Жизнь растений

Часть 1. Знакомимся с терминами и готовимся к работе

Итак, в ботанике есть отдельный раздел, который называется «Морфология и анатомия растений». Подробно вы познакомитесь с морфологией и анатомией, если решите всерьез заняться биологией – этот раздел изучают студенты-биологи вторых и третьих курсов университетов. А сейчас мы предлагаем вам устроить своё собственное мини-исследование.

Анатомия растений— это такой раздел ботаники, который занимается изучением внутреннего и внешнего строения растений. Изучает она строение растений не в целом, а только на уровне клеток и тканей, а также развитие и расположение тканей в определенных органах. Главным объектом этой науки являются растения, у которых есть специальные проводящие ткани (ксилема, флоэма, камбий). В эту группу относят хвощи, голосеменные и цветковые растения и плауны (http://fb.ru/article/356603/botanika-morfologiya-i-anatomiya-rasteniy).

Морфология растений– раздел ботаники, наука о закономерностях строения и процессах формообразования растений. Важная задача этого направления состоит в том, чтобы описать и назвать все органы и ткани растения. Морфологию условно делят на микро- и макроуровень. К микроморфологии относят те области знаний, которые изучают организмы при помощи микроскопа (цитология, эмбриология, анатомия, гистология). Макроморфология включает разделы, занимающиеся изучением внешнего строения растений в целом.

Примечание.В нашем миникурсе мы будем изучать растение с обоих точек зрения (отдельные ткани и клетки – с помощью микроскопа и растение как целостный организм – во время проведения экспериментов).

Ткани растений –группы клеток одного типа и расположения, выполняющие одну и ту же функцию растения.

Корень – это часть растения, у которой нет листвы. Она поглощает из почвы или какой-либо другой среды воду и питательные вещества. Корень может удерживать влагу и органические вещества в субстрате. При этом для некоторых растений он является основным запасающим органом. Такое наблюдается у свеклы, моркови.

История анатомии и морфологии растений

(по материалам http://fb.ru/article/356603/botanika-morfologiya-i-anatomiya-rasteniy)

Анатомией растений впервые заинтересовались древние греки. Первые упоминания содержатся в трудах Теофраста еще в V веке до нашей эры. Он уже тогда описывал важные структурные части, а именно стебель, ветви, цветки, корни и плоды. Этот автор считал, что корень, сердцевина и древесина являются основными растительными тканями. В принципе, можно сказать, что такие представления сохранились и до нашего времени.

Древнегреческого ученого интересовали главнейшие проблемы ботаники. Чем отличаются растения от животных? Какие органы существуют у растений? В чём состоит деятельность корня, стебля, листьев, плодов? Почему растения заболевают? Какое влияние оказывают на растительный мир тепло и холод, влажность и сухость, почва и климат? Может ли растение возникать само собой (произвольно зарождаться)? Может ли один вид растений переходить в другой? Вот вопросы, которые интересовали ум Теофраста; по большей части это те же вопросы, которые и теперь ещё интересуют натуралистов.

В Средние века и после них исследования анатомии и морфологии растений продолжались. В 1665 году Р. Гук благодаря микроскопу открыл клетку. Это стало большим прорывом и позволило исследовать новые горизонты в данном вопросе. Появились описания и иллюстрации микроскопического строения многих растительных структур. Ученые исследовали как устроены проводящие пучки в корнях, стебле, листьях. Было обнаружено, какая растительная ткань «отвечает за перенос» питательных веществ. Как образуется древесина и многое другое.

В прошлом веке развитие анатомии и морфологии растений шло очень быстро. Благодаря новейшим и универсальным методам исследований ученые собрали сотни фактов о том, как устроено растение, однако еще многое необходимо изучить.

Что понадобится для проведения исследований:

• гербарий травянистых растений (по возможности)
• пищевые красители;
• 2-3 цветка кустовой хризантемы (или гвоздики) белого цвета;
• несколько проросших зерен гороха (или пшеницы, или овса);
• бинокуляры или микроскопы (Если дома нет таких устройств, то в школе договоритесь с учителем биологии, попросите его дать вам возможность поработать с этими оптическими приборами);
• пластиковый или стальной пинцет
• скальпель или канцелярский нож (работайте аккуратно и соблюдайте технику безопасности при работе)
• постоянные (готовые) препараты поперечного (и продольного) среза растений.

