Transcript Тема
Тема. Соленость среды как
экологический фактор Работу выполнил: Радыгин Илья, ученик 11б класса, Гимназия №64 города Уфы.
•
АКТУАЛЬНОСТЬ
Около 9·10 8 га всех земель планеты имеют повышенное содержание солей, количество засоленных почв по разным причинам с каждым годом возрастает. Особую тревогу вызывает увеличение в почвах содержания солей, которое происходит в результате их искусственного орошения.
54 тыс. км² бывшего морского дна Аральского моря покрыто солью
Солончак Уюни — высохшее соленое озеро на юге пустынной равнины в Боливии на высоте около 3650 м над уровнем моря. Имеет площадь 10 588 км² и является крупнейшим солончаком в мире. Располагается в окрестностях города Уюни на юго-западе страны. Внутренняя часть покрыта слоем поваренной соли толщиной 2-8 м. Во время сезона дождей солончак покрывается тонким слоем воды и превращается в самую большую в мире зеркальную поверхность.
Цель и задачи
• • • 1. Из источников литературы выяснить как влияет засоление на рост и развитие растений.
2. Узнать какие приспособления возникают у растений, живущих в условиях сильного засоления.
3. Определить какое влияние оказывает засоление на прорастание семян, рост и развитие проростков овса посевного.
Типы засоления
• • • • • Существуют разные типы засоления: хлоридное (NaCl), сульфатное (Na 2 SO 4 ), карбонатное (NaHCO 3 ), смешанное. • Преобладающим катионом в таких почвах является натрий, но встречаются также карбонатно-магниевое и хлоридно-магниевое засоление. Во влажных районах преобладает хлоридное засоление, в степях и пустынях – сульфатное и карбонатное.
Влияние засоления на почву и растения
• Высокая концентрация солей в почвах не только затрудняет поступление воды, но может прямо повреждать растения и даже нарушать структуру почвы, снижая ее пористость и ухудшая водопоглотительные свойства.
• • • •
Влияние засоления на физиологические процессы у растений
Главными причинами гибели растений при засолении являются: нарушение ионного гомеостаза способности живых организмов сохранять относительное динамическое постоянство состава и свойств внутренней среды и устойчивость основных физиологических функций в условиях изменяющейся внешней среды токсичностью солей - степенью проявления вредного действия разнообразных химических соединений и их смесей гиперосмотический стресс богатой минеральными веществами.
– пребывание в среде неестественно
Во всех трех сосудах растения хлопчатника посеяны одновременно. Слева направо: почва без засоления, почва засолена сульфатами, почва засолена хлоридами.
http://www.zoodrug.ru/topic1816.ht
ml
• •
Высокие концентрации солей влияют на структуру органелл
По степени устойчивости к избытку солей, например хлорида натрия, органеллы можно расположить в такой последовательности:
Митохондрии
•
ядро
•
хлоропласты
•
рибосомы
При засолении
• •
В хлоропластах накапливается много ионов натрия и хлора, что приводит к разрушению гран. Избыток в цитоплазме этих ионов вызывает набухание не только хлоропластов, но и митохондрий. Процесс фотосинтетического транспорта электронов достаточно солеустойчив, однако восстановление углерода и фосфорилирование нарушаются при избыточном содержании ионов в клетках.
Засоление и рост корней
• Обычно соли сильнее угнетают рост корней, чем надземных органов, возможно, потому, что корни в отличие от побегов постоянно находятся в контакте с засоленной почвой. Соли повреждают клетки зоны растяжения и зоны корневых волосков – главных зон поглощения солей и поступления воды. Повреждение этих зон увеличивает водный дефицит в тканях, несмотря на снижение интенсивности транспирации. Повреждение клеток в зоне корневых волосков является причиной плохого поглощения элементов минерального питания, прежде всего азота, фосфора и калия. В результате растения голодают. Засоление приводит к нарушению соотношения между поглощением натрия, калия и магния: интенсивное поглощение натрия уменьшает поглощение калия и магния.
Механизмы адаптации растений-галофитов к избыточному засолению
• • • • На засоленных почвах развивается особая солевыносливая растительность.
Солеустойчивость (галотолерантность) – это устойчивость растений к повышенной концентрации солей в почве или в воде.
