Меню

Эксперимент влияние солнечного света на растения

Исследовательский проект «Влияние света на рост растений»

Класс: 3

Выполнил:
Цизман Алексей
,
ученик 3-го класса

Руководитель:
Курьянова В.И.

1. Введение

Природа, естественная среда, окружающая человека в его повседневной жизни — самый интересный объект изучения. Я живу в Иркутской области где лето короткое и большее время длится зима и межсезонье, зелень в моих краях радует глаза человека около пяти месяцев. Поэтому мне нравится выращивать цветы и растения у себя дома.

Еще с древних времен люди знали о пользе растений. Началом цветоводства в Европе можно считать появление первых зимних садов. Первые зимние сады появились в 13 веке, а чуть позже при многих королевских дворах начали устраивать «оранжереи». По-настоящему же комнатные растения появились, когда из Америки, Азии и Африки было вывезено множество новых экзотических цветов. В России начало комнатного цветоводство принято связывать с именем Петра Первого, но это не совсем так. Началось все не при Петре, а при его отце – Алексее Михайловиче. Родина большинства комнатных растений это тропики и субтропики.

В дворянских семьях в основном выращивали пальмы, фикусы, кротоны.

В бедных семьях были цветы: герань, бальзамин, колеус.

Жизнь человека связана с природой, а значит, и с жизнью растений. Издавна люди украшали цветами и растениями себя и свои жилища.

Обычай украшать жилище растениями, возможно, возник в стране с резко выраженной сменой времён года, чтобы задержать дома зелёный островок живой природы. Ведь это и красиво, и полезно для здоровья!

Учеными уже давно доказано положительное влияние растений на микроклимат помещений. Комнатные растения поглощают углекислый газ, тяжелые металлы из воздуха, запахи строительных материалов и клея, источаемые нашими жилищами, болезнетворные бактерий, являются естественными увлажнителями, зеленый цвет листвы улучшает настроение.

Поэтому растения, которые живут с нами в доме, являются моими друзьями. Зимой растениям приходится тяжело, сокращается световой день, батареи центрального отопления сильно иссушают воздух, многие растения переходят в состояние покоя, у них бледнеют и желтеют листья. Растения плохо растут. В зимнее время чувствуется нехватка витаминов, а так хочется покушать свежей зелени. Мне стало интересно, можно ли зимой вырастить у себя дома огород на подоконнике, чтобы и в зимнее время года подавать к столу свежие овощи?

Актуальность темы: При выращивании растений в домашних условиях растения часто болеют и погибают, особенно в зимний период. Я надеюсь, что результаты моей исследовательской работы помогут мне создать благоприятные условия для моих комнатных растений, и я смогу поделиться своими знаниями с одноклассниками.

Моя гипотеза: если не будет достаточного количества света, то растения будут плохо расти.

Цель работы: Изучить влияние света на рост растений.

Задачи работы:

  • Изучить литературу по данной теме;
  • Провести опыты с растениями по изучению влияния света на рост растений;
  • Подобрать оптимальные условия для роста растений

Этапы работы:

  1. Первый этап (ноябрь 2016г.) предполагал изучение и анализ научно- популярной, учебной литературы и периодической печати по теме проекта. На основе этого анализа были выявлены направления исследования, определены его объект, предмет, цель, задачи и сформулирована рабочая гипотеза.
  2. На втором этапе (декабрь — 2016г.) был произведен первый посев растений и наблюдение за влиянием развития растений в зависимости от освещенности.
  3. На третьем этапе (январь 2017г.) анализировались и обрабатывались результаты эксперимента, разрабатывались рекомендации для улучшения содержания и выращивания растений в домашних условиях, второй посев растений.
  4. На четвертом этапе (февраль 2017г.) разработка автоматизированной системы управления микроклиматом растений.

Практическая значимость проекта заключается в том, что разработанные нами рекомендации могут найти широкое применение у людей увлекающихся комнатным цветоводством и растениеводством.

