Меню

Прорастание семян пример изменчивости



Понятие об изменчивости семян (гетероспермия)

Развитию живой природы свойственна гармония, которая проявляется в молекулярной и надмолекулярной структурах организма, эндогенных жизненных системах отдельных индивидуумов, а также в их взаимоотношениях в биологических сообществах. Это сложное биологическое явление имеет генотипическую обусловленность и подвергается также влиянию внешней среды. В результате действия разных факторов на растительные организмы их структура и отдельные функции нарушаются, что вызывает изменчивость как в пределах генотипической нормы реакции, так и вне ее.

Генотипическая норма реакции – границы изменчивости под воздействием условий окружающей среды степени выражения признаков организма, контролируемой неизменным генотипом.

Поскольку весь организм является сложной взаимосвязанной целостной жизненной системой, изменчивость любого ее звена влечет за собой трансформацию смежных элементов. Эти изменения могут быть глубокими (генотипическими) или менее глубокими (модификационными) и находиться в определенной связи с варьированием других признаков или свойств.

Цитогенетические и физиолого-биохимические отклонения, имеющие место в развитии растений в результате влияния разных факторов, вызывают определенную изменчивость морфоанатомической конституции их отдельных органов.

Ход обратных реакций растений на изменение факторов внешней среды состоит из ряда последовательных фаз: 1) восприятие внешнего действия рецепторным организмом (возбуждение); 2) изменение физиологического состояния и возникновение продуктов обмена (раздражение); 3) перемещение этих продуктов в другие органы растений (передача раздражения); 4) изменчивость физиологического состояния и морфологической структуры этих органов (реакция). Такое понимание обратных реакций организмов является общим законом, отображающие взаимодействие органов и систем внутри растения и растения с окружающей средой.

В развитии растительного организма между его отдельными органами и метаболическими системами существуют корреляционные зависимости, которые, с одной стороны, могут изменяться при действии разных экзогенных и эндогенных факторов, а с другой – отражать направленность формирования вегетативных органов, плодов и семян.

Семена формируются на материнском растении и под влиянием экзогенных и эндогенных факторов, обретая при этом различные признаки и свойства. Изменчивость семян по морфологическим признакам, биохимическому составу и физиологическому состоянию, способности прорастать и обеспечивать определенную продуктивность растений в потомстве называется гетероспермией (от греческого getero – другой и sperma – семя).

В процессе исследования гетероспермии накоплен значительный фактический материал. Однако для его обобщения и последующего изучения как единой системы знаний необходимо упорядочение проблемы и создание определенной классификации. В связи с этим все вопросы, касающиеся гетероспермии, ученые выделяют в отдельную систему биологических знаний – гетеросперматологию.

Гетеросперматология – это отрасль биологической науки, изучающая гетероспермию и ее экзогенные и эндогенные причины. Она дает теоретическое обоснование способам получения исходного материала для селекции, выращиванию посевного материала в условиях оптимизированной технологии, а также отбору, улучшению и контролю качества семян.

Важнейшими специфическими задачами гетеросперматологии является: 1) установление закономерностей изменчивости семян в процессе выращивания; 2) изучение влияния разнокачественности семян на рост, развитие продуктивность растений в потомстве; 3) разработка тестерной системы прогнозирования урожайных свойств семян с целью отбора биологически наиболее ценного посевного материала; 4) улучшение семян в процессе выращивания, послеуборочной обработки и хранения; 5) разработка объективных методов оценки качества и стандартизации семян.

Объектом гетеросперматологии являются образцы семян, которые отличаются по тем или другим признакам и свойствам.

Основные методы гетеросперматологии: изучение накопленного материала и практического опыта по проблеме; постановка лабораторных и полевых опытов; обработка и анализ полученных результатов; отработка правильных выводов и рациональных предложений производству.

И. Г. Строна рассматривает три типа специфической разнокачественности семян – экологическую, матрикальную и генетическую.