Растения, имеющие специальные приспособления для нормального роста в условиях высокой засоленности, называются галофитами (греч. galas – соль, phyton – растение). В природе солончаковые почвы имеют довольно богатую и разнообразную растительность.
Три основных механизма адаптации галофитов к избыточным концентрациям солей: • • • 1) поглощение большого количества солей и аккумулирование их в вакуолях, что приводит к понижению водного потенциала клеточного сока и поступлению воды; 2) выделение поглощаемых растением солей с помощью специальных клеток и удаление избытка солей с опавшими листьями; 3) ограничение поглощения солей клетками корней.
• •
Соленакапливающие
галофиты (эвгалофиты)
обладают наибольшей устойчивостью к солям, хорошо растут и развиваются на наиболее засоленных почвах, поглощают из почвы большое количество солей. Некоторые солянки накапливают до 7% солей от массы клеточного сока, в результате чего водный потенциал клеток сильно уменьшается и вода поступает в них даже из засоленной почвы. Соль накапливается в вакуолях, поэтому ее высокое содержание не влияет на цитоплазматические ферменты.
К этой группе относятся преимущественно так называемые солянки (семейство маревых или лебедовых – Chenopodiaceae), растущие на мокрых солончаках, по берегам морей, соленых озер. Примерами таких растений могут служить солерос, сведа морская, сарсазан, некоторые виды тамарикса и др.
Солерос Salicornia pulvinata из сем. Амарантовые (Amaranthaceae) - типичный галофит на солончаках.
1 — общий вид; 2 — веточка; 3 — поперечный разрез веточки.
Фото © M. Belov с сайта: http://www.chileflora.com
• Одновременно с солями эти растения накапливают в тканях и воду. У одних растений в стеблях, у других в листьях развиваются водозапасающие ткани, поэтому у этих растений мясистые стебли и листья, что делает их похожими на кактусы или толстянковые, поэтому их иногда называют галосуккулентами. Эта «мясистость» (суккулентность) органов является наследственной, растения сохраняют ее и на незасоленных почвах; однако по мере увеличения концентрации почвенного раствора суккулентность возрастает. Для этих растений характерна пониженная интенсивность дыхания Поперечный срез стебля солероса: 1 – эпидерма, 2 – ассимиляционная ткань, 3 - водозапасающая ткань, 4 – проводящие ткани
Солевыделяющие
галофиты (криптогалофиты )
• • растения, поглощающие значительное количество солей, но не накапливающие их в клеточном соке, а выделяющие наружу. К этой группе галофитов относятся распространенные в степях и пустынях виды лебеды, тамарикс и другие растения.
У видов лебеды поглощенные соли с транспирационным током доставляются сначала по сосудам, а потом в живые пузыревидные клетки – трихомы, имеющиеся в эпидерме стеблей и листьев. В пузыревидной клетке ионы накапливаются в центральной вакуоли. Когда солей становится много, трихомы лопаются, и соль выходит на поверхность листа или стебля. На месте лопнувших образуются новые клетки. Г - пузырчатые волоски лебеды (Atriplex) с водой и солями Лебеда Лист хрустальной травки, усеянный пузыревидными трихомами
Тамарикс
• У видов тамарикса (гребенщик) имеются железки, которые секретируют соль наружу. Такая железка представляет собой комплекс из 8 клеток, из которых 6 являются секреторными, а две – базальными, собирательными. Из клеток мезофилла соль поступает в железку через собирательные клетки и движется по железке от клетки к клетке по плазмодесмам. Она накапливается в везикулах, которые потом сливаются с плазмалеммой. В результате соль выходит сначала в клеточную стенку, а потом через поры наружу. В сухую погоду растение покрывается сплошным слоем выделившихся из их клеток солей, часть которых сдувается ветром, часть смывается дождями.
Соленепроницаемые
галофиты (гликогалофиты)
Полынь солянковидная • • растут на менее засоленных почвах. Мембраны клеток корней растений этой группы малопроницаемы для солей.
Низкий водный потенциал в клетках корней, необходимый для поступления воды из засоленного почвенного раствора, создается благодаря накоплению в клетках сахаров, свободных аминокислот и других совместимых осмолитов. Осмотический потенциал в клетках этих растений иногда достигает очень низких значений. Для растений этой группы характерна высокая интенсивность фотосинтеза – как обязательное условие для накопления сахаров. Типичными представителями этой группы являются различные виды полыни и кохии.
