Исследовательская работа "Как растения пьют воду"

XVI районная экологическая конференция школьников

Новохоперского муниципального района

Секция: «Экологическая оценка состояния окружающей среды»

Подсекция 1: «Начни исследовать»

Исследовательская работа

Как растения «пьют» воду?

Выполнила: ученица 5 класса

МКОУ «Новохоперская ООШ»

Улановская Дарья

Руководитель: учитель биологии

МКОУ «Новохоперская ООШ »

 Сираева Ирина Салаватовна

р.п. Новохоперский, 2018

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение…………………………………………………………………...3

Глава I. Значение воды для жизни растений……………………………5

1. Корневая система как орган поглощения воды……………………6

1.2 Объяснение осмоса……………………………………………………..7

Глава II. Исследовательская часть

2.1 Проведение эксперимента…………………………………………….9

III. Заключение……………………………………………………………11  

IV. Список литературы…………………………………………………...12

Приложение……………………………………………………………….13

ВВЕДЕНИЕ

     Как растения пьют воду? Что значит «пьют»? Ведь у цветов и деревьев нет рта? Вместо рта у них корни. Но как вода всасывается корнем? Как поднимается по стволам и стеблям? Ведь она вверх сама собой не потечет? Нужен какой-то насос, как в водопроводе, чтобы закачать воду на верхние этажи. Если растение «пьет» воду, то нельзя ли это увидеть? Но как же тогда пьют срезанные растения? Ведь у них нет корня - основного органа поглощения воды, а срезанный  букет цветов, может радовать нас не один день.  

 Существуют несколько основных механизмов транспорта воды в растении. К ним относятся осмос, корневое давление, транспирация. Чтобы убедиться в этом, я решила провести эксперимент.

 Мы выдвинули гипотезу: предположим, что растения обладают некоторыми «волшебными» свойствами, которые помогают им жить даже тогда, когда их срезают. И как это свойство можно использовать в практической жизни.

Цель исследования: узнать, как растения пьют воду и как это свойство можно использовать в жизни.

Исследуя условия определения движущей силы воды по растению, мы поставили перед собой следующие задачи: 

1. Изучить научную литературу по данной теме.
2. Выделить основные условия, влияющие на основную движущую

силу транспорта воды по растению.

3. Провести эксперимент.
4. Проанализировать результаты эксперимента.
5. Определить практическое применение результатов эксперимента.

Методы исследования:

1. Теоретические (изучение научной литературы, поиск информации в сети интернет);
2. Опытно - экспериментальные (проведение эксперимента, наблюдение);
3. Заключительно - обобщающие (обобщение результатов, выводы и рекомендации по применению полученных знаний на практике).

Объект исследования: растение.

Предмет исследования: движение воды в растении.

В практической части мы использовали опытно-экспериментальный метод исследования, по результатам которого мы сделали соответствующие выводы.

Глава I. Значение воды для жизни растений

Вода составляет до 95% массы растений, в ней или с ее использованием протекают все процессы жизнедеятельности. Поэтому вода необходимое условие для жизни организма. При недостатке воды у растения нарушается обмен веществ.

• Вода обеспечивает поток питательных и минеральных веществ по проводящей системе растения.
• Прорастание семян зависит от наличия воды.
• Вода участвует в процессе фотосинтеза.

Водные растворы, наполняющие клетки и межклетники, обеспечивают растению упругость, таким образом, растение сохраняет свою форму. Растение обязательно должно поглощать воду. Иначе, рано или поздно, жизнь его прервется. Обычно растение поглощает воду исключительно своей корневой системой из почвы. В этом участвуют корневые волоски корней. Листья же через устьица испаряют воду. Смысл поглощения излишек воды, чтобы потом ее испарить, по большей части сводится к тому, что ток воды обеспечивает перенос веществ.

Если испарение воды растением превышает поступление воды, то у растения наблюдается увядание. Так нередко бывает днем, когда жарко. Ночью растение восполняет недостаток, так как испарение в это время суток снижено.