2. Обзор литературы

Из энциклопедии я узнал, что растениям, как и человеку для жизни и нормального роста необходимо питание. Для хорошего роста растениям нужны соответствующие условия: тепло, вода, почва, воздух и свет. Почва необходима потому, что в ней есть питательные вещества. Вода помогает эти питательные вещества получить из почвы. Это возможно, если в комнате тепло. Воздух нужен растениям, как и всем другим живым существам, для дыхания. Для каждого растения нужны определенные условия для лучшего роста и развития. Солнечный свет имеет большое значение в жизни растений. Солнечный свет и углекислый газ, входящий в состав воздуха, соединяясь друг с другом и с водой в листьях растений, образуют особое вещество хлорофилл. Благодаря хлорофиллу растения имеют зелёный цвет. Хлорофилл вырабатывает особый вид сахара, называемый глюкозой. В процессе своего питания растение выделяет из листьев кислород. Такой процесс носит название фотосинтеза.

Фотосинтез растений — это очень сложный химический процесс, в которым вода и двуокись углерода (углекислый газ) при участии света преобразовываются в кислород и сахарозу.

Проще говоря, энергия света преобразовывается в химическую энергию! Далее все живые существа живут за счет этой химической энергии, аккумулированной растениями. Свет солнечный или свет от специальных ламп, применяемых для выращивания овощей, не является однородным, а представляет собой соединение электромагнитных волн с различной длиной, плавно переходящих друг в друга. Соединение это носит название спектра света. Каждая часть солнечного спектра имеет свою длину волны, которая измеряется в миллимикронах, или нанометрах (нм). Ультрафиолетовая часть лежит ниже 380 нм, фиолетовая – в зоне 380-430 нм, синяя – 430-490 нм, зеленая – 490-570 нм, желтая – 570-600 нм, красная – 600-780 нм, инфракрасная – выше 780 нм. Кроме видимой части (380-780 нм) на рост и развитие растений оказывают существенное влияние ультрафиолет до 295 нм и инфракрасные лучи до 2500 нм.

Читайте также:  Общие категории для систематики растений и животных

С увеличением высоты Солнца происходят изменения в процентном отношении отдельных составляющих спектра. Так, увеличивается количество лучей ультрафиолетовых и снижается количество инфракрасных.

Овощные растения в любом месте возделывания испытывают на себе постоянно меняющийся спектральный количественный и качественный состав света. Более полный свет получают культуры в открытом грунте. В теплицах света по количеству может быть до 30% меньше, из-за ограждающих материалов и степени их чистоты. Через стекло не проходят лучи с длиной волны менее 340 нм, а пленка пропускает длинноволновые инфракрасные
лучи.

Каждому участку спектра света предназначена своя роль в жизнедеятельности растений.

Ультрафиолетовое излучение менее 280 нм является гибельным для растений. От 10-15 мин такого воздействия теряют структуру растительные белки и прекращают деятельность клетки. Внешне это проявляется в пожелтении и побурении листьев, скручивании стеблей и отмирании точек роста.

Длинные ультрафиолетовые лучи (315-380 нм) необходимы для обмена веществ и роста растений. Они задерживают вытягивание стеблей, повышают содержание витамина C и других. Средние лучи (280-315 нм) действуют наподобие пониженных температур, способствуя процессу закаливания растений и повышая их холодостойкость. На хлорофилл ультрафиолетовые лучи практически не действуют, но у растений, перемещенных из темноты на свет (этиолированных), он интенсивно образуется.

Лучи фиолетовые и синие тормозят рост стеблей, листовых черешков и пластинок, формируют компактные растения и более толстые листья, позволяющие лучше поглощать и использовать свет в целом. Эти лучи стимулируют образование белков, органосинтез растений, переход к цветению короткодневных растений, замедляют развитие растений длиннодневных. Сине-фиолетовая часть спектра света почти полностью поглощается хлорофиллом, что создает условия для максимальной интенсивности фотосинтеза.

