Изучение процесса ризогенеза на стеблевых черенках Coleus blumei

XX муниципальная научно-практическая конференция

школьников НОУ «Поиск»

Секция:  «естествознание»

Кормиловка 2020

Оглавление

Введение…………………………………………………………………………...3

Глава 1. Обзор литературы……………………………………………………….4

1.1.          Вегетативное размножение растений………………………….………….4

1.2.          Виды вегетативного размножения………………………………………..4

1.3.          Применение вегетативного размножения растений……………………..5

1.4.          Строение корня……………………………………………………………..5

1.5.          Ризогенез стеблевых черенков как модель для изучения процессов образования новых тканей и органов……………………………………..7

1.6.          Роль внешних и внутренних факторов в корнеобразовании……………8

Глава 2. Методы исследования………………………………………………....10

Глава 3. Результаты исследования……………………………………………...12

Выводы…………………………………………………………………………...16

Список литературы………………………………………………………………17

Приложения…………………………………………………………………..18-21

Введение

Для людей, интересующихся комнатным цветоводством, очень важно в любое время года укоренить растение. Новые, здоровые и красивые комнатные растения можно вырастить, используя метод вегетативного размножения – черенкование.  У растений на поверхности поранения (в основании черенков) образуется каллус, из клеток которого образуются ткани корня. Интересны и наиболее благоприятные условия для корнеобразования черенков комнатных растений.

Объект исследования: стеблевые черенки комнатного растения Coleus blumei.

Предмет исследования: процесс корнеобразования (ризогенеза) на стеблевых черенках Coleus blumei.

Цель работы: изучить процесс ризогенеза на стеблевых черенках Coleus blumei.

Задачи исследования:

1. Ознакомиться с литературой по данной теме.

2. Опытно-экспериментальным путем изучить этапы ризогенеза на стеблевых черенках Coleus blumei;

3. Провести сравнительную характеристику процесса ризогенеза в зависимости от техники выполнения среза черенка;

4. Изучить режим укоренения черенков: влияние температуры, влажности, освещенности.

Методы исследования: изучение литературы, наблюдение, эксперимент, анализ, сравнение.

I.                  Обзор литературы

1.1.                     Вегетативное размножение растений

Вегетативное размножение растений - это размножение с помощью вегетативных органов - корней, побегов, листьев. При вегетативном размножении новые растения получаются точно такими же, как и материнское растение. [3]

Почему одни растения можно воспроизвести с помощью листика, а другие только с помощью деления корневища или укоренения побега? На этот вопрос можно ответить, обратившись к теории строения клеток и тканей. Вегетативное размножение возможно лишь с помощью клеток образовательной ткани — меристемы. Только они способны делиться и создавать другие части растения. Появление нового организма начинается с инициальных клеток меристемы — они определяют всю будущую структуру растения вплоть до того, какого размера оно вырастет и сколько будет иметь побегов. Остальные частицы меристемы — производные инициальных клеток. Из них образуются все остальные части вегетативно размножающегося организма. Что конкретно является катализатором процесса деления, ученые до конца еще не выяснили. А вот ответ на вопрос, поставленный в начале этого абзаца, уже ясен: нельзя укоренить березу с помощью листа, потому что ни в черешке листа, ни в листовой пластинке не содержатся инициальные частицы образовательной ткани растения (меристемы) [4].

1.2.                     Виды вегетативного размножения

По своему источнику вегетативное размножение делится на естественное и искусственное. Примеры естественного часто встречаются в природе – это поросли деревьев и кустарников, появляющиеся от корней, усы на клубнике, детки каланхоэ на листьях, луковицы и клубни различных растений, появляющиеся в процессе их развития. Искусственное вегетативное размножение - размножение черенками, листьями, частью листа. Успех вегетативного искусственного размножения зависит от земляной смеси, в которой укореняются новые растения, влаги, освещения, температуры воздуха, а также от сортовых особенностей растения, его возраста[2].

