Наукова робота. Особливості перебігу фотосинтезу в рослинах різних екологічних груп

Роботу виконала:
Лісконог  Каріна Вадимівна
учениця 11 класу
КЗО Солонянське НВО
„Солонянська середня
загальноосвітня школа № 1
І-ІІІ ступенів –
Центр позашкільної освіти”
Солонянської селищної ради
Дніпропетровської області

Науковий керівник:
Пушко Інна Володимирівна
учитель біології
КЗО Солонянське НВО
„Солонянська середня
загальноосвітня школа № 1
І-ІІІ ступенів –
Центр позашкільної освіти”
Солонянської селищної ради
Дніпропетровської області,
лауреатка IV Всеукраїнського Інтернет-конкурсу
„УЧИТЕЛЬ РОКУ–2019” за версією
науково-популярного природничого журналу
„КОЛОСОК” у номінації „Біологія”

І. ВСТУП

Фотосинтез — унікальний процес утворення органічних речовин з неорганічних. Це єдиний на нашій планеті процес, зв’язаний з перетворенням енергії сонячного світла в енергію хімічних зв’язків, укладену в органічних речовинах. Таким способом енергія сонячних променів, яка надійшла з космосу, і накопичена зеленими рослинами у вигляді вуглеводів, жирів та білків, забезпечує життєдіяльність усього живого світу — від бактерій до людини.

Яке ж значення має фотосинтез для живих організмів на планеті?

Постійно поглинаючи енергію у вигляді сонячного випромінювання, рослини накопичують її.

Вуглеводи — важливий продукт фотосинтезу. Всі живі організми можуть жити, лише споживаючи у вигляді їжі ту енергію, яку зелені рослини за допомогою хлорофілу отримали від Сонця і претворили її на енергію хімічних зв’язків вуглеводів і інших органічних сполук.

В атмосфері Землі вуглекислий газ становить 0,03% від об’єму повітря. Ця величина стабільна протягом багатьох тисячоліть, незважаючи на те, що безліч живих організмів у процесі дихання виділяють вуглекислий газ. Ще більше його виділяється при гнитті і руйнуванні мертвих тіл, при виверженні вулканів, пожежах, при спалюванні палива. Вся ця величезна кількість вуглекислого газу поглинається зеленими рослинами в процесі фотосинтезу, зберігаючи більш або менш постійний вміст вуглекислого газу в атмосфері Землі і тим самим забезпечуючи можливість життя на нашій планеті.

На початку зародження життя, коли на нашій планеті ще не було рослин, не було і кисню в атмосфері. В даний час кисень повітря в атмосфері займає 21% його обсягу. Завдяки цьому всі організми на Землі — бактерії, гриби, тварини, людина і самі рослини, — можуть дихати, забеспечуючи свій метаболізм.

З кисню на висоті близько 20 км над поверхнею Землі під дією сонячної радіації утворюється озон. Він затримує ту частину ультрафіолетового проміння, що згубно діє на живі організми. Озоновий шар, що оточує Землю, створює можливість для життя організмів.

Фотосинтез – єдиний процес, на основі якого можлива організація екологічно безпечного способу використання сонячної енергії в глобальних планетарних масштабах. Тому дослідження процесу фотосинтезу, керування механізмами та чинниками  що підвищують його ефективність в екологічних системах –  є одним з пріоритетних завдань науки.

Основними зовнішніми факторами, що впливають на інтенсивність фотосинтезу, є освітленість, концентрація діоксиду вуглецю і температура.

В лабораторних умовах залежність інтенсивності фотосинтезу від концентрації С0₂ виражається логарифмічною кривою, подібною до світлової кривої фотосинтезу і називається вуглекислотною кривою фотосинтезу. При підвищенні концентрації С0₂ інтенсивність фотосинтезу спочатку зростає швидко, а потім повільніше і, згодом, збільшення кількості вуглекислого газу не викликає посилення фотосинтезу. Такий стан рослин називають вуглекислотним насиченням. Він наступає при концентраціях С02 в повітрі 0,1-0,3 %. При концентрації С0₂ 0,005 % у С₃-рослин і 0,0005 % у С₄-рослин, швидкість фотосинтезу дорівнює швидкості дихання. Концентрацію С0₂, при якій наступає рівняння цих процесів, називають вуглекислотною компенсаційною точкою.