Зеленые лучи практически проходят через листовые пластинки, не поглощаясь ими. Последние под их действием становятся очень тонкими, а осевые органы растений вытягиваются. Уровень фотосинтеза – самый низкий. Красные лучи в сочетании с оранжевыми представляют собой основной вид энергии для фотосинтеза. Наиболее важной является область 625-680 нм, способствующая интенсивному росту листьев и осевых органов растений. Этот свет очень полно поглощается хлорофиллом и увеличивает образование углеводов при фотосинтезе. Зона красно-оранжевого света имеет решающее значение для всех физиологических процессов в растениях

Какой спектр нужен растениям?

Очень часто в интернете можно увидеть вот этот график.

Из которого следует, что пики фотосинтеза и синтеза хлорофилла приходятся на длины волн 445 нм и 660 нм.

Но кроме хлорофилла (зеленого красителя), лист содержит еще и другие пигменты, каротиноиды, которые помогают растениям усваивать и другие длины волн!

А это означает, что лист растения имеет возможность усваивать свет с широким спектром, и фотосинтез протекает при постоянно меняющемся спектре света (а в природе так и происходит, в течении дня световой спектр постоянно меняется).

Это и объясняет, почему скорость фотосинтеза практически не зависит от спектра от голубого до красного.

Смотрим интегральную (не только по хлорофиллу) относительную чувствительность листьев растений от длины волны.

Кстати на этом же графике можно увидеть восприимчивость зрения человека от длины волны. Здесь можно четко увидеть пик восприимчивости на границе зелено-желтой области.

Т.е. человек и растение видят спектр излучения очень по разному. Растения чуть больше отражают (не усваивают) зеленую составляющую

спектра, а так как человек особенно чувствителен именно к этой длине волны, то ему растения кажутся выраженно зеленого цвета.

Глядя на график можно увидеть, что растения могут усваивать свет в широком диапазоне волн! И каждая волна нужна растению!

Поэтому лучше осуществлять досветку, т.е. в дополнение к естественному свету. Если же растения растут только под искусственным светом, то нужно обеспечивать наличие разных частей спектра, в т.ч. и зелено-желтой его части.

3. Методика и результаты исследования

Выводы

Результаты моего исследования помогли мне ответить на интересующие меня вопросы. Эксперимент доказал, что растения не могут расти и развиваться без света, потому что при отсутствии солнечного света не происходит процесс питания растений, а значит растение не получает энергию, необходимую для жизни. При недостатке света растения сильно вытягиваются, болеют что может привести их к гибели.

Мои предположения, что без света растения не будут расти подтвердились. Солнечный свет благоприятно влияет на развитие растений, а значит солнечный свет является источником жизни на Земле.

При использовании досвечивания в период короткого светового дня растения развиваются и хорошо растут, цветут. Искусственное освещение помогает выращивать здоровую рассаду, получать урожай в течение всего года и дольше любоваться цветением любимых растений.

Использование автоматических систем облегчают уход за растениями и улучшают условия содержания растений. Я считаю в будущем при развитии доступной электроники такие системы будут в каждом доме. В данной работе применялась электроника и датчики производства Китай в виду их низкой стоимости по сравнению с аналогами.

Список используемой литературы

1. Багрова Л.А. Я познаю мир (растения). Детская энциклопедия. М.: АСТ: Люкс, 2005 г.

2. Ликум А. Все обо всем: популярная энциклопедия для детей, том IV М.: Компания Ключ – С, филологическое общество Слово, ТНО АСТ 1994г.

3. Сергеев Б.Ф. Я познаю мир: Биология. Детская энциклопедия. М.: ООО Издательство АСТ, 2004г.

Источник

Научно-исследовательская работа «Влияние спектра освещения на развитие растений»

Правильный выбор спектра искусственного освещения при выращивании растений в теплицах позволяет существенно экономить электроэнергию.

Скачать:

Вложение Размер
1._rabota_1.docx 24.64 КБ

Предварительный просмотр:

МУНИЦИПАЛЬНОЕ АВТОНОМНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИЙ ЛИЦЕЙ» г. Саратов

I Саратовский региональный тур Всероссийского конкурса юношеских исследовательских работ им. В. И. Вернадского (2017-2018 учебный год).

