Определение устойчивости комнатных растений к высоким температурам.

МБОУ «Средняя общеобразовательная татарско-русская школа №71 с углубленным изучением отдельных предметов»

Республика Татарстан город Казань Ново-Савиновский район

Исследовательская работа:

Определение устойчивости растений к высоким температурам.

Автор: Юнусова Разиля Ильсуровна, 11 класс

Руководитель: Гарипова Роза Халилевна,  учитель биологии

2013 – 2014 учебный год

Оглавление

Введение

Приспособленность онтогенеза растений к условиям среды является результатом их эволюционного развития (изменчивости, наследственности, отбора). На протяжении филогенеза каждого вида растений в процессе эволюции выработались определенные потребности индивидуума к условиям существования и приспособленность к занимаемой им экологической нише. Жароустойчивость, холодоустойчивость и другие экологические особенности конкретных видов растений сформировались в ходе эволюции в результате длительного действия соответствующих условий. Так, теплолюбивые растения и растения короткого дня характерны для южных широт, менее требовательные к теплу и растения длинного дня - для северных.

В природе в одном географическом регионе каждый вид растений занимает экологическую нишу, соответствующую его биологическим особенностям. Наследственность растений формируется под влиянием определенных условий внешней среды. Важное значение имеют и внешние условия онтогенеза растений.

В большинстве случаев растения и посевы (посадки) сельскохозяйственных культур, испытывая действие тех или иных неблагоприятных факторов, проявляют устойчивость к ним как результат приспособления к условиям существования, сложившимся исторически.

Все физиологические и биохимические процессы идут лишь в определенных температурных границах, которые обычно лежат в довольно узких пределах. Фактор тепла имеет большое значение и в географическом распределении растений. Составляя существенную часть климатических условий, он тем самым определяет северные и южные границы ареалов, зональную структуру растительного покрова.

Цель - определение порога повреждения живых клеток зелёных растений от экстремальных температур, определение устойчивости разных видов растений к температурам.

Задачи:

1) Изучить необходимую литературу.

2) Узнать, какие растения более устойчивы к высоким температурам.

3) Определить последствия высокой температуры.

Актуальность:
С глубокой древности человек стремится украсить своё жилище растениями. Интерьерное озеленение возникло как элемент культуры человека, отвечающий его эстетическим потребностям. Человек ощущал себя единым целым с природой, к ней он и обращался за исцелением, перенося частицу живой природы в свой дом. Стремление это было интуитивным. В настоящее время дело обстоит иначе.

Воздушная среда закрытых помещений далека от идеальной. Помимо обычной пыли часто воздух в помещениях имеет повышенное содержание химических соединений, выделяемых стройматериалами, мебелью, не говоря уже о выхлопных газах, которые поступают из вне. Кроме того, воздушная среда содержит условно-патогенные микроорганизмы, такие как стафилокк, микроскопические плесневые грибы. Эти микроорганизмы, попадая в благоприятные условия на слизистые оболочки верхних дыхательных путей, могут вызвать острые респираторные или аллергические заболевания

Значительного улучшения воздушной среды закрытых помещений можно добиться, используя для озеленения определённые растения. Известно, что летучие вещества растений, которые они выделяют в процессе своей жизнедеятельности, уже в концентрации 5 мг/м изменяют воздух и могут улучшать самочувствие людей. Растения так же служат фильтром вредных веществ, действуя как "зелённая печень".

Глава 1. Температура, как экологический фактор

Температура – один из основных экологических факторов на Земле. Она меняется в относительно широком диапазоне в зависимости от природных зон, интенсивности и степени влияния естественных и антропогенных факторов (время года, вулканическая деятельность, горячие источники, выброс тепла энергетическими установками, урбанизованность и т. д.). Разные типы растений по разному относятся к изменениям температуры окружающей среды.

Для большинства растений наиболее благоприятными для жизни являются температуры +15…+30 оС. При температуре +35…+40 оС большинство растений повреждаются.

Действие высоких температур влечет за собой целый ряд опасностей для растений: сильное обезвоживание и иссушение, ожоги, разрушение хлорофилла, необратимые расстройства дыхания и других физиологических процессов, прекращение синтеза белков и усиление их распада, накопление ядовитых веществ, в частности аммиака. При очень высоких температурах резко повышается проницаемость мембран, а затем наступает тепловая денатурация белков, коагуляция цитоплазмы и отмирание клеток. Перегрев почвы приводит к повреждению и отмиранию поверхностно расположенных корней, к ожогам корневой шейки и т.д.

Разные типы растений по разному относятся к изменениям температуры окружающей среды. Так, С4 – растения выдерживают более высокие температуры, чем С3 – растения. В пределах отдельной группы также могут иметь место большие различия.

С3–растения – это большинство растений Земли, осуществляющие С3–путь фиксации углекислого газа в процессе фотосинтеза, в результате чего образуются трехуглеродные соединения (глюкоза и др.). Это преимущественно растения умеренных широт оптимум температуры которых +20…+ 25 ˚С, а максимум +35…+45 ˚С.

