Влияние некоторых микроэлементов на рост и развитие ESCHSCHOLTZIA CALIFORNIKA

Новоалександровская районная открытая научная конференция школьников

Секция: экология

Название работы «Влияние некоторых микроэлементов на рост и развитие ESCHSCHOLTZIA CALIFORNIKA»

Автор работы: Савченко Валерия Владимировна

Место выполнения работы: МОУ СОШ №14,

пос. Краснозоринский

Год выполнения работы - 2011 – 2012гг.

Научный руководитель: Сикорская Юлия Ивановна,

учитель химии и биологии МОУ СОШ № 14

пос. Краснозоринский

г. Новоалександровск, 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение ……………………………………………………………………………………………………..…....3

Материал и методика исследования………………………………………………………………………..........5

Схема опыта …………………………………………………………………………………………………..…10

Биометрические измерения и наблюдения за ростом и развитием………………………..…………………11

Результаты исследований………………………………………………………………………………….…....14

Выводы ………………………………………………………………………………………………………..…15

Заключение ………………………………………………………………………………………………..…......17

Библиографический список……….. …………………………….……………………………………….….....18

Приложения ………………………………………………………………..…………………………..……..... 19

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Охрана окружающей среды от загрязнения стала насущной задачей общества, прежде всего в странах с развитой индустрией. Это связано с увеличением объёмов химических отходов, сбрасываемых в воду, воздух и на поверхность почвы, что представляет реальную угрозу для животного мира планеты, и в частности, для растений. Среди многочисленных загрязнений особое место занимают тяжелые металлы (ТМ), к которым условно относят химические элементы с атомной массой свыше 50.

Большинство химических элементов необходимы для нормальной жизнедеятельности растений, однако все дело в концентрации химического элемента в среде обитания: при дефиците его содержания для живых организмов он рассматривается как микроэлемент, при избытке – как тяжёлый металл.

Влиянию микроэлементов на культурные растения посвящены обзоры российских и зарубежных ученых. Однако большинство научных исследований было направлено на изучение влияния микроэлементов на урожайность и рост растений. Поэтому возникла необходимость во внесении в почву микроэлементов и их солей с целью отслеживания специфических изменений во внутренних свойствах растения и влияния на наследственные признаки, а также с целью исследования влияния ТМ на биогенез растения, в частности Eschscholtzia californika как перспективного растения ландшафтного дизайна, да еще и улучшителя воздуха.

Цель и задачи исследования. Основной целью работы явилось изучение воздействия микроэлементов Na, B, К, Сu, Mn, Ba в виде солей различной концентрации наEschscholtzia californika при повторном внесении в открытый грунт, а также исследование последствий такого воздействия в следующем поколении.

В соответствии с целью были поставленызадачи:

Исследовать закономерности накопления солей тяжелых металлов в органах Eschscholtzia californika;

Сравнить полученные результаты с контрольной делянкой;

Изучить влияние различных доз микроэлементов на изменение окраски венчика и на наследственные признаки Eschscholtzia californika;

Научная новизна работы. Проведено изучение роста, развития и окраски венчика и листовой пластинки Eschscholtzia californika, выросшей в нормальных условиях и в среде различных концентраций микроэлементов после воздействия на растение микроэлементов и их солей. Исследовано накопление тяжёлых металлов (Ba,Cu, Мn) в органах Eschscholtzia californika и полученные результаты сравнены с контролем.

Практическая значимость работы

Результаты данных исследований могут применяться при планировании мероприятий по улучшению состояния окружающей среды с использованием средоулучшающих фитотехнологий в рамках ландшафтного дизайна, а также на уроках биологии и химии при изучении тем «Тяжелые металлы», «Соли и их влияние на живой организм».

Материал и методика исследования

Экспериментальная часть проведена в 2011 - 2012г. на пришкольном учебно-опытном участке МОУ СОШ №14 пос. Краснозоринский, Новоалександровского района. Объектом исследования служилаESCHSCHOLTZIACALIFORNIKA. Изучалось воздействие химических элементов в виде растворов солей Сu, Mn, B, К и других различной концентрации наEschscholtzia californika при повторном внесении в открытый грунт, а также исследование последствий такого воздействия в следующем поколении.