Генетическая разнокачественность обусловливается наследственной изменчивостью организмов. Принятый автором термин не совсем точный, поскольку изменчивость бывает наследственной (генотипической) и ненаследственной (модификадионной). Следовательно, разнокачественность, связанную с наследственной изменчивостью, следует называть не генетической, а генотипической.

Нецелесообразно рассматривать как отдельные типы матрикальную и генотипическую разнокачественность, поскольку на материнском растении имеют место отличия семян как по наследственным, так и не наследственным свойствам.

Определенный круг ученых гетероспермию разделяют на шесть типов: 1) генетическую; 2) экологическую; 3) матрикальную; 4) гравиморфную (отличия семян по форме, очертаниям, рисунку); 5) сексуальную (влияние магнитного поля Земли); 6) энантиоморфную (от греческого enantios – противоположный), обусловливающую симметрию или диссиметрию семян.

Симметрия в широком понимании – это свойство геометрической фигуры, характеризующее некоторую правильность формы, неизменность ее во время движения и отображения.

В биологии наиболее интенсивно изучается структурная симметрия, которая описывает внешнюю форму и внутреннее строение организмов. Явление симметрии обозначается знаком S-форма.

Асимметрия в биологии представляет собой отсутствие или нарушение закономерного расположения подобных частей тела относительно определенной точки, плоскости или массы. Одной из разновидностей асимметрии является диссимметрия, которая может проявляться в двух модификациях – в форме оригинала и его зеркального отображения (антипода). При этом одна из них называется правой или D — по форме (от лат. dextro), другая – левой или L – по форме (от лат. laevo) (Большая советская энциклопедия).

Диссимметрия характеризуется рядом параметров. Величина диссимметрии (Р) показывает во сколько раз данный объект асимметричнее от качественно однородного ему объекта. Если объект симметричный, то Р = 0, при Р= 1 отмечается простая, при Р > 1 – сложная диссимметрия.

Диссимметричный полиморфизм наблюдается в случае, когда качественно одинаковые объекты имеют разные формы диссимметрии.

Диссимметричный изоморфизм – явление, когда качественно разным объектам свойственная одна и та же форма диссимметрии. Так, у мальвы и хлопчатника диссимметрия венчика цветка вызвана последовательным веерообразным наложением одних лепестков на другие по ходу или против хода часовой стрелки.

Читайте также:  Проверка семян салата на всхожесть

Явления симметрии и диссимметрии можно проиллюстрировать на примере строения зерновки кукурузы. Диссимметричность зерновки проявляется в неодинаковой массе эндосперма ее левой и правой сторон относительно оси, а также в разном размещении зародыша. Это явление объясняет тем, что в зависимости от расположения пыльцевой трубки терминальная клетка проэмбрио имеет правое, левое или симметричное положение. В связи с этим следует сослаться на найденную ученым С. Г. Навашиным закономерность, согласно которой пыльцевая трубка чаще проникает в потемневшую синергиду или в ту часть зародышевого мешка, где синергиды уже разрушены. Образование правых и симметричных по положению зародышей зерновок кукурузы связано также с положением первой перегородки проэмбрио.

Энантиосоответствие формы в целостной системе растительного организма рассматривается в разных сочетаниях среды и индивидуумов.

