МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
МОУ «Браженская средняя общеобразовательная школа»
Л. Селина
Ученица 9 б класса
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА
РОСТ РАСТЕНИЙ
(Исследовательская работа)
Научный руководитель:
учитель физики
МОУ «Браженская СОШ»
с. Бражное
2008г
СОДЕРЖАНИЕ
Введение стр. 1
Глава 1.Обзор истории рассматриваемого вопроса стр.2
Глава 2.Материалы и методы работы стр. 5
Глава 3.Результаты исследований и их обсуждение стр. 6
Заключение стр. 9
Выводы стр. 9
Список литературы стр. 20
-1-
ВВЕДЕНИЕ
Большое значение в жизни человека играют растения. Это наша пища, лекарство, и даже состав воздуха зависит от растений. Значит, человек должен знать, как он может влиять на рост растений.
Основные факторы жизни растений – это свет, тепло, вода, воздух и питательные вещества. Правильно управляя ими, человек может создать наилучшие условия для растений, непрерывно их совершенствовать прогрессивный рост уровня урожайности и улучшить качество получаемой продукции.
Свет является одним из основных факторов. Под его действием в листьях образуется вещество зеленого цвета – хлорофилл, с помощью которого происходит синтез белков, углеводов, жиров, необходимых для построения растений. Но свет – это поток электромагнитных волн, т. е. совокупность меняющихся электрического и магнитного полей.
И мы решили проверить, а как оказывают влияние на растение электрическое и магнитное поля в отдельности. Ведь зимой света мало, используется искусственное освещение, значит можно предположить, что электрическое и магнитное поля могут положительно влиять на рост растений.
Отсюда вытекают цель и задачи работы.
ЦЕЛЬ:
Выявить и изучить влияние электрического и магнитного полей на рост растений.
ЗАДАЧИ:
1. Разработать способы воздействия этих полей на рост растений.
2. Подобрать наилучший режим воздействия их на растения.
3. Составить рекомендации для использования результатов опыта на пришкольном участке.
В выполнении этой работы была получена помощь от учителя биологии , которая предоставила растении (хлорофитум) с одинаковой корневой системой и одинаковым числом листьев. Фотографии этих растений в процессе работы производила руководитель научным объединением в школе .
В выполнении второй части исследовательской работы была получена помощь от работника ГСС с. Бражное Налхановой предоставила нам посадочный материал (ячмень, овес, пшеницу).
-2-
ОБЗОР ИСТОРИИ РАССМАТРИВАЕМОГО ВОПРОС
«Животное электричество»
Взаимоотношения между электромагнитными явлениями и жизнью были предметом жарких споров на протяжении более четырех с лишним веков. И только в нашем столетии с появлением достаточно чувствительных приборов удалось продемонстрировать, что протекание многих процессов в живом организме действительно сопровождается изменениями электрического поля. За последние 20-30 лет накопилось множество данных, указывающих на высокую чувствительность организмов к электромагнитному полю.
Известно, например, что общий наркоз (потерю сознания и болевой чувствительности) можно вызвать, пропуская через мозг человека импульсы переменного тока. Этот способ обезболивания во время операций широко применят сейчас у нас в стране и за рубежом. Направление силовых линий электрического поля Земли служит «компасом» при дальних миграциях атлантического угря. Навигационные способности голубей основаны на восприятии магнитного поля Земли. Рост костей нашего скелета изменяется в электрическом поле, и это используют сейчас при лечении переломов.
Интересный рецепт электролечения с помощью электрического ската был написан врачом римского императора Клавдия в I веке новой эры. Дословно он звучит так: «Головная боль, даже если она хроническая и непереносимая, исчезает, если живого ската поместить на болезненную точку и держать его там до тех пор, пока боль не прекратится» Аналогичный рецепт существовал и для лечения подагры: «При любом типе подагры, когда начинаются боли, живого черного ската, следует положить под ноги. При этом пациент должен стоять на влажном песке, омываемом морской водой, находясь в таком состоянии до тех пор, пока его нога ниже колена не онемеет». В те времена было замечено, что удар ската может проходить через железные копья или палки, смоченные морской водой, и поражать таким образом людей непосредственно не соприкасающихся с ним.
