МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ КОНКУРС НАУЧНО...

32
МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ КОНКУРС НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ И ПРОЕКТНЫХ РАБОТ ОБУЧАЮЩИХСЯ Исследовательская работа по биохимии «Ростовые вещества как регуляторы устойчивости растений при стрессовых ситуациях». Выполнила: Ученица 11 «А» класса ГБОУ Школы № 166 Богатырёва Дарья Научный руководитель: Учитель химии ГБОУ школы №166 Грызунов Андрей Александрович Москва 2018 г.

Upload: others

Post on 18-Sep-2020

14 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ КОНКУРС НАУЧНО …mgk.olimpiada.ru/media/work/22188/Ростовые_вещества_как... · МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ

МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ КОНКУРС НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ

И ПРОЕКТНЫХ РАБОТ ОБУЧАЮЩИХСЯ

Исследовательская работа по биохимии

«Ростовые вещества как регуляторы устойчивости растений при

стрессовых ситуациях».

Выполнила: Ученица 11 «А» класса

ГБОУ Школы № 166

Богатырёва Дарья

Научный руководитель:

Учитель химии

ГБОУ школы №166

Грызунов Андрей Александрович

Москва 2018 г.

Page 2: МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ КОНКУРС НАУЧНО …mgk.olimpiada.ru/media/work/22188/Ростовые_вещества_как... · МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ

Содержание

1. Введение…………………………………………………………………………..1

1.1 Актуальность проблемы…………………………………………………… 2

1.2 Объект и предмет исследования…………………………………………... 2

1.3 Цели и задачи……………………………………………………………….. 2

1.4 Гипотеза……………………………………………………………………... 3

2. Основная часть…………………………………………………………….......... 3

2.1 Общие сведения……………………………………………………………...4

2.2 Ауксин………………………………………………………………………..5

2.3 Гиббереллин……………………………………………………………….... 7

2.4 Цитокинин………………………………………………………………....... 8

2.5 Абсцизиновая кислота……………………………………………………....9

2.6 Этилен……………………………………………………………………….10

3. Практическая часть……………………………………………………………...11

3.1 Влияние различных концентраций фитогормонов на рост колеоптилей

зерновых культур……………………………………………………………….12

3.2 Определение оптимальной концентрации фитогормонов для изучения

механизмов формирования устойчивости……………………….....................14

3.3 Исследование основных закономерностей формирования устойчивости

растений при низкой температуре……………………………………………..14

3.4 Исследование основных закономерностей формирования устойчивости

растений при хлоридном засолении почвы……………………………………15

3.5 Исследование основных закономерностей формирования устойчивости

растений при недостаточном количестве света……………………………….16

3.6 Влияние гиббереллинов на устойчивость растений при воздействии

неблагоприятных факторов среды……………………………………………..17

3.7 Влияние ауксинов на устойчивость растений при воздействии

неблагоприятных факторов среды……………………………........…………..18

3.8 Исследование действия цитокинина на формирование новой

почки……………………………………………………………………………. 19

4. Выводы………………………………………………………………………….. 20

5. Приложения…………………………………………………………………… 21

6. Список литературы…………………………………………………………… 29

Page 3: МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ КОНКУРС НАУЧНО …mgk.olimpiada.ru/media/work/22188/Ростовые_вещества_как... · МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ

Аннотация.

Существование мира было бы невозможно без растений, которые играют

важную роль в жизни нашей планеты. В природе растения постоянно

подвергаются воздействию неблагоприятных факторов, которые нарушают их

процессы жизнедеятельности и могут привести их к гибели. В каждом растении

есть соединения, которые регулируют их рост, обеспечивают защитную функцию

от влияния негативных факторов окружающей среды. Эти соединения называют

фитогормонами, или ростовыми веществами. Может ли человек с помощью

фитогормонов помочь адаптироваться растению, находящемуся под воздействием

неблагоприятных факторов? В данной работе было изучено влияние

фитогормонов на формирование устойчивости растений при различных

стрессовых ситуациях, была определена оптимальная концентрация

фитогормонов для изучения механизмов формирования устойчивости. В

результате проведенных исследований было установлено, что ростовые вещества

играют огромную роль в адаптивных реакциях, способствующих формированию

устойчивости растений. Но важна оптимальная концентрация веществ: в слабой

концентрации ростовые вещества практически не оказывают никакого

существенного влияния на растение, а в большой концентрации способны

совершить отравляющее действие на растение и блокировать многие процессы

его жизнедеятельности.

Page 4: МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ КОНКУРС НАУЧНО …mgk.olimpiada.ru/media/work/22188/Ростовые_вещества_как... · МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ

1

Ростовые вещества как регуляторы устойчивости растений при

стрессовых ситуациях.

Введение.

Царствo растений oчень таинственнoе и разнooбразнoе. На прoтяжении

нескoльких векoв генетики, физиoлoги и селекциoнеры изучали жизненные

прoцессы растений. Наибoлее слoжные прoблемы, связанные с увеличением

урΟжайнoсти, его качества, мoгут быть решены, кoгда челoвек научится

кoнтрoлирoвать жизнь растений и oбнаружит закoны их рoста и развития.

Пoэтoму ученые уделяют oсобое внимание изучению роста растений. Известно,

что для этого процесса растению нужны ростовые вещества или, как их ещё

называют, фитогормоны.

Растения постоянно подвергаются воздействию различных неблагоприятных

факторов, таких как: перепады температуры, загрязнение окружающей среды

тяжелыми металлами, засоление почв, недостаток света и влаги.

