Влияние лазерного и ультрафиолетового излучений на семена

Всероссийский конкурс детских проектов
"ЮНЫЙ ПАГАНЕЛЬ "
Влияние лазерного и ультрафиолетового излучений
на семена однодольных и двудольных растений
Автор проекта:
Асташкина Ангелина Александровна,
ученица 8 класса МБОУ гимназия №15
Руководитель:
Пидник С.В., учитель биологии
Московская область
г.о. Орехово-Зуево
2012
Исследовательский проект
Всероссийский конкурс детских проектов
“ЮНЫЙ ПАГАНЕЛЬ”
ВВЕдЕНиЕ
Для человечества, жизненно важными являются проблемы повышения урожайности и создания новых продуктивных растений,
т.е. обеспечения людей пищей и растительным сырьем.
С давних времен важнейшим условием увеличения продуктивности растениеводства справедливо считается улучшение плодородия земли. Из источника [2] известно, что на мелиорацию и
химизацию земледелия расходуются во всем мире огромные средства и усилия ученых, но обратная сторона прогресса заключается
в том, что после чрезмерного применения нитратов, фосфатов, пестицидов, синтетических регуляторов роста следует отравление
урожая, пищи, воды, угроза здоровью и жизни людей. Поэтому заслуживает внимания разработка новых путей и методов интенсификации продуктивности растениеводства.
В настоящее время главная задача - повышение урожайности
культур за счет рационального использования посевных угодий и
получение экологически чистых продуктов. В этом плане в научных центрах уделяется большое внимание разработке методов
воздействия на сельскохозяйственные культуры различными физическими факторами, оказывающими стимулирующее влияние на
рост и развитие растений и на урожайность самих культур.
В
настоящее время активно изучается влияние лазерного и УФ излучения на рост и развитие растений, в частности на всхожесть
семян сельскохозяйственных культур [11,12].
В связи с этим актуальна тема исследования: «Влияние лазерного и УФ излучений на семена однодольных и двудольных
растений».
Объекты биологического исследования – семена однодольных и двудольных растений (семена пшеницы и гороха).
Предмет исследования – всхожесть семян гороха и пшеницы.
Цель работы: исследовать влияние лазерного и ультрафиолетового излучения на всхожесть семян пшеницы и гороха.
2
3
“ЮНЫЙ ПАГАНЕЛЬ”
Задачи исследования:
♦ выяснить, как влияет лазерное и ультрафиолетовое излучения на растения;
♦ проанализировать результаты проведенного эксперимента;
♦ популяризировать информацию, полученную в результате
исследовательской работы.
Методы исследования: анализ информации из научной литературы, наблюдение.
Рабочая гипотеза. Приступая к исследованию, предположили
что, если при проводимых экспериментах будет выявлено различное влияние лазерного и ультрафиолетового излучений на всхожесть семян растений.
Этапы исследовательской деятельности:
1 этап. Изучение специальной литературы с целью изучения
видов электромагнитного излучения
2 этап. Проведение эксперимента.
3 этап. Обработка результатов теоретической и исследовательской работы.
4 этап. Формулирование выводов.
Практическая значимость проекта: возможность применения
лазерного и ультрафиолетового излучения в сельском хозяйстве.
Всероссийский конкурс детских проектов
Исследовательский проект
Исследовательский проект
Всероссийский конкурс детских проектов
“ЮНЫЙ ПАГАНЕЛЬ”
ТЕОрЕТичЕскАя чАсТЬ
Ультрафиолетовое излучение
Ультрафиолетовое (УФ) излучение было открыто в 1801 г.
немецким ученым Иоганном Риттером [8,10].
Изучая почернение хлористого серебра под действием видимого
света, Риттер обнаружил, что серебро чернеет еще более эффективно в области, находящейся за фиолетовым краем спектра, где
видимое излучение отсутствует. Невидимое излучение, вызвавшее
это почернение, было названо ультрафиолетовым.