Температура впливає в основному на темнову фазу фотосинтезу, регулюючи активність ферментів і швидкість дифузії вуглекислого газу. При підвищенні температури вище оптимального значення порушується фотосинтетичне фосфорилювання. Температура впливає на швидкість фотосинтезу і опосередковано, змінюючи швидкість відтоку асимілятів з листової пластинки в інші органи, а накопичення асимілятів в листовій пластинці уповільнює фотосинтез.

Сама по собі концентрація хлорофілу не є фактором, що лімітує фотосинтез. Важливими можуть виявитися причини зниження рівня хлорофілу: хвороби (борошниста роса, іржа, вірусні хвороби), нестача мікроелементів, нормальні процеси старіння. Коли листок жовтіє, кажуть, що він став хлоротичним, а процес утворення жовтуватого забарвлення листя називається хлорозом. Хлоротичні плями часто є симптомами хвороби або мінеральної недостатності. Деякі елементи, наприклад залізо, магній і азот (останні два безпосередньо входять в молекулу хлорофілу), необхідні для утворення хлорофілу, тому ці елементи особливо важливі.

Висновки, отримані в ході дослідження, пояснюють особливості вирощування дослідних кімнатних рослин, їх особливості процесів метаболізму та застосування в озеленені як шкільного озеленення  та створення домашнього затишку.  Мета всіх цих досліджень — поглиблене пізнання внутрішньої будови листка різних кімнатних рослин; вивчення процесу фотосинтезу, дихання та газообміну у рослин за різних умов, яке дасть змогу всім зацікавленим створювати відповідні умови для комфортного співіснування з зеленими «квартирантами».  Практичне значення роботи полягає у можливості використання результатів досліджень під час вивчення тем шкільного курсу природознавства, біології, екології. Ця робота розглядалася на засіданні членів гуртка “Юні екологи” та рекомендована для подальшого використання учителями школи та учнями.

ІІ. ОСНОВНА ЧАСТИНА

РОЗДІЛ1. МЕТОДИ ТА МАТЕРІАЛИ ДОСЛІДЖЕННЯ

Для проведення експериментальної частини наших досліджень використовували шкільне обладнання цифрової  лабораторії кабінету біології, а саме:

1. Автономний інтерфейс, використовуваний для збору даних з датчиків при проведенні експериментів і аналізу їх результатів LabQuest від Vernier international.
2. Навчальний програмне забезпечення для запису, показу і аналізу даних “Logger Pro 3”, що має такі характеристики: працює на різних програмних платформах, забезпечує обробку даних з усіх сумісних датчиків і інтерфейсу, одна програма для всіх наукових напрямків, інтерактивна робоча книга, що дозволяє здійснювати збір даних і аналізу, великі графічні властивості: показує різні значення на одному і тому ж графіку, побудова кривої, статистичні дані.
3. Датчик вмісту СО₂ (0 – 100000 ppm) CO2-BTA. Датчик використовується, для контролю рівня газоподібного вуглекислого газу в різноманітних експериментах з біології.
4. Цифровий мікроскоп BD-EDU-100, який дозволяє здійснювати збільшення зображення від 10 до 120 разів та фіксувати візуальні об’єкти.

ОСОБЛИВОСТІ ДОСЛІДНИХ РОСЛИН

Фікус (Ficus) – рід рослин родини Шовковицевих (Moraceae). Включає близько 800 видів дерев, кущів, ліан, епіфітів та других тіпів рослин. Більшість відів – вічнозелені, деякі – листопадні.  Фікус каучуконосний має великі шкірясті листки у формі овалу, злегка загостреного до вершини.  Походить рослина з північного сходу Індії і з індонезійських островів Суматра і Ява.  Свою назву рослина отримала через густий сік, що містить у великій кількості каучук, необхідний для виробництва гуми. У районах природного зростання фікус почитається будистами як священа рослина. У домашньому квітникарстві фікус каучуконосний і його культурні різновиди є найпоширенішим видом роду фікусів. (Фото 1.)

