Исследование зависимости роста растений под разными фильтрами

ХХХХII городская научно­практическая конференция НОУ Тема «Исследование зависимости роста  растений под разными фильтрами» Секция  Физика Автор: Михайлов Федор Леонидович МАОУ СОШ №9,  класс 7 Научный руководитель:  Хрущева Альбина Ринадовна  МАОУ СОШ №9 учитель физики г. Златоуст , 2018г. 2 Содержание Введение Теоретическая часть 1. Роль света в жизни растения 1.1 Влияние спектра на процесс фотосинтеза 1.2 Влияние света на процессы фотоморфогенеза 2. Практическая часть 2.1 Работа в будущем Заключение  Список литературы 3 4 4 4 5 6 7 8 9 3 Введение  Разве   можно   представить   этот   прекрасный   мир   без   солнечного   света?!   Свет­это жизнь, счастье, радость. И он, безусловно, очень важен не только для человека, но и для растительного   мира,  который   служит  нам  таким   величайшим  подспорьем  в  этой  столь удивительной и не менее прекрасной жизни. Свет ­ это электромагнитная волна, длина которой может варьироваться от 340 до 760   нанометров.   Этот   диапазон,   особенно   желто­зеленая   область,   может   легко восприниматься человеческим глазом. Свет — источник  жизни и энергии для всех живых организмов. Для растений он катализатор всех жизненных процессов на всех этапах их роста и цветения. Актуальность:  1. Выращивая рассаду зимой на подоконнике, я очень часто наблюдал, что она вытягивается.  2. Почему растение вытягивается вверх и погибает? 3.   Ответ   прост   –   растениям   не   хватает   света.   Создание   и   использование дополнительного освещения решает проблему недостатка света. Цель: Исследовать различный спектр видимого света необходимый для роста  растений.  Задачи:  1. узнать о значении света для выращивания рассады;  2. выяснить эффективность использования различных ламп при выращивании рассады. 3. разработать модель фитолампы Гипотеза: если использовать диодную лампу и светофильтр, то растение  получит необходимое количество нужного им света и хорошо развивается. Объект: рассада овса Предмет: свет Методы: анализ, сравнение, конструирование, наблюдение, изучение литературных  источников и интернет­источников, обобщение. 4 Глава 1. Роль света в жизни растения. 1.1. Влияние спектра на процесс фотосинтеза Все знают, что для жизни растений нужен солнечный свет, но никто, кроме детей и ученых,   не   спрашивает:   «Зачем?»   А   ведь   без   него   невозможна   выработка   растениями углеводов, которые необходимы для их роста и создания массы. Углеводы вырабатываются из двуокиси углерода и воды в процессе фотосинтеза. А для фотосинтеза, в свое время, необходима   световая   энергия,   которая   поглощается   через   ассимиляционный   пигмент   – хлорофилл,   который   содержится   в   листьях.   Интенсивность   фотосинтеза   зависит   от интенсивности   света,   содержания   двуокиси   углерода   и   обеспечения   водой,   а   также   от окружающей   температуры   (3).   Но   какой   свет   нужен   для   фотосинтеза?   Ответ   на   этот вопрос кажется очевидным ­ растениям нужен солнечный свет, а если это искусственный свет, то, наверное, спектр излучения "хорошей" лампы должен быть как можно ближе к солнечному.   Лучевая   энергия   солнца,   которая   доходит   до   поверхности   земли,   состоит из ультрафиолетового излучения (длина волны короче 380 нм), видимого света (от 380 нм до 780 нм) и инфракрасного, т.е. теплового излучения (длина волны больше 780 нм). Пик солнечного света лежит в голубой части спектра при 475 нм (7). Глаз человека не воспринимает ни ультрафиолетовые, ни инфракрасные волны, а из видимого спектра наиболее чувствителен к желто­зеленому (555 нм) свету. Красный свет (650 нм) человеческий глаз чувствует в 10 раз хуже, т.е. нужно в 10 раз больше красного света, чем зеленого, чтобы человек воспринял оба света как равные по интенсивности (9).  А к какому свету более всего чувствителен "глаз" растения, т.е. хлорофилл и другие пигменты, улавливающие  свет для фотосинтеза? К.А. Тимирязев доказал, что наиболее активно   фотосинтез   идет   под   действием оранжево   ­   красного   света (610­700   нм)   с максимумом   в   красной   зоне   (660­675   нм).   Второй   пик   активности   находится   в   сине­ фиолетовой части спектра (400­510 нм) (2). Рост растений обеспечивается фотосинтезом, 5 значит,  растениям   в  первую  очередь  требуется   свет,  обогащенный  теми   длинами  волн, которые нужны для фотосинтеза.  Вывод:   в   процессе   фотосинтеза   растения   желто­зеленая   составляющая   дневного света практически бесполезна, а нужен ему свет (а значит и энергия) из красной (660 нм) и синей (460 нм) областей спектра дневного света.  