Озоновый слой атмосферы Земли сильно поглощает УФ-излучение. Человеческий глаз не видит УФ-излучение, так как роговая
оболочка глаза и глазная линза поглощают ультрафиолет. Ультрафиолетовое излучение видят некоторые животные. Например, голубь ориентируется по Солнцу даже в пасмурную погоду.
В малых дозах УФ-излучение оказывает благотворное оздоровительное влияние на человека, активизируя синтез витамина D в
организме, а также вызывая загар. Большая доза УФ-облучения
может вызвать ожог кожи и раковые новообразования. Кроме того,
чрезмер-ное УФ-облучение ослабляет иммунную систему организма, способствуя развитию некоторых заболеваний [8].
Биологическое действие ультрафиолетового излучения
Ультрафиолетовое излучение представляет собой мощный фактор воздействия на растения [5]. Оно стимулирует накопление пигментов, вырабатывает устойчивость к неблагоприятным условиям,
фотосинтез, увеличивает продуктивность, предотвращает чрезмерное вытягивание, снижает заболеваемость растений, повышает качество плодов.
Большие дозы ультрафиолетовое излучение, несомненно, неблагоприятны для растений. На микроорганизмы и культивируемые клетки
высших животных и растений ультрафиолетовое излучение оказывает
губительное и мутагенное действие Основная роль в действии ультрафиолетового излучения на клетки принадлежит изменениям ДНК.
4
Определенное значение в летальном действии ультрафиолетового
излучения на клетки имеют также повреждение мембран и нарушение синтеза различных компонентов мембран и клеточной оболочки. Большинство живых клеток может восстанавливаться от
изменений вызываемых ультрафиолетовым излучением. Способность восстанавливаться от повреждений, вызываемых ультрафиолетовое излучение, возникла на ранних этапах эволюции и играла
важную роль в выживании первичных организмов, подвергавшихся интенсивному солнечному ультрафиолетовому облучению.
Генетические последствия облучения ультрафиолетовое излучение
пыльцы высших растений, клеток растений и животных, а также
микроорганизмов выражаются в повышении частот мутирования
генов. Генетическое действие ультрафиолетовое излучение могло
играть существенную роль в эволюции живых организмов [4,5].
изобретение лазера
5
“ЮНЫЙ ПАГАНЕЛЬ”
В 1939 г. российский физик В.А. Фабрикант наблюдал экспериментально усиление электромагнитных волн (оптическое усиление) в результате процесса индуцированного излучения [2].
Российские ученые Н. Г. Басов и А. М. Прохоров и американский физик Ч. Таунс, создавшие в 1954 г. квантовый генератор излучения, работающий в сантиметровом диапазоне, были
удостоены в 1964 г. Нобелевской премии по физике. Первый лазер,
работающий на кристалле рубина в видимом диапазоне, был создан в 1960 г. американским физиком Т. Мейманом. Лазер в современном понимании – это наиболее мощный искусственный
источник излучения. В настоящее время существует много различных типов и конструкций лазеров.
Применение лазеров
Особенности лазерного излучения и разнообразные способы его использования помогли сдвинуться с мертвой точки
во многих разделах современного знания и способствовали
развитию различных областей науки, техники и медицины.
Всероссийский конкурс детских проектов
Исследовательский проект
Всероссийский конкурс детских проектов
“ЮНЫЙ ПАГАНЕЛЬ”
Исследовательский проект
Очень перспективно применение лазерного излучения для космической связи, в светолокаторах, измеряющих большие расстояния
с точностью до миллиметров, для передачи телевизионных и компьютерных сигналов по оптическому волокну. Лазеры используются при считывании информации с компакт-дисков, со штрихкодов товаров. С помощью луча лазеров малой интенсивности
можно проводить хирургические операции, например «приваривать» отслоившуюся от глазного дна сетчатку, делать сосудистые
операции. Излучение мощных лазеров сваривает и разрезает металлические листы. Перспективно использование мощного лазерного излучения для осуществления управляемой термоядерной
реакции. Лазеры также применяются для топографической съемки.
