верхушке побега, как на свету, так и в темноте образуется одинаковое количество гормона. Однако, после воздействия света количество ауксина, поступающего от теневой стороны, больше, чем от освещаемой. Ауксин пнремещается от освещенной стороны к затененной. Искривление побега является реакцией на неравномерное его распределение.(1).

Имеется много данных в пользу того, что направление движения корня определяется воздействием силы тяготения. Восприятие силы тяжести связано с осаждением амилопластов (пластид, содержащих крахмал) в специализированных клетках побега и корня. Подобные клетки присутствуют вдоль всего побега, в корнях они локализованы в корневом чехлике, особенно в его центральной части. Когда корень помещают горизонтально, пластиды, располагавшиеся у поперечных клеточных стенок вертикально растущих корней, перемещаются вниз и задерживаются вблизи клеточных стенок, ранее ориентированных вертикально. Затем корень изгибается вниз и пластиды возвращаются в первоначальное положение. (3).

Тропизмы – это, как правило, ростовые движения, однако в мире растений распространены и другие типы движений, например, настии. К настиям относятся те движения растений, которые обращают на себя внимание, как быстро происходящие ответные реакции. Настии – это движения, вызываемые равномерно действующим на все растение раздражителем (свет, температура, влажность воздуха и т.д.) Фотонастии широко проявляются в виде открывания и закрывания цветков. Освещение часто ведет к усилению роста верхней стороны листочков околоцветника и в результате – к открыванию цветков. Открывание и закрывание цветков могут повторяться в определенном ритме. Однако обратимость этого движения лишь кажущаяся, так как увеличение размеров отдельных клеток необратимо. При каждом новом открывании и закрывании происходит рост в длину клеток соответственно верхней и нижней сторон. Если процессы повторяются многократно, то это приводит к значительному удлинению листочков околоцветника. (2).

Содержание работы:

Чтобы проследить тропичные движения корня и побега растений, заложила ряд опытов. В Опыте №1 проследила явления геотропизма и гидротропизма на семенах разных растений. Проклюнувшиеся семена, прикрепленные к пластинкам, обернутым фильтровальной бумагой поместила в разные стаканы, с налитой на дно водой. В течение пяти дней корешки росли, стараясь достичь воды. В первом стакане, накрытом крышкой, корешок рос отвесно вниз, в открытой банке – корень плотно прилегал к фильтровальной бумаге. Вода была в обоих стаканах, но движение корней к ней отличалось. В закрытом стакане влажность воздуха высокая, и корень без проблем получает влагу, растет вниз под влиянием силы земного притяжения. Такое движение называется положительным геотропизмом. В открытом стакане, в условиях недостаточной влажности у корней преобладает положительный гидротропизм – движение в направлении более высокой влажности. У разных семян скорость тропичных реакций разная. Быстрее всего тянутся к воде корни кресс-салата и фасоли, затем – огурцов и медленнее всех - корни овса (в закрытых стаканах), вероятно, это связано с тем, что кресс-салат и огурцы являются влаголюбивыми культурами и в условиях достаточного увлажнения развитие у них происходит активнее. Корни фасоли достаточно быстро увеличивались в размерах, но это можно объяснить большим запасом питательных веществ в семядолях зародыша. В открытых стаканах быстрее всего росли корни так же у кресс-салата, а вторым был овес. Отсюда следует, что у кресс-салата и фасоли скорость гидротропичных и геотропичных реакций равна, у овса гидротропичные реакции преобладают над геотропичными. (Диаграмма №1,2).

Сравнила геотропичные реакции корня и стебля между собой, для этого провела опыт с семенами овса, кресс-салата и фасоли.

Опыт №2. Наблюдая за ростом корня и побега из разных положений, отметила, что во всех случаях (как бы мы не расположили семя относительно вертикальной оси) корень рос отвесно вниз, прилегая к фильтровальной бумаге, обнаруживая положительный геотропизм и положительный гидротропизм, а побег рос вверх, для него характерен отрицательный геотропизм. Для подтверждения этого явления провела еще ряд опытов. Отрицательный геотропизм побегов овса наблюдала в опыте №3. Одни горшки с проростками овса и фасоли поставила вертикально, а другие положила горизонтально. Через трое суток у проростков, лежащих на боку, стал заметен изгиб побегов вверх, особенно хорошо он просматривался у проростков фасоли. Еще через трое суток изгиб побега увеличился и достиг 3 см от верхушки. Листья у побегов фасоли уже на вторые сутки стали поворачиваться в сторону окна. В данном случае у побегов наблюдался отрицательный геотропизм и положительный фототропизм. Наблюдения проводила в течение двух недель, затем вынула проростки из горшочков и освободила корни от земли. Увидела, что у проростков, растущих в вертикально стоящих горшках, корни прямо направлены вниз, а в горшках, лежащих на боку, корни растений изогнуты вниз под прямым углом. (Диаграмма № 3)