  1. В системе початок (среда) – зерновка (индивидуум). У кукурузы оказывается четкая зависимость диссимметрии зерновок от диссимметрии початка. Так, у початка с правовинтовьгм размещением рядов преобладают зерновки с правым смещением зародышей – D : L = 67 : 33, в левых початках – D : L =33 : 67.
  2. В системе ряды (среда) – зерновки (индивидуумы). В початках кукурузы ряды зерен группируются попарно, формируя морфологически отличные дипольные блоки. У некоторых сортов диполи отделены глубокими и широкими бороздками. Каждый диполь состоит из двух (D и L) рядов зерен. Причем в L-рядах преобладают L-зерновки, а в D-рядах – D-зерновки. Кроме того, оба ряда включают S-зерновки.
  3. В системе початок (среда) – ряды зерен или диполи (индивидуумы). В каждом початке выделяются две антиподные половинки (L и D), заметно отличающиеся по соотношению размещенных у них L и D-зерен. D-половинка формируется за счет сочетания D-дипольных пар рядов зерен, L-половинка – с L-диполью. Число диполей в S-початках равномерно распределяется в L- и D-половинках, так как S-початки в основном имеют парное число диполей, а L- и D-початки – непарное.
  4. В системе зерновка (среда) – росток (индивидуум). Установлено, что дис-значимость всходов в большей степени зависит от энантиопризнака зерновок, чем от энантиопризнака ряда, дис-значимость ряда больше, чем дис-значимость половинки, а дис-значимость половинки больше, чем дис-значимость початка. Степень превышения L-всходов от L-зерновок составляет 55–75%, D-всходов от D-зерновок – 53–63%.

Доказано, что у многих видов растений встречаются соцветия или

многосемянные плоды несвойственной данному сорту формы со спинной и брюшной частями. Изменчивость, связанную с брюшно-спинным эффектом назвали дорсивентральной гетероспермией (от лат. dorsum – спина, ventrum – брюшко).

У кукурузы дорсивентральность (рис. 1) предопределяется рядом причин: нарушения гаметогенеза в материнском соцветии, а также структуры и функций его пестиков; отклонения от нормы процессов опыления, оплодотворения и последующего формирования семян; неодинаковое поступление питательных веществ в разные части початка, а также повреждение его вредителями и поражение болезнями и тому подобное. Такие же в основном причины дорсивентральности отмечены и у других растений. В условиях богары в степном Крыму дорсивентральных плодов арбуза образуется около 50 %, между тем как при орошении – около 3 % (рис. 2).

Стимулом к разрастанию завязи и прилегающих тканей является оплодотворение, после которого зародышевый мешок начинает интенсивно продуцировать ауксины. Особая активность этого процесса наблюдается при формировании семян, причем центром образования гормона является не зародыш, а эндосперм. Следовательно, под воздействием ауксина, который синтезируется во время образования семян, происходит формирование плода. На примере плодов яблони было выявлено, что слаборастущая их часть прилегает к пустым семенным камерам. Аналогичное явление наблюдается и у арбуза. Установлено, что масса 1000 семян из спинной части соцветия или плода значительно выше, чем из брюшной. Дорсивентральный эффект во всех случаях приводит к ухудшению биологических свойств семян. Следовательно, при выращивании посевного материала необходимо создавать оптимальные условия для формирования соцветия и плодов, те же, что имеют признаки дорсивентральности, необходимо удалять, или же, в крайнем случае, на семенные цели использовать лишь их спинную часть.

Рис. 1. Явление дорсивентральности у кукурузы: А – дорсивентральные початки; Б – нормальный початок

Рис. 2. Явление дорсивентральности у арбуза

Установлено, что явление диссимметрии наблюдается также у всходов. У пшеницы от L-семян соотношение L- и D-всходов равняется 63:35, от D-семян L : D = 46 : 54, от S-семян L : D = 50 : 50.

В разные годы асимметрия оказывается неодинаковой: в одни годы преобладают D-семена, в другие – L-семена.

Энантиоструктура семян и всходов коррелирует с продуктивностью растений. Установлено, что наличие L-всходов значительно снижает урожайность посева. Оптимальный уровень количества L-всходов в популяции пшеницы мягкой находится в границах 6–18 %. Следовательно, по результатам количественного анализа энантиоморфной изменчивости всходов можно выделить более продуктивные генотипы на ранних этапах селекции.

Определенный круг ученых предлагает определять продуктивность растений посредством коэффициента декстральности, который учитывает количество левых и правых колосков.