1.3.                     Применение вегетативного размножения растений

Вегетативное размножение растений применяется, если растения не образуют жизнеспособных семян или выращиваются в условиях, когда семена не вызревают. Вегетативное размножение экономически выгодно, например, для получения низких растений, для более быстрого и раннего цветения. Вегетативное размножение намного легче семенного: у некоторых растений, например, у бирючины, лимонника, аронии черноплодной семена должны пройти сложные условия подготовки к посеву. В промышленном цветоводстве широко практикуется вегетативное размножение растений, ведь его преимущества неоспоримы: растения, выращенные из семян, зацветают намного позже, чем при вегетативном размножении[4].

1.4.                     Строение корня

Корень – осевой подземный орган растения, обладающий неограниченным концевым ростом. Главный корень развивается из зародышевого корешка семени и играет в растении роль центральной оси подземной части. Придаточные корни растут от побега (рис.1.). Боковые корни образуются на главном и придаточных корнях. Вся совокупность корней растения называется корневой системой.

Рис.1. Виды корней

В строении корня различают несколько зон, каждая из которых имеет определенное строение и выполняет определенные функции (рис. 2).

Рис.2. Продольный разрез корня

Зона деления состоит из мелких постоянно делящихся клеток верхушечной меристемы. Это зона находится на кончиках всех корней растения. Благодаря верхушечной меристеме осуществляется рост корня в длину. Корневой чехлик – это несколько слоёв плотно сросшихся клеток с утолщенными стенками.

Зона растяжения (роста). В ней клетки растут, вытягиваясь в длину, благодаря чему и происходит удлинение корня. В этой же зоне начинается дифференцировка клеток. Поверхностные клетки превращаются в клетки ризодермы. В центре формируются клетки проводящих тканей.

Зона всасывания. Зона всасывания снаружи покрыта тонкой покровной тканью эпиблемой (или ризодермой). В этой зоне клетки эпиблемы образуют выросты — корневые волоски. Корневые волоски представляют собой длинные тонкие нитевидные клеточные выросты, в которые перемещается ядро клетки. По мере роста корня они разрушаются, эпидерма замещается пробкой и зона всасывания замещается зоной проведения.

Зона проведения продолжается до наземных частей растения. В ней находятся сосуды ксилемы, по которым от корня поднимается вода с минеральными веществами, и ситовидные трубки флоэмы, по которым  в корень поступают органические вещества из листьев.

1.5. Ризогенез стеблевых черенков как модель для изучения процессов образования новых тканей и органов

Черенком называют отрезок какого-либо вегетативного органа, служащий для размножения, как правило, искусственного, т.е. черенок в буквальном смысле отрезают от материнского растения. Черенки могут быть стеблевые (побеговые), как у комнатной герани, смородины и листовые, как у бегоний, корневые, как у одуванчика, иван-чая, малины.

Выделяют черенки безлистные (зимние) и облиственные (летние). У некоторых растений к концу лета в глубине стеблей закладываются группы меристематических клеток, из которых у черенков развиваются корни. Черенки таких растений легко укореняются в безлистном состоянии, например розы, айва. Черенки этих растений срезают осенью, зимой или ранней весной. У большинства же растений корневые зачатки в стеблях предварительно не возникают, и придаточные корни у них образуются уже после отделения черенка от материнского растения.

Каллюс, (каллус) – ткань, образующаяся у растений на поверхности поранения (трещинах, надрезах, в основании черенков) и способствующая заживлению ран. Состоит из тонкостенных паренхимных клеток. В каллюсе часто закладываются придаточные корни и почки, особенно при черенковании. Главное условие образования каллюса -- наличие раны, поэтому каллюс называют раневой тканью.

При ранении возникают раздражающие вещества, увеличивается проницаемость плазмы в клетках, при раневой области, усиливается дыхание на поверхности раны. В поврежденных клетках усиливаются окислительные и уменьшаются восстановительные процессы, изменяется рН, чаще в сторону увеличения кислотности, происходят цитологические и химические изменения в раневых клетках, наблюдается интенсивное деление клеток недалеко от среза, особенно вблизи проводящей системы.