Фото. 1. Фікус каучуконосний

Гібіскус (лат. Hibiscus) – великий рід рослин родини Мальвові (Malvaceae). Дикі і окультурені рослини. В основному чагарники і дерева. Зустрічаються також багаторічні та однорічні трави. Видів кімнатних гібіскусів досить багато, але на особливу увагу заслуговує гібіскус Купера. Квітка належить до ряболистих сортів, а свою назву отримала на честь людини, яка привезла його до Англії. Рослина розростається до 4 метрів у висоту, має густу крону, часом різнокольорову, різні за формою листя і великі квітки, які розташовуються на молодих відростках. У троянди гарне листя,  забарвлення якого залежить від освітлення, якості грунту, температури повітря. Тут можна побачити всю палітру кольорів зеленого відтінка. Квіти їх настільки гарні, що повністю відповідають назві – «квітка для чарівних жінок». Рослина може мати жовчогінну і сечогінну дії, має бактерицидні і кровозупинні властивості, перешкоджає зростанню пухлин, звільняє організм від шлаків, має протисудомний і судинорозширювальний ефект. Гібіскус знайшов своє місце і в харчовій промисловості. Насіння рослини використовують на Сході як приправу, додають в каву, з висушених квіток готують ніжний, тонізуючий чай каркаде, що втамовує спрагу і сприяє поліпшенню метаболізму і зміцнення імунітету (Фото 2).

Фото.2. Гібіскус  Купера

Рід красула (Crassula) або Товстянка (лат. Crássula) – рід сукулентних рослин родини Товстолисті включає від 300 до 350 видів, з яких понад двісті зростають в Південній Африці. Значне число видів поширені в Тропічній Африці і на Мадагаскарі, кілька видів зустрічається на півдні Аравії. Рослини цього роду поширені дуже широко, але переважно в Південній півкулі.

Багато видів використовуються в кімнатному квітникарстві.  Дуже популярна кімнатна рослина, що має незвичайну форму стебла, яке нагадує собою стовбур і формою і забарвленням. Від стебла відходять товсті пагони-стовбури всіяні блискучими, товстими листками, яйцевидної або округлої форми, схожими на монети. Тому товстянку називають ще «грошовим деревом». Листки мають темно-зелене забарвлення з сизуватим відтінком, нижня сторона якого при цьому залишається червоною. Товстянку називають хлібним деревом і навіть деревом щастя. А насправді її наукова назва – красула.

Ця рослина очищає повітря в будинку, вбиває бактерії, а сік її листя дуже корисний для здоров’я. Тільки не треба їсти самі листя – в них може міститися отрута (Фото 3).

Фото. 3. Товстянка або красула

Плектрантус (лат. Plectranthus) – великий рід рослин родини Ясноткові (Lamiáceae), об’єднує за різними даними від 250 до 325 видів. Кімнатні трав’янисті види з прямостоячими або сланкими пагонами, вічнозелені напівсукулентні  рослини. Містять складні ефірні масла. Стебла чотиригранні, опушені. Листки супротивні, на стеблі розташовані хрестоподібно, черешкові, прості, цільні, еліптичної форми, ароматні. Вкриті ароматичними залозистими волосками. Невибагливий і швидко зростаючий кущик, що заповнює простір своїми гарними, з оригінальним забарвленням листками і приємним м’ятним ароматом, за що ї отримав другу назву – «кімнатна м’ята» (Фото 4).

Фото. 4. Плектрантус

РОЗДІЛ 2.  ПРОЦЕС ФОТОСИНТЕЗУ

Для фотосинтезу обов’язковим компонентом є вуглекислий газ – СО₂. Тому рослина має постійно його поглинати з атмосфери. Для цієї мети на поверхні листа є спеціальні структури – продихи. Коли вони відкриваються, СО₂ надходить саме всередину листка, потряпляє у хлоропласти і вступає в реакцію синтезу вуглеводів.