Люди, по мере развития технологий, все больше влияют на окружающую

среду. Эта тенденция стала особенно обнаруживаться в последние двести лет:

широко распространённый индустриализм привел к загрязнению окружающей

среды опасному для человечества.

Глобальное изменение климата, загрязнение воздуха, разрушение озонового

слоя Земли, загрязнение воды, тепловое и нефтяное загрязнение вод - все эти

факторы подвергают растения серьезным испытаниям в процессе их

жизнедеятельности. По этой причине, проблема устойчивости растений к

неблагоприятным факторам окружающей среды является актуальной. В

большинстве стран мира эта проблема активно исследуется и на данный момент

собрано огромное количество материала для изучения данного вопроса.

Но, несмотря на успехи, которые учёные достигли в данной области, эта тема

ещё далеко не окончательно решена.

Исследования показывают, что формирование выносливости растений к

стрессовым ситуациям представляет собой сложный многокомпонентный

процесс, включающий как специфические, так и неспецифические реакции.

Page 5: МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ КОНКУРС НАУЧНО …mgk.olimpiada.ru/media/work/22188/Ростовые_вещества_как... · МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ

2

Неспецифические реакции включают в себя изменение баланса фитогормонов

растений (ростовых веществ).

Актуальность проблемы.

Ростовые вещества принимают активное участие в регуляции

физиологических, биологических и химических процессов в растениях, играют

решающую роль не только в морфогенетических и ростовых процессах, но и в

приспособительных реакциях, связанных с воздействием неблагоприятных

факторов. Поэтому изучение участия фитогормонов в процессе формирования

устойчивости при различных неблагоприятных условиях окружающей среды

является главным аспектом данной работы.

Объект и предмет исследования.

Объектом исследования данной работы является растение семейства бобовых

(горох). Предмет исследования – фитогормоны, их действие на растение в период

воздействия неблагоприятных факторов.

Цели и задачи работы.

Целью данной работы является изучение влияния фитогормонов на

формирование устойчивости растений при стрессовых ситуациях.

Для достижения намеченной цели были поставлены следующие задачи:

1. Изучить влияние различных концентраций фитогормонов (гиббереллина и

индолилуксусной кислоты) на рост колеоптилей зерновых культур на примере

овса.

2. Определить оптимальную концентрацию фитогормонов (гиббереллина и

индолилуксусной кислоты) для изучения механизмов формирования устойчивости.

3. Исследовать основные закономерности формирования устойчивости растений

при низкой температуре.

Page 6: МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ КОНКУРС НАУЧНО …mgk.olimpiada.ru/media/work/22188/Ростовые_вещества_как... · МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ

3

4. Исследовать основные закономерности формирования устойчивости растений

при хлоридном засолении почвы.

5. Исследовать основные закономерности формирования устойчивости при

недостаточном количестве света.

6. Установить влияние гиббереллинов на устойчивость растений при

воздействии неблагоприятных факторов среды.

7. Установить влияние ауксинов на устойчивость растений при воздействии

неблагоприятных факторов среды.

8. Исследовать действие цитокининов на формирование нового зачаточного

побега.

Гипотеза.

Фитогормоны играют большую роль в адаптации растений при воздействии

неблагоприятных факторов окружающей среды.

Основная часть.

Фитогормоны - соединения, с помощью которых осуществляется

взаимодействие клеток, тканей и органов и которые в малых количествах

необходимы для запуска и регуляции физиологических и морфогенетических

программ растений. Это вырабатываемые самыми растениями компоненты,

которые регулируют их рост, обеспечивают защитную функцию от негативных

внешних факторов воздействия.

Химическая основа действия фитогормонов в растительных клетках еще

недостаточно изучена. Предполагается, что одна из точек приложения их

действия близка к гену и фитогормоны стимулируют образование специфичной

информационной РНК. Эта РНК, в свою очередь, участвует в качестве

посредника в синтезе специфичных ферментов – соединений белковой природы,

контролирующих биохимические и физиологический процессы. Большинство

фитогормонов представляют собой слабые кислоты.

Page 7: МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ КОНКУРС НАУЧНО …mgk.olimpiada.ru/media/work/22188/Ростовые_вещества_как... · МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ

4

Способность гормонов регулировать рост растений проявляется в опытах с

культурами растительных тканей. Если выделить из растения живые клетки,

сохранившие способность делиться, то при наличии необходимых питательных

веществ и гормонов они начнут активно расти. Но если при этом правильное

соотношение различных гормонов не будет в точности соблюдено, то рост

окажется неконтролируемым и получится клеточная масса, напоминающая

опухолевую ткань, то есть полностью лишенная способности к дифференцировке

и формированию структур. В то же время, надлежащим образом изменяя

соотношение и концентрации гормонов в культуральной среде, можно вырастить

из одной единственной клетки целое растение с корнями, стеблем и всеми

прочими органами.

Общие черты Фитогормонов:

- это сравнительно низкомолекулярные органические соединения;

- свое действие проявляют в очень низких концентрациях (примерно

10 —10 моль/л);

- образуются в одной части растения, а действуют в другой, куда

транспортируются;

- регулируют крупные морфогенетические и физиологические программы и

подпрограммы растений;

Каждая клетка способна синтезировать все группы гормонов.

Физиологическое действие фитогормонов на растение зависит от следующих

факторов:

- особенностей растительного объекта, определяющих его восприимчивость к

фитогормону;

- концентрации фитогормона - оптимальная концентрация активирует

физиологический процесс в растении, а повышенная концентрация ингибирует

физиологический процесс;

- взаимодействия одного фитогормона с другими;

Page 8: МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ КОНКУРС НАУЧНО …mgk.olimpiada.ru/media/work/22188/Ростовые_вещества_как... · МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ

5

- обеспеченности растительного объекта необходимым минеральным и

углеродным питанием;

- соотношения факторов внешней среды (таких как вода, температура, свет),

создающих необходимые условия для действия фитогормонов.