С4–растения – это те, у которых продуктами фиксации СО2 являются четырехуглеродистые органические кислоты и аминокислоты. Сюда относятся преимущественно тропические растения (кукуруза, сорго, сахарный тростник, манговые деревья). С4–путь фиксации углекислого газа сейчас обнаружен у 943 видов из 18 семейств и 196 родов, в т.ч. и у ряда злаковых растений умеренных широт. Эти растения отличаются очень высокой интенсивностью фотосинтеза, выносят высокие температуры (оптимум их +35 – +45 ˚С, максимум +45 – +60˚С). Они очень приспособлены к жарким условиям, эффективно используют воду, хорошо выносят стрессы – засуху, засоление, отличаются повышенной интенсивностью всех физиологических процессов, что предопределяет их очень высокую биологическую и хозяйственную продуктивность.

Глава 2. Общая характеристика вечнозеленых растений. 
В декоративном садоводстве существенное значение имеют комнатные растения. Они украшают помещения, помогая созданию современного интерьера, и благотворно влияют на улучшение их микроклимата. Комнатные растения смягчают сухость воздуха, собирают и задерживают на себе пыль, выделяют фитонциды и обогащают воздух кислородом. 
Вечнозеленые растения в закрытом грунте, как правило, размножаются вегетативным способом, т.е. черенкованием, делением куста, отводками и т.д., а также семенами. Наиболее требовательны к свету травянистые и все цветущие растения. Много света необходимо также для растений с окрашенными, пестрыми листьями. Значительно менее требовательны к свету растения, обладающие плотными кожистыми листьями, такие, как фикус, аспидистра, мирта, аукуба, филодендрон и др. Они способны переносить небольшой недостаток света. К ним можно отнести и папоротники, которые от прямых солнечных лучей солнца получают ожоги и могут даже погибнуть. Цветы лучше растут, когда воздух в комнате не слишком сух. Для увлажнения его рекомендуется ставить открытые сосуды с водой. Очень полезно опрыскивание листьев растений, которое тоже способствует увлажнению воздуха вокруг них. 
Большая роль при культуре горшечных растений принадлежит корневому питанию. В отличие от грунтовых растений корневая система у них располагается в ограниченном объеме почвы, которая быстро пронизывается корешками и истощается. Поэтому для комнатных растений необходимо приготовлять почвенные смеси, подкармливать удобрениями, особенно в фазах усиленного роста и бутонизации. 
Важный прием при выращивании комнатных растений – перевалка их в большую посуду, сопровождаемая сменой земли и обрезкой старых загнивших корней, так как почва истощается и в ней накапливаются вредные соли. 
Комнатные растения можно выращивать в посуде, изготовленной из разных материалов (обожженной глины, дерева, пластмасс), но лучшими являются гончарные горшки. 
Потребность в тепле у различных растений также неодинакова. По отношению к теплу все комнатные растения можно разделить на группы: 
1. Цветы для прохладных комнат. Температура в зимний период – 10-140С. 1) декоративно-лиственные – аралия, аукуба, лавровишня, циперус, аспидистра и хлорофитум, 2) красивоцветущие – олеандр, мирта, азалея, розы, гортензия, фуксия, пеларгония, примула и цинерария гибридная, 3) ампельные – аспарагус, саксифрага, традесканция, 4) вьющиеся – плющевидный виноград, плющ и др. Сюда относятся пальма хамеропс, кипарис, туя восточная, самшит. 
2. Цветы для теплых комнат. Температура 14-180С. 1) декоративно-лиственные – антуриум, фикус, филодендрон (монстера), бегония и др., 2) декоративно-цветущие – антириум, бромелия, глоксиния, гибискус и др., 3) ампельные - бегония плакучая, колокольчик плакучий, 4) вьющиеся – плющ восковой, розы вьющиеся, циссус и др. Хорошо растут пальмы – кокосовая, финиковая и кентия. 
3. Цветы для комнат с окнами на южную сторону. Комнатный клен (абутилон), кринум, цитрусовые культуры и др., кактусы, эхеверия, азалея, гелиотроп, жасмин комнатный, камелия, олеандр, розы китайские, аукуба, бегония рекс, мирта, пальмы, амариллис, антириум, каллы, кливия и др. 
4. Цветы для комнат с окнами на северную сторону. Аспидистра, папоротник, хлорофитум, бегония, плющ, традесканция, плющевидный виноград, кипарис, туя.

Экспериментальная часть

Оборудование, реактивы, материалы: 1) водяная баня; 2) термометр (шкала 100°С, ГОСТ 2823-73); 3) пинцет; 4) чашки Петри - 5 шт.; 5) стакан V=500 мл с холодной дистиллированной водой; 6) тонкая нержавеющая проволока; 7) карандаш по стеклу; 8) 0,2 н раствор соляной кислоты; 9) свежие листья древесных растений. В связи с этим студентам дается задание принести по 5-6 свежих листьев от различных древесных пород, обернув концы черешков в мокрую вату, фольгу, а все листья поместить в целлофан. В период вынужденного покоя (февраль- апрель) листья получают путём прогрева веток в теплой воде и дальнейшего распускания их в воде комнатной температуры. В крайнем случае можно использовать набор листьев разных видов комнатных растений.

