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 ѓ- 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 зеленой массы, растения плохо растут, их листья становятся бледно-зелеными 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 определенную 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.