где Kd – показатель декстральности; Pd – количество правых колосков; Р – количество левых колосков.

Источник

Исследовательская работа по биологии: Прорастание семян

Исследовательская работа учщихся, лабораторный эксперимент, наблюдение, изучение темы, составление отчета.

Просмотр содержимого документа
«Исследовательская работа по биологии: Прорастание семян»

КОМИТЕТ ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Читайте также:  Энергия прорастания семян подсолнечника по госту

Государственное бюджетное нетиповое образовательное учреждение

детский оздоровительно-образовательный туристский центр

Общеобразовательная школа – интернат

Исследование условий влияющих на прорастание семян

учащиеся 6 класса

1. Строение семени . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.1. Строение семени и его роль в жизни растения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

1.2. Этапы прорастания семян . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

1.3. Условия, влияющие на прорастание семян . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5

2. Практическая часть . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7

2.1. Объект исследования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7

2.2. Постановка эксперимента . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8

2.2.1. Хронология наблюдения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2.2.2. Необходимость определенных факторов для прорастания семян . . . . . . . . . . . . . . . .10

Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

Выращивание растений из семян – очень увлекательный процесс. Наблюдение за всеми фазами развития растения от прорастания семечка до появления первых цветов или плодов – волшебство природы в действии. Требуется много времени и терпения, прежде чем вырастет полноценное растение. Рост растения обычно начинается с прорастания самого важного органа размножения – семени. Прорасти и дать начало новому растению способны только семена с живым зародышем. Семена с погибшими зародышами теряют всхожесть.

Для прорастания семян необходимо наличие влаги, кислорода и благоприятных условий. В природе встречаются растения, требующие дополнительных условий для прорастания семян. Например, влияние света на прорастание семян бывает весьма значительным. Существуют растения, семена которых легко прорастают на свету, к ним относится морковь, мятлик луговой. Другие же растения, например, табак, для усиленного прорастания семян требуют очень кратковременного светового раздражения, необходимого для нарушения покоя семян.

Актуальность изучения темы заключается в том, что данная работа будет полезна садовникам, цветоводам и всем, кто хочет посадить растения.

Гипотеза: мы предполагаем, что на прорастание семян влияют такие факторы как свет, вода, тепло, кислород, глубина заделки семян.

Целью исследования является изучение влияния различных факторов на прорастание семян.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

Дать характеристику процессу прорастания семян;

Выделить основные условия, влияющие на прорастание семян;

Выбрать объект исследования;

Установить на практике влияние конкретных факторов на прорастание семян;

Сформулировать вывод о влиянии конкретных условий на прорастание семян.

1. Строение семени

1.1 Строение семени и его роль в жизни растения

Семенные растения, к которым относятся голосеменные и покрытосеменные растения, наиболее сложно устроенные организмы царства Растения. Их отличительное свойство – размножение и расселение с помощью семян.

В нашем исследовании внимание уделяется изучению покрытосеменных растений. Среди цветковых растений выделяют два класса – однодольные и двудольные растения.

Рассмотрим строение семени однодольного растения на примере пшеницы (рис. 1). Семя пшеницы снаружи покрывает околоплодник, который очень плотно сросся с семенной кожурой, что разделить их невозможно. Он выполняет функцию защиты. Большую часть семени занимает запасающая ткань – эндосперм. Зародыш занимает незначительную часть, но его роль самая главная, т.к. это взрослое растение в миниатюре. Зародыш растений имеет типичное строение и состоит из зародышевого корешка, стебелька, почечки, отличие заключается лишь в количестве семядолей. У однодольных растений – одна семядоля.

Семена двудольных растений рассмотрим на примере семени фасоли (рис. 2). Семя снаружи покрывает семенная кожура, выполняющая защитную функцию. Эндосперм в семени отсутствует, его функцию выполняют семядоли, которые занимают большую часть семени. Зародыш состоит из тех же частей: корешок, стебелёк, почечка и семядоли.

