«Исследование взаимного влияния растений друг на друга путем различных выделений в окружающую среду»

II ТЕРРИТОРИАЛЬНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ

УЧЕБНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ ШКОЛЬНИКОВ «ЮНИВИКА»

Секция «Биология»

Тема: «Исследование взаимного  влияния  растений друг на друга путем различных выделений в окружающую среду»

Автор:  Инглик София,

обучающаяся 7 «А» класса

ГБОУ СОШ №8 «ОЦ» г. Новокуйбышевска

Научный руководитель:

Попова Ольга Ивановна,

учитель биологии высшей категории

г.о. Новокуйбышевск,

2016/17 учебный год

        Содержание

Введение

1. Теоретическая часть

  1.1. Виды выделений растений в окружающую среду.

  1.2. Классификация аллелопатии.

2.Практическая связь

2.1. Опыт №1 «Влияние фитонцидов пеларгонии зональной  и алоэ древовидного  на прорастание семян».

2.2. Опыт №2 «Исследование  бактерицидного действия фитонцидов различных растений».

Заключение.

Используемая литература.

Приложения

Введение        

     Атмосферный воздух - один из основных элементов среды - необходим всему живому на Земле. Воздух – это смесь газов. В состав воздуха входит 78,09 % азота, 20,95 % кислорода, 0,03 % углекислого газа, а также водород, аргон, неон, келий, криптон, ксенон, водяной пар и различные примеси.

   Атмосфера регулирует тепловой режим Земли, способствует перераспределению тепла по земному шару, предохраняет от чрезмерного остывания и нагревания, спасает всё живущее на Земле от губительных ультрафиолетовых лучей, метеоритов.

    Кислород используется живыми организмами в процессе дыхания.

    В процессе фотосинтеза растения ежегодно поглощают из атмосферы 170 млрд.т. углекислого газа. Преобразование его в органическое вещество происходит в живых клетках с помощью хлорофилла и света.

    Азот с помощью клубеньковых бактерий преобразуется в доступную для растений форму и используется растениями для образования органических веществ – белков.

   Температура и влажность воздуха, освещение влияют на рост и развитие растений.

   Помимо перечисленных абиотических факторов внешней среды на рост и развитие растений оказывают влияние биологически активные вещества, которые выделяют другие растения. Явление взаимного влияния растений носит название аллелопатии.

 Совместимость растений при выращивании их в культуре очень важна и затрагивает интересы каждого земледельца и каждого садовода-любителя.

Цель: исследовать взаимное  влияния растений друг на друга путем  различных выделений в окружающую среду.

Задачи:

1) проанализировать литературу по теме исследования;

2) изучить основные группы  веществ, выделяемых растением-донором в

    окружающую среду;

3) определить опытным путем влияние фитонцидов на прорастание  семян;

4) определить опытным путем бактерицидное  действия фитонцидов

     различных растений;

5) оценить влияние растений  друг на друга путем различных выделений в

    окружающую среду.

Объект – семена огурцов, гороха и куриное яйцо.

Предмет – различные выделения растений.

Методы: анализ и синтез естественнонаучной и научно- популярной литературы, наблюдение, эксперимент, математический метод обработки, моделирование.

Актуальность работы заключается, во-первых, изучение  влияния  растений друг на друга является важнейшим полигоном для приобщения к исследовательской деятельности обучающихся. Во-вторых, владея  знаниями  явления аллелопатии, можно рекомендовать садоводам-огородникам правильно  размещать на территории дачного участка сельскохозяйственные культуры, отказаться от монокультур, а использовать смешанные посевы. Кроме того, это явление следует учитывать при составлении букетов.

1.Теоретическая часть

1.1. Виды выделений растений в окружающую среду.

Аллелопатия растений (греч. allelon — взаимно и pathos — страдание) — одна из важнейших и отличительных форм химической связи и взаимодействия растений фитоценоза, важный фактор, определяющий видовой состав, численность популяции, структуру и производительность фитоценозов. Термин аллелопатия ввел немецкий ученый Г. Молиш в 1937 г.,   обусловлено выделением растениями в окружающую среду химических продуктов жизнедеятельности, которые называют по-разному: фитонциды, биолины или фитолины, а чаще — колено. Они влияют на растения и их химический состав непосредственно или через изменения экологических факторов.