В ході світлової фази у більшості рослин СО₂ зв’язується з пятикарбоновою органічною сполукою (це може бути ланцюжок з п’яти молекул вуглецю), в результаті чого утворюються дві молекули трикарбонового з’єднання (3-фосфогліцерінова кислота). Оскільки первинним результатом є саме ці трикарбонові сполуки, рослини з таким типом фотосинтезу отримали назву С₃-рослин.

Подальший синтез, що відбувається в хлоропластах, досить складний. В результаті  утворюються шестикарбонові сполуки, з яких потім можуть синтезуватися глюкоза, сахароза або крохмаль. Саме у вигляді цих органічних речовин рослина накопичує енергію. Тільки невелика їх частина залишається в листку і використовується для його потреб. Решта ж вуглеводів подорожують по всій рослині і надходять саме туди, де найбільше потрібна енергія, наприклад, в точки росту.

У темновій фазі за участю АТФ і НАДФН відбувається відновлення CO₂ до глюкози. Хоча світло не потрібне для здійснення даного процесу, воно бере участь у його регуляції.

РОЗДІЛ 3. АНАТОМІЧНА БУДОВА ЛИСТКА. СТРУКТУРА ХЛОРЕНХІМИ

Листок — бічний орган пагона, пристосований для асиміляції, випаровування і газообміну. Головною тканиною листка є мезофілл, в якому зосереджені всі хлоропласти і відбувається фотосинтез. Епідерма покриває листок суцільним шаром, регулює газообмін і транспірацію. Система розгалужених провідних пучків забеспечує паренхіму водою, підтримує в клітинах ступінь оводнення, необхідний для нормального ходу фотосинтезу і здійснює відтік пластичних речовин.

Мезофіл займає весь простір між верхньою і нижньою эпидермою листка, виключаючи провідні пучки і арматурні тканини. Клітини мезофілу досить однорідні за формою і будовою (округлі, злегка витягнуті, з відростками). Мезофіл, найчастіше, диференційований на дві тканини — палісадну (стовпчасту) і губчасту.

Структура хлоренхіми. Фотосинтезуючу функцію виконує палісадна хлоренхіма. Її клітини витягнуті перпендикулярно до поверхні епідермісу. Це створює кращі умови для дотику світла до хлорофілових зерен. Сонячне світло не лише віддає частину свого спектра, а й спричи­нює рухи хлоропластів. Коли прямі сонячні промені падають на листок, хлоропласти при цьому розміщуються вздовж оболонок стовпчастих клітин. Це за­стерігає їх від руйнівної дії яскравого світла. Увечері і вночі хлорофілові зерна розподіляються по всій клітині, що сприяє ефек­тивнішому використанню розсіяного світла, тому листки увечері зеленіші, ніж удень. Клітини стовпчастої хлоренхіми залежно від природи рослин і сили освітлення розташовані в один, два і більше шарів. Наприк­лад, світлові листки мають два-три шари. У міру зменшення інтенсивності освітлення кількість рядів клітин зменшується, а в тіньових листків окремих видів рослин стовпчастої хлоренхіми взагалі немає. У клітинах губчастої паренхіми менше хлорофілових зерен, і тому вона не має відповідного значення для фотосинтезу. Голов­на її функція пов’язана з газообміном і транспірацією. Процеси обміну з навколишнім середовищем здійснюються через продихи. Цим забезпечується вільне надходження повітря до листка ззовні. Міжклітинники має й палісадна хлоренхіма, але вони значно менші, ніж у губчастої тканини.

Судинно-волокнисті пучки  листка утворюють безперервну сітку, пов’язану з провідною системою стебла. У листку, зазвичай, пучки закриті (без камбію), розгалуджені в одній площині.