В слабой концентрации ростовые вещества практически не оказывают

никакого существенного влияния на растение, а в большой концентрации

способны совершить отравляющее действие на растение и блокировать многие

процессы его жизнедеятельности.

Выделяют пять основных групп ростовых веществ:

1. ауксины

2. гиббереллины

3. цитокинины

4. абсцизины

5. этилен.

Ауксины

Ауксины – это вещества, стимулирующие растяжение клеток растений.

Первые опыты, которые привели к открытию этих веществ, были проделаны

еще Дарвином, однако химическая природа их еще не была определена. Ауксины

были обнаружены в верхушках первых трубчатых листьях злаковых растений,

появляющихся при прорастании семян (колеоптилях). Сам ауксин был сначала

выделен Кёглем из мочи человека, и лишь потом, найден в растениях.

Ауксины — соединения преимущественно индольной природы: индолил-3-

уксусная кислота (ИУК) и ее производные.

Структурная формула ИУК:

Ауксины вырабатываются и накапливаются в высоких концентрациях в

Page 9: МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ КОНКУРС НАУЧНО …mgk.olimpiada.ru/media/work/22188/Ростовые_вещества_как... · МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ

6

верхушечных меристемах (конусах нарастания побега и корня), то есть в тех

местах, где клетки особенно быстро делятся. Отсюда они перемещаются в другие

части растений. Нанесенные на срез стебля ауксины ускоряют образование

корней у черенков. Но в чрезмерно больших дозах они подавляют

корнеобразование. Вообще чувствительность к ауксинам у тканей корня

значительно выше, чем у тканей стебля, так что дозы этих гормонов, наиболее

благоприятные для роста стебля, обычно замедляют корнеобразование. Это

различие в чувствительности объясняет, почему верхушка горизонтально

лежащего побега проявляет отрицательный геотропизм, то есть изгибается

кверху, а кончик корня – положительный геотропизм, то есть изгибается к земле.

Когда под действием силы тяжести ауксин скапливается на нижней стороне

стебля, клетки этой нижней стороны растягиваются сильнее, чем клетки верхней

стороны, и растущая верхушка стебля изгибается кверху. По-другому действует

ауксин на корень. Скапливаясь на нижней его стороне, он подавляет здесь

растяжение клеток. По сравнению с ними клетки на верхней стороне

растягиваются сильнее, и кончик корня изгибается к земле.

Ауксины ответственны за фототропизм – ростовые изгибы органов в ответ на

одностороннее освещение. Поскольку под действием света распад ауксина в

меристемах ускоряется, клетки на затененной стороне растягиваются сильнее,

чем на освещенной, что заставляет верхушку побега изгибаться по направлению к

источнику света.

Также ауксины влияют на пол образующегося цветка, на рост и

формирование пыльцевой трубки.

Так называемое апикальное доминирование – явление, при котором

присутствие верхушечной почки не дает пробуждаться боковым почкам – тоже

зависит от ауксинов. Результаты исследований позволяют считать, что ауксины в

той концентрации, в какой они накапливаются в верхушечной почке, заставляют

верхушку стебля расти, а перемещаясь вниз по стеблю, они тормозят рост

боковых почек.

Page 10: МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ КОНКУРС НАУЧНО …mgk.olimpiada.ru/media/work/22188/Ростовые_вещества_как... · МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ

7

Природный ауксин применяется в сельском хозяйстве значительно реже, чем

синтетические ауксины. Дело в том, что ИУК под действием ферментов растения

непрерывно разрушается, тогда как синтетические соединения не подвержены

ферментативному разрушению, и потому малые их дозы способны вызывать

заметный и долго сохраняющийся эффект.

Гиббереллины

Гиббереллин - мощный гормон роста растений природного происхождения,

который регулирует удлинение стебля, прорастание семян, цветение.

Характер воздействия:

- Способствует удлинению клеток и стеблей, увеличению высоты растений;

- Способствует ускорению роста физиологических процессов растений;

- Стимулирует процесс пробуждения и прорастания семян, луковиц, клубней;

- Стимулирует начало цветения;

- Способствует плодообразованию и развитию плодов;

- Улучшает развитие растений в неблагоприятных условиях.

Японский исследователь Е. Куросава в 1926 году установил, что культурная

жидкость фитопатогенного гриба Gibberella fujikuroi содержит химическое

вещество, способствующее сильному вытягиванию стеблей у растений. Т. Ябута

в 1938 году выделил это вещество в кристаллическом виде и назвал его

гиббереллином. В 1954 году англичанин Б. Кросс расшифровал структуру

гибберелловой кислоты:

К 1965 было идентифицировано 13 молекулярных форм гиббереллинов,

очень сходных химически, но весьма различающихся по своей биологической

активности. Среди синтетических гиббереллинов чаще всего применяется

вырабатываемая микробиологической промышленностью гибберелловая кислота.

Page 11: МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ КОНКУРС НАУЧНО …mgk.olimpiada.ru/media/work/22188/Ростовые_вещества_как... · МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ

8

Важный физиологический эффект гиббереллинов – ускорение роста

растений. Известна, например, генетическая карликовость у растений, при

которой резко укорочены междоузлия (участки стебля между узлами, от которых

отходят листья). Как выяснилось, это связано с тем, что у таких растений

генетически заблокировано образование гиббереллинов в процессе метаболизма.

Если, однако, ввести в них гиббереллины извне, то растения будут расти и

развиваться нормально.

