Валентина 11 декабря 2007 23:13:46

ИССЛЕДОВАТЕЛИ:
1. Петров Александр Александрович, 14 лет, 8"б" класс, МОУ СОШ №3 г. Пущино
2. Щенков Максим Андреевич, 13 лет, 8"в" класс, МОУ СОШ №3 г. Пущино
3. Пушкарев Геннадий Сергеевич, 14 лет 8"в" класс, МОУ СОШ №3 г. Пущино
4. Грицаев Виктор Алексеевич, 13 лет, 8"в"класс, МОУ СОШ №3 г. Пущино

РУКОВОДИТЕЛЬ: Есина Валентина Александровна. Учитель химии МОУ СОШ №3 г. Пущино.

ОРГАНИЗАЦИЯ:
Химико-экологический кружок МОУ СОШ №3 г. Пущино

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ:
Определить влияние микро- и макроэлементов на рост и развитие растений в лабораторных условиях на искусственных питательных средах.

МЕСТО И СРОКИ ПРОВЕДЕНИЯ:
Работа проводилась на базе Лаборатории биотехнологии растений Пущинского филиала Института биоорганической химии РАН в октябре-ноябре 2007г.

ОПИСАНИЕ МЕТОДИКИ.
Полноценная искусственная питательная среда для выращивания растений содержит набор микро- и макроэлементов и других компонентов
Макроэлементы (г/л):
KNO3 - 1,9; NH4NO3 - 1,650; CaCl2 x 2H2O - 0,440; MgSО4 -0,37; KH2PO4 - 0,170.
Микроэлементы: (мг/л)
MnSО4 x H2O - 22.3; H2BO3 ¬- 6.2; ZnSO4 x 7H2O - 8.600; Kl - 0.830; Na2MoO4 x 2H2O - 0.25;
CuSO4 x 5H2O - 0.025; CoCl2 x 6 H2O - 0.025
Fe – хелат:
Na2EDTA - 37.2; FeSO4 - 27.850;
Витамины: (мг/л)
Никотиновая кислота 0,5; Тиамин – HCl 0,1; Пиридоксин – HCl 0,5; Глицин - 2,000
Другие вещества (г/л):
Инозит – 0,1; Сахароза – 30; Агар – 8;
рН 5,8

Учеными установлено, что в состав растений входит около 70 химических элементов. Некоторые из них – макроэлементы – необходимы растениям в больших количествах; другие же – микроэлементы – требуются в незначительных количествах.
Макроэлементы – это углерод, кислород, водород, азот, фосфор, сера, магний, калий, кальций.
Микроэлементы – это железо, марганец, бор, медь, цинк, молибден, кобальт и др.
Три важнейших элемента – азот N, фосфор – P и калий – K – необходимы растениям в больших количествах. Поэтому удобрения, содержащие эти элементы, получают в промышленных масштабах.
Азот входит в состав белков. При его недостатке задерживается образование зелёной массы, растения плохо растут, их листья становятся бледно-зелёными и даже желтеют. Азотные удобрения особенно нужны растениям в весенний период.
Фосфор содержится в нуклеиновых кислотах, которые участвуют в окислительно-восстановительных процессах, протекающих в растениях. Фосфор особенно необходим при росте и развитии репродуктивных органов (цветки, плоды).
Калий ускоряет процесс фотосинтеза и содействует накоплению углеводов (сахара - в сахарной свекле, крахмала - в картофеле). У злаковых он способствует укреплению стебля и тем самым устраняет их полегание.
Железо, марганец, бор и другие микроэлементы играют определённую роль в жизни растений. Так, например, при наличии микроэлемента бора растения лучше усваивают
азот, фосфор, калий. Медь, марганец и цинк ускоряют окислительно-восстановительные процессы и тем самым способствуют росту растений. Железо участвует в синтезе хлорофилла.
Указанные макро и микроэлементы растения поглощают из почвенного раствора в виде ионов (NH4+, No3-, K+, H2PO4-, Fe3+, Cu2+ и др.)
В начале 1840 года вышла книга Юстуса Либиха, одного из основоположников современной агрохимии, в которой он, на основании сотен почвенных анализов и анализов органической и зольной частей растений, показал, что растения «питаются» не непосредственно перегноем – гумусом, а извлекают из почвы и воздуха необходимые им элементы в форме различных химических соединений и структур (ионов). Углерод, кислород, водород берут растения из воздуха и воды, а железо, кальций, магний, азот, калий и фосфор из почвы.
Опираясь на эти знания, мы можем приготовить искусственные среды для выращивания растений и проконтролировать влияние каждого вещества на рост и развитие растения.

