Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

 «Новокижингинская средняя общеобразовательная школа»

Кижингинский район Республика Бурятия

Экология лесных растений

Тема: ВЫВЕДЕНИЕ ПОБЕГОВ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ ИЗ

СОСТОЯНИЯ ПОКОЯ

Выполнила: ученица 11 класса

Кривошеева Полина

Научный руководитель: учитель биологии и географии 

МБОУ «Новокижингинская СОШ»

Баранова Анна Станиславовна

2023 г.

СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ............................................................................ 3

1.Физиология покоя древесных растений......................................................... 4

2.Материалы и методы проведения эксперимента........................................... 6

3.Результаты эксперимента. Анализ результатов…...…………….……….…...7

4.Основные выводы……………………..………………………………….…...17

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………….18

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ…………..……………….19

ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

В природе у многих растений, в том числе и древесных, наступают периоды резкого замедления или даже почти полной приостановки процессов роста. Это связано  со сменой времен года, а вместе с этим,  и с чередованием  благоприятных и неблагоприятных периодов для роста растений. Активный рост в жизни растений сменяется периодами покоя, под которым понимается временное прекращение видимого роста. В состояние покоя может вступать как растительный организм в целом, так и отдельные его части (корни, клубни, семена).  

Актуальность выбранной темы заключается в том, что регулирование процессов покоя имеет практическое значение в растениеводстве, цветоводстве, сельском хозяйстве. Фенологические наблюдения не только позволяют прогнозировать поведение древесных растений в меняющихся условиях и выявлять связь между их устойчивостью и сезонным ритмом, но и дают дополнительную характеристику их хозяйственных качеств. Например, позволяют установить периоды наивысшей декоративности (сроки и продолжительность массового цветения, осеннего расцвечивания листьев), что важно для зеленого строительства.

Цель – определение времени распускания почек у различных видов древесных растений.

Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:

1)   проведение эксперимента по выведению почек из состояния покоя;

2)   анализ результатов эксперимента;

3)   определение практической значимости проекта.

Объектами исследования являются побеги древесных растений с.

Новокижингинск (Кижингинский район, Республика Бурятия).

Метод исследования – эксперимент.

На основе анализа результатов эксперимента будут сделаны выводы о способности древесных растений выходить из состояния покоя. Также будет определено время распускания почек у каждого растения.

1. Физиология покоя древесных растений

Особое влияние на рост и развитие растений оказывают сезонные изменения в природе. Сроки их наступления и причины, определяющие эти сроки, изучает наука фенология. У каждого растения происходят изменения, которые обычно заметны при наблюдении за его развитием. Эти изменения условно разделяют на фазы, которые растение в течение своей жизни последовательно проходит.

Фенологическая фаза – качественный этап в годичном цикле развития растения в целом или отдельных его органов, который характеризуется четко выраженными внешними морфологическими изменениями (набуханием и распусканием почек, развертыванием листьев, началом и окончанием роста побегов). ^[1]

Покой – нормальное физиологическое состояние растений, и его следует рассматривать как закрепленное наследственностью биологическое приспособление к перенесению неблагоприятного времени года. Переход в состояние покоя является следствием адаптации растений к климатическим изменениям.^[2]

У почек древесных растений различают физиологический (глубокий) и вынужденный покой. 

Физиологический покой обусловлен наследственными свойствами растений, сложившимися в процессе эволюции. Это так называемые эндогенные (глубинные) процессы растений, запрограммированные для каждого вида, рода или семейства под влиянием климатических условий. Ряд подобных процессов непоколебим и никогда не нарушается.

Переход в состояние глубокого покоя позволяет растениям не только пережить неблагоприятный период, но является необходимым этапом, в течение которого происходят изменения, подготавливающие растения к быстрому росту с наступлением благоприятных условий. Для почек многих древесных растений умеренной зоны необходима определенная продолжительность воздействия низкими температурами. Это предотвращает преждевременную инициацию роста весной и повреждение побега при возврате холодов.

Глубина покоя зависит от вида растений и характера осенней погоды. С середины зимы покой становится менее глубоким и постепенно почки становятся готовыми к росту, но не распускаются в связи с низкими температурами (вынужденный покой), который можно нарушить, поставив ветки в воду в теплом помещении. 

Таким образом, вынужденный покой - это состояние, когда видимого роста растения нет из-за отсутствия в окружающей среде необходимых условий (пониженные температуры, отсутствие воды, недостаток кислорода, света). Если света и тепла достаточно, то вынужденный покой не наступает.

Вынужденный и глубокий покои могут совпадать по времени. Характер покоя различен, различны и части растения, впадающие в состояние покоя.