Биолины - физиологически активные вещества; газообразные, жидкие и твердые продукты жизнедеятельности организмов, воздействующие на среду обитания собственного вида и других видов сообщества. Биолины различаются на фитолины, выделяемые растениями, и телергоны.

   Это влияние растений друг на друга может быть положительным, а может быть отрицательным. В практическом плане изучение аллелопатии имеет важное сельскохозяйственное значение.

Посмотрим на приведенную схему. На ней показаны основные группы веществ, выделяемых растением-донором в окружающую среду. Эти выделения бывают:

• водорастворимыми и летучими;
• прижизненными и посмертными.

Прижизненные делятся на:

• активные, обусловленные нормальной жизнедеятельностью растений;
• пассивные, происходящие, например, вследствие вымывания веществ из листьев осадками. Такое вымывание случается, в частности, в процессе гуттации – выделения листьями капельной жидкости.

Летучие выделения делят на три типа:

• фитогенные – выделения неповрежденных органов;
• фитонциды – выделения поврежденных тканей;
• миазмины – выделения из отмерших, гниющих тканей.

1.2. Классификация аллелопатии.

Г. Грюммер представил следующую классификацию аллелопатии.

Существенный путь взаимного влияния растений — это взаимодействие через химические выделения. Растения выделяют в окружающую среду (воздух, воду, почву) разнообразные химические вещества в процессе гуттации^[1], секреции нектара, эфирных масел, смол и т. д.; при вымывании минеральных солей дождевыми водами листья, например, деревьев, теряют калий, натрий, магний и другие ионы; в ходе метаболизма (корневые выделения) газообразные вещества, выделяемые надземными органами, — непредельные углеводороды, этилен, водород и др.; при нарушении целостности тканей и органов растения выделяют летучие вещества, так называемые фитонциды, и вещества из отмерших частей растений.

Химические выделения растений могут служить одним из способов взаимодействия между растениями в сообществе, оказывая на организмы либо токсичное, либо стимулирующее действие.

В свою очередь, прижизненные водорастворимые выделения подразделяют на активные (экссудаты), образующиеся в процессе метаболизма растений, и пассивные (дифузаты^[2]), попадающих в среду вследствие вымывания веществ из органов растений или их травмирования.

В свою очередь, микроорганизмы усваивают экссудаты растений — органические вещества, выделяемые в процессе жизнедеятельности корневой системой растений. Это органические кислоты, аминокислоты и амиды, сахара, нуклеиновые кислоты, ферменты, витамины и гормоны.

Посмертные колени или сапролиты, образующиеся в результате отмирания растений или их частей. Среди летучих коленей различают: фитогенные — выделение нетравмированных или поврежденных растительных тканей и органов (фитонциды^[3]); миазмины — выделение мертвых тканей. Также классифицируют колени по способу их выделения: те, которые оказываются через грунтовые воды, при разложении опавшие листья и воздушным путем.

Явление аллелопатии учитывают в сельскохозяйственном растениеводстве при разработке структуры севооборотов и смешанных посевов, с целью предотвращения почвоутомления в монокультуре, борьбы с сорняками, фитопатогенными организмами подобное. Практическое значение имеют сведения о взаимно полезные связи ЛР. В случае оценки алелопатичных качеств ЛР учитывают не только их способность выделять различные БАВ, но и проявлять терпимость к вредным выделениям.

2.Практическая часть

Мы решили провести опыты, чтобы выяснить, как влияют эти летучие выделения одних растений – фитонциды (от греческого «фитон» - растение, «цидо»- убиваю) – на другие растения.

Опыт №1 «Влияние фитонцидов пеларгонии зональной  и алоэ древовидного  на прорастание семян».

Для проведения опыта мы взяли наклюнувшиеся семена гороха и огурцов, листья комнатных растений алоэ древовидное и пеларгония зональная, шесть чашек Петри диаметром 9см, шесть чашечек диаметром 5см, ступку с пестиком, фильтровальную бумагу.

В большие чашки Петри мы положили фильтровальную бумагу, вырезанную в виде круга диаметром 9 см, в центре чашек установили чашечки (диаметром 5см) и вокруг них на смоченную водой фильтровальную бумагу разложили подготовленные семена: в три чашки – семена гороха, в три чашки - семена огурца.