Семена цветковых растений играют важную роль для растительного организма. С помощью семян растения размножаются и расселяются.

Для человека и многих животных семена служат пищей. Ради получения плодов и семян человек выращивает зерновые, овощные, сахаристые и масличные культуры, плодовые деревья и ягодные кустарники.

Такие технические культуры как хлопчатник, лен, конопля, используются в промышленности.

1.2. Этапы прорастания семян

Когда семя оказывается в благоприятных условиях, то оно прорастает (рис. 3). Сначала из семени, разорвав семенную кожуру, вырастает зародышевый корень. Он растёт быстрее других органов растений. Зародышевый корень растет вниз и закрепляет проросток в почве. У однодольных растений из семени вырастает не только главный корень, но и еще несколько корней, берущих начало от зародышевого стебля.

Немного позже корня и медленнее его начинает расти зародышевый

побег, который растет вверх. Для роста проросток использует питательные вещества, запасенные в семени. Стебель удлиняется и выносит вверх семядоли и верхушечную почку. Далее развивается уже надземный побег с настоящими листьями.

Когда же у растения развиваются листья, то оно может питаться самостоятельно. Позже на нем вырастают цветки, которые развиваются в семена и плоды. Таким образом, из семени вырастает новое растение, которое дает новые семена.

1.3. Условия, влияющие на прорастание семян

Семена могут долгое время лежать в бумажных пакетиках, в мешках из ткани, в зернохранилищах, находясь в состоянии покоя и не прорастать. Какие же условия способствуют тому, что зародыш семени начинает развиваться?

Прорастание семян обычно начинается с момента проникновения воды в семя через семявход. Вода, таким образом, является необходимым условием прорастания семян. Проникнув в семя, вода вызывает его набухание — семя несколько увеличивается в объеме. При этом запасные питательные вещества, находящиеся в эндосперме и семядолях, переходят растворимое состояние и становятся доступными для клеток живого зародыша.

Важным условием прорастания семян является температура. Различают температуры прорастания семян минимальные, при которых прорастание едва начинается, оптимальные, при которых прорастание идет наиболее энергично, и, наконец, максимальные, при которых прорастание начинает прекращаться. Опыты показывают, что для каждого растения существуют свои температуры минимума, оптимума и максимума прорастания.

Читайте также:  Препараты семян подорожника при запорах

Когда семечко выходит из состояния покоя, оно начинает дышать. Пока цела семенная кожура, дыхание может быть бескислородным (анаэробным), и воздух не требуется. Но с того момента, когда под влиянием большого давления, развивающегося внутри набухшего семени, семенная кожура лопается, семя требует кислорода. Чем выше температура, при которой происходит прорастание, тем интенсивнее дышат семена и тем важнее, чтобы к прорастающим семенам был свободный доступ воздуха.

Хорошая обеспеченность семян кислородом не только ускоряет процесс прорастания, но сказывается благотворно на дальнейшем росте всходов.

4. Глубина заделки семян

Глубина заделки семян зависит от их размера и свойств почвы. Чем крупнее семена, тем глубже их сеют. В крупных семенах достаточно питательных веществ и ростки не погибают, пробиваясь с большой глубины в течение долгого времени. Мелкие семена репы, лука высевают на глубину 1–2 см, семена средних размеров редиса, огурцов – на глубину 2–4 см. крупные семена фасоли, гороха, бобов требуют глубину 4–5 см. Если крупные семена посеять менее глубоко, им не хватит влаги.

Семена растений, более требовательных к теплу, высевают, когда почва достаточно прогреется. С посевом семян теплолюбивых растений (кукуруза, фасоль, огурцы, томат) запаздывать нежелательно. С каждым днем солнце пригревает все сильнее, и почва все более высыхает. Поэтому опоздание с посевом семян этих растений снижает урожай. Учитывая это семена теплолюбивых растений высевают, как только почва нагреется до 10–12ºС. Позднее семена попадут в теплую, но сухую почву и будут прорастать медленно, что снизит урожай.