Процессы роста сосредоточены в почках, поэтому они в первую очередь и вступают в покоящееся состояние. В состоянии покоя могут находиться не все почки, расположенные на растении, а лишь отдельные.

Время раскрытия почек – феномен, зависящий от природных факторов, призванных защищать растение от последствий слишком раннего пробуждения. Почки у древесных растений закладываются обычно летом, но видны становятся лишь осенью, после листопада. А чтобы раскрыться весной, они должны пройти стадию зимнего покоя.

Основными факторами, влияющими и регулирующими состояние покоя у древесных растений, являются:

1)                длина светового дня. Это называется фотопериодической реакцией. Именно она сигнализирует о наступлении осени;

2)                температура. Низкая температура окружающего воздуха удлиняет период покоя, высокая – сокращает его;

3)                вода. Вода необходима для всех жизненных процессов растений и потребляется ими в большом количестве;

4)                влажность воздуха. Этот фактор влияет на жизнь растения и его внешний вид;

5)                генетические факторы, влияющие на продолжительность органического покоя и потребность того или иного растения в холодной зимовке.

Действие специфических факторов среды связано со сдвигом в соотношении фитогормонов: ингибиторов роста, цитокининов, гибберилинов, ауксина. Для разных видов эти сдвиги в балансе фитогормонов не однозначны.^[3]

Таким образом, период покоя – не только приспособление к неблагоприятным условиям, но и необходимое звено развития растений. Если растение не прошло период покоя, темпы его роста снижаются, ухудшается плодоношение. При изучении и исследовании древесных растений фенологические наблюдения над ними дают обширную и ценную информацию о биологических особенностях растений.

2.Характеристика место сбора растений.

Место сбора растений – село Новокижингинск, Кижингинский район, Республика Бурятия. Район расположен в Западном Забайкалье, граничит на западе с землями Заиграевского, на северо-западе – Хоринского, на севере – Еравнинского районов Республики Бурятия и на юго-востоке и юго – вдоль границы Хилокского и Петровск-Забайкальского районов Читинской

области. Село Новокижингинск находится на юго-востоке Кижингинского района.

        Территория района расположена в Витимском плоскогорье, которая окаймлена с юго-запада хребтами – Цаган-Дабан и Худунским. Они выделяются однообразным рельефом Сопочно-Уваличного характера, малым колебанием абсолютных высот и слабым развитием эрозионных процессов.

В особенности рельефа территория относится к Селенгинскому среднегорью – одному из четырех крупных ландшафтных районов Бурятии. Район занимает обширное Худуно-Чесано-Кижингинское межгорное понижение, которое находится на высоте более 688 метров над уровнем мирового океана и обрамлено хребтами.

Климат резко континентальный. Он характеризуется значительными колебаниями температуры воздуха от +39,5 до -55 градусов по Цельсию.

Самый холодный месяц – январь. Средняя температура января -24,9 градуса. Самый теплый месяц – июль, средняя температура которого +18,7 градуса. Безморозный период продолжается в среднем 100 дней, вегетационный период – 120-140 дней. В течение вегетационного периода, во все месяцы кроме июля, наблюдаются заморозки.

Снеговой покров устанавливается во второй половине октября, чаще в первой половине ноября и имеет небольшую толщину (10-13 см), лежит 150155 дней в долинах. 

Среднегодовое количество осадков составляет в среднем 236 мм. Годовое количество осадков изменяется в пределах 247-402 мм. Наиболее засушливые месяцы – май и июнь.

Из климатических особенностей следует отметить большую продолжительность солнечных дней, она равна 2100-2300 часам в год.

Разнообразие почв обусловлено различием природно-климатических условий. На этой основе выделяют почвенный покров степных, лесостепных, таежных территорий, а также различают почвы горных территорий и межгорных понижений. Почвообразующие породы 9 типов почв. Лесные почвы бедны. Степным и лесостепным почвам не хватает влаги, почвам маломощным, каменистым – питательных веществ.

Холодная и малоснежная зима, затяжная весна с сильными ветрами, поздними заморозками и низкими ночными температурами, крайне недостаточное количество осадков весной и в начале лета, жаркое лето и во второй его половине и бедная почва не благоприятствуют высокой урожайности дикорастущих и культурных растений.

3. Материалы и методы проведения эксперимента

Методы исследования: В качестве метода исследования был выбран метод проведения эксперимента. Метод заключается в создании ситуации, помогающей выявить свойства биологических объектов– побегов древесных растений. Эксперимент позволяет раскрыть сущность выхода из состояния покоя и определить влияние главных абиотических факторов.