Многим двулетним растениям для того, чтобы выбросить стрелку и зацвести,

требуется в течение определенного времени пребывание либо при низкой

температуре, либо на коротком дне, а иногда и то и другое. Обработав такие

растения гибберелловой кислотой, их можно заставить зацвести в условиях, при

которых возможен только вегетативный рост.

Подобно ауксинам, гиббереллины способны вызывать партенокарпию. В

Калифорнии их регулярно применяют для обработки виноградников. В

результате такой обработки грозди получаются более крупными и лучше

сформированными.

Во время прорастания семян решающую роль играет взаимодействие

гиббереллинов и ауксинов. После набухания семени в зародыше синтезируются

гиббереллины, которые индуцируют синтез ферментов, ответственных за

образование ауксина. Гиббереллины также ускоряют рост первичного корешка

зародыша в то время, когда под влиянием ауксина оболочка семени разрыхляется

и зародыш растет. Первым из семени появляется корешок, а за ним и само

растеньице. Высокие концентрации ауксина вызывают быстрое удлинение

стебелька зародыша, и, в конце концов верхушка проростка пробивает почву.

Цитокинины.

Гормоны, известные как цитокинины стимулируют не растяжение, а деление

клеток. Цитокинины образуются в корнях и отсюда поступают в побеги. Также

они синтезируются в молодых листьях и почках. Идея о существовании

специфических веществ, необходимых для деления клеток, появилась давно, еще

в XVIII в. Однако экспериментально их действие было обнаружено Габерландтом

Page 12: МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ КОНКУРС НАУЧНО …mgk.olimpiada.ru/media/work/22188/Ростовые_вещества_как... · МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ

9

гораздо позднее — в 1923 г. И только совсем недавно в 1957 г. это вещество было

выделено американскими учеными Ф. Скугом и К. Миллером. Согласно

строению молекулы, оно известно как 6-фурфуриламинопурин, но по своей

способности активизировать деление клеток было названо кинетином.

Структурная формула цитокининов:

Больше всего цитокининов содержится в растущих корнях, развивающихся

семенах и плодах, причем особенно много их в тех участках, где интенсивно

протекают клеточные деления. Однако они действуют так только в присутствии

ауксинов. Под их действием индуцируется закладка стеблевых почек, они

стимулируют прорастание семян. Одно из интереснейших свойств цитокининов –

их способность задерживать нормальные процессы старения листьев. Если

отделить лист от растения, то он обычно быстро стареет, то есть утрачивает

зеленую окраску (хлорофилл), белки и нуклеиновые кислоты. Если же нанести на

какой-либо участок листа каплю кинетина, то в этом месте в окружении

отмирающих тканей сохранится зеленый островок активной ткани.

Абсцизовая кислота (АБК).

Существуют фитогормоны, основное физиологическое свойство которых

заключается не в стимулировании, а в подавлении роста. Один из них был

выделен в 1961 г. из сухих зрелых плодов хлопчатника в кристаллической форме,

позднее подобные вещества были найдены также в других объектах. Они

получили общее название абсцизинов, а основное из них - абсцизовой кислоты

(АБК).

Page 13: МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ КОНКУРС НАУЧНО …mgk.olimpiada.ru/media/work/22188/Ростовые_вещества_как... · МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ

10

Структурная формула АБК.

Абсцизовая кислота обладает способностью блокировать действия других

стимуляторов роста. Это соединение иногда рассматривают как общий генный

репрессор, подготавливающий растение к состоянию покоя. Синтез абсцизовой

кислоты происходит в условиях осеннего освещения «короткий день-длинная

ночь».

Абсцизовая кислота переводит растения в состояние покоя. При созревании

плодов ее количество резко увеличивается, она вызывает опадение листьев и

плодов, увядание. Важно свойство абсцизовой кислоты – влияние на устьичный

аппарат растений: обработка растений АБК (закрытие устьиц) помогает им

противостоять засухе. Высокие концентрации АБК полностью останавливают

рост растений.

Этилен.

Фитогормон этилен представлен одним индивидуальным веществом.

Физиологическое действие этилена на растения было открыто сравнительно

давно - в 1901 году, но только в 60-е годы он стал рассматриваться как

фитогормон. В 1934 году доказан его синтез в растениях. В обычных

температурных условиях это бесцветный газ со слабым запахом.

Структурная формула этилена:

Этилен образуют очень многие, а, возможно, и все органы растений. Это

единственный газообразный регулятор роста, который имеет основные признаки

Page 14: МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ КОНКУРС НАУЧНО …mgk.olimpiada.ru/media/work/22188/Ростовые_вещества_как... · МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ

11

фитогормона: в низких концентрациях он стимулирует физиологические

процессы, содержание его в тканях растения регулируется скоростью синтеза,

при этом избыток газа свободно диффундирует в среду.

Этилен тормозит деление клеток, удлинение проростков, останавливает рост

листьев (у двудольных), изменяет направление роста клеток с продольного на

поперечное, что приводит к уменьшению длины и утолщению стебля. Ускоряет

опадание листьев и плодоэлементов, это проявляется прежде всего в специ-

ализированных клетках, участвующих в формировании отделительного слоя,

ускоряет созревание плодов и используется для дозревания плодов в специальных

камерах. При локальном повреждении растение образует так называемый

«стрессовый этилен», который способствует отторжению поврежденных тканей.

Способствует смещению пола растений в женскую сторону. Выделение этилена

различными органами растения значительно возрастает при действии различных

неблагоприятных факторов (температуры, недостатка воды, болезни,

механических повреждениях, различных химических агентов).

Практическая часть.