Характеристика почвы опытного участка:

Почва клумбы – карбонатный чернозем, рН= 4,5

Вокруг клумбы – бордюры и асфальт, выходит на южную сторону, находится между зданиями, поэтому летом здесь сухо и жарко. Предшественники – космея, цинния и тагетис.

Фенологические наблюдения:

Декабрь – тёплый, заморозки слабые, снег редкий, температура +3+8°С

Январь – очень холодный, снежный, max. Температура - 9°С

Февраль – периодически выпадал снег, температура +10°С. 28.02 обильный снег, заморозки до -10°С.

Март – дождливый, сырой, температура от 0+5°С.

Апрель – прохладный, дождливый, температура от +7°С до +15°С.

Май – 8-9 мая заморозки до -2°С, конец мая – очень жарко, температура +25°С+29°С.

Июнь – тёплый, начало месяца - засушливое, затем ливни и даже ураганы. Средняя температура 25°С +29°С.

Июль – очень жарко, ветрено. Было небольшое похолодание (ночью до +15°С.), дождей не было.

Август – очень жаркий, практически без дождей, температура до +38+40°С.

ESCHSCHOLTZIACALIFORNIKA (эшшольция калифорнийская)

Эшшольция, или калифорнийский мак, семействоPapaveraceae (Маковые) - однолетнее растение высотой 15-35 см, с сильно ветвящимся от основания стеблем. Хорошо растёт на бедных почвах. Цветет с июня до ноября, вплоть до заморозков. Не переносит избытка влаги и свежих органических удобрений. Предпочитает солнечные места и хорошо дренируемые почвы.

Методика опыта:

Методика проведения опыта включала несколько стадий:

1. Изучение литературных источников и расчет концентрации химических элементов (в виде раствора солей)

Изучив литературу и методику данного опыта, мы начали работу, а именно:

рассчитали точную концентрацию химических реактивов, которые мы подготовили в виде растворов солей: KI,Na₂SO₃,BaCl_2,CuSO₄,KMnO₄, H₃BO₃.

исходя из площади делянки, которая составила 2 м²:KI – 4г, Na₂SO₃ – 4 г, BaCl₂– 5г, CuSO₄– 5г, KMnO₄– 7г, H₃BO₃ – 8г.

2. Подготовка почвы

прежде чем произвести посадку эшшольции по схеме, мы подготовили почву: перекопали и выравнили участок

разбили 7 делянок (3 опыта по 2 повторности и контроль) площадью 2м² каждая.

3. Подготовка и посев семенного материала

семена полили раствором солей сразу же после заделки их в грунт, вторичное внесение солей через 1,5 месяца

через 2 недели опрыскивали уже сами листья эшшольции, для поглощения солей листовой поверхностью.

для открытого грунта соли разбавили в 10 литрах воды, чтобы концентрация растворов была оптимальной для растений. При вторичном внесении солей концентрация увеличилась с 0,1% до 0,2 – 0,5%.

4. Методика внесения микроэлементов

Все растворы солей вносились трехкратно:

замачивание семян в растворе солей

внесение солей в почву (корневая подкормка)

внекорневая подкормка (опрыскивание листовой пластинки)

5. Методика биометрических измерений:

Фенологические наблюдения за эшшольцией вели ежедневно. В 1-ый и 2-ой годы жизни растений отмечали даты появления всходов, фазу 5-го листа, бутонизацию, цветение, созревания семян. Определяли продолжительность межфазных периодов.

Морфометрические анализы и наблюдения вели в динамике с момента всходов. Пробы по 10 растений в 2-кратной повторности отбирали периодически в течение вегетации с интервалом 20-30 дней. Учитывали число и параметры побегов, листьев, цветоносов путем замеров. Динамику цветения изучали путем ежедневного подсчета числа раскрывшихся цветков на 10 соцветиях в 9, 15, 18 часов.