Опыт №4 сводился к наблюдению за двумя экземплярами комнатного растения молочая блестящего, (Euphorbia splendens), размещенных под осветительным прибором. Одно растение поставила вверх побегами, а второе подвесила в перевернутом положении побегами вниз. Через месяц побеги обоих растений были направлены вверх, обнаруживая отрицательный геотропизм. Затем растение с побегами направленными вверх, поставила на стол у окна, а второе, с побегами загнутыми вниз, повесила в кашпо у этого же окна. Через два часа листья обоих растений стали менять свое положение, на второй день все листья повернулись к свету, проявляя положительную фототропичную реакцию. На четвертые сутки стал хорошо заметен поворот побегов. У стоящего на столе растения, побеги просто немного наклонились в сторону источника света. Их верхушки, по-прежнему, были направлены вверх. У подвешенного растения, побеги стали изгибаться кверху, обнаруживая отрицательный геотропизм. Изгибаясь, побеги некоторое время росли в сторону, под углом 90 градусов относительно прежнего положения побега, затем, начинали расти вертикально вверх. (Диаграмма №4). Боковые побеги, в отличие от главных - сразу изгибались вверх.

В опыте №5 проростки овса, помещенные в ящик с отверстием на боку, очень чутко реагировали на одностороннее воздействие света. Через два часа после начала опыта, они наклонились на 2 градуса, еще через два часа угол наклона составлял 5 градусов. Чем дольше продолжался опыт, тем быстрее происходил наклон растений в сторону источника света, но только до определенного предела. В данной ситуации растения проявляли положительный фототропизм. (Диаграмма №5).

Опыт №6 иллюстрировал угол наклона проростков овса, помещенных в места с разной освещенностью. Измеряла угол наклона растений в сторону света и фиксировала время реакции на свет. Наиболее сильно наклонялись растения, стоящие в темноте и менее всего те, которые стояли на освещенном подоконнике. Растения, освещаемые настольной лампой, отклонений побегов в сторону окна не давали. Отсюда следует, что чем меньше сила освещенности, тем сильнее реакция растения. (Диаграмма №6).

В опыте №7 одни проростки овса находились под освещением сверху, а другие – освещались снизу и сверху. Обратила внимание на то, что дополнительное освещение (снизу) не ускорило прорастание семян и рост побегов. Однако, побеги, при одностороннем освещении, росли вверх, а те, которые освещались снизу и сверху, росли в сторону, параллельно поверхности Земли, не обнаруживая проявлений фототропизма. На пятый день, когда побеги достигли длины 1,3 см, они стали изгибаться вверх, вероятно, кроме фототропизма, в данной ситуации наблюдалось явление отрицательного геотропизма и положительного гелиотропизма побегов.

Положительным фототропизмом отличаются большинство высших растений. Это можно доказать наблюдая за реакцией листьев разных комнатных растений на свет. Расположение листьев и побегов у них по отношению к свету обеспечивает растениям наиболее полное использование солнечной энергии в процессе фотосинтеза. Наблюдая за расположением листьев у драцены деремской (Dracaena deremensis) обнаружила, что они располагаются на стебле по спирали почти с математической точностью. (4). Сосчитав число витков от верхнего листа до следующего, занимающего то же положение, получила три витка. Затем сосчитала число листьев на этих трех витках, сумма во всех случаях равнялась восьми. Эта закономерность подтверждает, то, что растения не просто реагируют на те или иные абиотические факторы, а делают это согласно законам природы. Фотонастии наблюдала на соцветиях одуванчиков. С этой целью накрывала цветущие растения плотной коробкой. Через 5 минут соцветия начали закрываться, через 50 минут они были плотно закрыты. Сняв коробку, наблюдала, как они снова открываются. Открывались они быстрее, чем закрывались, уже через 35 минут после воздействия света корзинки одуванчиков открылись. Термонастии наблюдала на цветках тюльпанов. Вынув из холодильника, поставила цветы в вазу и замерила диаметр бутона. В дальнейшем измеряла диаметр цветка через каждый час. За 10 часов бутоны открылись полностью, скорость настических движений возрастала по мере раскрытия бутона. (Диаграмма №7).

Выводы:

1. Приложение силы к органам растения вызывает изменение их положения в пространстве, либо в сторону приложенной силы (движение корня под действием силы притяжения Земли), либо в сторону, противоположную действию силы (рост побегов вверх ).

2. Корень всегда, из любых положений растет вниз, обнаруживая положительный геотропизм, а побег – вверх, для него характерен отрицательный геотропизм и положительный гелиотропизм.

3. Скорость геотропных и гидротропных реакций у разных растений различная.

4. Растения чутко реагируют на свет, проявляя явление фототропизма. При длительном воздействии света на растение, скорость реакции сначала постепенно увеличивается, а затем реакция прекращается вообще.

5. Чем меньше степень освещения растения, тем сильнее оно реагирует на свет, проявляя фототропные реакции.

6. При одновременном освещении растений сверху и снизу, побег сначала растет параллельно поверхности Земли, не обнаруживая фототропных реакций, а затем, отклоняется вверх.

· методика, разработанная автором

Список литературы:

1. П. Рейвн, Р.Эверт, С.Айкхорн, Современная ботаника, - М., Мир, 1990

2. Р. Вайнар, Движение у растений, - М., Знание, 1987.

3. Н.Грин, У.Стаут, Д.Тейлор, Биология, т.2, - М., Мир,1993

4. А.Гэлстон, П Девис, Р Сэттер, Жизнь зеленого растения, М., Мир, 1983.