Тема. Соленость среды как экологический фактор Работу

Тема. Соленость среды как
экологический фактор
Работу выполнил: Радыгин Илья, ученик
11б класса, Гимназия №64 города Уфы.
АКТУАЛЬНОСТЬ
• Около 9·108 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 (Na2SO4),
карбонатное (NaHCO3),
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 –
пребывание в среде неестественно
богатой минеральными
веществами.
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.
Фото © M. Belov с сайта:
http://www.chileflora.com
1 — общий вид; 2 — веточка; 3 —
поперечный разрез веточки.
•
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.
Концентрац
ия NaCl, г/л
0,5
1,0
5,0
10,0
50,0
Контроль
Энергия
прорастания, %
12
28
16
2
0
14
Всхожесть, %
48
70
62
62
0
32
Таблица 2. Влияние засоления на
развитие проростков овса.
Концентр Среднее Min
Max
ация
значение длина, см длина, см
NaCl, г/л длины
проростко
в, см
0,5
7,5
1,5
11,5
Число
проростко
в длиной
0-3 см
Число
проростко
в длиной
3,5-5 см
Число
проростко
в длиной
5,5-12 см
2
9
19
1,0
7
12
6
1
29
5,0
4,9
1
9
8
7
16
10,0
2,9
1
5
23
8
0
50,0
0
0
0
0
0
0
Контроль
6
1
10
2
4
9
1
График. Зависимость энергии прорастания и
всхожести семян (%) от концентрации
поваренной соли (г/л)
80
70
60
50
Энергия прорастания, %
40
Всхожесть, %
30
20
10
0
0,5
1
5
10
50
Контроль
Диаграмма. Влияние засоления на
длину проростков.
Среднее значение длины проростков, см
8
7
6
5
4
3
2
1
0
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
Спасибо за внимание!