4 1.2. Влияние света на процессы фотоморфогенеза Кроме   фотосинтеза   в   растении   происходят   еще   и   процессы   фотоморфогенеза. Фотоморфогенез ­ это процессы, происходящие в растении под влиянием света различного спектрального состава и интенсивности. В этих процессах свет выступает не как первичный источник энергии, а как сигнальное средство. Для фотоморфогенеза необходимы такие пигменты как фитохром и криптохром. Фитохром может принимать две формы с разными свойствами под воздействием красного света (660 нм) и дальнего красного света (730 нм). Красный свет стимулирует рост растения, а дальний красный останавливает. Это свойство обеспечивает   слежение   за   временем   суток   (утро­вечер),   управляя   периодичностью жизнедеятельности растения. Криптохром реагирует на синий свет в диапазоне от 400 до 500 нм.  Синий цвет регулирует ширину устьиц листьев, управляет движением листьев за солнцем, стимулирует деление клеток, но тормозит их удлинение (5).  Вывод:   в  процессах   фотоморфогенеза   задействованы   красные   (660нм  и   730нм)   и синие (400­500нм) части спектра дневного света. 6 2. Практическая часть Эксперимент 1 Лампа накаливания и диодная лампа Я решил провести опыт выращивание растения (овса) под светом лампы диодной и лампы накаливания. Для того чтобы узнать от какой лампы свет лучше я использовал такие методы: включал свет диодной лампы и лампы накаливания на одинаковый промежуток времени над растениями, постоянно поливал. Также я решил оставлять растения на 2 дня на солнечном свете, чтобы овёс мог отдохнуть, при этом растения никогда не засыхают. Вывод:   в   результате   эксперимента   я   узнал,   что   под   светом   лампой   накаливания растение выросло маленькое и хрупкое, а под диодной лампой тоже растение вырастет почти в полтора раза выше!  Эксперимент 2 Выращивание овса под диодной лампой с разными светофильтрами. После   первого   эксперимента   я   решил   узнать,   под   каким   светом   растения   растут быстрее. Для этого я использовал те же методы что и в первом опыте. И в итоге результаты сравню с информацией из Интернет­ресурсов.  В результате эксперимента я узнал, что под определённым  светом овёс растёт по­ разному.   Результаты   я   сравнил   с   интернет   ­   ресурсами   и   они     оказались   схожими. Результаты эксперимента, занес в таблицу: Спектральная часть Влияние 7 Красно ­  оранжевая ­необходима для процесса фотосинтеза; ­является сигналом для роста растений; ­укрепляет корневую систему; ­продлевает цветение; ­ускоряет созревание плодов Сине ­ фиолетовая ­необходима для процесса фотосинтеза; ­не позволяет растению чрезмерно вытягиваться; ­стимулирует и ускоряет рост растения;  ­ помогает наращиванию биомассы БЕСПОЛЕЗНА Зеленая 2.1 Работа в будущем Далее в своей исследовательской работе я хочу разработать фитолампу с датчиком освещенности, подобрать необходимую мощность ламп и выбрать их диапазон света  По моему предположению свет в такой лампе должен быть сиреневым  Мой план и расходы: № 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Наименование используемых материалов Затраты на материалы, руб. Светодиоды 9 красных, 9 синих Программируемая плата«Arduino Nano»  Провод  Датчик света Алюминиевый профиль Термоклей  Саморезы  Блок питания Каркас для лампы Итого 350 руб. 100 руб. 45 руб. 100 руб. 50 руб. 30 руб. 50 руб. 200 руб. 50 руб. 975 руб. 8 Заключение Проведя свое исследование, я узнал, что в процессах фотосинтеза и фотоморфогенеза растения желто­зеленая составляющая дневного света практически бесполезна, а нужен свет (а значит и энергия) из красной (660 нм) и синей (460 нм) областей спектра дневного света.   Наиболее   эффективными   фито   светильниками   являются   светодиодные,   их преимущества ­ оптимальный спектральный состав светового потока, отсутствие опасных веществ,   низкое   энергопотребление,   работа   при   невысоком   напряжении,   выделение сравнительно   небольшого   количества   тепла,   долгий   срок   эксплуатации,   высокая устойчивость к механическому воздействию. Экспериментальное выращивание овощей под моим светильником доказало, что даже зимой можно вырастить сильные здоровые растения с прекрасными вкусовыми качествами и высокой урожайностью. В результате работы мной была  достигнута цель  – исследовать различный спектр видимого   света   необходимый   для   роста   растений;   и   подтверждена  гипотеза,  если использовать диодную лампу и светофильтр, то растение получит необходимое количество нужного им света и хорошо развивается. 9 Список литературы 1.  Рождественский  В.И.,  Клешин   А.Ф.  «Управляемое  культивирование   растений  в искусственной среде» 2.https://ru.wikipedia.org/wiki/Тимирязев,_Климент_Аркадьевич 3. http://timiryazev.ru/znachenie.html 4. http://um­ogorod.ru/podsvetka/spektr.htm 5. http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/159304 6.http://rassadnik.com/sozdanie­uslovij­dlya­kvartiryi/elektrodosvechivanie­ rassadyi/kakoj­svet­nuzhen­rassade.html 7. http://minifermer.ru/category_51.html 8. https://ru.wikipedia.org/wiki/Искусственное_освещение_растений 9.http://housecomputer.ru/private_life/housing/country_house/grower/hydroponics/light_fo r_plants/light_for_plants.html 10. http://energovopros.ru/novosti/svet/27402/ 10