Горячим сторонникам использования электролечения был один из основоположников теории электричества Б. Франклин. Поэтому в медицине использование статистического электричества до сих пор называю «франклинизацией».
М. Фарадей, изучая разряды электрического ската, показал, что «животное электричество» по сути ничем не отличается от других «видов» электричества, которых в его время насчитывалось пять: статическое (получаемое трением), термическое, магнитное, химическое и животное. Фарадей считал, что если бы удалось понять природу «животного электричества», то можно было бы «превращать электрическую силу в нервную».
Пионером исследования роли электрического поля в живом организме являлся профессор анатомии из Болонского университета Луиджи Гальвани. Начиная с 1775г он стал интересоваться взаимосвязью между «электричеством и жизнью». В 1786 г один из помощников профессора, выделяя скальпелем мышцу из лапки лягушки, случайно дотронулся им до
-3-
нерва, идущего к этой мышце. В это же время на том же столе в лаборатории работала электростатическая машина - генератор статического электричества, и каждый раз, когда машина давала разряд мышца лягушки сокращалась. Спустя полвека, в 1843 г немецкий физиолог Э. Дюбуа – Реймон впервые продемонстрировал наличие электрических полей в нервах, используя для этого усовершенствованную аппаратуру.
Работы английских ученых А. Ходжкина и А. Хаксли по исследованию природы нервного импульса показали, что нервный импульс представляет процесс возбуждения в нервной системе, а причина передачи возбуждения заключается в возникновении разности потенциалов на мембране живых клеток. За исследование природы нервного импульса английским ученым А. Ходжкину и А. Хаксли в 1963г. была присуждена Нобелевская премия.
Мембрана клетки - это ее « кожа», имеющая толщину около 0,01 мкм. Клеточная мембрана избирательно снижает скорость передвижения молекул в клетку и из нее. Она определяет, каким молекулам можно проникнуть в клетку, а каким остаться за ее пределами. Эта деятельность мембраны сопряжена с большими затратами энергии и приводит к тому, что концентрации некоторых ионов внутри и вне клетки могут различаться в десятки и тысячи раз. Различия в концентрации ионов по обе стороны мембраны необходимы для существования электрических полей в живых организмах. Так что же тогда регистрировал Э. Дюбуа-Реймон в 1843 г. с помощью простейшего гальванометра, присоединив его к нерву? Так как микроэлектроды стали использовать лишь 100 лет спустя, это значит, что его гальванометр регистрировал электрическое поле в окружающем нерв растворе.
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО У РАСТЕНИЙ.
Растения прочно закреплены в земле своими корнями и поэтому часто служат образцом неподвижности («Что ты стоишь, как дуб?»). Это представление не совсем верно, т. к. все растения способны к медленным «ростовым изгибам», необходимым для того, чтобы адаптироваться к освещению и к направлению силы тяжести. Такие движения обусловлены неодинаковой скоростью роста различных сторон какого-либо органа. Кроме того, некоторые растения совершают суточные периодические движения – складывают и раскрывают свои листья и лепестки цветков. Другие растения обладаю еще более заметной двигательной активностью и реагируют быстрыми движениями на разнообразные внешние факторы – свет, химические вещества, прикосновение, вибрацию. Такая «чувствительность» помогла мимозе стыдливой войти в поговорки, ведь стоит лишь слегка коснуться ее, как мелкие листочки складываются и опускается основной черешок. К быстрым реакциям способны также различные насекомоядные растения усики лиан.
-4-
Каким образом происходит у растений столь быстрое движение? Решающую роль здесь играют электрические процессы происходящие в клетках. Оказалось, что в клетке растения, так же как в нервной или
мышечной клетке животного, между внутренней и наружной поверхностями мембраны, имеется разность потенциалов - 100 мВ, обусловленная различным ионным составом внутриклеточной и внеклеточной среды, а так же неодинаковой проницаемостью мембраны для этих ионов. При действии внешних раздражителей мембрана растительной клетки возбуждается - возрастает ее проницаемость для одного из катионов (как правило, для кальция). В результате напряжение на мембране клетки уменьшается почти до нуля, но вскоре опять восстанавливается до исходного значения. Длительность такого потенциала действия может достигать нескольких секунд, и он может распространяться от одной клетке к другой так же, как это происходит с нервным импульсом, но с гораздо меньшей скоростью. Например, по черешку мимозы потенциал действия распространяется со скоростью около 2см\с, а по листу насекомоядного растения венериной мухоловки - скоростью 10 см\с. Электрические сигналы, распространяющиеся по растению, служат, как и животных, важным способом связи между различными клетками, координируя их активность.