Материалы исследования:

В качестве объектов исследования были отобраны побеги 14 древесных растений: рябина сибирская, слива Байкальская скороплодная, ранет Бурятское раннее, клен ясенелистный, жимолость Сибирячка, смородина двуиглая, сирень венгерская, яблоня сибирская, смородина черная алтайская Ядреная, малина обыкновенная, карагана древовидная, черемуха азиатская, облепиха крушиновидная, рододендрон даурский.

Виды растений указывались с помощью определителя растений Бурятии и электронных ресурсов. Теоретические аспекты в физиологии древесных растений и их систематика дают базовую информацию для проведения эксперимента по выведению побегов из состояния покоя.

Побеги были взяты у древесных растений, произрастающих в с. Новокижингинск, Кижингинского района, Республики Бурятия, на земельных участках №1, №2 (культурные растения) и №3(дикорастущее растение – рододендрон даурский). 

Для проведения исследования с каждого вида древесного растения было взято по 3 веточки (побега). Следовательно, 14 видов по 3 побега составили 42 веточки.

Оборудование: 14 пластиковых бутылок (по1 л), пульверизатор для опрыскивания побегов, садовые ножницы для срезки (обрезки) и пластмассовая сантиметровая линейка.

Для фотографирования веточек по ходу эксперимента использовалась камера смартфона Honor 10 Lite разрешением основной камеры 13 Мп+ 2 Мп, диафрагма f/1.8 + f/2.4.

Условия, в которых проводился эксперимент

Собранные для исследования 42 веточки были срезаны под водой (для наименьшего попадания воздуха в поводящие ткани растения), поставлены в пластиковые бутылки с водой (центральное водоснабжение) комнатной температуры. 

Дата среза побегов и начала эксперимента – 14 декабря 2022 года.

Дата окончания эксперимента – 15 января 2023 года.

Средняя длина побегов – 50 см.

Экземпляры с побегами были выстроены на окно, с целью увеличения максимального попадания солнечного света (Рис. 3.1)

Рис. 3.1 Начало эксперимента

Температура помещения составляла в среднем +20 С⁰. В первый период исследования (декабрь) средняя температура помещения составляла 19 С⁰. После 01.01.2023 средняя температура помещения увеличилась на 2 С⁰, что связано с январским потепление (дневная температура на улице составляла в среднем -8 С⁰, ночная – (-18 С⁰). Также на увеличение температуры помещения во втором периоде эксперимента (январь) повлияло увеличение подачи тепла в центральной системе теплоснабжения.

Освещение – достаточное. Естественное освещение -  8 часов. Искусственное – 1-1,5 часа в вечернее время.

Опрыскивание водой побегов производилось 2-3 раза в сутки с помощью пульверизатора для предотвращения высыхания почек.

Частота смены воды – 1 раз в неделю.

Таким образом, абиотические факторы, влияющие на развитие побегов в ходе эксперимента, существенно отличаются от абиотических факторов естественной среды. 

4. Результаты эксперимента

Так как целью проведения исследования являлось определение времени распускания почек у конкретных древесных растений, соответственно, фиксировались основные этапы выведения почек из состояния покоя (набухание почек, раскрытие, появление листочков).

На основании фиксирования изменений, происходящих (и не происходящих) в ходе эксперимента, были разработаны таблицы, наиболее точно отражающие результаты эксперимента.

Таблица 4.1 Количество почек древесных растений, выведенных из состояния покоя

Из данных Таблицы 4.1 видно, что 100 % выведение почек из состояния покоя у следующих видов древесных растений: жимолость Сибирячка, сирень венгерская и смородина черная алтайская Ядреная.

Высокий показатель «пробуждения» почек у клена ясенелистного (79 %), яблони сибирской (68,3 %), караганы древовидной (71,4 %) и черемухи азиатской (68,75%).

Среднее значение распускания почек у рябины Сибирской (46,7 %), сливы Байкальской скороплодной (38,5 %), облепихи крушиновидной (43 %) и рододендрона даурского (44 %).

Из состояния покоя у побегов малины обыкновенной вышла только одна почка, что составило 6,7 %.

Растения ранет Бурятское раннее и смородинадвуиглая (таранушка) не вышли из состояния покоя.

В ходе проведения эксперимента обозначались этапы пробуждения побега для того, чтобы определить время распускания почек у каждого вида древесного растения. Основные показатели были обобщены и представлены в Таблице 5. 2.