Методика проведения опыта

В предварительно нагретую до 40˚С водяную баню погрузить 5 пучков, состоящих из 5 одинаковых листьев исследуемых растений, скрепив черешки проволокой. Выдержать листья в воде в течение 30 минут, поддерживая температуру на уровне 40˚С. Затем из каждого пучка оторвать по одному листку каждого вида растений и поместить на несколько минут в стакан V=500 мл с холодной дистиллированной водой (отбор первой пробы). После охлаждения листья пинцетом перенести в чашку Петри с 0,2 н раствором соляной кислоты и выдержать их в контакте с кислотой в течение 20 минут, после чего провести их обследование на «побурение».

Поднять температуру в водяной бане до 50˚С и через 10 мин извлечь из неё еще по одному листку, повторив операцию и перенеся охлажденные в воде листья в другую чашку Петри с 0,2 н раствором НСl на 20 минут. Так постепенно довести температуру до 80˚С, отбирая пробы листьев через каждые 10 минут выдержки при повышении температуры на следующие 10 ˚С и погружая их на 20 минут в раствор соляной кислоты.

Степень термического повреждения листьев оценивается по количеству бурых пятен на них. Результаты записать в таблицу, обозначив отсутствие побурения знаком «-», слабое побурение «+», побурение более 50 % площади листа «++» и сплошное побурение «+++».

Практическая часть

Принцип метода предложен Ф.Ф. Мацковым и основан на установлении порога повреждения живых клеток под воздействием экстремальных температур. Листья растения подвергают действию высокой температуры, а затем погружают в слабый раствор соляной кислоты. Под химическим воздействием кислоты повреждённые и мёртвые клетки листьев приобретают бурый цвет вследствие свободного проникновения в повреждённые участки листьев молекул воды и ионов кислоты и превращения хлорофилла (зелёного пигмента растений, содержащегося в хлоропластах, по химическому строению сложного циклического соединения – порфирина, содержащего атом Мg) этих клеток в феофитин, который и придаёт бурый цвет повреждённым участкам листьев. Неповреждённые клетки остаются зелёными. У растений, имеющих кислый клеточный сок, феофинизация может произойти и без обработки соляной кислотой, т.к. при нарушении полупроницаемости тонопласта органические кислоты проникают из клеточного сока в цитоплазму (внеядерную часть протоплазмы животных и растительных клеток) и вытесняют магний из молекулы хлорофилла.

Степень термического повреждения листьев оценивается по количеству бурых пятен на них. Результаты были записаны в таблицу, обозначено отсутствие побурения знаком «-», слабое побурение «+», побурение более 50 % площади листа «++» и сплошное побурение «+++». Записать результаты по разным растениям в общую таблицу 1.

 Было взято 5 проб листьев с комнатных растений:

1. Аглаонема (Проба №1)
2. Фиалка (Проба №2)
3. Альтернантера зубчатая (Проба №3)
4. Бальзамин (Проба №4)
5. Бегония (Проба №5)

Результаты

Табл.1

Заключение

Удивительная гармония живой природы, ее совершенство создаются самой природой: борьбой за выживание. Формы приспособлений у растений бесконечно разнообразны. Весь растительный мир со времени своего появления совершенствуется по пути целесообразных приспособлений  к условиям обитания.

Растения – пойкилотермные организмы. Повреждения начинаются на молекулярном уровне с нарушений функций белков и нуклеиновых кислот. Температура - это фактор, серьезно влияющий на морфологию и физиологию растений, требующий изменений в самом растении, которые могли бы приспособить его. Адаптации растений к разным температурным условиям даже в пределах одного вида различны.

Порогом повреждения живых клеток зеленых растений от экстремальных температур – 60°С.

По результатам  исследования было выявлено, что не все комнатные растения могут выдержать экстремально высокие температуры.

1. По результатам  исследования было выявлено, что не все комнатные растения могут выдержать экстремально высокие температуры.
2. Порогом повреждения живых клеток зеленых растений от экстремальных температур – 60°С.
3. Наиболее устойчивым к высоким температурам оказалась растение «Бегония» (проба №5).
4. Растение «Бальзамин» (проба №4) менее устойчива к высоким температурам, чем остальные растения.
5. «Альтернантера зубчатая» (проба №3) может выдержать температуру – 40°С.
6. «Аглаонема» (проба №1) более устойчива к высоким температурам, чем «Фиалка» (проба №2), но менее устойчива, чем «Бегония» (проба №5).

Список использованной литературы.

1. Полевой В.В. Физиология растений  1978г. 414-424с.
2. Александров В.Я. Клетки, макромолекулы и температура. Л.: Наука, 1975г. 328 с
3. Учебная книга цветовода / А.А. Чувикова и др. – М.: Изд-во Колос, 1980 – 224 с
4. Справочник цветовода / И.Е. Ботяковский и др. – Минск.: Урожай, 1985. – 208 с.