Для ведения записей наблюдений заведите собственный лабораторный журнал. В него заносите результаты наблюдений. Журнал понадобится вам для оформления итоговой работы.

Примечание 1.

Бинокуляр (стереоскоп, но не бинокулярный микроскоп) для данной работы более подходящий прибор, чем микроскопы. Бинокуляр дает меньшее увеличение, но его легче настраивать и с ним проще обращаться. Кроме того, бинокуляр дает объемное изображение, что с точки зрения эстетики гораздо лучше. Самого же увеличения вполне достаточно для целей данной работы.

Часть 2. Изучаем сухопутные растения

Задание 1. В этом задании мы предлагаем вам подготовить собственные описания и ответить на вопросы, которые интересовали древнегреческого ученого Теофраста.

Вопрос 1. Среди сухопутных растений есть деревья, кустарники и травянистые растения (травянистые, древесные и кустарниковые формы).

Опишите, чем отличаются друг от друга эти растения?

Вопрос 2. Какие органы есть у всех трёх форм. Какие признаки отличают травы от деревьев, кустарники от трав, деревья от кустарников.

Посмотрите презентацию «Функции частей растений». На перемене в классе сыграйте с друзьями в игру «Назови растение» (слайды 3-4). Победителя можно пригласить стать соавтором вашего исследования (в этом случае ему тоже нужно будет зарегистрироваться на сайте «Школы на ладони». Кстати, в такую игру можно сыграть и с родителями. Тогда и их зовите в проект).

Впишите в таблицу названия растений, которые вы узнали. В отдельную колонку запишите названия растений, которые вызывают сомнения, к какой форме их отнести – травам, кустарникам или деревьям.

На слайде 6 презентации рассмотрите рисунки травянистых растений (если у вас есть растения из гербария, рассмотрите гербарий).

Вопрос 3. Что общего у всех этих растений?

В своем лабораторном журнале сделайте «обобщенный» рисунок «универсального» травянистого растения. Изобразите все его части. Подпишите их.

Вопрос 4. Какие функции выполняют части растений?

Обсудите этот вопрос со своими одноклассниками или своим соавтором. Запишите свои формулировки в свой лабораторный журнал.

Как вы полагаете, о каких функциях можно узнать из практического опыта, а о каких – только с помощью научных исследований?

Часть 3. Интересные опыты с растениями

Опыт № 1.

Договоритесь дома с мамой и возьмите для опытов одно из домашних растений с большим количеством листьев.

Приобретите в аптеке вазелин (мазь, смягчающая кожу; вазелин не пропускает воздух, является безвредным для растений).

Смажьте вазелином отдельные листья растений по следующей схеме:

Занесите в лабораторный журнал таблицу и результаты наблюдений.

Какие выводы вы можете сделать по итогам наблюдений?

Проверьте свои предположения, рассмотрев поверхность листа (верхняя сторона, нижняя сторона) под микроскопом.

Сделайте фотографии.

Обсудите результаты своих опытов в классе.

Опыт № 2

Возьмите лист растения на длинном черешке.

Возьмите прозрачную емкость с водой (лучше, пластиковую бутылку с узким (!) горлышком).

Вставьте лист так, чтобы кончик черешка погрузился в воду.

Рядом с листом поместите соломинку для коктейля так, чтобы она не доставала края воды.

Плотно замажьте горлышко бутылки пластилином.

Через трубочку вытяните воздух из бутылки; закупорьте внешний конец трубочки, чтобы через нее не проходил воздух внутрь бутылки.

Проведите наблюдение.

Что вы заметили? Какие выводы можно сделать?

Проверьте свои предположения, рассмотрев поперечный срез черешка под микроскопом.

Сделайте фотографии.

Обсудите результаты своих опытов со своим соавтором или одноклассниками.

Часть 3.  Изучаем функции органов растений

Задание 1. Давайте изучим одну важную для самих растений функцию, в которой участвуют разные органы растений.