3.1 ОСОБЛИВОСТІ БУДОВИ ЛИСТКА ГІБІСКУСА

Листкова пластина гібіскуса Купера тонка, близько 0,5 мм. (Фото 5)

Фото 5 . Поперечний розріз листка гібіскуса Купера.

Зовні листок покритий тонкою прозорою епідермою. (Фото 6).

Фото 6. Жилка і прилеглі тканини листка гібіскуса

Між верхньою і нижньою епидермою знаходиться незначний шар асиміляційної паренхіми — мезофіл.  Ця тканина складається з клітин, що містять неоднакову кількість  хлорофілу, тому листок має плямисте забарвлення. Між клітинами мезофілу на деякій відстані один від одного розташовані судинно-волокнисті пучки, що чітко виділяються по об’єму. Жилкування листка сітчасте. (Фото 7).

Фото 7. Зовнішній вигляд листка гібіскуса Купера

Схема внутрішньої будови листка гібіскуса Купера має такий вигляд (Рис. 1).

Рис. 1. Внутрішня будова листка гібіскуса:
1 — верхня епідерма, 2 — продих,  3 — стовпчаста паренхіма, 4 — губчаста паренхіма, 6 — судинно-волокнистий пучок.

3.2 ОСОБЛИВОСТІ БУДОВИ ЛИСТКА ПЛЕКТРАНТУСА

Нижня та верхня епідерма листка плектрантуса має схожу будову за рахунок великої кількості залозистих волосків. (Фото 8, 9).

Фото 8. Верхня сторона листка плектрантуса.

Фото.9. Нижня сторона листка плектрантуса.

Клітини верхньої паренхіми мають витягнуту форму і розташовані щільними рядами. Клітини нижньої частини мезофілу – губчаста паренхіма складається з округлих клітин з незначними міжклітинниками (Фото 10).

Фото 10. Поперечний розріз листка плектрантуса

Плектрантус належить до напівсукулентів, тому клітини його листка накопичують і утримують в середині певну кількість вологи. За рахунок загального потовщення листкової пластинки, судинно-волокнистий пучок не виділяється в об’ємі з верхньої сторони, з нижнього боку прослідковується сітчасте жилкування листка. Схема внутрішньої будови листка плектрантуса має таку будову (Рис. 2).

Рис. 2.  Внутрішня будова листків плектрантуса:
1 — верхня  та нижня епідерма; а – кутикула, б- залозистий волосок; 2 — стовпчаста паренхіма, 3 — губчаста паренхіма, 4 — ксилема, 5 — флоема, 10 — продих.

3.3 ОСОБЛИВОСТІ БУДОВИ ЛИСТКА ТОВСТЯНКИ

Товстянка належить до листкових сукулентів, тому особливості будови листка вказують на пристосування до накопичення і економії вологи. Листок товстянки має округлу форму, більш потовщену зовнішню стінку верхньої епідерми і потужний кутикулярний покрив (Фото 11).

Фото.11 Верхня сторона листкової пластинки товстянки

Нижня епідерма прозора, хоча сам листок знизу має червонуватий відтінок (Фото 12) .

Фото.12. Нижня сторона листка товстянки

Продихів мало, вони закриті. Між верхньою та нижньою епідермами містяться 2-4 шари щільно розташованих клітин. Це – мезофіл,  клітини якого мало відрізняються одна від одної. Вони заповнені зв’язаною рідиною і майже не мають міжклітинників (Фото 13).

Фото.13. Поперечний розріз листка товстянки.

Схематичне зображення внутрішньої будови листка товстянки (Рис. 3)

Рис 3. Внутрішня будова листка товстянки:
1 — кутикула; 2 – верхня  епідерма; 3 — стовпчаста паренхіма, 4 – цистоліт; 5 – опорні клітини цистоліта; 6 — губчаста паренхіма; 7 — ксилема; 8 — флоема; 9 – клітини коленхіми;10 – нижня епідерма;  11 — продих.

3.4 ОСОБЛИВОСТІ БУДОВИ ЛИСТКА ФІКУСА

Листок фікуса має типову будову вічнозеленої рослини, листки якої функціонують кілька років. Захисний покрив складається з трьох шарів клітин. Зовнішній шар є епідермою (Фото 14).