В данной работе особое внимание уделялось действию фитогормонов в

формировании устойчивости растений в начальный период действия

неблагоприятных факторов. Результаты ряда исследований указывают на то, что

именно в этот период в клетках и тканях растительного организма могут

происходить весьма важные, если не главные, события, во многом

предопределяющие весь последующий ход формирования устойчивости.

Исследования формирования устойчивости растений, помещенных в

неблагоприятные условия, проводились на ростках гороха сорта «Алтайский

изумруд». Данный сорт низкорослый, в длину достигает 35-45 см. Семена гороха

для проращивания, поделенные на три части, замачивались в растворах:

гиббереллина, индолилуксусной кислоты и обычной воде. Пророщенные семена

посажены в горшочки с землей. Результаты прорастания семян гороха под

воздействием разных растворов представлены в приложении 1.

Page 15: МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ КОНКУРС НАУЧНО …mgk.olimpiada.ru/media/work/22188/Ростовые_вещества_как... · МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ

12

Через два дня, когда ростки гороха проклюнулись из земли, растения были

помещены в следующие неблагоприятные условия:

1. 3 горшка помещены в темное теплое место.

2. 3 горшка помещены в термостат с температурой 2 ºС.

3. 6 горшков поместили в нормальные условия (температура 20-22 ºС,

нормальное освещение), но в землю добавили концентрированный раствор

хлорида натрия.

4. Для контроля 3 горшка оставили в нормальных условиях.

1. Влияние различных концентраций фитогормонов (гиббереллина и

индолилуксусной кислоты) на рост колеоптилей зерновых культур (на

примере овса).

Цель эксперимента: изучить влияние различных концентраций гиббереллина

и индолилуксусной кислоты на рост колеоптилей овса. Этот рост зависит от

солнечного света, поэтому эксперимент надо проводить при очень слабом

освещении. Источником энергии для роста колеоптилей является сахароза в

растворе. Чтобы исключить влияние на рост ауксинов, образующихся в

колеоптилях, их верхушки, длиной 3 мм, удаляют.

Материалы и оборудование для эксперимента:

- Проростки овса с колеоптилями длиной не менее 1,5 см.

[Необходимо замочить в воде 100 зерен овса, оставить их на ночь.

Замоченные семена переложить на фильтрованную бумагу в чашки Петри,

накрыть ее алюминиевой фольгой и поставить в темное место на 5 суток при

температуре 20ºС. Для того, чтобы получить 60 колеоптилей, необходимых для

каждого опыта, следует замачивать не менее 100 зерен, так как некоторые из них

могут не прорасти].

- 6 пробирок в штативе;

- 6 чашек Петри с крышками;

- Фильтрованная бумага;

- 5 градуированных пипеток на 5 мл;

- Мерный цилиндр на 25 мл;

Page 16: МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ КОНКУРС НАУЧНО …mgk.olimpiada.ru/media/work/22188/Ростовые_вещества_как... · МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ

13

- Лезвие;

- Кисточка;

- 2% раствор сахарозы;

- дистиллированная вода;

- Маточный раствор гиббереллина и индолилуксусной кислоты.

[гиббереллин и индолилуксусная кислота плохо растворимы в воде, поэтому

их сначала растворяют в этаноле. 1 г. веществ помещают в 2 мл этанола, а затем

добавляют 900 мл дистиллированной воды.

Полученный раствор нагревают до 80ºС, выдерживают при этой температуре

5 минут и доводят объем дистиллированной водой до 1 литра. Количество

растворов готовится в соответствии с тем, сколько его нужно для опыта].

Методика эксперимента:

1. 6 пробирок и 6 чашек Петри пронумеровать от 1 до 6;

2. В каждую пробирку налить по 18 мл 2% раствора сахарозы;

3. Используя чистую пипетку на 5 мл, добавить 2 мл раствора

гибберелина в пробирку 1 и тщательно перемешать;

4. С помощью другой пипетки перенести 2 мл раствора гибберелина из

пробирки 1 в пробирку 2 и тщательно перемешать содержимое пробирки 2;

5. Беря каждый раз новую пипетку, переносить 2 мл раствора

гибберелина из пробирки 2 в пробирку 3, перемешать; затем 2 мл из пробирки 3 в

пробирку 4, перемешать; и, наконец, 2 мл раствора из пробирки 4 в пробирку 5;

6. В пробирку 6 добавить 2 мл дистиллированной воды;

7. Перенести растворы из пробирок 1- 6 в чашки Петри 1- 6;

8. Фрагменты колеоптиля длиной 10 мм (из 60 проростков овса)

вырезать лезвием на расстоянии 2 мм от их верхушек;

9. С помощью кисточки перенести по 10 фрагментов колеоптилей в

каждую чашку Петри, следя за тем, чтобы не происходило перекрестного

смешивания;

Page 17: МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ КОНКУРС НАУЧНО …mgk.olimpiada.ru/media/work/22188/Ростовые_вещества_как... · МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ

14

10. Чашки Петри накрыть фольгой и выдерживать их пять суток в

темноте при температуре 20-25 ºС;

По такой же методике проводят эксперимент с раствором индолилуксусной

кислоты.

Результаты эксперимента представлены в приложении 2.

2. Определение оптимальной концентрации фитогормонов

(гиббереллина и индолилуксусной кислоты) для изучения механизмов

формирования устойчивости.

1. По истечении 5 суток необходимо как можно точнее измерить длину

колеоптилей в каждой чашке Петри;

2. Отбросив максимальное и минимальное величины, определить среднюю

длину колеоптиля для каждой чашки Петри;

Зависимость средней длины колеоптиля от концентрации гиббереллина и

индолилуксусной кислоты представлена в графиках в приложении 3.