К реакции на раневое раздражение и образованию каллюса способны все живые клетки однолетнего побега. Лучше всего образуют каллюс клетки камбия. Кроме наличия раны для образования каллюса необходим комплекс внешних условий: оптимальная температура, влажность, доступ кислорода и питание[5].

1.6.Роль внешних и внутренних факторов в корнеобразовании

Внешние факторы влияют на физиологическое состояние материнских растений и, следовательно, на регенерационные процессы у черенков. К ним относятся свет, как основной фактор роста, развития растений и фотосинтеза, длина дня, при которой выращивают растения, водный режим, обеспеченность элементами питания.

К внутренним факторам можно отнести наследственные особенности, возраст, физиологическое состояние растений. В зависимости от наследственных особенностей виды и сорта делятся на легко-, средне- и трудноукореняемые. Однако в зависимости от возраста маточных растений, условий выращивания и укоренения растения проявляют различную способность к корнеобразованию даже в пределах одного и того же ботанического вида. У черенков, взятых с молодых растений, интенсивнее развивается корневая система, сокращается время укоренения, усиливается рост побегов, происходит более интенсивное накопление сырой массы.         У старых растений период активного роста побегов короче, сами побеги быстро одревесневают, и ризогенная активность заметно снижается. Большое значение при размножении зелёными черенками имеют температура (оптимальная 20--25°С), влажность воздуха и субстрата, световой режим. [6]

Глава 2.  Методы исследований

Эксперимент проводился в кабинете биологии МБОУ «Кормиловская СОШ №1» в сентябре-октябре 2019 года. Объект исследования – комнатное растение Колеус (Coleus blumei), семейство губоцветные - Labiatae. Род насчитывает около 150 видов, произрастающих в тропиках восточного полушария. Существуют экземпляры с краснобурыми, зеленовато-желтыми, темно-пурпурными листьями с желтой или беловатой каймой. Листья черешковые, яйцевидные, заостренные. Цветки мелкие, лиловато-синие, образуют кистевидное соцветие. Стебель четырехгранный. Декоративность колеуса зависит от освещения. На ярком солнечном свету окраска листьев делается еще ярче. Растение теплолюбивое, при неблагоприятных условиях теряет листья.

Чтобы провести опыты, мы подготовили черенки растения Coleus blumei длиной 4-6 см (по 2-4 листочка). Длина черенка зависит от расстояния между узлами, из которых растут листья. 

Опыт 1. Изучение этапов ризогенеза на стеблевых черенках Coleus blumei. Черенки поместили в стеклянные баночки, налили немного воды (примерно на 2—3 см). Вода должна быть чистой дождевой или водопроводной, но предварительно прокипяченной и отстоявшейся. Все опыты проводились в 3-кратной повторности.

Опыт 2. Сравнительная характеристика процесса ризогенеза в зависимости от техники выполнения среза черенка. Важно, чтобы срезы были гладкими, т.е. делают их очень острым ножом (скальпелем). Срез может быть любым: прямым, косым односторонним или двухсторонним.

Схема выполнения среза:

№1 - прямой срез на 2 см ниже узла;      

№2 - прямой срез на 1 см ниже узла;

№3 - прямой срез через узел;

№4 - косой срез на 2 см ниже узла в сторону глазка;

№5 - косой срез на 1 см ниже узла в сторону глазка.

Опыт 3. Изучение режима укоренения черенков

(влияние температуры, влажности, освещенности)

Для изучения влияния температуры воды для погружения черенков брали воду комнатной температуры и теплую воду (температура +25-30С).

Для изучения влияния влажности одни черенки  обернули влажной марлей, стараясь приблизить условия к состоянию тумана, другие – погрузили в воду.

Чтобы изучить влияние освещенности для одним черенков мы создали условия естественной освещенности, другие -  укрыли полиэтиленовой пленкой, которая пропускает 60-80 % дневного света.

Глава 3. Результаты исследования

В ходе выполнения опыта 1 «Изучение этапов ризогенеза на стеблевых черенках Coleus blumei» мы наблюдали за этапами корнеобразования в течение двух недель. Нами получили результаты, которые отражены в таблице 1.