Таблица 4.2 Распускание почек древесных растений

Из Таблицы 4.2 видно, что первыми из состояния покоя вышли почки жимолости Сибирячка. Набухание почек началось уже на второй день эксперимента, далее активно происходило раскрытие почек. В итоге, на 9-ый день все листья (на трех веточках) распустились, параллельно с процессом бутонизации. Цвело растение до 17 дня эксперимента (Рис. 4.1)

                                                       24.12.22

Рис.4.1 Жимолость Сибирячка

В течение следующей недели (14.12.2022 -21.12.22) из состояния покоя уже начали выходить следующие виды древесных растений: рябина сибирская, яблоня сибирская, смородина черная алтайская Ядреная, карагана древовидная, облепиха крушиновидная и рододендрон даурский.

У рябины сибирской наблюдалось одновременное появление как соцветий, так и листьев с 9 по 18 день при распускании смешанных почек (Рис. 4.2)

4.2 Развитие побегов рябины сибирской

У рододендрона даурского происходило сначала «пробуждение» цветочных почек – 7-9 день наблюдения, далее – листьев (Рис 4.3).

Рис 4.3 Рододендрон даурский

Необходимо отметить, что у караганы древовидной был достаточно стремительный выход из «спящего» состояния именно в период набухания почек. Далее распустились листья на ветке 1, а развитие почек веток 2 и 3 остановилось на моменте их раскрытия (Рис. 3.4)

Рис. 4.4 Карагана древовидная

Рис. 4.5 Малина обыкновенная

В состоянии более длительного покоя с начала исследования пребывали: слива Байкальская скороплодная, сирень венгерская и черемуха азиатская. Почки сливы Байкальской скороплодной набухли на 17-ый день эксперимента, сирени – на 17-ый день, черемухи – на 16-ый. Распустились почки, практически,  в одно время – с 30.12.22 по 02.01.23 (Рис. 4.6)

Рис 4.6. Распускание почек во втором периоде эксперимента

Самым «поздним» древесным растением можно считать клен ясенелистный – начальный этап развития (набухание) был зафиксирован на 21-ый день эксперимента.

Ранет Бурятское раннее и смородина двуиглая (таранушка) – виды растений, которые не вышли из состояния покоя (Приложение 1).

Однако все этапы выхода почек из состояния покоя, включая как набухание почек, так и распускание листьев и цветов, прошли только жимолость Сибирячка и рододендрон даурский.

На время распускания почек у каждого побега растения, главным образом, повлияли условия, в которых проводился эксперимент. В первую очередь – температура помещения и освещенность в течение дня.

Результаты по определению времени распускания почек у древесных растений представлены в Таблице 4.3. Началом распускания считается появление кончиков зеленых или яркоокрашенных молодых листочков растущего побега.

Таблице 4.3. Время распускания почек древесных растений

И з Таблицы 4.3 видно, что первыми распустившимися побегами является жимолость Сибирячка. Время распускания почек – 5 дней. 

В первом периоде исследования (до начала января 2023 года) распустились почки следующих видов: рододендрондаурский, облепиха крушиновидная, яблоня сибирская, карагана древовидная, рябина сибирская, смородина черная и черемуха азиатская.

Второй период исследования (01.01.2023 – 15.01.2023) – время распускания почек у малины обыкновенной, сирени венгерской, сливы Байкальской скороплодной и клена ясенелистного. Это связано как с генетическими особенностями каждого вида (способ опыления, период вегетации), так и с адаптацией растений к определенным искусственным условиям.

В момент завершения эксперимента 15.01.2023 три вида древесных растений еще продолжали свое развитие и рост: клен ясенелистный, смородина черная алтайская Ядреная и облепиха крушиновидная (Рис.4.7).

Рис. 4.7 виды древесных растений. Последний день эксперимента

Эксперимент показал, что более длительное время распускания почек у рябины сибирской и клена ясенелистного, что напрямую связано со строением почек этих древесных растений и их физиологическими особенностями.

5. Выводы по результатам эксперимента

1) Самым «быстрым» растением, которое вышло из состояния покояв ходе исследования,является жимолость Сибирячка;

1) Все этапы выхода почек из состояния покоя, включая как набухание почек, так и распускание листьев и цветов прошли только жимолость Сибирячка и рододендрон даурский;

3)                В состоянии более длительного покоя с начала исследования пребывали: слива Байкальская скороплодная, сирень венгерская и черемуха азиатская;

4)                Самое «позднее» древесное растение- клен ясенелистный. Начальный этап развития (набухание) был зафиксирован на 21-ый день эксперимента.