3. Исследование основных закономерностей формирования

устойчивости растений при низкой температуре.

Температура играет роль фактора, лимитирующего рост и развитие растений,

так как влияет на скорость деления клеток, интенсивность фотосинтеза и другие

метаболические процессы. От температуры зависят темновые реакции

фотосинтеза, а они в свою очередь дают начало различным метаболическим

путям.

Понижение температуры приводит к замедлению всех процессов,

сопровождается ослаблением фотосинтеза, торможением образования

органических веществ, дыхания, транспирации.

Основная причина повреждающего действия низкой положительной

температуры на теплолюбивые растения — нарушение функциональной

активности мембран из-за перехода насыщенных жирных кислот из

жидкокристаллического состояния в гель. В результате, с одной стороны,

Page 18: МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ КОНКУРС НАУЧНО …mgk.olimpiada.ru/media/work/22188/Ростовые_вещества_как... · МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ

15

повышается проницаемость мембран для ионов, а с другой — увеличивается

энергия активации ферментов, связанных с мембраной. Скорость реакций,

катализируемых мембранными ферментами, снижается после фазового перехода

быстрее, чем скорость реакций, связанных с растворимыми энзимами. Все это

приводит к неблагоприятным сдвигам в обмене веществ, резкому возрастанию

количества эндогенных токсикантов, а при длительном действии низкой

температуры - к гибели растения. В связи с этим было проведено исследование,

влияют ли фитогормоны, а именно гиббереллин и индолилуксусная кислота на

рост и жизнедеятельность растений в данных условиях.

3 горшочка с пророщенным горохом были помещены в термостат при

температуре 2ºС. Ростки гороха были примерно одной длины. Через каждые два

дня проводилась поливка ростков гороха по следующей схеме:

- первый горшок поливали раствором гиббереллина;

- второй горшок поливали раствором индолилуксусной кислоты;

- третий горшок поливали обычной водой.

Изменения в росте растений стали заметны уже на пятый день после первой

поливки.

Растения находись при низкой температуре в течение 60 суток.

Результаты исследования представлены в приложении 4.

1. Исследование основных закономерностей формирования

устойчивости растений при хлоридном засолении почвы.

Избыточная концентрация солей оказывает как осмотическое действие,

нарушающее нормальное водоснабжение растений, так и токсическое, вызывая

отравления. В частности, отравление возникает в результате резкого нарушения

азотного обмена и накопления продуктов распада белков. Если растительная

клетка контактирует раствором, водный потенциал которого ниже, чем у ее

содержимого (например, с концентрированным раствором хлорида натрия), то

вода будет выходить из нее за счет осмоса через плазмалемму. Сначала воды

станет меньше в цитоплазме, а затем и в вакуоли, откуда она выйдет сквозь

тонопласт. Протопласт, то есть живое содержимое растительной клетки,

Page 19: МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ КОНКУРС НАУЧНО …mgk.olimpiada.ru/media/work/22188/Ростовые_вещества_как... · МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ

16

окруженное клеточной стенкой, спадется и отойдет от этой клетки, как бы

сжавшись внутри нее. Этот процесс называется плазмолизом, а клетка в таком

состоянии плазмолизированной. В этот момент клетка теряет тургор, то есть

становится вялой. Вода будет покидать протопласт до тех пор, пока его

содержимое по водному потенциалу не сравняется с окружающим раствором.

Тогда установится равновесное состояние, и спадение протопласта прекратится.

Сильное засоление замедляет синтез белков, подавляет процессы

роста. Непосредственное действие солей на ростовые процессы растений

проявляется в большей степени в торможении растяжения клеток, чем на их

делении.

В связи с этим было проведено исследование, влияют ли фитогормоны, а

именно гиббереллин и индолилуксусная кислота на рост и жизнедеятельность

растений в данных условиях.

6 горшочков с пророщенным горохом были обработаны раствором хлорида

натрия (3 – слабым раствором, 3 – более концентрированным). Через каждые два

дня проводилась поливка ростков гороха по следующей схеме:

- два горшка, обработанные разными концентрациями хлорида натрия,

поливали раствором гиббереллина;

- два горшка, обработанные разными концентрациями хлорида натрия,

поливали раствором индолилуксусной кислоты;

- два горшка, обработанные разными концентрациями хлорида натрия,

поливали обычной водой.

Изменения в росте растений стали заметны уже на третий день после первой

поливки.

Растения росли в засоленной почве в течение 60 суток.

Результаты исследования представлены в приложении 5.

2. Исследование основных закономерностей формирования

устойчивости растений при недостаточном количестве света.

Растения используют свет двумя путями: как энергетический ресурс

(источник энергии для синтеза органических веществ – фотосинтез) и как сигнал

Page 20: МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ КОНКУРС НАУЧНО …mgk.olimpiada.ru/media/work/22188/Ростовые_вещества_как... · МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ

17

или источник информации. Свет оказывает большое влияние на темпы и характер

роста, как отдельных органов, так и растительного организма в целом. Растения,

выращенные в темноте, характеризуются рядом анатомических и

морфологических особенностей. В отсутствие света происходит упрощение

анатомической структуры стебля. Слабо развиваются ткани центрального

цилиндра, механические ткани. Вместе с тем растяжение клеток в темноте идет

очень интенсивно. В результате образуются длинные, вытянутые стебли. Листья

редуцированы, у двудольных растений вместо листовой пластинки образуются

лишь небольшие чешуйки. Этиолированные проростки имеют слегка желтоватый

оттенок. Вытягивание стебля в отсутствие света является следствием отсутствия

ингибиторов роста. В темноте образуется много ауксинов. Нарушение

соотношения ауксинов и ингибиторов вызывает несбалансированный рост.