Посев производили прямо в грунт, растворы солей вносили после заделки семян определёнными дозами, вторичное внесение солей через 1,5 месяца в почву по 10г каждой соли, и третье - через 2 недели в виде опрыскивания растений, для непосредственного поглощения солей листовой поверхностью. Соли разбавляли в 10 литрах воды, чтобы концентрация растворов была оптимальной для растений. При вторичном внесении солей концентрация увеличилась с 0,1% до 0,2 – 0,5%.

6. Агроприёмы:

1.Правильная подготовка почвы:

вскапывание осенью

рыхление весной

выравнивание участка

2.Разбивка грядок по схеме

3.Подготовка семян для высадки в открытый грунт

4.Посев семян согласно тематике и схеме опыта:

опыт №1 (2 повторности) обработан растворомNa₂SO3 и KMnO₄

опыт №2 (2 повторности) обработан растворомKI и CuSO₄

опыт №3 (2 повторности) обработан раствором BaCl₂иH₃BO₃

контроль был высажен отдельно, без внесения солей

5.Уход: прополка, рыхление, прореживание.

6.Наблюдения, биометрические измерения

7.Учёт и выводы.

Схема опыта

Количество повторностей в опыте – 2

Размер делянок в опыте (опытных и контрольных) – длина 2 м;

Ширина 1 м; площадь 2 кв.м.

Количество рядков на делянке – 2 шт.; ширина междурядий 30 см.

Количество растений на делянке – 200 шт.; расстояние между растениями в ряду 0,5 – 1см.

Наблюдение за ростом и развитием эшшольции калифорнийской (в общем, за 2011 – 2012 гг)

Биометрические измерения (2- ой год опыта, 2012 год)

Результаты исследований

Подведя итоги о проделанной работе, мы пришли к выводу, что Eschscholtzia californika не устойчива к действию ТМ, поскольку уже в первый год произошло нарушение в пигментации листьев, что свидетельствует об изменении соотношения в пигментном составе, а именно хлорофилла и ксантофилла. На следующий год наблюдались колебания в окраске венчиков Eschscholtziacalifornika по всем вариантам.

Результаты по окраске венчика получены следующие:

Марганцевокислый калий – лепестки лимонно-желтые с едва обозначенным оранжевым глазком;

Сернокислая медь – лепестки без глазка, бледно-оранжевые;

Борная кислота – лепестки лимонно-жёлтые с оранжевым глазком;Контроль – окраска венчика без изменений, насыщенно оранжевая, без «глазков».

Также отмечено количественное изменение лепестков с 4 (в норме) до 5-6 в опыте, что свидетельствует о наличии мутаций.

Таким образом, поскольку Eschscholtzia californika не устойчива к действию тяжёлых металлов, то по ней уже визуально можно судить о стрессовости воздействия окружающей среды.

Выводы

Внесение в почву различных микроэлементов и химических соединений влияет на изменения окраски венчика, размеров и формы цветка, число лепестков, что используется как один из методов селекции декоративных растений.

Внесение микроудобрений для изменения окраски венчика должно производиться только в момент заделки семян или в первые дни развития всходов. Более позднее удобрение, в особенности после закладывания бутонов, никакого действия на пигментацию не производит.

В наибольшей степени стрессовое воздействие на растение оказывает бор, марганец, медь, подавляя рост растения и вызывая карликовость, в наименьшей – раствор КI. В сравнении с 1-м годом на второй год в опытной делянке №2 (в 1-ой повторности), где вносились растворы солей КI и CuSO₄ произошли изменения в площади листа на 14%. Такие же изменения наблюдались и в опытной делянке №3 в двух повторностях, где вносились растворы солей ВаСL₂и Н₃ВО₃, где площадь листа увеличилась уже на 33%, а также варьировала длина листа и размеры цветка в диаметре от 8% до 37%. Визуально хорошо прослеживались и колебания в окраске венчика на всех опытных делянках в сравнении с 1-ым годом.

Eschscholtziacalifornika в последнее время очень часто применяется в ландшафтном дизайне по благоустройству и озеленению городов и промышленных предприятий. Поскольку зелёные насаждения выполняют и защитные, и санитарно-гигиенические, и архитектурно-эстетические задачи и являются своеобразным биофильтром, то их применение в ландшафтном дизайне просто оправдано.