Естественнонаучное направление: Ботаника

Влияние спектра освещения на развитие растений

Подлипалин Илья Владимирович

ученик 4 «В» класса МАОУ

Кокорева Оксана Владимировна

учитель начальных классов

В настоящее время широкое распространение получил способ выращивания культурных растений в теплицах. Это позволяет получать плоды растениеводства круглый год в независимости от внешних условий. Однако указанный способ растениеводства является энергозатратным, так как требуется обогрев и искусственное освещение. Снижение энергозатрат на обогрев возможно путем выбора рациональной конструкции теплицы, использованием тепловых насосов, утилизацией попутного тепла ТЭС, ТЭЦ и т. д. Так как освещение осуществляется с помощью электричества, то снижение затрат на освещение возможно путем повышения эффективности преобразования электричества в свет, а также подбором его спектрального состава.

Меня заинтересовал вопрос — как спектральный состав света влияет на развитие растений и каким должен быть спектр освещения, позволяющий развиваться растениям при минимальных затратах энергии на освещение.

Мы решили провести опыт по выращиванию растений под освещением с различным спектральным составом. В качестве подопытного растения был выбран редис. Выбор редиса обусловлен коротким вегетационным периодом (6-7 недель) и компактностью, что позволило наблюдать развитие растений от появления ростков до развития корнеплода [10, 11].

Цель исследовательской работы: Исследование влияния спектра освещения на развитие растений на примере редиса.

Задачи, которые необходимо решить для достижения цели:

— сбор и изучение информации о влиянии спектра освещения на развитие растений;

— изготовление экспериментальной установки по выращиванию редиса под освещением с различным спектральным составом;

— выращивание редиса под освещением с различным спектральным составом (проведение эксперимента);

— оценка результатов эксперимента.

Жизнедеятельность растения основывается на фотосинтезе. Фотосинтез позволяет преобразовывать углекислый газ с помощью энергии квантов света в органические вещества [3, 4, 16, 17]. Фотосинтез растений осуществляется в хлоропластах. Хлоропласты содержатся в клетках стеблей и плодов, однако основным органом фотосинтеза является лист. Основными фотосинтетическими пигментами, обеспечивающими фотосинтез, являются хлорофиллы и бета-каротин. Спектр поглощения указанных пигментов имеет сложный характер и содержит по два максимума, в синей и красной областях спектра [1, 2, 5]. Первый «синий» максимум приходится на длину волны

450 нм, второй «красный» на длину волны

700 нм. Спектры поглощения указанных фотосинтетических пигментов, а также интенсивность фотосинтеза показаны в приложении (рис. 1).

Впервые спектры поглощения хлорофилла были получены К. А. Тимирязевым [1, 2]. Сделано это было благодаря созданному им методу учета фотосинтеза по поглощению CO 2 . В ходе экспериментов по освещению растения светом различных длин (различного цвета) оказалось, что интенсивность фотосинтеза совпадает со спектром поглощения хлорофилла.

Из сложного характера спектров поглощения и интенсивности фотосинтеза можно предположить, что возможно подобрать спектр искусственного освещения таким образом, что продуктивность растений по отношению к потраченной энергии на освещение будет максимальной 7.

Как показывают практические измерения [18] растения в естественных условиях в среднем продуктивно используют не более 1-3% солнечного света (на отдельных этапах может достигать 4-6%).

В эксперименте в качестве источников света решено использовать цветные светодиоды. Они обладает по отношению к другим источником света высокой энегроэффективностью и узким спектром излучения. Это позволяет комбинированием различных светодиодов получить освещение требуемой интенсивности и спектрального состава 14.

  1. 2. Экспериментальная установка

Экспериментальная установка по выращиванию редиса состоит из следующих основных частей:

— двух контейнеров, наполненных почвой;

— светодиодных светильников, расположенных в коробах из алюминиевой фольги;

— источника питания АТН-1131 позволяющего регулировать ток и как следствие освещенность.