В связи с этим было проведено исследование, влияют ли фитогормоны, а

именно гиббереллин и индолилуксусная кислота на рост и жизнедеятельность

растений при отсутствии света.

3 горшочка с пророщенным горохом были помещены в темное, теплое место.

Ростки гороха были примерно одной длины. Через каждые два дня проводилась

поливка ростков гороха по следующей схеме:

- первый горшок поливали раствором гиббереллина;

- второй горшок поливали раствором индолилуксусной кислоты;

- третий горшок поливали обычной водой.

Изменения в росте растений стали заметны уже на следующий день после

первой поливки.

Растения находись в темном месте в течение 60 суток.

Результаты всего исследования представлены в приложении 6.

3. Влияние гиббереллинов на устойчивость растений при

воздействии неблагоприятных факторов среды.

На основании проведенных экспериментов с использованием гиббереллина в

различных неблагоприятных условиях было установлено следующее.

Page 21: МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ КОНКУРС НАУЧНО …mgk.olimpiada.ru/media/work/22188/Ростовые_вещества_как... · МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ

18

При низкой температуре: происходит вытягивание стебля, но не

стремительное, стебель нормальный, зеленого цвета, листьев много, корневая

система развита хорошо.

При отсутствии света: происходит стремительное удлинение стебля

растения, стебель тонкий и бледно-зеленого цвета, листьев мало, но корневая

система развита хорошо.

При засолении почвы: при обработке почвы концентрированным раствором

хлорида натрия растение погибает. При обработке почвы умеренным раствором

хлорида натрия стебель нормальный, цвет стебля зеленый, листьев немного,

корневая система развита хорошо.

При нормальных условиях: происходит стремительное вытягивание стебля,

растение вырастает в два раза длиннее, чем должно вырасти, стебель зеленый,

листьев много, корневая система развита хорошо.

7. Влияние ауксинов на устойчивость растений при воздействии

неблагоприятных факторов среды.

При низкой температуре: происходит равномерное вытягивание стебля,

стебель нормальный, зеленого цвета, листьев много, корневая система развита

слабо.

При отсутствии света: происходит стремительное удлинение стебля

растения, стебель тонкий и бледно-зеленого цвета, листьев мало, корневая

система развита слабо.

При засолении почвы: при обработке почвы концентрированным раствором

хлорида натрия растение погибает. При обработке почвы умеренным раствором

хлорида натрия стебель нормальный, цвет стебля зеленый, листьев немного,

корневая система развита слабо.

При нормальных условиях: происходит стремительное вытягивание стебля,

растение вырастает практически в два раза длиннее, чем должно вырасти, стебель

зеленый, листьев много, корневая система развита слабо (приложение 7).

Page 22: МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ КОНКУРС НАУЧНО …mgk.olimpiada.ru/media/work/22188/Ростовые_вещества_как... · МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ

19

8. Исследование действия цитокинина на формирование новой почки

(на примере орхидеи).

Цитокинины пробуждают спящие почки и способствуют заложению новых.

Для стимулирования образования новых отростков на орхидее в данном

эксперименте использовалась цитокининовая паста.

Главным условием для проведения эксперимента является наличие цветоноса

на растении. Орхидею необходимо внимательно рассмотреть для выбора почки.

Чтобы получить гарантированный результат необходимо использовать верхнюю

или крайнюю нижнюю почку. Все действия должны проводиться в перчатках с

использованием стерильных инструментов. У выбранной почки следует

аккуратно подрезать ножницами покрывающую ее чешуйку. Все нужно делать

очень аккуратно, чтобы почка не повредилась, и не повредился стебель

цветоноса. Часть чешуйки убрать с помощью пинцета. Под чешуйкой будет

светло-зеленая почка. На нее необходимо зубочисткой нанести тонкий слой

цитокининовой пасты. Можно аккуратно сделать несколько царапин на почке,

чтобы стимулировать проникновение вещества во внутрь почки. После

проведения данной процедуры, орхидею необходимо поместить в тёплое светлое

место, обеспечив высокую влажность воздуха и минимизировав перепады

температур. Растение следует поливать в обычном режиме и регулярно удобрять.

Цветонос появился на десятый день после проведения обработки, а цветок

сформировался на двадцатый день (приложение 8).

Выводы.

На основании проведенных экспериментов можно сделать вывод, что

фитогормоны активно участвуют в формировании устойчивости растений к

действию неблагоприятных факторов. Очевидно, что при адаптации растений в

стрессовой ситуации существовавший до этого гормональный баланс изменяется

и устанавливается новый, который способствует созданию в клетках и тканях

наиболее благоприятных условий для осуществления процессов, связанных с

адаптацией.

Page 23: МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ КОНКУРС НАУЧНО …mgk.olimpiada.ru/media/work/22188/Ростовые_вещества_как... · МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ

20

Характер реакции растений при воздействии неблагоприятных факторов

зависит от их интенсивности и продолжительности: в невысоких дозах указанные

стрессоры вызывают увеличение устойчивости, а в более высоких дозах -

снижение устойчивости, повреждение и гибель растений.

Таким образом, фитогормоны вносят важный вклад в физиолого-

биохимические механизмы перестройки клеток, происходящей уже в начальный

период действия неблагоприятных факторов, а, следовательно, наряду с

генетической системой, играют огромную роль в адаптивных реакциях,

способствующих формированию устойчивости растений.

Гипотеза, озвученная в начале работы, подтверждена.

Page 24: МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ КОНКУРС НАУЧНО …mgk.olimpiada.ru/media/work/22188/Ростовые_вещества_как... · МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ

21

Приложение 1.

