Как растения накапливают энергию солнца
Одним из первых естествоиспытателей, оставивших научные сведения о растениях, был ученик Аристотеля Теофаст, живший в 371-286 гг. до нашей эры. Он написал 10-томную «Естественную историю растений» и 8-томную работу «О причинах растений». Часто Теофаста называют «отцом» ботаники [8]. С тех прошло более двух тысяч лет, но до сих пор мир растений не раскрыл всех своих тайн, загадок и парадоксов.
Объект исследования:растения гороха и плюща.
Предмет исследования: ростовые реакции растений на действие света.
Цель исследования: изучение влияния света на рост и развитие растений.
Основные задачи исследования: проанализировать научную информацию по теме исследования; провести эксперименты по изучения влияния света на рост и развитие растений; на основе анализа результатов экспериментов сделать выводы о влиянии света на развитие растений растения и сформулировать практические рекомендации.
Актуальность исследования определяется получением сведений о росте и развитии растений, которые могут пригодиться многим людям при выращивании разных культурных растений: любителям комнатных растений, садоводам-любителям, огородникам, а может быть даже и ученым-растениеводам для создания новых технологий повышения урожаев и получения экологически чистого сырья для питания человека. Тем более, что я живу в благодатном крае, который часто называют «житницей России».
2.Обзор литературы
2.1. Значение зеленых растений. Растения – это пища для животных и человека, одежда, топливо, лекарства, это чистый, свежий воздух, это аромат трав и красота цветов. Свет и тепло костра первобытного человека – это запасенная в деревьях энергия Солнца; сегодня человек использует для получения тепла, электричества, движения различных механизмов, транспорта тоже преобразованную зелеными растениями солнечную энергию, которая накоплена и законсервирована в запасах угля, нефти, газа. И как на заре существования человечества, сегодня — растения наши единственные кормильцы [7]. Ученые подсчитали, что растения за год запасают в ходе фотосинтеза столько энергии, сколько могли бы израсходовать 100 тысяч больших городов за 100 лет. Великий русский ученый Тимирязев К.А. считал, что зеленое растение – это промежуточное звено между человеком и Солнцем, потому что пища, которую мы получаем благодаря «работе» растений, служит источником силы в нашем организме потому только, что она не что иное, как «консерв» солнечных лучей [5].
2.2.Свет в жизни растений.Основными процессами, протекающими в растительных организмах под воздействием света, являются фотосинтез – процесс использования энергии света для синтеза органических соединений из неорганических; фотоморфогенез – процесс влияния спектра светового излучения на развитие растений и фотопериодизм – реакция растений на длину светового дня [9].
Все зеленые растения – фотоавтотрофы. Они синтезируют органические вещества из неорганических с использованием энергии Солнца – световой, или лучистой энергии. При этом световая энергия, поглощаемая растением, превращается в энергию химических связей органических веществ. Энергия света необходима для фотосинтеза [гр. phos(photos )свет +synthesis соединение, составление] — из маленьких молекул углекислого газа, воды и минеральных солей растения создают сложные химические соединения, их называют органическими веществами; они необходимы для жизни всех земных обитателей. А сами растения благодаря фотосинтезу накапливают в клетках питательные вещества, клетки делятся, их становится все больше, поэтому растения растут и развиваются.Энергия света при фотосинтезе улавливается особыми молекулами — фотосинтетическими пигментами: хлорофиллами, каратиноидами и фикобилинами. Набольшее значение имеют зеленые пигменты – хлорофиллы, которые содержаться в специальных органоидах растительной клетки – хлоропластах. Очень интересно то, что, если сложить все хлоропласты одного листа на плоскую поверхность, то ее площадь будет превышать площадь этого листа в 200 раз! Растения используют в фотосинтезе видимую часть солнечного излучения – свет. Видимые лучи включают электромагнитные волны лучистой энергии Солнца с длиною волны от 0,4 до 0, 75 мкм и составляют около 50% всей лучистой энергии Солнца. В среднем лист использует для фотосинтеза 1-5% падающего на него света, остальные лучи либо отражаются, либо проходят сквозь листья. Причем больше всего происходит поглощение оранжево-красных лучей спектра (длина волны от 0,65 до 0,68 мкм) и сине-фиолетовых лучей (длина волны около 0,47-0,50 мкм). Зеленые лучи спектра не поглощаются, а отражаются хлорофиллом, поэтому мы и видим его как изумрудно-зеленый [3].