2. Практическая часть

2.1. Объект исследования

Объектом исследования мы выбрали фасоль обыкновенную. Ее легко изучать, она неприхотлива в выращивании, даёт многочисленные плоды, которые можно употреблять в пищу.

Фасоль обыкновенная является травянистым видом растения, относится к семейству Бобовые. Отличается прямым, вьющимся стеблем. Стебель, который вьется является достаточно длинным, может достигать около 3 метром. Цветки у фасоли мотыльковые, они находятся на длинных ножках и собираются в пазушное соцветие. Фасоль может цвести лиловым, темно-фиолетовым и белым цветом. Плоды приносит только в конце лета.

Плоды представляют собой продолговатые изогнутые или прямые бобы, они могут достигать 4 или 20 см. Внутри содержатся эллиптические семена. Впервые узнали о фасоли в Южной Америке, затем она постепенно распространилась в другие страны. В России о растении начали говорить только в 18 веке.

На сегодняшний день обыкновенная фасоль – это культурное растение, которое имеет разные сорта. Для ее выращивания выбирают солнечные участки и плодородную почку. Фасоль выращивают даже в суровом климате, она может адаптироваться к разным условиям.

Заготавливать растение нужно сразу же, когда полностью созреют плоды. Делают это в конце августа начале сентября.

В каком месте хранить подготовленную фасоль? Обращаем ваше внимание, что помещение должно быть обязательно сухим, хорошо проветриваться и оборудовано специальными стеллажами. Хранится сырье не более 3 лет.

Полезный состав фасоли: в семенах содержится белок – 25%, он является легкоусвояемым. Фасоль богата на витамины, минералы. В растении много витамина С, В2, В 6, РР, Е. Ценится фасоль за содержание достаточного количества магния, железа, серы, аминокислот, калия.

2.2. Постановка эксперимента

Мы взяли 6 чашек Петри, на дно каждой положили фильтровальную бумагу и положили по 2 семя фасоли:

В одну чашку (№ 1) семена полностью залили водой, закрыли, оставив семена без доступа света и кислорода.

Во другие, мы налили немного воды на фильтровальную бумагу и поместили в разные температурные условия:

— в прохладное светлое место (№ 2)

— в светлое место при комнатной температуре (№ 3)

— в темное место при комнатной температуре (№ 4)

— в светлое место при температуре 30 ºС (№ 5)

— одну чашку Петри с семенами (№ 6) оставили без воды и поместили рядом с чашкой №3

2.2.1. Хронология наблюдения

Результат второго дня:

Семена набухли, во всех чашках кроме № 6, чашки покрылась капельками конденсата, это говорит о том, что семена дышат.

Результат третьего дня:

Все семена кроме № 6 набухли, в № 5 появился маленький корешок, в чашке № 6 без изменений.

Результат четвертого дня:

В чашках № 1 и № 2 семена набухли, в чашках № 3 и № 4 появился маленький корешок, в чашке № 5 Появились семядольные листочки, в чашке № 6 без изменений.

Результат пятого дня:

В чашке № 1 семена набухли, в чашке № 2 появился маленький корешок, в чашках № 3 и № 4 продолжается рост корешка, растрескивание семенной кожуры, в чашке № 5 активно растет корешок и семядольные листочки между которыми проявилась почка побега, в чашке № 6 без изменений.

Результат седьмого дня:

В чашке № 1 семена набухли, при попытке из посмотреть они полностью распались в руках, в чашке № 2 растрескивание семенной кожуры, показались семядольные листки, в чашках № 3 и № 4 появились семядольные листочки, в чашке № 5 активно растет корешок и семядольные листочки и появляется первый настоящий лист, в чашке № 6 без изменений.

Источник