Посмотрите видеоролик «Полив растений»:

где при помощи ускоренной видеосъемки показано, какое благотворное влияние оказывает вода на состояние растения.

Задание 2. Вы знаете, что сама по себе вода обычно стекает сверху вниз. Но при поливе растений вода ведет себя иначе. Какие вопросы вы можете задать к этой ситуации? Запишите эти вопросы в свой лабораторный журнал.

Среди перечисленных вами вопросов могут быть вопросы примерно вот такого плана: «Как же тогда внутри растения вода поднимается «в обратную сторону? За счет чего? Благодаря чему?»

Подумайте, какие наблюдения, опыты нужно придумать и провести, чтобы начать отвечать на этот вопрос? 

Опыт № 3. Разноцветные цветы

Поместите цветы белой хризантемы (или гвоздики) в водные растворы пищевых красителей. Подойдет также свекольный сок.

Оттенок цвета будет зависеть от концентрации красителя. Чем более концентрированный раствор вы сделаете, тем ярче цвет соцветий.

Понаблюдайте, как долго будут окрашиваться цветы. Опишите результаты своих наблюдений в лабораторном журнале.

Примечание

Лучше использовать небольшие цветки растений с тонкими стеблями. Лепестки цветков таких растений быстрее окрашиваются в цвет.   Другой вариант объекта для изучения – листья китайской капусты. У этого растения крупные сосуды, поэтому окрашивание более интенсивное, чем у цветов.

Задание 4. Что там, под микроскопом?

Для этой работы вам понадобятся микроскоп (с верхней подсветкой, чтобы получить отраженный от микроскопируемых объектов свет) и бинокуляр, чтобы рассматривать лепестки цветов, стебли и листья.

Для работы и приготовления микропрепаратов нужно заранее прорастить семена растений (например, овса, гороха или любой другой культуры. Прекрасно подойдет, к примеру, редис).

Кроме того, для работы потребуются:

— острый канцелярский нож (можно использовать лезвие бритвы или скальпель (можно также воспользоваться микротомом, рис. 1).

— предметные и покровные стёкла

— слабый раствор йода или «зелёнки», либо метиленового синего (продаётся в аптеке, стоит 30 рублей).

— вода

— пипетка

— фильтровальная бумага

— веточки элодеи

Рис. 1 Микротом

Чтобы сделать тонкий срез поместите небольшой кусочек яблока, картофеля или огурца на предметное стекло. Прижмите микротом к поверхности и проверните ручку. На стекле останется тонкий слой клеток – срез. Нанесите на срез небольшую каплю воды и еще меньшую небольшую каплю йода. Прикройте срез покровным стеклом. Рассмотрите на увеличении малом увеличении микроскопа в проходящем свете — (объектив 10x, окуляр 10x). Переключите объектив на 40х. Зарисуйте или сделайте фото препарата.

Рассмотрите под бинокуляром лепестки цветков (кустовой хризантемы или гвоздики) белого цвета (окрашенной и не окрашенной). Рассматривайте лепестки с двух сторон, под небольшим увеличением в отраженном свете.

Рассмотрите под бинокуляром корни любого растения, например, корни проросшего гороха (пшеницы, овса).

Рассмотрите под микроскопом препарат кожицы лука. Это сделать совсем просто. Вот пошаговая инструкция:

• Приготовьте микроскоп, настройте свет. Протрите предметное и покровное стекла салфеткой. Капните слабый раствор йода и воды на предметное стекло.
• Разрежьте луковицу, снимите чешую. С мясистой части луковицы сорвите кусочек пленки пинцетом и положите его в созданную каплю на стекле.
• Расправьте приготовленную кожицу на стекле.
• Накройте препарат покровным стеклом.
• Ваш временный препарат готов!
• Наблюдайте препарат под увеличением 64x (объектив х4, окуляр х16). Двигайте предметное стекло, пока не найдете подходящее место, где лучше всего различимы продолговатые клетки.
• Увеличьте кратность до 400 раз (объектив 40x, окуляр 10x).

Сделайте фото.

При помощи скальпеля, лезвия бритвы или острого канцелярского ножа сделайте тонкие срезы стеблей растений, которые использовались и не использовались в опытах с окрашиванием. Чтобы сделать совсем тонкие срезы попросите помочь родителей. Старайтесь, чтобы срезы были совсем тонкими, тогда получится рассмотреть под микроскопом (бинокуляром) проводящие ткани.

