Исследовательская работа на тему: «Биоритмы растений»

Муниципальное бюджетное общеобразовательное

учреждение лицей №3 имени академика В.М. Глушкова,

Октябрьского района города Шахты.



Исследовательская работа на тему:

«Биоритмы растений»

Выполнила:ученица 10 «А» класса
Якунина Александра
Научный руководитель:
учитель биологиивысшей квалификационной категории
Борисенко Ирина Геннадьевна

Шахты 2021

Содержание

1. Введение…………………………………………………………3

2. Биоритмы………………………………………………………...4

3. Суточные биоритмы…………………………………………….5

4. Сезонные биоритмы…………………………………………….6

5. Наблюдения……………………………………………………..11

6. Заключение……………………………………………………...12

Введение

В современном мире ведутся активные работы, направленные на получение наиболее выгодных для выращивания сельскохозяйственных культур. Эти исследования невозможно проводить без знания о биоритмах растений. Каждый растительный организм нуждается в определённых условиях, для лучшего развития и плодоношения. При учёте биоритмов определённого сорта растений, влияющих на них факторов роста, условий внешней среды можно ускорить их созревание и увеличить урожай с помощью искусственного изменения сезонных и суточных циклов учёные добиваются массового плодоношения и цветения растений. Поэтому очень важно узнать как можно больше о циклах в жизни различных культур. В своей работе я бы хотела рассмотреть циклические изменения определённых растений.

Биоритмы

Каждый знает об определённых изменениях, происходящих в природе. Год за годом мы наблюдаем круговорот времён года, переход дня в ночь и ночи в день. Визуально для всех, кто не задумывается о сути изменения и его причинах, смена сезонов характеризуется, различием погодных условий, а дня и ночи – изменением освещённости. Но это далеко не все признаки вступления в новый сегмент цикла. Существует множество признаков, говорящих нам о наступающей смене внешних условий. Например, существуют изменения во внешнем виде растений, такие, как расцветание, увядание, поднятие или же опускание листьев, фотосинтез, дыхание, испарение, выделение нектара, передвижение веществ по проводящим сосудам и многие другие регулируемые биоритмами факторы.

Прежде всего, разберёмся, что же такое биоритмы. Биологические ритмы — периодически повторяющиеся изменения характера и интенсивности биологических процессов и явлений. Все уровни организации живой материи (от молекулярных до уровня биосферы) подчинены влиянию биоритмов, так как те являются фундаментальным процессом в живой природе. Существуют различные виды данных ритмов: относительно самостоятельные, такие как дыхание или биение сердца; связанные с другими ритмами (суточными, приливными, годичными), например обмен веществ, интенсивность деления клеток. Биоритмология – наука, изучающая роль фактора времени в осуществлении биологических явлений и в поведении живых систем, временную организацию биологических систем, природу, условия возникновения и значение биоритмов для организмов. Данную науку иногда называют хронобиологией, она имеет большое как практическое, так и теоретическое значение. Она является основой для таких наук, как хрономедицина, хронофармакология, хронотерапия. С практической точки зрения её применяют при выращивании определённых культур или для составления режима трудовых процессов в различных организмах. Благодаря экологическим ритмам, организмы ориентируются во времени и заранее готовятся к ожидаемым условиям существования. Они сформировались в ответ на изменения продолжительности светового дня, температуры среды, обилия кислорода, пищи и воды в разные периоды, поэтому они носят адаптивный характер. Например, ещё до наступления холодов перелётные птицы улетают в более тёплые места, а осёдлые начинают запасать пищу для преодоления недостатка еды в будущем.Биоритмы – одно из важнейших приспособлений организмов к неблагоприятным факторам окружающей среды.