2.3. Свет и развитие растений. Оказывается, свет значительно влияет и на процесс прорастания семян. Например, семена лобелии (Lobelia inflata) в темноте не прорастают совсем, а на солнечном ярком свету, — пожалуйста, — через 1—20 дней. Стоит прикрыть ее семена почвой – всходов не будет! То же происходит у табака, салата. Семена других растений для прорастания должны побыть на свету разное время: от нескольких минут до нескольких суток [4]. Большинство семян прорастает в темноте, но некоторые из них быстрее пробуждаются к жизни на свету, например, семена ослинника двулетнего, щавеля курчавого. Без света не прорастают семена омелы [2]. Поэтому в исследовании проводились опыты по влиянию света на прорастания семян гороха, одной из распространенных культур, которую выращивают и на приусадебных участках, и в промышленном масштабе для изготовления консервов.
Всем известно, что фотосинтез обеспечивается светом, казалось бы, если освещать растения без перерыва можно получить замечательно быстрый рост растений и высокие урожаи. Однако еще в 1932 г. ученые заметили, что в мигающем свете фотосинтез идет интенсивнее, чем при непрерывном освещении. Чем короче световая вспышка, тем интенсивнее фотосинтез. Это объясняется тем, что длительность темновой фазы фотосинтеза во много раз превышает длительность световой фазы, во время которой идет накопление энергии для синтеза органических веществ в форме молекул АТФ [5]. В нашем исследовании проводился эксперимент, где определялся прирост растений гороха на свету и в темноте.
Фотоморфогенез в практике растениеводства очень плохо освоен. Некоторые исследования показывают, что желтая область спектра несущественна для зеленых растений; зеленые лучи полностью отражаются ими. Красный цвет может тормозить жизненные процессы растений, продлевая их жизненный цикл и улучшая некоторые сельскохозяйственные качества [9]. Синий цвет может вызывать торможение роста стебля, но не влиять на количество и площадь листьев; зеленый – способствовать вытягиванию стебля, площадь листовых пластинок маленькая [1]. Экспериментальная часть нашей работы включает опыты по влиянию разных спектров света на развитие растений.
3.Экспериментальная часть
(краткое изложение методик, результаты экспериментов и их обсуждение)
3.1.Эксперимент № 1 «Влияние света на прорастание семян».
Цель эксперимента: сравнение всхожести и энергии прорастания семян гороха на свету и в темноте.
Опытные партии по 25 семян (эксперименты № 1 и № 2 проводились с использованием семян гороха сорта «Альфа»; сортовые и посевные качества семян соответствуют ГОСТу Р52171-2003).
Опыт № 1 – проращивание семян на свету; опыт № 2 проращивание семян в темноте. Три повтора опытов.
Энергия прорастания семян определяют как процент проросших семян, проросших в течение короткого, определенного для каждой культуры срока: для гороха это 3-4 суток; всхожесть семян определяют как процент семян с нормально развитыми корешками не менее длины семени, у гороха всхожесть определяют с 5 по 8 день проращивания семян [6]. Проведена обработка данных опытов по проращиванию семян гороха на свету и в темноте по обоим критериям прорастания (энергия прорастания и всхожесть семян). Вычислялось среднее арифметическое для трех повторов каждого опыта по двум показателям: общее количество семян с корешками (энергия прорастания) и количество семян с крепкими корешками длиной не менее диаметра семени (всхожесть семян) с 1 по 8 день опытов.
Данные обработки результатов измерений в опытах представлены в табл.1 и иллюстрируются фотографиями (приложение 1).
Таблица 1
Результаты эксперимента по прорастанию семян на свету и в темноте
Сутки эксперимента
Общее количество семян с корешками
Количество семян с корешками длиной не менее диаметра семени
Опыт № 1, на свету
Опыт № 2, в темноте
Опыт № 1, на свету
Опыт № 2, в темноте
Источник
Солнечная радиация — световое питание растений
Солнечная радиация является первоисточником жизни растений.
Сама жизнь растений есть не что иное как преобразование и накопление ими лучистой энергии солнца. Понятие «световое питание растений» означает систему механизмов поступления и преобразования солнечной энергии растениями, ее «консервирование» в виде биологической массы (стеблей, корней, листьев, цветков и плодов), т. е. всего того, что человек использует в пищу, в строительстве, на топливо и как сырье для промышленной переработки.
Приход солнечной энергии к земной поверхности определяется продолжительностью дня и высотой солнца. Продолжительность дня в любом географическом пункте равна возможной продолжительности солнечного сияния. Но из-за облачности, тумана или мглы фактическая продолжительность солнечного сияния не соответствует даже возможной. Так, в Ленинграде она составляет за год около 40 % возможной. И объясняется это большим количеством дней в году без солнца (127 дней). Их особенно много в зимние месяцы (70 дней). Продолжительность дня и ночи изменяется в течение всего года.
Продолжительность дня и ночи в течение года для 60 градусов с.ш.