-5-
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ РАБОТЫ
Для своей исследовательской работы мы использовали растения хлорофитум, для посева использовался ячмень с 94-98 % энергия всхожести, и семена помидор. Для первого опыта мы взяли 5 экземпляров хлорофитума с примерно одинаковой корневой системой и с 8 листочками. Высадили их в 5 небольших глиняных горшочках. Каждый горшок имел нумерацию: №
1. контрольный
2. с временем воздействия электрическим полем 1 минута
3. с временем воздействия электрическим полем 5 мин.
4. с временем воздействия магнитным полем 5 мин
5. с временем воздействия магнитным полем 15 мин
После высадки было проведено первое фотографирование (см приложение № 1).
Для проведения с магнитным полем была создана следующая установка. Катушка от прибора для демонстрации магнитного спектра на 4 В подключалась через выключатель и амперметр к выпрямителю. (см приложение № 2).
Для проведения опыта горшочек ставился внутрь катушки, цепь замыкалась. Устанавливался ток 0,8 А.
Для воздействия электрическим полем использовалась электрофорная машина. К ее кондукторам прикреплялись 2 провода, а к ним гвозди, для создания в горшочке электрического поля вокруг корневой системы (см. приложение № 3). Опыты проводились в течение 2 месяцев (январь, февраль), воздействие оказывалось примерно через 2-3 дня. Для контроля за ростом растений производился подсчет листьев, их окраска, а так же было произведено фотографирование через дней (см приложение № 4).
Таблицы по опыту с хлорофитум находятся в приложении №5.
-6-
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЯ
Сравнивая фотографии и анализируя таблицы можно сделать вывод: самое лучшее развитие шло в горшочках № 3 и № 5, т. е. там, где было воздействие электрическим полем 5 мин и магнитным полем 15 мин.
На этом опыте мы убедились, что наша гипотеза о положительном влиянии электрического и магнитного полей оправдалось.
Чтобы проверить наши выводы были заложены еще опыты. Были взяты 5 стеклянных ванночки, на дно этих ванночек положили промокательную бумагу и 5 слоев туалетной бумаги. Бумага была пропитана водой, остаток сливался. В каждую ванночку были разложены по 50 зерен ячменя. Сверху зерна закрывались 5 слоями туалетной бумаги пропитанной водой и накрывались полиэтиленовой пленкой, но так, чтобы воздух легко проходил к зернам.
На следующий день зерна проклюнулись, ванночки были пронумерованы и указано время воздействия. №
1 - контрольная
2 - с временем воздействия электрическим полем 1 минута
3 -с временем воздействия электрическим полем 5 мин.
4 -с временем воздействия магнитным полем 5 мин
5 - с временем воздействия магнитным полем 15 мин
Для проведения опыта с магнитным полем ванночка ставилась внутрь катушки на деревянный брусочек, так, что витки катушки обхватывали ее на уровне зерен. Для воздействия электрическим полем внутрь ванночки прокладывалось металлическое кольцо. К нему присоединялся провод от электрофорной машины, а второй провод с гвоздем вставлялся внутрь ванночки.
Первый подсчет был – подсчет энергии всхожести (см приложение № 6), затем уже измерялась высота растений. Опытов с воздействием полей было 3 и они уже дали прекрасный результат. Самое лучшее воздействие на ячмень оказывало 15 мин воздействие магнитным полем, а электрическим полем – 5 минутное.
-7-
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ
Сравнивая результаты этих опытов еще нельзя указать точно какое время действительно оптимально. Нужно продолжать опыты, менять время воздействия, периодичность воздействия. Можно провести опыты по выяснению переносом электрическим и магнитным полями питательных веществ корневым системам, но одно уже ясно – эти поля оказывают благоприятное воздействие на рост растений. Чем это можно объяснить? Вывод напрашивается сам.