Суточные биоритмы

Рассмотрим суточные биологически ритмы. Большинство процессов жизнедеятельности зависят от света, а также регулируются им. В подтверждение этому был проведён эксперимент: более 100 человек находились в изоляции от внешнего мира и, соответственно различных факторов окружающей среды, в частности света. До начала эксперимента у его участников наблюдалась синхронизация биоритмов с факторами окружающей среды. Во время изоляции, при которой уровень освещённости всегда был одинаковым, по словам участников, ощущение времени изменялось. Например, один из принимавших участие в эксперименте бодрствовал около 45 часов, а находился в состоянии сна 20 часов, хотя по его собственным ощущениям бодрствование длилось 14 часов, а сон всего 9 часов. Так и для растений наиболее важным является не количество света, а продолжительность фотопериода (светового и темнового периодов). Фотопериодизм – реакция растений на соотношение дневного и ночного времени, которая выражается в изменении его жизнедеятельности. Продолжительность светового дня является самым постоянным фактором окружающей среды, поэтому растения особенно сильно реагируют на изменения фотопериода. В первую очередь происходят изменения в листве. Со сменой фотопериодов происходит изменение цвета листьев, в них образуются фитогормоны.

Ещё одно подтверждение фотопериодизма можно заметить, наблюдая за изменением положения листьев в течение дня.У листьев, завершающих свой рост, в результате изменения давления в клетках подушек сочленений листьев возникает движение. При его повышении в верхней половине листового сочленения лист опускается, в нижней происходит поднятие листа. Этот процесс понижает расход энергии в ночное время и благоприятствует фотосинтезу. При фотосинтезе у растений свет и темноту воспринимает каждая клетка. Фитохром – особый пигмент, получающий заряд при наличии солнечного света (с разным влиянием его спектрального состава) и теряющий его при изменении спектрального состава света в вечернее и ночное время.

Используя фотопериодизм цветов, в Древней Греции и Риме на цветниках высаживали растения, цветки которых открывали и закрывали свои венчики в разное время суток. Данное подобие часов помогало определять время, но их работу нельзя сравнить с точностью современных часов, ведь на время раскрытия влияли погодные условия. Например, в дождливую погоду многие растения открывались значительно позже или совсем оставались закрытыми до прекращения дождя. Также известный шведский натуралист VIII века, Карл Линней заметил периодичность в цветении растений и разработал так называемые цветочные часы.

В настоящее время существует множество разногласий, о том, что определяет проявление биоритмов. Наибольшую популярность получила мультиосциилляторная теория. Её суть заключается в том, что в организмах как растений, так и животных существует большое количество водителей ритма, именуемых пейсмейкерами, которые генерируют колебания, другими словами – являются осицилляторами.

Сезонные биоритмы

Итак, разберём подробней следующий вид биоритмов – сезонные биоритмы. Сезонные ритмы - это изменения внешнего вида, процессов роста и развития организмов в течение года в соответствии со сменой его сезонов. Чередование времён года, характеризующихся изменением климатических условий, происходит ввиду вращения Земли вокруг Солнца. Поэтому у растений проявляются различные признаки приспособленности к изменившимся условиям.

Значение сезонных биоритмов очень велико:

• Сезонные ритмы необходимы для синхронизации биологических явлений с годовым циклом внешних условий, что особенно важно в умеренных и северных широтах с резкой годовой изменчивостью климата.

• Сезонные ритмы необходимы для взаимной синхронизации биологических процессов, свойственных разным особям одного рода, что облегчает половое размножение растений.

• Сезонные ритмы создают разобщенность во времени несовместимых физиологических процессах и, наоборот, согласуют совместимые процессы, протекающие внутри одного организма.

Основой же сезонной цикличности живых организмов представлена последовательная смена биологических состояний, то есть адаптация к различным сезонам года.

• Адаптивные изменения функционального состояния организма, направленные на компенсацию годичных колебаний основных параметров окружающей среды и прежде всего температуры, а также качественного и количественного состава пищи.

• Реакция на сигнальные факторы среды - продолжительность светового дня, соотношение температурных показателей, напряженность геомагнитного поля, некоторые химические компоненты пищи.

• Адаптивные действия эндогенных механизмов сезонных биоритмов обеспечивают полноценное приспособление организма к циклическим изменениям параметров окружающей среды.