Фото 14. Зовнішній покрив листка фікуса.

Клітини другого і третього шарів дещо більші за клітини епідерми, мають тонкі стінки, безбарвні, хлоропластів немає. Це гіподерма Вона виконують роль фільтра, що затримує теплові промені й захищає ассиміляційну тканину від перегріву, а також утримує воду. У деяких клітинах гіподерми, з верхньої сторони листка на межі з мезофілом містяться гроновидні утвори — цистоліти. Це клітина, всередині якої накопичується вуглекислий кальцій. Інша важлива відмінність структури листків фікуса — наявність шару клітин стовпчастої паренхіми у нижній гіподермі (Фото 15, 16).

Фото 15. Вигляд нижньої частини листка фікуса.

Фото 16. Поперечний розріз листка фікуса

Схематичний рисунок внутрішньої будови листка фікуса має такий вигляд (Рис. 4)

Рис. 4. Будова листків фікуса (Ficus elastica ):
1 — верхня епідерма, 2 — гіподерма, 3 — цистоліт, 4 — стовпчаста паренхіма, 5 — губчаста паренхіма, 6 — ксилема, 7 — флоема, 8 — склеренхіма, 9 — нижня епідерма, 10 — продих.

ІІІ. РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ

1. ЗАЛЕЖНІСТЬ МЕТАБОЛІЗМУ У ЛИСТКУ РОСЛИНИ ВІД СТРУКТУРИ ЛИСТКОВОЇ ТКАНИНИ ЗА НОРМАЛЬНИХ УМОВ

ОПИС ПІДГОТОВКИ ТА ПРОЦЕСУ ДОСЛІДЖЕННЯ

1. Для дослідження беремо частину листкової пластини зазначених рослин розміром 2*2 (4 кв.см).
2. Поміщаємо дослідний матеріал в колбу, опускаємо датчик СО₂.
3. Температура повітря у кімнаті близько 20 градусів.
4. За допомогою програми Logger Pro12 на екрані відображаються табличні дані і будуються графік кількості СО₂ в колбі.
5. Для експерименту виставили період фіксування показників 0,25 хв. тобто 4 рази на хвилину.
6. Період експозиції – 10 хвилин.
7. Всього отримано 40 показників по кожному досліджуваному об’єкту.

РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕННЯ

Ми спостерігаємо зміну поглинання вуглекислого газу зразками листків різних рослин.

При дослідженні експериментального зразка гібіскуса спостерігається відразу різке зниження кількості СО2, що вказує на інтенсивність фотосинтезу протягом перших двох хвилин від 524 ррм до 421 ррм (різниця становить 103 ррм). (Графік 1).

Графік 1. Кількість вуглекислого газу у експериментальній колбі з листком гібіскуса протягом 10 хвилин

Протягом наступних 2,75 хвилин  відбувається уповільнення фотосинтезу, на що вказує різниця у показниках 18 ррм (від 421 ррм до 403 ррм). Послідуючий час кількість СО2 в експериментальній колбі збільшується  до 436 ррм (різниця становить 33 ррм). Це свідчить про уповільнення фотосинтезу, а прискорення процесу дихання у клітинах листка фотосинтезу. У природі за таких умов встановлюється вуглекислотне насичення.

У плектрантуса або кімнатної м’яти спочатку спостерігається часткове зменшення показників  СО₂ з 839 ррм до 721 ррм (різниця 118 ррм) протягом 4,75 хвилин. Це вказує на інтенсивне протікання фотосинтезу і використання листком рослини вуглекислого газу. З 5 хвилини показники СО2 у досліджуваному об’ємі нерівномірно збільшуються, отже, процес фотосинтезу уповільнюється, при цьому збільшується кількість СО2 за рахунок внутрішньоклітинного дихання. Показники відповідно становлять 737 ррм та 761 ррм (різниця 24 ррм). (Графік 2).

Графік 2. Кількість вуглекислого газу у експериментальній колбі з листком плектрантуса протягом 10 хвилин.