С помощью лазерного излучения получаются объемные голографические трехмерные изображения. Лазеры продолжают внедряться почти во все отрасли народного хозяйства, непрерывно
открываются новые возможности их использования [2].
Лазерное излучение в биологии
Почти одновременно с созданием первых лазеров началось
изучение биологического действия лазерного излучения [2,1].
В последние годы активно изучается влияние лазерного излучения
на рост и развитие растений, всхожесть семян и урожайность различных сельскохозяйственных культур.
Различные ткани неодинаково поглощают и отражают лазерное
излучение. Кроме того, лазерное излучение в разных областях
спектра оказывает не одинаковое, а подчас и антагонистическое
действие на биообъект. Лазерное излучение с меньшей плотностью
потока излучения вызывает в биообъекте изменения, механизм которых не полностью выяснен. Это сдвиг в активности ферментов,
структуре пигментов, нуклеиновых кислот и др. важных в биологическом отношении веществ. Опыты [5] показали, что лазерное
облучение стимулировало биосинтез хлорофилла, нарастание и активизацию физиолого-биохимических процессов в короткое время,
но в зависимости от особенностей культуры, сорта растения.
6
Как при непосредственном облучении гелий-неоновыми лазерами растительных тканей, так и при предпосевном облучении
семян выявлено стимулирующее влияние лазерного излучения на
ряд биохимических процессов. В результате обработки семян
лазерным излучением наблюдается повышение урожайности
растений.
Всероссийский конкурс детских проектов
Исследовательский проект
“ЮНЫЙ ПАГАНЕЛЬ”
7
Исследовательский проект
Пшеница
Влияние лазерного излучения на семена растений
Для исследования были выбраны семена пшеницы (однодольные растения) и гороха (двудольные растения). Каждая партия
содержала по 12 штук семян. Одна партия семян использовалась
для контроля. Источником лазерного излучения был медицинский
аппарат «ИЗЕЛЬ».
Семена подвергались различной дозе облучения в зависимости
от продолжительности действия лазера. Были выбраны дозы облучения: 1 минута, 3 минуты, и 5 минут. Результаты опыта представлены в таблицах и графиках:
Таблица 1.
1 минута воздействия лазера на семена растений
Горох
Всероссийский конкурс детских проектов
“ЮНЫЙ ПАГАНЕЛЬ”
ПрАкТичЕскАя чАсТЬ
Длина корешка
проростка (мм)
Длина стебелька
проростка (мм)
Длина корешка
проростка (мм)
Длина стебелька
проростка (мм)
8
25 30 25 25 20 25 35 15 17 20 10
18 17 15 18 15 15 16 17
5
15 15 15
5
10
8
5
0
25 15 15 30
8
3
2
10
5
8
17 20
15 20 25
8
5
5
5
Данные графика 1 свидетельствуют о том, что даже кратковременное воздействие лазерного излучения на семена однодольных
растений замедляет развитие корешков и стебельков проростков.
Данные графика 2 о том, что кратковременное воздействие лазерного излучения на семена двудольных растений замедляет развитие корешков проростков и частично их стебельков.
8
График 1. Семена пшеницы.
“ЮНЫЙ ПАГАНЕЛЬ”
9
Всероссийский конкурс детских проектов
Исследовательский проект
“ЮНЫЙ ПАГАНЕЛЬ”
График 2. Семена гороха.
Всероссийский конкурс детских проектов
Исследовательский проект
10
Горох
Пшеница
Таблица 2.