Контейнеры представляют собой пластиковые ящики с дренажом, наполненные на 2/3 почвой. Каждый ящик поделен светонепроницаемыми перегородками из алюминиевой фольги на четыре отсека. Размер каждого отсека 14х12 см. Таким образом можно исследовать восемь групп растений (по четыре в каждом контейнере). Фотография контейнеров представлена в приложении (рис. 2).

  1. 2.2 Светодиодные светильники

Светодиодные светильники смонтированы в коробах из алюминиевой фольги. Каждый короб разделен на четыре зоны. В зонах установлены светильники, каждый со своим спектром освещения. В первом из коробов установлено четыре светильника, во втором три, одна зона пустая. Короба со светильниками устанавливаются на контейнеры, таким образом, чтобы светильники осуществляли освещение только своей зоны.

  1. 2.3 Параметры светильников

Основные параметры светодиодов, на базе которых созданы светильники, представлены в приложении (таблице 1).

Параметры светильников, сделанных на базе указанных светодиодов приведены в приложении (таблице 2).

Фотографии светильников приведены в приложении (рис. 3).

Среднее значение освещенности выбиралось из средней освещенности летнего облачного светового дня (от восхода до заката) [9].

Общий вид установки выращивания редиса показан в приложении (рис. 4).

  1. 3. Описание хода эксперимента

Как ранее упоминалось, в качестве экспериментального растения был взят редис. Для ускорения эксперимента был выбран сорт раннего созревания.

Для исключения посадки некачественных семян они были предварительно проращены. В каждом из восьми отсеков контейнеров было посажено по девять ямок (матрица 3х3). В каждую ямку было посажено по два пророщенных семя, чтобы в дальнейшем оставить наиболее сильные растения. Посадка осуществлялась во влажную почву. Фотографии взошедшего редиса показаны в приложении (рис. 5).

После посадки контейнеры с посаженным редисом были установлены на лоджию.

Редис взошел на третий день после посадки. Все посаженные семена взошли практически в одно и то же время. После всхода семян и развития первых листочков на контейнеры были установлены светильники.

После того, как ростки подросли и окрепли, из каждой ямки было удалено по одному растению (как говорилось ранее, в каждую ямку было посажено по два растения, на случай если одно не взойдет).

Светильники ежедневно включались в 6-7 часов утра и выключались в 10 — 11 часов вечера, таким образом, общее суточное освещение составляло 15-17 часов.

Полив осуществлялся таким образом, чтобы почва была всегда влажная (редис влаголюбивое растение). В среднем получался один полив в два дня.

Через две недели после всходов была осуществлена подкормка растений комплексными удобрениями.

Спустя четыре недели эксперимент по выращиванию редиса под различным освещением был закончен. Растения заняли весь доступный для роста объем и стали упираться в светильники, что стало приводить к ожогу листьев и взаимному затенению растений.

С самого начала эксперимента было заметно, что спектр освещения существенным образом влияет на рост и развитие растений.

Наиболее интенсивный рост наблюдался у растений, находящихся под синим светом (отсек 3). Наименее интенсивный рост наблюдался у растений, находящихся под красным светом (отсек 1) — растения в данном отсеке после всхода прекратили свой рост.

Фотографии растений в конце эксперимента показаны в приложении (рис. 6, 7).

Развитие растений оценивалось по следующим параметрам:

— скорость роста (растениям в каждом отсеке присваивается бал от 0 до 6, чем быстрее росли растения, тем больше бал);

— состояние стебля (растениям в каждом отсеке присваивается бал от 0 до 6, коренастым стеблям присваивается больший бал, чем тонким вытянутым);

— состояние листьев (растениям в каждом отсеке присваивается бал от 0 до 6, чем крупнее листья, тем больше);

— общий вес растений отсека;

— вес корнеплодов растений в отсеке;

— отношение веса растений к электрической мощности освещения;

— отношение веса растений к освещенности;

Полученные результаты эксперимента сведены в таблицу 3 в приложении к данной работе.

1. Развитие растений существенным образом зависит от спектра освещения.

Наилучший результат был получен при освещении растений синим светом с максимальной интенсивностью на длине волны 470 нМ. Полученный результат для синего света полностью согласуется с теоретическими данными.