У сукулентної рослини товстянки протягом перших 0,75 хвилини спостерігаємо значне збільшення СО2 від 943 ррм до 1030 ррм (різниця 87 ррм). (Графік 3) .

Графік 3. Кількість вуглекислого газу у експериментальній колбі з листком товстянки протягом 10 хвилин

Можна припустити, що через малі міжклітинники та закриті продихи СО2 не поглинається, а навпаки переважають процеси дисиміляції (дихання) у клітинах рослини. Протягом наступних  двох хвилин рівень СО2 у експериментальній колбі з листок товстянки знижується на 73 ррм (від 1028 ррм до 955 ррм). Після чого встановлюється вуглекислотне насичення і до кінця експерименту (7 хвилин) показники вуглекислого газу  стрибкоподібно змінюються від 961 ррм до 951 ррм, різниця між якими становить всього 10 ррм.

У фікуса, так як і у товстянки, спостерігаємо різке підвищення СО2  протягом перших 0,75 хв. від 995 ррм до 1027 ррм (різниця становить 72ррм), що вказує на швидке встановлення рівноваги та інтенсивність обмінних дисиміляційних процесів. З другої хвилини установлюється вуглекислотне насичення і зміна значення СО2 у експериментальній колбі становить від мінімального показника 996 ррм до максимального 1017 ррм протягом наступних 9 хвилин. (Графік 4).

Графік 4. Кількість вуглекислого газу у експериментальній колбі з листком фікуса протягом 10 хвилин

Порівняльна динаміка зміни кількості вуглекислого газу у експериментальній колбі з листками різних рослин протягом 10 хвилин. (Графік 5)

Графік 5. Порівняльна динаміка зміни кількості вуглекислого газу у експериментальній колбі з листками різних рослин протягом 10 хвилин

2. ЗАЛЕЖНІСТЬ МЕТАБОЛІЗМУ У ЛИСТКУ РОСЛИНИ ВІД СТРУКТУРИ ЛИСТКОВОЇ ТКАНИНИ ЗА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ УМОВ

З метою виявлення залежності інтенсивності фотосинтезу і газообміну від температури, ми провели такий експеримент: дослідні зразки листків названих рослин помістили в прохолодне місце (температура +4⁰ по С) на 120 хвилин. Після чого провели дослідження з визначення кількості вуглекислого газу у закритій експериментальній посудині.

Нижній графік відображає коливання СО2 в колбі з листком гібіскуса протягом 10 хвилин. Показники СО2 становлять від 230 ррм (мінімальний показник) до 247 ррм (максимальний показник) (Графік 6).

Графік 6. Кількість вуглекислого газу у експериментальній колбі з листком гібіскуса (синій колір) та плектрантуса (зелений колір)  протягом 10 хвилин після охолодження  до 4⁰ за С

У порівнянні з такими експериментальними даними, що проводилися за нормальних умов, кількість СО2 зменшилася майже вдвічі. (403 ррм – 524 ррм). Це може свідчить про зниження інтенсивності дихання, уповільненні метаболічних процесів або зниженням газообміну через продихи зразка листка гібіскуса.

Графік, що має зелений колір, відображає криву фіксування СО2 у експериментальній колбі зі зразком лиска плектрантуса (кімнатної м’яти). Як ми бачимо, спочатку протягом 2 хвилин йде зростання рівня СО2 з 239 ррм до 327 ррм  (на 88 ррм) , що може свідчити про інтенсивніші процеси дихання у кімнатної м’яти порівняно з гібіскусом. Протягом наступного часу показники вуглекислого газу коливаються у межах від 275 ррм до 300 ррм., що вказує на врівноваження  процесів дихання та фотосинтезу. У порівнянні з аналогічним дослідженням кількості СО2 у колбі з листком плектрантуса за нормальних умов, також має місце загальне зниження показників більш ніж у два рази (для порівняння було мінімальне значення 737 ррм – стало 275 ррм, максимум був 761 ррм, а став 300 ррм).