На поверхности срезов образуется изолирующий слой. При благоприятных условиях температуры, влажности, аэрации и питания возникает каллюс. Он образуется сначала на некотором удалении от поверхности среза в результате деятельности камбия и других живых клеток коры. Каллюс вызывает утолщение коры ниже поверхности среза. Одновременно с образованием клеток каллюса происходит развитие сосудов. В большинстве случаев сосуды образуются из клеток каллюса. Кончик корня снаружи всегда прикрыт корневым чехликом, защищающим апикальную меристему. Клетки корневого чехлика образуют слизь, покрывающую поверхность корня.

Благодаря слизи снижается трение о почву, и ее частицы легко прилипают к корневым окончаниям и корневым волоскам. Корневой чехлик состоит из живых паренхимных клеток. Под чехликом располагается зона деления, представленная меристематической верхушкой корня, его апексом.

В результате активности апикальной меристемы формируются все прочие зоны и ткани корня. Делящиеся клетки сосредоточены в зоне деления, имеющей размеры около 1 мм. Эта часть корня заметно отличается от прочих зон своей желтоватой окраской. Вслед за зоной деления располагается зона растяжения роста. Она также невелика по протяженности несколько миллиметров, выделяется светлой окраской и как бы прозрачна.

Клетки зоны роста практически не делятся, но способны растягиваться в продольном направлении, проталкивая корневое окончание вглубь почвы. Они характеризуются высоким тургором, что способствует активному раздвиганию частиц почвы. В пределах зоны роста происходит дифференциация первичных проводящих тканей. Окончание зоны роста заметно по появлению многочисленных корневых волосков. Корневые волоски располагаются в зоне всасывания.

Вывод: процесс развития придаточных корней в стеблевых черенках может быть разделѐн на три стадии: 1) клеточная дифференциация, при которой выделяется группа меристематических клеток (где происходит закладка будущих корней); 2) дифференциация этих групп клеток; 3) рост и возникновение новых корней.

Опыт 2. Сравнительная характеристика процесса ризогенеза в зависимости от техники выполнения среза черенка.

В ходе наблюдений обнаружено:

- при прямом (перпендикулярно длине побега) срезе нижнего конца черенка на расстояния двух сантиметров от узла черенки имели 5-6 при средней длине корня 6-8см;

- при прямом срезе на расстоянии одного сантиметра от узла были получены черенки с наличием 3-4 корней и средним размером одного корня 4-5 см;

 - прямой срез через узел (под диафрагмой) обеспечил развитие до 8  корней при средней длине одного корня 8-10 см;

- косой срез на 2 см ниже узла в сторону глазка обеспечил развитие в среднем 6 корней длиной 8 см;

- косой срез на 1 см ниже узла в сторону глазка обеспечил развитие в среднем 7 корней длиной 6-8 см.

Вывод: при прямом срезе через узел образуется наибольшее количество корней (8) и их длина (8-10 см). При косых срезах под влиянием верхушечности каллус возникает быстрее в той части, где плоскость среза образует с наружной поверхностью черенка острый угол, у тупого угла каллус появляется позже. Это различие связано с неодинаковой реакцией на ранение прилегающих к срезу тканей.

Опыт 3. Влияние абиотических факторов на процесс ризогенеза на стеблевых черенках Coleus blumei

А) Влияние температуры. Все происходящие в растении физиологические процессы  зависят от температуры. Для изучения влияния температуры воды для погружения черенков мы брали воду комнатной температуры и теплую воду (температура +25-30С). Наблюдения проводили в течение двух недель.

Температура — один из решающих факторов в образовании придаточных корней на зеленых черенках. Процесс корнеобразования требует более высокой температуры, чем рост растений.

Вывод. Оптимальная температура для укоренения зеленых черенков большинства плодовых пород находится в пределах 25. ..30°С. Температура, ниже оптимальной, приводит к замедлению процесса корнеобразования. При несоблюдении этого режима до начала образования корней могут пробудиться почки, начаться рост побегов. Расход пластических веществ на рост надземной части задерживает и ослабляет развитие корней.