Растения, находящиеся под красным светом с максимальной интенсивностью на длине волны 620 нМ были наименее развиты, что плохо согласуется с теоретическими данными. Указанный результат объясняется существенным различием максимумов излучения (620 нМ) и поглощения (700 нМ) красного света.

Вторыми по продуктивности были растения, выращенные под сине-зеленым светом (максимум излучения зеленого света приходится на длину волны 500 нМ), что так же хорошо согласуется с теоретическими данными [12].

Полученные в эксперименте результаты хорошо согласуются с теоретическими данными, за исключением освещения с присутствием красного света, там результат получился хуже ожидаемого, что объясняется несоответствием длин волн излучения и поглощения.

2. Правильный выбор спектра искусственного освещения при выращивании растений в теплицах позволяет существенно экономить электроэнергию.

3. Необходимо продолжить экспериментальные исследования по данной теме со следующими изменениями:

— подобрать источник красного света с длинной волны, совпадающей с максимумом спектра поглощения в красной области;

— переделать экспериментальную установку таким образом, чтобы она позволяла вырастить полноценные корнеплоды редиса (увеличить расстояние между почвой и светодиодами, обеспечить качественную вентиляцию для оттока кислорода и притока углекислого газа необходимого для развития растений);

— добавить контрольную группу растений, выращиваемую при естественном освещении.

1. Тимирязьев К. А. Спектральный анализ хлорофилла. – САНКТ ПЕТЕРБУРГ : Типография товарищества «Общественная польза», 1871.

2. Тимирязьев К. А. Усвоение света растением. Критика и методы — С. Петербург: Тип. В. Димакова. Новый пер., п. №7, 1875.

3. Тимирязьев К. А. Жизнь растения. М.: ОАО «Типография Новости» совместно с Издательством МСХА, 2006.

4. Фотосинтез / Под ред. Говинджи. Москва: Мир, 1987. Т. 1

5. Воскресенская Н. П. Фотосинтез и спектральный состав света. М.: Наука, 1965.

6. Тихомиров А. А., Лисовский Г. М., Сидько Ф. Я. Спектральный состав света и продуктивность растений. Новосибирск: Наука, 1991.

7. Гавриленко В.Ф., Жигалова Т.В. Большой 7практикум по фотосинтезу. М.: Академия, 2003.

8. Лонг С. П., Холл Д. О., Гудсков Н. Л., Фотосинтез и биопродуктивность: методы определения. М.: ВО “Агропромиздат”. 1989.

9. Зверева С. В. В мире солнечного света. Л.: Гидрометеоиздат, 1988.

10. Маевская С. Н., Барабанщикова Н. С., Дроздова И. С. Эндогенная регуляция фотосинтеза у растений редиса при адаптации к непрерывному освещению // Физиология и биохимия культурных растений, 2003. Т.35.

11. Дроздова И. С., Маевская С. Н., Егорова Е. А., Барабанщикова Н. С., Джибладзе Т. Г., Бухов Н. Г. Временной ход фотосинтеза в процессе непрерывного освещения растений редиса. // Физиология растений. 2004, Т.51.

12. И. Ф. Головацкая, Р. А. Карначук. Роль зеленого света в жизнедеятельности растений // Физиология растений. 2015, Т.62.

13. Плотникова Л. Я., Самойлва В. Н. Перспективные направления повышения продуктивности растений в интенсивной светокультуре. //Научный альманах. 2015, №12-2.

14. Аверчева О. В., Беркович Ю. А., Ерохин А. Н., Жигалова Т. В., Погосян С. И., Смолянина С. О. Особенности роста и фотосинтеза растений китайской капусты при выращивании под светодиодными светильниками // Физиология растений. 2009. Т. 56.

15. Смолянина С. О., Беркович Ю. А., Жигалова Т. В., Аверчева О. В. Рост и фотосинтетическая активность растений китайской капусты при выращивании её под светодиодным светильником в прототипе космической оранжереи. // Материалы Международной конференции «Системы жизнеобеспечения как средство освоения человеком дальнего космоса», Москва, 2008 г.

Источник