Переходным периодом от света к темноте и от темноты к свету являются сумерки. Промежуток времени, в течение которого солнце находится под горизонтом не ниже 6—8°, называется гражданскими сумерками. Во время гражданских сумерек, по данным И. А. Шульгина, у растений возможен фотосинтез. На широте Ленинграда продолжительность гражданских сумерек изменяется от 47 мин в марте до 180 мин в июне. К сентябрю их продолжительность снова снижается до 50 мин. В тот период, когда вечерняя заря сходится с утренней и всю ночь продолжаются гражданские сумерки, наступают белые ночи (в Ленинграде этот период длится с 11 июня по 2 июля).
Для растений важен тот световой период, когда они интенсивно фотосинтезируют, т. е. световой день, включая и гражданские сумерки, в течение которых растения усваивают световую энергию. Это так называемая физиологическая длина дня — продолжительность освещения в часах и минутах. Она изменяется в зависимости от широты. На экваторе она наименьшая, на севере — наибольшая.
Энергия солнечного света усваивается растениями в процессе фотосинтеза. При этом используется не весь спектр солнечной радиации, а только его часть с длинами волн от 0,38 до 0,71 мкм. Это фотосинтетически активная радиация, или сокращенно ФАР. Она является одним из важнейших факторов, определяющих урожайность. Теоретически в процессе фотосинтеза на создание органического вещества может быть израсходовано до 10 % ФАР. Практически обычно используется от 1 до 5 % ФАР. При 5 %-ном использовании ФАР уже получают очень высокий урожай. От умения подобрать культуру и сорт, подготовить почву, поддерживать водно-воздушный, тепловой режимы и световые условия зависит возможность растений утилизировать ФАР.
Внутри посевов и насаждений, а также под светопроницаемыми полиэтиленовыми пленками ФАР часто может быть недостаточной, особенно в пасмурные дни. ФАР не достает и в густых насаждениях, особенно тогда, когда на растения падает тень от деревьев и строений.
А вот света на всей территории СССР летом для выращивания самых высоких урожаев растений вполне хватает. В северных районах в летний сезон основными ограничивающими рост растений факторами являются недостаток тепла и непродолжительность периода вегетации. Но использование стекла, светопроницаемых пленок и приемов агротехники позволяют продлить период вегетации за счет двух весенних (апрель — май) и одного осеннего (сентябрь) месяцев.
Весной солнечная радиация тратится на таяние снега, льда, на прогрев промерзшей или сильно охлажденной почвы, на испарение почвенной влаги. Если ранней весной с грядок согнать снег с помощью мульчирования снежной поверхности золой, сажей или торфом и сразу же накрыть грядки прозрачной пленкой, то таким образом можно ускорить прогрев почвы, начало посева однолетних культур и вегетации многолетних.
Следует напомнить, что почти все возделываемые на садовом участке растения требовательны к свету, почти все не переносят затенения. От условий освещенности растений в большой степени зависит их урожайность и качество урожая, а также подготовленность многолетников к условиям перезимовки.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Источник
Растения собирают и хранят энергию солнца
Зеленые растения собирают солнечную энергию. И этой энергией, как мы видим, пользуются остальные организмы, населяющие Землю.
Клетки зеленых растений и листьев богаты красящим веществом — хлорофиллом. Это очень сложное соединение; оно по своему химическому составу в некоторых отношениях напоминает красящее вещество крови — гемоглобин. Под влиянием хлорофилла из углекислоты воздуха и воды образуются частицы богатого энергией виноградного сахара, — его иначе называют глюкозой.
При образовании сахара и подобных ему веществ поглощается много лучистой солнечной энергии. При окислении сахара вся эта скрытая энергия, как мы уже говорили, освобождается в виде тепла или (у животных) в виде механической энергии.
Образовавшиеся с помощью хлорофилла вещества переносятся с растительными соками в другие клетки. Там некоторое количество богатых энергией веществ окисляется. Освободившаяся энергия идет на образование новых веществ. Эти вещества также являются носителями энергии.
К числу вновь образовавшихся веществ относятся жиры и белки.
Белки — это чрезвычайно сложные органические соединения. Кроме углерода, водорода и кислорода, они содержат еще и азот. В дальнейшем мы узнаем, откуда растение берет азот. В некоторых белках, кроме того, содержатся еще сера и фосфор.
Таким образом, клетки зеленых растений строят соединения, богатые энергией. Часть энергии используется самим растением для собственных нужд, а другая часть откладывается прозапас. Особенно много запасов в семенах. Этими запасами пользуются молодые прорастающие растения. Примером энергетического запаса в растении может служить все тот же крахмал, составляющий главную массу вещества в зернах многих злаков, например пшеницы и ржи. В других случаях главным энергетическим запасом являются жиры — их обычно называют растительными маслами.
Но растения сами никогда не используют всю поглощенную ими солнечную энергию. Потребителями большей части этой энергии являются другие существа, населяющие Землю, в том числе и человек.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Источник