Затем взяли по 10 граммов листьев алоэ и пеларгонии и растёрли в ступке с песком. Полученную кашицу мы поместили в чашечки диаметром 5см: по 5г в чашечку с семенами гороха и в чашку с семенами огурца и по 5г пеларгонии в чашку с семенами гороха и в чашку с семенами огурца. Большие чашки Петри быстро закрыли и поставили в тёплое место. Ещё две чашки Петри - одна с семенами гороха и одна с семенами огурца- были контрольными. В находящиеся в них маленькие чашечки мы налили воду.

Через сутки проросли семена огурцов.

   Средняя длина корешка 4мм       Средняя длина корешка 3,2мм             Средняя длина корешка 7,8мм

      В чашке с кашицей алоэ проросли все семена, т.е. 100%, средняя длина корешков у семян составила 4мм и у этих семян корешки были самыми толстыми по сравнению со всеми другими семенами.

    В чашке с пеларгонией проросло 83% семян, средняя длина корешков- 3,2мм.

    В контроле проросло 100% семян, средняя длина их была 7,8мм, они выглядели вытянувшимися, тонкими.

Ещё через сутки проросли семена гороха.

Средняя длина корешка 9.3ММ        Средняя длина корешка 6мм        Средняя длина корешка 9мм

В чашке с алоэ проросло 60% семян, средняя длина корешков-9,3мм.

В чашке с пеларгонией проросло 50% семян, средняя длина корешков- 6мм.

В контроле проросло 60% семян, средняя длина корешков-9мм.

Вывод: в результате проведённых опытов мы увидели, что фитонциды, выделяемые кашицей листьев алоэ древовидного, оказывают на прорастание семян и рост корней гороха посевного и огурцов стимулирующее действие, а фитонциды, выделяемые кашицей пеларгонии зональной - тормозящее действие на семена гороха и огурцов.

  Опыт №2 «Исследование  бактерицидного действия фитонцидов различных растений». 

    Бактерицидное действие- это губительное влияние фитонцидов на бактерии, плесневые грибы и другие микроорганизмы.

   Мы взяли для опыта пасту из горчицы, лук и чеснок, 3 банки с закручивающимися крышками и три очищенных от скорлупы яйца. В одну банку мы поместили немного разведенной в воде горчицы, в другую - растёртый в кашицу лук, в третью- кашицу из чеснока. Затем с помощью марли в банках закрепили яйца так, чтобы они не касались кашицы из лука и чеснока и раствора горчицы. Банки закрыли крышками и для герметичности промазали пластилином, и стали наблюдать. Поставили опыт мы 16 октября2016г. Седьмого ноября яйцо в банке с луком почернело- испортилось. В банке с чесноком начало темнеть 4декабря. А в банке с горчицей оставалось белым до13 марта. Почему же так долго не портились яйца, хотя были без скорлупы и находились в тёплой комнате?

     Вывод: это фитонциды убили бактерии, которые обычно приводят к порче продуктов.      Опыт также показал, что у горчицы фитонциды самые сильные.

      В состав фитонцидов входят эфирные масла, альдегиды уксусной и пропионовой кислот, метиловый и этиловый спирты и другие соединения.

      Фитонциды являются одним из факторов естественного иммунитета: растение стерилизует себя продуктами собственной жизнедеятельности. К образованию фитонцидов способны  все растения,  причем повреждение клеток усиливает их выделение. Именно поэтому при проведении вышеописанных опытов мы использовали кашицу, получаемую путем растирания листьев.

      Состав и количество химических веществ, выделяемых растениями, специфичны для каждого вида, что сказывается на характере их взаимоотношений.

      1 га соснового леса выделяет за сутки около 5кг летучих фитонцидов, а можжевельного - около 30кг. Ясень обыкновенный, осина, липа мелколистная, клен яснелистный подавляют, а береза бородавчатая, клен остролистный – стимулируют рост дуба. Сосна обыкновенная отрицательно реагирует на фитонциды березы бородавчатой.

     Химические вещества, выделяемые корнями и листьями высших растений- фитоценозов. На человека фитонциды также влияют. В сосновых лесах строят туберкулезные санатории,т.к. фитонциды сосны убивают бактерии,в т.ч. и палочку Коха ,возбудителя туберкулеза, и больные люди выздоравливают.