3 минуты воздействия лазера на семена растений
Длина корешка
проростка (мм)
10
Длина стебелька
проростка (мм)
15 10 10 20 15 18 20 25 20 25 15 20
Длина корешка
проростка (мм)
10 30 10 10 15
0
25 10 10 15
0
10
Длина стебелька
проростка (мм)
25 20 15 20 15
0
10 10 25 10
0
7
3
16 20 25 10 20 25 10 25 30 15
Анализируя графические данные можно сделать вывод о том,
что воздействие лазера на семена однодольных растений в течение
3-х минут влияет на физиологические процессы в растительном
организме, что приводит к замедлению роста клеток.
11
“ЮНЫЙ ПАГАНЕЛЬ”
График 3. Семена пшеницы.
Всероссийский конкурс детских проектов
Исследовательский проект
График 4. Семена гороха.
Анализируя графические данные можно сделать вывод о том,
что воздействие лазера на семена двудольных растений в течение
3-х минут влияет на физиологические процессы в растительном
организме, что приводит к замедлению роста клеток и лишь частично влияет на рост и формирование стебелька проростка.
Пшеница
Таблица 3.
5 минут воздействия лазера на семена растений
Горох
Всероссийский конкурс детских проектов
“ЮНЫЙ ПАГАНЕЛЬ”
Исследовательский проект
Длина корешка
проростка (мм)
25 16 25 15 25
Длина стебелька
проростка (мм)
15 15 15 10 15 18
4
15 15 15
8
15
Длина корешка
проростка (мм)
15 25 10 10
5
7
10
9
5
7
Длина стебелька
проростка (мм)
17 18 18 20 15 10 15 17 15
0
10
0
12
8
8
10
15 25 25 25 20 20
Таблица 4.
Горох
Пшеница
контроль
Длина корешка
проростка (мм)
40 55 50 50 60 55 60 55 45 55 40 45
Длина стебелька
проростка (мм)
35 40 50 30 55 40 50 40 35 50 35 35
Длина корешка
проростка (мм)
15 32 40 40 35 55 25 60 50 50 50 25
Длина стебелька
проростка (мм)
20 20 20 20 10 20 15 20 20 20 20 15
Длительное воздействие лазерного излучения оказывает пагубное влияние на клетки однодольных растений, и развитие проростков значительно замедляется.
13
“ЮНЫЙ ПАГАНЕЛЬ”
График 5. Семена пшеницы.
Всероссийский конкурс детских проектов
Исследовательский проект
Всероссийский конкурс детских проектов
“ЮНЫЙ ПАГАНЕЛЬ”
Исследовательский проект
График 6. Семена гороха.
Влияние ультрафиолетового излучения на семена растений
Для исследования были выбраны семена пшеницы (однодольные растения) и гороха (двудольные растения). Каждая партия содержала по 12 штук семян. Одна партия семян использовалась для
контроля. Источником УФ-излучения была медицинская ультрафиолетовая лампа ДРТ-400.
Семена подвергались различной дозе облучения в зависимости
от продолжительности действия УФ-излучения. Были выбраны
дозы облучения: 1 минута, 5 минут и 10 минут.
Результаты опыта представлены в таблицах и графиках:
Таблица 5.
1 минута воздействия ультрафиолетового излучения
на семена растений
Пшеница
Длина проростка
(мм)
70 70 75 63 75 65 75 75 55 85 65 60
Горох
Длина проростка
(мм)
45 50 15 30 40 50 50 30 50 60 30 40
14
График 7. Семена пшеницы и гороха.
Таблица 6.
5 минут воздействия ультрафиолетового излучения
на семена растений
Пшеница
Длина проростка
(мм)
65 65 70 60 75 67 55 60 60 75 65 65
Горох
Длина проростка
(мм)
10 20 40 40 25 30 40 20 30 25 25 50
15
“ЮНЫЙ ПАГАНЕЛЬ”
Анализируя данные, полученные в результате эксперимента воздействия ультрафиолетового излучения на семена пшеницы и гороха, можно сделать вывод о том, что:
– время воздействия (1 минута) УФ-излучения является оптимальным, способствует активному делению и росту клеток как однодольных, так и двудольных растений;
– УФ-излучение обладает бактерицидным действием, поэтому
наблюдается активный рост проростков по сравнению с контрольным вариантом.