Учитывая работы ученых, описанные в обзоре истории рассматриваемого вопроса, можно сказать, что эти поля помогают проникновению жидкости через мембрану клетки, влияя на электрическое поле самой клетки.
-20-
Список литературы
1. «Физика» 8 кл. Дрофа Москва 2005 г.
2. А, В. Перышкин, «Физика» 9 кл. Дрофа Москва 2007 г.
3. «Основы агрохимии»
4. «Методика полевого опыта»
5. К. Ю Богданов «Физик в гостях у биолога». Москва, из-во «Наука»
6. «Биофизика на уроках физики»
-8-
Приложение
ТАБЛИЦА № 1
ЗАКЛАДКА ОПЫТА С РАСТЕНИЕМ ХЛОРОФИТУМ
№ горшка | №1 | №2 | №3 | №4 | №5 |
Число листьев на момент посадки | 9 | 9 | 9 | 9 | 9 |
Описание корневой системы | Мочковатая, корневище 0,4 см, четыре придатка | Мочковатая, корневище 0,35 см, четыре придатка | Мочковатая, корневище 0,4 см, четыре придатка | Мочковатая, корневище 0,37 см, четыре придатка | Мочковатая, корневище 0,4 см, четыре придатка |
Время воздействия электрическим полем | 1 мин | 5 мин | |||
Время воздействия магнитным полем | 5 мин | 15 мин |
-9-
Приложение
ТАБЛИЦА№2
ПОДСЧЕТ ЛИСТЬЕВ ХЛОРОФИТУМА
Номера горшочков | № 1 | № 2 | №3 | № 4 | № 5 |
Дата высадки хлорофитума | г. | 24.12.07г. | г. | 24.12.07г. | 24.12.07г. |
Даты воздействия электрическим и магнитным полями | Число листочков и их состояние | ||||
28.12.07г. | |||||
14.01.08г. | 9 | 11 | 15 | 9 | 13 |
18.01.08г. | |||||
21.01.08г. | |||||
25.01.07г. | |||||
01.02.08г. | 9 | 13 | 21 | 9 | 17 |
04.02.08г. | |||||
08.02.08г. | |||||
11.02.08г. | 10 | 14 | 23 | 10 | 19 |
18.02.08г. | |||||
22.02.08г. | |||||
25.02.08г. | |||||
29.02.08г. | |||||
03.03.08г. | 11 | 16 | 26 | 12 | 23 |
Окраска листьев темно-зеленая | Окраска листьев темно-зеленая |
-10-
Фото № 1
Контрольный (хлорофитум)
Дата высадки 24.12.07г.
Количество полных листьев – 9
Дата фотографирования 26.12.07г.
-11-
Фото №1
Горшок №2
Дата высадки 24.12.07г.
Количество полных листьев - 9
Дата фотографирования – 26.12.07г.
Время воздействия электрическим полем - 1 мин
-12-
ФОТО № 1
Горшок № 3
Дата высадки - 24.12.07г.
Количество полных листьев - 11
Дата фотографирования – 26.г
Время воздействия электрическим током – 5 мин
-13-
ФОТО №1
Горшок № 4
Дата высадки -24.12.07г.
Количество полных листьев – 9
Дата фотографирования -26.12.07г.
Время воздействия магнитным полем -5 мин.
Фото № 1
Горшок № 5
Дата высадки 24.12.07г.
Количество полных листьев – 10
Дата фотографирования -26.12.07г.
Время воздействия магнитным полем -15 мин
Фото №2
Контрольный
Дата фотографирования -03.03.08г.
Число полных листьев - 11
-18-
Фото № 2
Горшок № 4
Дата фотографирования – 03.03.08г.
Число полных листьев - 12
-17
Фото№ 2
Горшок № 3
Дата фотографирования – 03.03.08г.
Число полных листьев - 26
-19-
Фото № 2
Горшок № 5
Дата фотографирования – 03.03.08г.
Число полных листьев - 23
-16-
Фото № 2
Горшок №2
Дата фотографирования – 03.03.08г.
Число полных листьев - 16