Фотопериодизм – это зависимость жизнедеятельности растений от соотношения времени дня и ночи. Явление фотопериодизма тесно связано с таким понятием, как «биологические часы», то есть способностью организма реагировать на течение времени. В основе этой особенности растений лежит определённая периодичность, химических и физических процессов в клетках, которая не зависит от температуры окружающей среды. Эта способность позволяет растениям заранее реагировать на смену времени года, улавливая изменение длительности светового дня.

Значение фотопериодизма подтверждает опыт с выращиванием берёзы в помещении. При искусственном круглосуточном освещении или продолжительности дня более 15 часов сеянцы берёзы растут непрерывно, не сбрасывая листьев. Но при освещении в течение 10 или 12 часов в сутки рост сеянцев даже летом прекращается, вскоре происходит сбрасывание листьев и наступает зимний покой, как под влиянием короткого осеннего дня.

Из эксперимента следует, что растения реагируют на такие ритмы освещения изменением своих процессов роста и развития. Фотопериодические реакции могут быть отличаться у различных растений:

• Растения короткого дня требуют для цветения менее чем 12-часовой световой день(соя, табак, рис, астры, хризантемы)

• Растения длинного дня, нуждаются в более чем 12-часовом световом дне (пшеница, картофель, сахарная свекла, листопадные деревья)

• Фотопериодически нейтральные растения цветут при любой длительности светового дня (одуванчик, помидор, горох, гречиха, подсолнечник)

Сезонные ритмы заметны намного ярче там, где более выражена смена времён года. Поэтому в экваториальных странах сезонная периодичность мало заметна. В тропиках и субтропиках сезонная смена приурочена к резким сменам сухих и влажных периодов. В полярных странах смена многосуточного дня на многосуточную ночь руководит данной периодичностью. А в умеренных широтах, где происходит деление года на сильно отличающиеся друг от друга по климатическим условиям осень, лето, зиму и весну, смена сезонов проявляется наиболее заметно.

Помимо фотопериода на растения влияют и многие другие процессы, происходящие в окружающей их среде. Растительные организмы реагируют на соотношение повышения и понижения температуры в течение дня, это явление называется термопериодизмом. Поэтому существуют растения, требующие для цветения и плодоношения воздействия низких температур (от -1 до 10 градусов), бывают также саженцы, развитие которых происходит только при наличии более высоких температур. Первые получили название озимые, это такие, как рожь или озимая пшеница, а вторые – яровые: ячмень или горох.

Сезонные явления в жизнедеятельности каждого растения состоят из последовательных фаз: вегетативной, созревания цветочных почек, цветения, созревания семян и плодов, плодоношения и, в конце концов, полное или частичное отмирание организма.

Такие цветы, как мать-и-мачеха, подснежник, гиацинт и тюльпан, относящиеся к ранним весенним растениям, начинают своё пробуждение ещё до схода снежного покрова в средних широтах России. Их развитие происходит за счёт заранее накопленных в корневищах, луковицах, семенах и клубнях питательных веществах. Что касается деревьев, орешник и ольха начинают своё цветение, когда снег только начинает таять, и только после расцветания начинают набухать листовые почки. Как только листва растения раскроется благодаря запасным питательным веществам, начнётся период самостоятельного образования и накопленияорганических веществ.

В завершении этого периода, когда растительный организм уловит уменьшение светового дня, начнётся подготовка к зимовке, которая характеризуется сокращением затрат энергии на жизнедеятельность. Вследствие этого происходит смена окраски листьев с зелёной на жёлтую у клёна, оранжевую у осины и красную у рябины, а затем начинается опадание листвы, что является чрезвычайно важным процессом для представителей растительного мира. Растения, избавляясь от листвы на зимний период, теряют большие запасы органических веществ, но в то же время данный процесс помогает уменьшить траты питательных веществ на поддержание жизни всего растения. Опавшие листья, разлагаясь, образуют минеральные вещества, часть из которых в определённой степени возмещают потерю энергии, возвращаясь в растение. Ещё одно преимущество опадения листьев заключается в удаление вредных продуктов обмена, таких как щавелево-кислая известь. Из этого следует, что листопад не является результатом воздействия внешнего физического импульса, значит опадение листьев – это полностью контролируемая самим растением адаптация. Доказательством также может служить тот факт, что листопад часто начинается ещё до первых морозов и, отделяясь от дерева, листва содержат минимальное количество питательных веществ, ведь большая их часть переходит в зимующие органы. И даже находясь в климатической зоне, где отсутствуют температуры ниже нуля, организм продолжает следовать биоритмам, соответствующим продолжительности светового дня. В жизненных циклах различных растений листопад может длиться от нескольких дней до нескольких недель. Само же растение, защищено от излишнего испарения слоем пробковой ткани, которая обладает малой теплопроводностью. Подчиняясь биоритмам, растение накапливает сахар в клеточном соке, превращая крахмал в сахарозу. Многолетние травянистые растения переживают зиму, переводя питательные вещества в корневища, луковицы и клубни, при этом надземная часть растения отмирает. Однолетние растения зимуют в виде семян или спор.