• Вода в растение поглощается путем осмоса. При осмосе вода, в которой меньше растворенных веществ как бы засасывается в более насыщенные веществами растворы. Клеточные растворы растений более насыщенные, поэтому клетки впитывают воду.
• В результате постоянного поглощения и испарения воды в растении существует постоянный водный обмен, включающий три этапа: поглощение воды корнями, передвижение ее по сосудам проводящей ткани, испарение воды листьями.
• Ток воды идет через все органы растения. Сколько растение всасывает воды, приблизительно столько оно его испаряет. Лишь доли процента от поступившей воды идут на синтез веществ. Это достаточно большие объемы воды. Так, например, только одно растение пшеницы в поле испаряет около 50 г воды в сутки.
• Когда корни поглощают воду, они вместе с ней поглощают и растворенные минеральные соли. Когда вода испаряется, то соли в ней уже отсутствуют, они остаются в растении и используются в обмене веществ.
• Водный ток идет снизу вверх. Его сила зависит от интенсивности всасывания корней и испарения листьями. Водный ток объединяет все органы растения, переносит различные соединения, питает клетки водой.

1.1 Корневая система как орган поглощения воды

Корневая система не только поглощает, но и подает воду в надземные органы. Развиваемое при этом давление называется корневым. Это главная сила, участвующая в подъёме воды растением.

Корневое давление — давление в проводящих сосудах корней растений, в основе которого лежит явление осмоса. 

Вода поступает в корневые клетки благодаря осмотическому давлению (осмос - греческое «толчок», «давление»). Под действием осмотического давления вода двигается вверх по растению за счет её неодинакового содержания в нижних и верхних частях растения.

Понять явление осмоса поможет рассмотрение более простых явлений диффузии. Если мы поверх сахарного раствора в стакан осторожно нальем чистой воды, молекулы воды будут проникать в раствор сахара, а молекулы сахара — в воду. Через некоторое время концентрация раствора в стакане станет одинаковой. Это явление носит название диффузии. Здесь нет никакого препятствия для движения молекул.

При осмосе же раствор должен проходить через перепонку, представленную в клетке слоем протоплазмы. Такие перепонки, которые пропускают через себя только чистый растворитель, а растворенные в нем вещества не пропускают совсем, называются полупроницаемыми.

1.2 Объяснение осмоса

Интерес к явлению осмоса  возник около 130 лет тому назад.  Немецкий химик и ботаник  Вильгельм Пфеффер посвятил изучению этой темы практически  большую часть  своей жизни. Занимаясь изучением обмена веществ и превращения энергии в растениях, он не мог не оставить без внимания, такой немаловажный физиологический процесс как, осмос и его роль в дыхании и питании растений.  Его первая работа, которая приоткрыла завесу неизвестности, относительно осмоса, была «Osmotische Untersuchungen» была написана в далеком 1877 году.

Как ни странно, но природа все время подсказывает технологии будущего. Так, например, благодаря свиному пузырю, удалось наглядно изобразить процесс осмоса.  Если в пузырь налить, например, раствор соленой или сладкой воды и поместить его в емкость  с чистой водой, окажется, что пузырь пропускает только частицы воды, но не пропускает растворенных в ней субстанций (например, соль и сахар). Он является полупроницаемым. Через полупроницаемые оболочки может осуществляться только односторонняя диффузия, в данном случае только для воды. Такая диффузия и носит название осмос. Осмос – (от греч. osmos - толчок, давление) – диффузия веществ в виде ионов через полупроницаемые клеточные мембраны. Основной канал обмена веществ организмов с окружающей средой.

Что происходит при растворении какого-нибудь вещества в растворителе? Молекулы вещества проникают в растворитель, а молекулы растворителя - в область, занятую раствором. Такая взаимная диффузия (проникновение) и приводит к выравниванию концентраций растворённого вещества и растворителя по всему объёму. Теперь представим себе ситуацию, при которой раствор и чистый растворитель разделены полупроницаемой перегородкой - она пропускает молекулы растворителя, но не пропускает молекулы растворённого вещества. Очевидно, что в этом случае выравнивание концентраций может происходить только за счёт односторонней диффузии (проникновению) растворителя. Молекулы растворителя будут перемещаться через мембрану из менее концентрированного раствора в более концентрированный, вызывая в последнем повышение уровня жидкости.