• • • • • •
Влияние засоления на всхожесть семян и развитие проростков
Методика опыта:
Для изучения влияния засоления на растения я выбрал семена овса посевного, купленного в магазине.
Перед началом опыта я тщательно помыл теплой водой с мылом лабораторную посуду (Чашки Петри).
Стерилизовал в жаровочном шкафу при температуре 100 °C.
Приготовил растворы поваренной соли в концентрациях: 0,5; 1,0; 5,0; 10,0 г/л.
В качестве контроля использовал водопроводную воду.
• На дно чашек Петри настелил 2 слоя марли и разложил по 50 семян овса.
• Марлю увлажнил 10 мл растворов. Подписал чашки. Поставил на проращивание при комнатной температуре. • Температура 27 °C, влажность воздуха 32%, давление 760 мм рт. ст.
• При подсыхании смачивал марлю водопроводной водой.
•
Результаты опыта
На второй день у семян овса появился маленький корешок. • Через три дня измерял энергию прорастания семян. Результаты представлены в таблице 1. Самая высокая энергия прорастания у семян овса, смоченных раствором 1,0 г/л. На третий день не проклюнулось ни одного семени овса в чашке с концентрацией соли 50,0 г/л.
• На пятый день измеряли всхожесть семян и длину проростков (Таблица 1.).
• При концентрации соли 1,0 г/л у проростков были хорошо заметны корневые волоски.
Таблица 1. Влияние засоления на энергию прорастания и всхожесть семян овса.
Всхожесть, % Концентрац ия NaCl, г/л
0,5 1,0 5,0 10,0 50,0 Контроль
Энергия прорастания, %
12 28 16 2 0 14 48 70 62 62 0 32
Таблица 2. Влияние засоления на развитие проростков овса.
Концентр ация NaCl, г/л
0,5 1,0 5,0 10,0 50,0 Контроль
Среднее значение длины проростко в, см
7,5 7
Min длина, см
1,5 1 0 6 4,9 2,9 1 1 0 1
Max длина, см
9 5 11,5 12 0 10
Число проростко в длиной 0-3 см Число проростко в длиной 3,5-5 см Число проростко в длиной 5,5-12 см
2 6 8 23 0 2 9 1 7 8 0 4 19 29 16 0 0 9
График. Зависимость энергии прорастания и всхожести семян (%) от концентрации поваренной соли (г/л)
30 20 10 0 80 50 40 70 60 0,5 1 5 10 50 Контроль Энергия прорастания, % Всхожесть, %
2 1 0 4 3 8 7 6 5
Диаграмма. Влияние засоления на длину проростков.
Среднее значение длины проростков, см
0,5 1 5 10 50 Контроль
• Как видно из графика небольшие концентрации NaCl (0,5; 1,0; 5,0 г/л) оказывают стимулирующее воздействие на энергию прорастания и всхожесть семян. • Концентрация 10 г/л угнетала рост проростков. При концентрации 50 г/л не проросло ни одного семени. • Длина проростков так же зависела от концентрации соли в проростках (диаграмма). В концентрации 0,5 и 1,0 г/л симулировали рост молодых растений, а остальные использованные концентрации угнетали развитие проростков. • Как видно из таблицы 2, проростки, выращенные при концентрациях соли 0,5; 1,0; 5,0 г/л были хорошо развиты (преобладали проростки средних и больших размеров).
Выводы
• • • • 1. Из литературных источников я выяснил, что засоление оказывает серьезное влияние на рост и развитие растений.
2. Растения выработали различные приспособления для защиты от избытка солей в почве.
3. Проделанные опыты выявили, что поваренная соль оказывает влияние на энергию прорастания всхожесть и энергию проростков.
4. Небольшие концентрации NaCl положительно сказываются на прорастание семян овса. Концентрация 50 мг/л является губительной, не проросло ни одного семени.
Список источников:
• • •
Якушкина Н.И. Физиология растений. Учебник. Изд-во: Владос, 2004. 464 с.
http://marsu.ru/science/libr/resours/ecofisiol ogia%20stressa/pages/4.4.htm
.
http://www.zoodrug.ru/topic1816.html