Для получения таких тончайших срезов растений вам потребуется лезвие бритвы и морковка. Приготовим, например, поперечный срез какого-нибудь стебля растения. Необходимо в середине моркови вырезать полость, которая будет равняться диаметру стебля, а затем поместить в эту полость стебель таким образом, чтобы стебель немного выступал над поверхностью взятой морковки. А теперь приступим к самой важной части процесса – срезаем тончайший слой этого стебля. С самого начала все может получиться не так, как хотелось бы, но со временем вы приноровитесь и сможете готовить самые тончайшие срезы растений для ваших увлекательных исследований.

Для тех, кто очень увлечен биологией и хочет начать подготовку к всероссийской олимпиаде. На страницах 3-5 пособия по подготовке к всероссийской олимпиаде по биологии описана процедура, как сделать максимально тонкие срезы растительных тканей. Попробуйте освоить эти методики. Пригласите родителей поучаствовать в подготовке препаратов.

Рассмотрите срезы растительных тканей под бинокуляром.

— Рассмотрите под бинокуляром продольные срезы стеблей растения, которое использовалось и не использовалось в опытах (с окрашиванием и без него).

Попробуйте сделать фотографии с телефона (очень неплохие фото получаются, если объектив телефона плотно прижать к окуляру бинокуляра и сфотографировать).

Примечание

Продольный срез стебля готовится очень просто – кусочек стебля разрезается повдоль посередине. Рассматривать объект нужно в отраженном свете. Очевидно, что правильно рассматривать продольные срезы двух растений – окрашенного и не окрашенного.

Сделайте в лабораторном журнале рисунки изученных объектов.

Опыт 4. Обнаруживаем внутренние структуры растительной клетки

Для опыта понадобится микроскоп, покровные и предметные стекла, веточки элодеи.

В коллекции черно-белых фильмов 1987 года мы нашли короткое видео о внутренних процессах в растительной клетке. Посмотрите его.

(https://rutube.ru/video/036fe9758e7e7fbfe2355f1e0a203e16/?ref=logo&bmstart=86).

Приготовьте препарат из листа элодеи так как это сделали ваши старшие коллеги в фильме.

Рассмотрите под микроскопом движение цитоплазмы. Сделайте фото.

Попробуйте снять своё собственное видео на высоком увеличении — кратность до 400 раз (объектив 40x, окуляр 10x).

Информация для углубленного изучения

Важным свойством хлоропластов является их способность к движению. Хлоропласты передвигаются не только вместе с цитоплазмой, но способны и самопроизвольно изменять свое положение в клетке. Скорость движения хлоропластов составляет около 0,12 мкм/с. Хлоропласты могут быть распределены в клетке равномерно, однако чаще они скапливаются около ядра и вблизи клеточных стенок. Большое значение для расположения хлоропластов в клетке имеют направление и интенсивность освещения. При малой интенсивности освещения хлоропласты становятся перпендикулярно к падающим лучам, что является приспособлением к лучшему их улавливанию. При высокой освещенности хлоропласты передвигаются к боковым стенкам и поворачиваются ребром к падающим лучам. Получены данные, что движение хлоропластов регулируется синим светом. В зависимости от освещения может также меняться и форма хлоропластов. При более высокой интенсивности света их форма становится ближе к сферической… (http://fizrast.ru/fotosintez/hloroplasty/fiziologiya.html).

Часть 4. Готовим заключительный отчет

Вы рассмотрели под микроскопом и бинокуляром лепестки, стебли гвоздики; корни гороха.

С учетом полученных впечатлений, подумайте и напишите свой ответ на вопрос: «За счет чего, благодаря чему вода может подниматься вверх в растении?».

Зарисуйте в лабораторном журнале схему своего гипотетического объяснения.

Сравните своё описание и схему с теми схемами, которые возникли у других школьников. Например, вот такой:

Сделайте фотографии страниц вашего лабораторного журнала. Подготовьте презентацию «Лабораторный журнал_Анатомия растений_Фамилия Имя».

Удачи!