Другими словами можно сказать, что растворитель проникает в раствор под действием сил так называемого осмотического давления.

Так вот, осмос действует в ту сторону, где большая концентрация вещества. Чистая вода (без солей и сахаров) проникает в клетки растения, потому что в них находится более концентрированный раствор солей и сахаров.

Глава II. Исследовательская часть

3.1 Проведение эксперимента

Опыт 1. Изучив теорию, мы решили применить свои знания на практике и провести эксперимент.  

Нам понадобится обычная вода и соль. А так же картофель и морковь. Наглядно продемонстрирую, что же такое осмос.

Возьму картошку и вырежу из неё три одинаковых кубика. Поместим кубики в стаканы. В первый мы нальём посоленную воду (изотонический раствор), во второй сильносолёную воду (насыщенный раствор), а в третий дистиллированную воду (вода без солей).

Через три часа посмотрим на результат. В первом стакане картошка не изменилась, во втором, кубик картошки уменьшился, а в третьем увеличился.

В природе всё стремится к равновесию. В данном случае к выравниванию концентрации растворов. Физико-химическое явление, которое мы наблюдаем, называется осмосом.

Оболочка живых клеток – это полунепроницаемая мембрана, она не пропускает молекулы многих веществ растворенных в воде, но саму воду пропускает. То есть мембрана - это как сито, через неё свободно проходит вода, так как её молекулы меньше размеров пор, а вот соли не проходят, так как их молекулы слишком большие.

Первый кубик остался прежних размеров. Так как концентрация соли в воде оказалась примерно такой же, что и в соке картошки.

Второй кубик. В сильносолёной воде, уменьшился. Концентрация соли в картошке меньше, чем в растворе. Поэтому картошка отдала воду из себя в раствор. Чтобы выровнять концентрацию соли.

Третий кубик тоже пытался выровнять концентрацию соли, но так как в растворе её меньше чем в самом кубике картошки, то он впитал воду, чтобы уменьшить концентрацию соли в себе.    

Опыт 2. Убедившись в свойствах растений,  мы решили применить свои знания на практике.

Для этого, мы взяли хризантемы белого цвета. Налили в стаканы воды и несколько капель краски для принтера в каждый, тщательно перемешали раствор  и поставили в них цветы. Через несколько дней наши цветы окрасились в нужный цвет. Так можно изменить цвет растений, если захочешь создать оригинально окрашенные букеты. Такой же опыт мы проделали с пекинской капустой. И уже на следующий день получили замечательный результат.

Вот так растения и "пьют воду" - благодаря осмосу она проникает в их клетки.

III. Заключение

На  основании изученной  информации  и  проведенных  экспериментов   мы  сделали  следующие  выводы:

• жизнь  растений без  воды невозможна;
• все растения  имеют специальное  строение для  лучшего поглощения  воды;
• способность поглощать воду сохраняется  даже у срезанных растений;
• растения   имеют способность  менять  свою окраску при поглощении окрашенной воды.

В результате проведенного эксперимента мы узнали, как растения «пьют» воду.

Наша гипотеза подтвердилась. Растения действительно обладают уникальным свойством «пить» воду, даже после того, как их срезали. 

Зная пути и механизмы передвижения веществ по растению, можно ими управлять. Так, чтобы ускорить созревание помидоров, удаляют боковые побеги. Укорачивают побеги, которые появляются после формирования гроздей винограда, для ускорения его созревания.

Список литературы

1.Большая детская энциклопедия. Растения - М.; 2009г.

2. «Занимательная химия. Замечательные опыты с простыми вещами»  Стивен У. Мойе – М.; 2007г.

3.Занимательные опыты и эксперименты /(Ф.Ола и др.) – М.;2007г.

4.http://scienceland.info/biology6/water 

5.http://fizrast.ru/vodniy-obmen/peredvijenie-vody/organ-poglosheniya.html 

6.https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D1%80%D0%BD%D0%B5%D0%B2%D0%BE%D0%B5_%D0%B4%D0%B0%D0%B2%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5