Page 25: МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ КОНКУРС НАУЧНО …mgk.olimpiada.ru/media/work/22188/Ростовые_вещества_как... · МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ

22

Приложение 2.

Page 26: МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ КОНКУРС НАУЧНО …mgk.olimpiada.ru/media/work/22188/Ростовые_вещества_как... · МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ

23

Приложение 3.

Оптимальная концентрация гиббереллина – 5 мкг.

Оптимальная концентрация ауксина – 8 мкг.

Концентрация гиббереллина и ауксина выражена в частях на миллион (млн.¹־) (1 г/л=1000 млн.¹־).

Page 27: МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ КОНКУРС НАУЧНО …mgk.olimpiada.ru/media/work/22188/Ростовые_вещества_как... · МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ

24

Приложение 4.

Рост растений при низкой температуре.

Дата Гиббереллин (см) Ауксин (см) Обычные полив

(см)

03.10.18 2 2 2

06.10.18 2 2 3

09.10.18 2,5 3 4,5

12.10.18 4 4,5 6

15.10.18 5,75 5,25 7,75

18.10.18 8,25 7 8,5

21.10.18 10 9 9

23.10.18 12,75 11,75 11,5

27.10.18 14 13,75 12,75

30.10.18 15,5 15,25 13,25

02.11.18 17 16,75 14

05.11.18 19,25 18 14,75

08.11.18 21 21,75 16

11.11.18 24 23 17,25

14.11.18 26,25 25,75 18

17.11.18 29 28,75 18,5

20.11.18 30,75 30,25 19,25

23.11.18 31,25 31,75 20

27.11.18 32 33 20

30.11.18 33 34 20

Page 28: МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ КОНКУРС НАУЧНО …mgk.olimpiada.ru/media/work/22188/Ростовые_вещества_как... · МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ

25

Приложение 5.

Рост растений при засоленной почве.

Дата Гиббереллин (см) Ауксин (см) Обычный полив

(см)

03.10.18 2 2 2

06.10.18 3,75 3 2

09.10.18 5,25 3,75 3

12.10.18 6 5 3,5

15.10.18 7,75 6,25 4

18.10.18 8,50 7 5,5

21.10.18 10 8,25 6

23.10.18 12,5 9,5 7,25

27.10.18 14 11 7,75

30.10.18 16,25 12,5 8,5

02.11.18 18 14 9,75

05.11.18 20,25 15,75 10

08.11.18 23 17 11

11.11.18 25,75 18,25 11,75

14.11.18 26 20,5 13

17.11.18 27,25 22 14,5

20.11.18 29 23,75 15

23.11.18 30,25 24,5 16

27.11.18 31 25 16,3

30.11.18 32 26 16,5

Page 29: МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ КОНКУРС НАУЧНО …mgk.olimpiada.ru/media/work/22188/Ростовые_вещества_как... · МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ

26

Приложение 6.

Рост растений недостаточном количестве света.

Дата Гиббереллин (см) Ауксин (см) Обычный полив

(см)

03.10.18 2 2 2

06.10.18 5,25 4 3

09.10.18 10 4,25 3

12.10.18 15,25 5,75 4,25

15.10.18 16 7 5,25

18.10.18 17,5 9,25 6

21.10.18 22 12 7,25

23.10.18 26,75 15,75 8

27.10.18 29 17 8,5

30.10.18 31,75 19,75 10

02.11.18 33 22 10,25

05.11.18 36,5 24,5 11

08.11.18 40,75 29 11,5

11.11.18 45,5 33,75 13,75

14.11.18 50,25 37 15,25

17.11.18 56 40,25 17,5

20.11.18 62,25 44,5 18,25

23.11.18 66,5 49 20,5

27.11.18 71,75 53,75 21,75

30.11.18 73 58 22,5

Page 30: МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ КОНКУРС НАУЧНО …mgk.olimpiada.ru/media/work/22188/Ростовые_вещества_как... · МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ

27

Приложение 7.

Нормальные условия

Дата Гиббереллин (см) Ауксин (см) Обычный полив

(см)

03.10.18 2 2 2

06.10.18 5 4 2

09.10.18 8,5 6,5 3,5

12.10.18 10 9 5

15.10.18 14 11,75 6,75

18.10.18 18,5 15,5 7,5

21.10.18 23 20 8

23.10.18 25,5 22 9

27.10.18 27,3 24,5 10

30.10.18 29 27 12,5

02.11.18 30,5 29,75 14

05.11.18 32,75 32 18

08.11.18 35,5 34,5 21

11.11.18 36,5 36 23,5

14.11.18 37 37,5 26,75

17.11.18 37,75 38,25 30

20.11.18 42 39 31

23.11.18 46,5 42,75 34

27.11.18 49,75 44 36

30.11.18 81 78 42

Page 31: МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ КОНКУРС НАУЧНО …mgk.olimpiada.ru/media/work/22188/Ростовые_вещества_как... · МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ

28

Приложение 8.

Page 32: МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ КОНКУРС НАУЧНО …mgk.olimpiada.ru/media/work/22188/Ростовые_вещества_как... · МОСКОВСКИЙ ГОРОДСКОЙ

29

Список литературы:

1. Полевой В.В. Физиология растений.- М.: Высшая школа, 1989. – 366-371 с.

2. Егорова Т.А. Основы биотехнологии. – М.: Издательский центр

«Академия», 2003. – 159 с.

3. Кулаева О.Н. Цитокинины, их структура и функции.- М.: Наука, 1973 – 58-

62 с.

4. Комов В.П. Биохимия.- М.: Дрофа.–2004. – 141 с.