Всероссийский конкурс детских проектов
Исследовательский проект
Всероссийский конкурс детских проектов
“ЮНЫЙ ПАГАНЕЛЬ”
Исследовательский проект
График 8. Семена пшеницы и гороха.
Влияние УФ-излучения на семена растений в течение 5 минут
оказывает отрицательное воздействие на физиологические процессы растительного организма, о чем свидетельствует замедление
роста проростков семян.
Таблица 7.
10 минут воздействия ультрафиолетового излучения
на семена растений
Пшеница
Длина проростка
(мм)
Горох
Длина проростка
(мм)
65 65 50 50 65 50 65 70 65 55 65 50
0
30 25 35 30 30 35 40 40 20 50 40
Длительное воздействие лазерного излучения оказывает пагубное влияние на клетки как двудольных, так и однодольных растений, и развитие проростков значительно замедляется.
16
Всероссийский конкурс детских проектов
Исследовательский проект
График 9. Семена пшеницы и гороха.
Таблица 8.
контроль
Длина проростка
(мм)
70 65 65 60 70 60 65 70 45 60 70 70
Горох
Длина проростка
(мм)
45 45 10 25 40 45 45 50 45 55 25 40
ЗАкЛЮчЕНиЕ
Проведенные нами опыты на семенах однодольных и двудольных растений показали, что в небольших дозах ионизирующая радиация может быть полезной. Семена, подвергнувшиеся
небольшой дозе ультрафиолетовых облучений, имели большую
всхожесть и более сильные побеги. А более длительное воздействие УФ-излучения замедляет физиологические процессы в растительном организме.
17
“ЮНЫЙ ПАГАНЕЛЬ”
Пшеница
Всероссийский конкурс детских проектов
“ЮНЫЙ ПАГАНЕЛЬ”
Исследовательский проект
Лазерное излучение в большинстве случаев оказывает отрицательное воздействие на проростки семян однодольных и двудольных растений. Чем длительнее действие лазера на семена
растений, тем степень воздействия больше.
Работа над данной темой была для меня очень интересной. Она
позволила собрать много разнообразного материала по теме. Мы
попытались изложить материал таким образом, чтобы его можно
было использовать в школьной программе и при проведении внеклассных мероприятий. Нам это удалось и свою цель мы можем
считать достигнутой.
Литература
1. Браун Т., Лемей Г.Ю. Химия – в центре наук. В 2т. – М: Мир.
1983г.
2. Колдобский А.Б. Ионизирующие излучения, биологическое
воздействие. – М: Чистые пруды. 2005г.
3. Мецлер Д. Биохимия. В 3т. - М: Мир. 1980г.
4. Мусия Я. Биохимические основы патологических процессов.
– М: Медицина. 1982г.
5. Радиация. Дозы, эффект, риск. – М: Мир. 1988г.
6. Родионов А.И., Клушин В.Н., Горочешников Н.С. Техника защиты окружающей среды. – М: Химия. 1989г.
7. Тимашев С.Ф. Роль химических факторов в эволюции природных систем // Успехи химии 1991г.- Т.60.-Вып.II.-С.22922331.
8. Фримантл М. Химия в действии : В 2т.-М: Мир. 1991г.
9. Хефлинг Г. Тревога в 2000 году: Бомбы замедленного действия на нашей планете. – М: Мысль.1990г.
10. Химия окружающей среды /Под редакцией Дж.О.М.Бокриса. -М: Химия. 1982г.
11. Шустов С.Б., Шустова Л.В. Химические основы экологии. – М: Просвещение. 1995г.
12. Яншин А.Л., Мелуа А.И. Уроки экологических просчетов.
–М: Мысль.1991г.
18