Наблюдения

Проведя наблюдения за растениями, я заметила, что жизненные ритмы цветов различаются и полностью определяют их жизнедеятельность. Для изучения были выбраны цветковые растения, так как, благодаря их ярким венчикам, наиболее отчётливо видны их изменения в течение дня.

Подобно эксперименту с берёзой, описанному выше, я решила провести свой собственный. Для данного эксперимента я выбрала бархатцы. Каждый из четырёх цветков будет находиться в разных условиях. Первый будет получать свет только днём, а вечером будет находиться в темноте. Второй на протяжении всего эксперимента будет находиться под светом лампы. Третий днём будет убран в тёмное место, а ночью находиться под освещением. Последний, четвёртый цветок, всё время не будет получать свет. В течение недели я наблюдала за изменениями, происходившими во внешнем виде цветов и их реакцией на изменение фотопериодов.

В первый день никаких видимых изменений не наблюдалось. Несмотря на полное отсутствие света, цветы номер 3 и 4 не закрывались днём и их листья не опускались, а всё продолжали тянуться к отсутствующему источнику света. Цветы под номерами 1 и 2, пробывшие весь день под светом лампы не проявили никаких изменений.

Во второй день у цветка номер 4, находившегося в полной темноте всё время, начали опускаться листья. Остальные бархатцы остались без изменений.

На четвёртый день листья цветка номер четыре слегка пожелтели и продолжили опускаться. Бархатцы под номерами 1 и 3, те, что находились часть дня под светом, а остальное время в темноте, начали прикрывать свои цветки ко времени, когда попадали в темноту и полностью раскрывать незадолго до попадания под свет. Цветки под номером 2 были полностью раскрыты на протяжении всего дня.

В течение оставшихся трёх дней на бархатцах увядали и открывались новые цветки. Чаще остальных засыхали цветы под номером 2, но и раскрывались новые чаще. Реже всего встречались засохшие цветы под номером 4.

В итоге на седьмой день эксперимента каждый цветок приспособился к условиям, в которых он находился. У номера 4 все последние дни наблюдались опущенные листья и прикрытые цветы. Сильный цветочный запах присутствовал лишь до третьего дня, а к 7 дня стал еле заметен. Вода после полива впитывалась дольше, чем у других. Движение листьев у бархатца номер 2 прекратилось уже на третий день. Поливать цветок приходилось немного чаще, чем остальные. А у номеров 1 и 3 движение листьев продолжалось всё время эксперимента с разной периодичностью. Закрытие цветов не было замечено ни в ночное у номера 1, ни в дневное время у номера 3.

Эксперимент показывает, что наличие света имеет прямое влияние на жизнедеятельность цветов. Мне удалось установить изменения положения самих цветков, их листьев, выделение запаха и поглощение воды бархатцев в разных условиях освещения.

Вывод: В процессе написание работы я узнала многое о жизнедеятельности растений: биоритмы растений регулируют изменением положения листьев и цветов в течение суток, распусканием и закрывание цветов,интенсивностью газообмена, фотосинтетической активностью, скоростью течения соков, выделением ароматических веществ и многое другое. Биоритмы в значительной степени определяют большинство процессов, происходящих в растениях.

Источники:  https://www.activestudy.info/sezonnye-ritmy-u-rastenij/