Б) Влияние влажности. Для изучения влияния влажности одни черенки  мы обернули влажной марлей, стараясь приблизить условия к состоянию тумана, другие – погрузили в воду. Наблюдения проводили в течение двух недель.

В фазу каллюсо- и корнеобразования в условиях искусственного тумана в первоначальный период листья черенков должны быть постоянно увлажнены. При отсутствии водяной пленки на листьях даже в течение нескольких минут повышается температура черенка, увеличивается интенсивность дыхания, а следовательно, и расход на этот процесс элементов питания. Возрастает транспирация. Большая потеря воды листом приводит к расстройству основных функций, в результате замедляются, а иногда и останавливаются процессы корнеобразования.

Вывод: процесс ризогенеза на стеблевых черенках Coleus blumei возможен тогда после погружения черенков в воду. В условиях искусственного тумана процесс корнеобразования останавливался.

         В) Влияние освещенности. Чтобы изучить влияние освещенности для одних черенков мы создали условия естественной освещенности, другие -  укрыли полиэтиленовой пленкой, которая пропускает 60-80 % дневного света. Наблюдения проводили в течение двух недель.

Вывод: свет – необходимое условие для укоренения зеленых черенков. Для стеблевых черенков Coleus blumei благоприятный режим освещенности складывается под укрытием полиэтиленовой пленкой, которая пропускает 60.. .80 % дневного света.

Выводы

1.     Процесс развития придаточных корней в стеблевых черенках разделѐн на три стадии:

1) клеточная дифференциация, при которой выделяется группа меристематических клеток (где происходит закладка будущих корней); 2) дифференциация этих групп клеток;

3) рост и возникновение новых корней.

2.     При прямом срезе через узел образуется наибольшее количество корней (8) и их длина (8-10 см). При косых срезах под влиянием верхушечности каллюс возникает быстрее в той части, где плоскость среза образует с наружной поверхностью черенка острый угол, у тупого угла каллюс появляется позже.

3.     Все происходящие в растении физиологические процессы  зависят от температуры. Для изучения влияния температуры воды для погружения черенков мы брали воду комнатной температуры и теплую воду (температура +25-30С). Наблюдения проводили в течение двух недель.

4.     Процесс ризогенеза на стеблевых черенках Coleus blumei возможен тогда после погружения черенков в воду. В условиях искусственного тумана процесс корнеобразования останавливался.

5.     Необходимое условие для укоренения зеленых черенков. Для стеблевых черенков Coleus blumei благоприятный режим освещенности складывается под укрытием полиэтиленовой пленкой, которая пропускает 60.. .80 % дневного света.

6.     В процессе образования каллюса и зачатков корней черенок расходует много энергии, поэтому ему надо вовремя посадить в земляную смесь. Не следует передерживать окорененные черенки: они потеряют жизнеспособность и могут погибнуть.

В перспективе хотелось бы изучить процесс ризогенеза саженцев ягодных культур при использовании органических и минеральных удобрений.

Список источников

1.     Биологический энциклопедический словарь. Гл. ред. М. С. Гиляров; Редкол.: А. А. Бабаев, Г. Г. Винберг, Г. А. Заварзин и др. — 2-е изд., исправл. — М.: Сов. Энциклопедия, 1986.

2.     Садовые растения. Карманный справочник. — М., 2007.

3.     ru.wikipedia.org/wiki/Колеус_Блюма

4.     http://www.supersadovnik.ru/article_plant.aspx?id=1001453

5.     http://vseocvetah.ru/koleus/

6.     https://www.ngpedia.ru/id402136p1.html

Приложение №1

Рис.1. Подготовка черенков

Рис.2. Начало эксперимента

 Рис.3-5. Изучение этапов ризогенеза под микроскопом

Рис. 5-7 Результаты опыта №2

Рис. 8-9. Результаты опыта №3

Скачано с www.znanio.ru