При дослідженні метаболічних процесів у листку товстянки спостерігаємо стрибкоподібне підвищення показників від 281 ррм до 328 ррм протягом перших двох хвилин. Наступні 8 хвилин встановлюється відносно низька і стабільна рівновага показників СО2 в межах 300 ррм.  У порівнянні з аналогічними процесами за нормальних умов для листка товстянки показники становили відповідно мінімум 934 ррм і максимум1030 ррм. Це зниження процесів дихання, фотосинтезу та газообміну більш ніж у три рази (Графік 7).

Графік 7. Кількість вуглекислого газу у експериментальній колбі з листком товстянки (оранжевий колір) та фікуса (фіолетовий  колір)  протягом 10 хвилин після охолодження  до 4⁰ за С

Для фікуса маємо найвищі значення СО2 після зниження температури серед усіх дослідних рослин у межах від 327 ррм до 358 ррм. Для порівняння за нормальних умов ці показники були відповідно 955 ррм та 1027 ррм.

IV. ВИСНОВКИ

Умови, які визначають інтенсивність метаболічних процесів та  продуктивність процесу фотосинтезу:

• анатомічна будова фотосинтезуючих тканин листка рослин,
• концентрація вуглекислого газу,
• температура, водний режим тканин листка, а також
• інтенсивність і якість світла,
• мінеральне живлення.

Провівши ряд описаних дослідів, встановили:

• рослини помірних зон потребують для фотосинтезу менше діоксиду вуглецю, а отже і менше його виділяють під час дихання;
• сукулентні рослини та рослини з великими товстими листками здійснюють газообмін при високих показниках СО₂. Отже, такі рослини не можна тримати в спальних кімнатах, бо вони вночі, під час дихання виділяють більше вуглекислоти, що значно впливатиме на якісний склад повітря;
• температурний режим впливає на метаболічні процеси у листках рослин різних екологічних груп. У шкірястолискових та сукулентних видів зниження температури повітря призводить до різкого уповільнення процесів  обміну. Це, в свою чергу, може спричинити скидання листків рослиною, як  пристосування до перенесення несприятливих умов (значне похолодання). Такі рослини як фікус, товстянка недопустиме тривале похолодання;
• рослини помірних зон з тонкими і невеликими листками, або з волосистою будовою епідермісу краще переносять зниження температури повітря, тому для них допустимо тимчасове, нетривале похолодання повітря.

V. ІНФОРМАЦІЙНІ ДЖЕРЕЛА

1. Дуднікова І.І., Пушкін С.П. Екологія: Навч.посібник.- К.: Вид-во Європ. Ун-ту, 2006.- 328 ст. (в електронній формі).
2. Добровольський В.В. Екологічні знання: Навчальний посібник. — К.: ВД «Професіонал», 2005. — 304 с. (в електронній формі).
3. Сухарєв С.М., Чундак С.Ю., Сухарева О.Ю. Основи екології та охорони довкілля. Навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів   К.: Центр навчальної літератури, 2006. -394с. (в електронній формі).
4. Білявський Г.О. та ін. Основи екології; Підручник / Г.О. Білявський, Р.С. Фурдуй, І.Ю. Костіков. — 3-тє вид. — К.: Либідь, 2006. — 408 с. (в електронній формі).
5. Джигирей В.С. Екологія та охорона навколишнього природного середовища: Навч. посіб. — 5-те вид., випр. і доп. — К.: Т-во “Знання”, КОО, 2007. — 422 с. (в електронній формі).

6. Джерела Internet.

VI. ДОДАТКИ

ДОДАТОК 1

Таблиця 1. Результати вимірювання кількості СО2 за нормальних умов

ДОДАТОК 2

Таблиця 2.  Результати вимірювання кількості СО₂  після охолодження зразків

Редакція може не поділяти думку авторів і не несе відповідальність за достовірність інформації. Будь-який передрук матеріалів з сайту може здійснюватись лише при наявності активного гіперпосилання на e-kolosok.org, а також на сам матеріал!