        Заключение

      Аллелопатия  наука о том, как растения усиливают или ослабляют друг друга. Мир растений  это одна большая химическая лаборатория, каждый вид вырабатывает определенные вещества, которые влияют на соседние растения. Использование совместимости культур  одно из самых многообещающих направлений в растениеводстве.

    Явление аллелопатии учитывают в сельскохозяйственном растениеводстве при разработке структуры севооборотов и смешанных посевов, с целью предотвращения почвоутомления в монокультуре, борьбы с сорняками, фитопатогенными организмами подобное. Практическое значение имеют сведения о взаимно полезные связи ЛР. В случае оценки алелопатичных качеств ЛР учитывают не только их способность выделять различные БАВ, но и проявлять терпимость к вредным выделениям.

     Аллелопатия во многом обусловлена теми растворами питательных веществ, которые растения считают лишними и за ненадобностью возвращают в почву в тёмное время суток.

    Аллелопатию можно рассматривать как форму экологической конкуренции между организмами в фитоценозах.

     В практическом плане изучение аллелопатии имеет важное сельскохозяйственное значение (приложение №1). Кроме того, это явление следует учитывать при составлении букетов.

      Как вы, наверное, уже поняли использовать знания аллелопатии можно только при смешанных посадках (приложение №2). В природе, в одном месте почти всегда растут несколько видов растений, помогая друг другу выживать. Так и в огородничестве лучше отказаться от монокультурных посадок, то есть, от идеи высаживания на грядке только одной культуры. Это будет на благо и огороднику, и природе. Правильно подобранные соседи, напротив, укрепляют основное растение, делают его неуязвимым для вредителей и болезней.

Использованная литература

1. Аллелопатия в естественных и искусственных фитоценозах. Сборник научных трудов. – К.: Наукова думка, 1982. – 200 с. 3.
2. Аллелопатия и прдуктивность растений. Сборник научных трудов. – К.: Наукова думка, 1990. – 148 с.
3. Аллелопатия // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.   Аллелопатия и продуктивность растений: Сб. науч. тр. — Киев: Наук. думка, 1990. — 146 с.
4. Аллелопатия. Э. Райс. Перевод с англ. под редакцией А.М.Гродзинского. – М.: Мир, 1978. – 394 с.
5. Биологический энциклопедический словарь / глав. ред. М. С. Гиляров. — М.: Советская энциклопедия, 1986. — С. 18.
6. Гродзинский А. М. Аллелопатия растений и почвоутомление: изб. труды. — Киев: Наук. думка, 1991. — 432 с.
7. Иванов В. П. Растительные выделения и их значение в жизни фитоценозов. — М., 1973.
8. Матвеев Н. М. Аллелопатия как фактор экологической среды. — Самара: Самар. кн. изд-во, 1994. — 203 с.
9. Райс Э. Аллелопатия = Allelopathy / Пер. с англ. под ред. А. М. Гродзинского. — М.: Мир, 1978. — 392 с.
10. Химическое взаимодействие растений. Сборник научных трудов. – К.: Наукова думка, 1981 220 с.

Приложение№1

Совместимость основных огородных культур.

Картофель.

Чтобы картофель меньше болел и мог дольше выращиваться на одном месте без снижения урожаев, то лучше в междурядьях высаживать кустовую фасоль, шпинат, кукурузу, различные виды капусты. По углам картофельной поляны хорошо посадить немного хрена. Колорадского жука от картофеля отпугнет, посаженный рядом, кориандр, котовник или настурция. Не следует сажать рядом с картофелем сельдерей, подсолнечник или лебеду.

Лук.

У этой культуры взаимная дружба с морковкой. Морковь отгоняет луковую муху, а лук морковную. Растения лука неплохо сочетаются с растениями салата, огурцов, свеклы или клубники. Не любит лук бобовые и шалфей.

Огурцы.

Рядом с огурцами хорошо сажать фасоль, свёклу, сельдерей, капусту, чеснок, укроп. И как было уже сказано - кукурузу.

Помидоры.

Томаты хорошо сочетаются с редисом, редькой, чесноком, капустой, морковью, свеклой и салатом. Вкус помидоров улучшает базилик, мята, чабер.

Капуста.

Капустные растения «держат в друзьях» фасоль, сельдерей, укроп, салат. А вот петрушка плохо сочетается с капустой.

Приложение №2