5)                Самое необычное растение эксперимента – малина обыкновенная. Одна почка этого растения показала, что тем самым оно вышло из зимнего

сна;

6)                Растения ранет Бурятское раннее и смородинадвуиглая (таранушка) – два вида, которые не смогли начать свое развитие и выйти из состояния покоя;

7)                Самыми выносливыми и адаптированными к условиям эксперимента растениями можно считать следующие виды: клен ясенелистный, смородина черная алтайская Ядреная, облепиха крушиновидная. Эти виды растений росли и развивались до окончания исследования (15.01.2023).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведение эксперимента было основано на видовом разнообразии древесных растений, физиологии каждого отдельного вида и способности адаптации к искусственным абиотическим факторам.

Результаты эксперимента показали разные продолжительность «пробуждения» побегов растений и время распускания почек. Анализ результатов показал, что одни растения долго набирали силы для выхода из покоя, другие – наоборот, быстро росли и развивались, третьи – так и не вступили в фазу развития.

Очевидно, что всем исследуемым побегам не хватало питательных веществ и солнечного света. Но, несмотря на это, 12 растений из 14 вышли из состояния зимнего покоя, распустили листья и некоторые виды цвели.

Практическая значимость проведенного исследования дает возможность определить физиологические особенности древесных видов растений, изучить влияние абиотических факторов на растения и определить время выхода из состояния покоя у каждого растения. Полученные результаты эксперимента дают дополнительную информацию об исследуемых видах и их особенностях. Такая информация применима как в ведении сельского хозяйства человеком, так и при разработке планов и проектов в растениеводстве, садоводстве и цветоводстве.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.                 Алехина Н.Д., Балнокин Ю.В. Физиология растений: Учебник для студентов вузов– М.: Издательский центр «Academia» 2005. – 640 с.

2.                 Аненхонов О.А. Определитель растений Бурятии. - Улан-Удэ: Республиканская типография, 2001- 672с.

3.                 Встовская Т.Н, Коропачинский И.Ю. Определитель местных и экзотических древесных растений Сибири. Новосибирск. Издательство СО РАН, 2003- 702с.

4.                 Полевой В.В. Физиология растений. – М: Высшая школа, 2006. – 464с.

5.                 Якушкина Н.И. Физиология растений. – М.: Гуманитарный издательский центр ВЛАДОС, 2004. – 464 с. Электронные ресурсы:

1) Фенологическое развитие древесных растений. URL: https:/studbooks.net– статья в интернете. 2) Моисеева К.В. Оценка глубины покоя древесных растений//КиберЛенинка. URL: https:/cyberleninka.ru – статья в интернете.

3)                Ермакова П.П., Плехова И.И. – Задерживающее и стимулирующее действие физико-химических факторов на состояние почек растений//Научный-методический электронный журнал «Концепт». – 2016. URL: https://e-concept.ru.

4)                Полтев В. Б. – Рябина сибирская: описание, применение, фотографии. 6 апреля 2021 г. URL: https:// altaypolteva.ru.

5)                Киргизова Г.Т – подробное описание сливы Байкальская скороплодная.

URL: https://sibirskiy-oazis.ru.  6) Описание сорта ранет Бурятское раннее – Баргузин. Плодово-ягодный питомник. URL: https://bar213.ru

7)                Агишев В. С. Стратегия жизни клена ясенелистного за пределами естественного ареала//Современные научные исследования и инновации. 2016.№8. URL: https://web.snauka.ru

8)                Ольга Дмитриева – Особенности сорта жимолости Сибирячка. -7 марта 2019г.URL: https://ferma.expert 9) Лавренов В.К., Лавренова Г.В – Энциклопедия лекарственных растений. Том 1. -  2001. Электронная библиотека Литмир. URL: https://litmir.ru

10)           Смородина          ядреная.     Описание   сорта.         –        Статья.       URL: https://agronomya.com

11)           Боголюбов А.С. Кравченко М.В., Москва, «Экосистема», 2017.

12)           Марина Черницкая – Обзор Ядреной смородины: ее характеристики и особенности выращивания. -24 февраля  2019г. URL :https://ferma.expert 13) Полтев В. Б. – Малина обыкновенная: описание, применение.- 5 февраля 2021 г. URL: https://altaypolteva.ru

14)           Карагана древовидная – прекрасная и неприхотливая -  Статья. URL: https://rostok.info

15)           Черемуха азиатская - Статья. URL: https://museum.ru

16)           Облепиха – посадка, полезные свойства и применение. URL: https://travoedov.ru

17)           Сергей Горелый. Рододендрон даурский – крайне морозостойкий экзот. - 

02.05.2018. URL: https://procvetok.com

ПРИЛОЖЕНИЕ

1.     Распускание побегов яблони сибирской

2.     Виды древесных растений, которые не вышли из состояния покоя