Полученные результаты подтверждают теорию В.И. Палладина о влиянии внешних факторов на изменение пигментов.

Изменения по биометрическим и фенологическим показателям вносились в дневник наблюдений и на каждом этапе сравнивались с результатами опыта 1948 года, поставленного в полевых условиях, на участке лаборатории эволюционной экологии им. Б.А. Келлера (г.Москва).

Заключение

Тяжелые металлы (Cu, Ni, Со, Pb, Sn, Zn, Cd, Bi, Sb, Hg) относятся к микроэлементам. То есть химическим элементам, присутствующим в организмах в низких концентрациях (обычно тысячные доли процента и ниже). Химические элементы, которые, входят в состав организмов растений, животных и человека, принимают участие в процессах обмена веществ и обладают выраженной биологической ролью.

Микроэлементам, несмотря на их малое количественное содержание в организмах, принадлежит значительная биологическая роль. Помимо общего благоприятного влияния на процессы роста и развития, установлено специфическое воздействие ряда микроэлементов на важнейшие физиологические процессы — например, фотосинтез у растений.

Большинство химических элементов необходимы для нормальной жизнедеятельности растений, однако все дело в концентрации химического элемента в среде обитания: при дефиците его содержания для живых организмов он рассматривается как микроэлемент, при избытке – как тяжёлый металл.

Проведенные нами исследования позволили установить, что внесение в почву различных микроэлементов и химических соединений влияет на изменения окраски венчика, размеров и формы цветка, число лепестков, что используется как один из методов селекции декоративных растений.

Исследуемая намиEschscholtzia californika не устойчива к действию ТМ, поскольку на протяжении всего исследования происходило нарушение в пигментации листьев, что свидетельствует об изменении соотношения в пигментном составе, а именно хлорофилла и ксантофилла, а так же изменения в количестве лепестков. Но так как Eschscholtziacalifornika в последнее время очень часто применяется в ландшафтном дизайне по благоустройству и озеленению городов и промышленных предприятий, то по ней уже визуально можно судить о стрессовости воздействия окружающей среды, что оправдывает её применение как средоулучшителя в экологически неблагополучных городах.

Библиографический список

Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях / Ю.В. Алексеев - Ленинград, Агропромиздат, 1987 – 145 с.

Барсукова В.С. Физиолого- генетические аспекты устойчивости растений к тяжелым металлам / В.С. Барсукова - Аналитический обзор, серия «Экология», Новосибирск, 1997, вып. 47.

Гетко Н.В. Газоустойчивость и газопоглотительная способность растений в условиях Белоруссии / Н.В. Гетко - автореферат, Минск, Белорусский университет им. В.И. Ленина, 1972 – 24 с.

Зуев Е.А. Влияние солей тяжёлых металлов на биологические показатели злаков / Е.А. Зуев - автореферат, Ставрополь, Ставропольский государственный университет, 2002 – 23 с.

Ильин В.Б. Тяжелые металлы в системе почва-растение / В.Б.Ильин - Новосибирск: Наука. Сибирское отделение, 1991- 151 с.

Ильин В.Б. Элементарный химический состав растений / В.Б. Ильин - Новосибирск: Наука, 1985 – 129 с.

Илькун Г.М. Газоустойчивость растений. Вопросы экологии и физиологии / Г.М. Илькун - Киев, Наукова думка, 1971 – 146 с.

Кондратюк Е.Н., В.П. Тарабрин и др. Промышленная ботаника / Е.Н. Кондратюк, В.П. Тарабрин [и др.] - Киев, Наукова думка, 1980 – 260 с.

Лебедева Г.С. Пигменты растительного мира / Г.С. Лебедева - Киев, Наукова думка, 1986 – 87 с.

Николаевский В.С. Основы газоустойчивости растений / В.С. Николаевский - Новосибирск, Наука. Сибирское отделение, 1979 – 278 с.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/16457-vlijanie-nekotoryh-mikrojelementov-na-rost-i-