В опытах использовали варианты искусственной среды, содержащей только микроэлементы – для определения влияния макроэлементов на рост растений; и среда, содержащая только макроэлементы – для определения влияния микроэлементов на рост и развитие растений. В качестве контроля использовалась полноценная среда.
Вещества, входящие в состав питательной среды взвешивались, растворялись в дистиллированной воде, стерилизовались автоклавированием. Затем среды стерильно разливались по пробиркам, и после застывания агаризованной среды в нее высаживались стерильные семена табака. В качестве опытного растения был выбран табак (Nicotiana tabacum) т.к. у него высокая скорость роста.

МЕТОД СТЕРИЛИЗАЦИИ СЕМЯН.
Семена стерилизовались путем вымачивания в 3% растворе гипохлорида натрия («Белизна») в течение 30 мин.
Затем семена отмывались стерильной дистиллированной водой в объеме 1 литра на 10 г семян в течение 2 часов.
После стерилизации, семена высаживались в подготовленную стерильную агаризованную среду и выращивались в термостате при температуре 24гр. Цельсия в течение 2 месяцев в режиме освещения 16 часов в сутки.

Опыты ставились в 10 повторах.

По окончании культивирования оценивалось состояние растений по прибавлению биомассы, площади и цвету листовых пластин, степени развития корневой системы и в целом по общему виду растений.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Растения, выращенные на полноценной среде, не испытывавшие недостатка ни в макроэлементах, ни в микроэлементах развивались лучше. Их листовые пластины были самыми большими, корневые системы хорошо развиты, растения были здоровыми и сильными.
Растения, выросшие на среде только с макроэлементами, были почти заметно ниже растений, выросших на полноценной среде, их листовые пластины имели меньшую площадь, корневые системы развились, но они выглядели заметно слабее, чем у растений, выращенных на полноценной среде.
Растения, выросшие на среде, включающей в себя только микроэлементы, проросли, но практически не увеличились за время культивирования, среда давала возможность поддерживать метаболизм на очень низком непродуктивном уровне: листовые пластины не увеличили свою площадь, корневая система практически не сформировалась.

Средняя высота растений, выращенных на полноценной среде составляла 10 сантиметров, на среде с макроэлементами – 6 см, на среде только с микроэлементами – 1,5 см.

Средняя масса растений, выращенных на полноценной среде составляла 35 граммов, на среде с макроэлементами – 20 граммов, на среде с микроэлементами – 0,5 грамма.

Среднее количество корешков в корневой системе у растений, выращенных на полноценной среде составляло 150, у растений выращенных в среде с макроэлементами – 50, у растений, выращенных в среде с микроэлементами – 3.

Общая площадь листовых пластин в среднем у растения, выращенного в полноценной среде составляла 55 кв.см, у растения, выращенного в среде с макроэлементами – 32 кв.см, у растения, выращенного в среде с микроэлементами – 0,8 кв.см.

Выводы
Проведенные опыты позволяют сделать следующие выводы:

1. Для полноценного роста и развития растения нужны как макро – так и микроэлементы.
2. При недостатке или отсутствии микроэлементов нормальный рост и развитие растения значительно замедляется.
3. При отсутствии макроэлементов нормальный рост и развитие растения становится невозможным.

Литература.
1. Л.Ю. Аликберова. Занимательная химия. М., АСТ-ПРЕСС. 1999.
2. Ф.Г. Фельдман, Г.Е. Рудзитис. Химия – 9. М., «Просвещение». 2000.

Благодарность.
Мы выражаем большую благодарность сотрудникам лаборатории биотехнологий растений ФИБХ РАН и лично научному сотруднику лаборатории к.б.н. Наталье Сергеевне Захарченко за методическую помощь и моральную поддержку.