1.4.9. Поступление минеральных веществ в растение

Цель опыта - показать поглощение, минеральных веществ корнями, в частности азотных, и передвижение их в стебель.

Объекты и оборудование. 2-4 вазона (банки) на 0,2-0,3 л с песком или водой, в которых выращены 7-10-дневные растения фасоли - по 3-4 штуки в банке; селитра - NaNO₄ или NH₄NO₃; весы; пипетка; лезвие бритвы; стеклянные и резиновые трубочки - как для предыдущих опытов; реактив на азот из набора Магницкого или раствор дифениламина в серной кислоте.

Постановка опыта. В 1-2 вазона вносят по 0,1-0,2 г селитры, растворенной в небольшом количестве воды. 1-2 вазона оставляют в качестве контрольных - без внесения селитры. Через 2-3 дня растения во всех банках поочередно срезают на пенек и укрепляют на них короткие стеклянные трубочки - с помощью резиновых трубочек, как описано в предыдущих опытах. Желательно иметь таких растений больше, так как корневое давление у растений, выращиваемых в песке, и особенно на воде, проявляется хуже, чем у почвенных культур. Помещают все банки рядом в более теплое место (20-30 °С). Если опыт проводится в банках с песком, надо обильно полить его и не допускать пересыхания в последующие дни. Демонстрацию опыта проводят на уроке, когда в трубочках у каких-либо опытных и контрольных растений появится жидкость (проявится корневое давление), т. е. через 2-3 дня.

Демонстрация опыта. На уроке, после объяснения цели и постановки опыта, сначала показывают учащимся, что получится, если смешать 1-2 капли раствора, которым полили растения в опыте, с реактивом - определителем азотосодержащих веществ. При использовании реактива из набора Магницкого 1-2 капли жидкости смешивают на стекле с небольшим количеством (с пшеничное зерно) реактива. При наличии азота смесь окрашивается в малиновый цвет. Если используется раствор дифениламина в концентрированной серной кислоте (с азотной солью - с анионом NO₃, он дает синее окрашивание), то следует соблюдать большую осторожность (концентрированная кислота!). После ознакомления учащихся с реакцией на азот (азотная соль) проводят определение азотной соли и устанавливают наличие ее в трубочке у опытного растения и в воде, взятой из вазона, в котором оно росло, и отсутствие этого вещества в трубочках у контрольных растений, которые не получали азотной соли.

Опыты по изучению минерального питания растений

Опыты с водными культурами (в банках или в пробирках)

Объекты и оборудование. Проросшие семена томата (нештамбовых сортов) или перца, бальзамина. Оборудование для постановки опытов в банках: банки стеклянные на 0,2-0,3 л (из-под майонеза, соков и т. п.) или чайные стаканы; лоскуты темной ткани; нитки; ножницы; остроконечный пинцет или гвоздь; парафин (воск, стеарин) в посуде, пригодной для нагревания; воронка малая. Оборудование для постановки опытов в пробирках: химические пробирки, банка (в качестве штатива для пробирок); пластилин. Общее оборудование для опытов в банках и в пробирках для изготовления растильни: небольшая стеклянная банка; промокательная или газетная бумага; нитки; остроконечная палочка или гвоздь; парафин (воск, стеарин) в посуде, пригодной для нагревания; химикаты: суперфосфат, хлорид калия (КО), нитрат натрия (NaNO₃), хлорид железа (FeCl₃); лампа на 60 или 40 Вт, подвешенная на штативе; листы газетной бумаги; вата; вода кипяченая для приготовления растворов и сырая; пипетки, баночка для полоскания пипеток.

Подготовка объектов и оборудования для опытов. Семена начинают проращивать за 2-3 недели до начала опыта (см. 1.2). Для подготовки проростков надо сделать специальную растильню из стеклянной банки (непременно сухой): отверстие банки покрыть промокательной или газетной бумагой, плотно прикрепить ее нитками по желобку банки, сделать у противоположных краев банки два отверстия (в 5-6 и 2-3 мм) и пропарафинировать бумагу, опустив (не снимая с банки) в расплавленный парафин. При посеве растильню доверху наполняют некипяченой водой, затем в бумаге прокалывают мелкие отверстия (на расстоянии одно от другого 0,5-1 см) и в них опускают корешки проросших семян. Выращивание на растильне ведут в течение 1-2 недель при обычном комнатном освещении. По мере роста растений их надо опускать глубже в воду, чтобы предотвратить заболевание корневой шейки и вызвать образование придаточных корней. Для извлечения растений из растильни бумагу осторожно прорывают около проростка.

При постановке опытов в банках к последним делают несъемные, несмачиваемые и светонепроницаемые крышки. Для этого надо закрыть отверстие банки лоскутом темной ткани, натянуть его и плотно привязать к банке; удерживая лоскут в натянутом положении, проделать в нем 6 отверстий, расположенных по окружности: одно диаметром 1 см - для наполнения банки водой, другое (напротив первого) 2-3 мм - для выхода воздуха и четыре диаметром 4-5 мм - для растений; последние делают несколько дальше от сливного отверстия и отступая от стенок примерно на 1 см, на расстоянии друг от друга 1,5-2 см. После этого края лоскута выравнивают (обрезают) и всю ткань на банке дважды опускают в жидкий парафин. Когда он остынет, но еще не затвердеет окончательно, заплывшие отверстия прочищают пинцетом или гвоздем. На стекло наклеивают этикетку, банку обертывают несколькими слоями газетной бумаги (для затемнения) - не очень плотно, так, чтобы можно было вынимать ее в дальнейшей работе. На бумаге делают ту же надпись, что и на этикетке. Такие банки можно использовать для опытов много раз.

Питательные смеси для водных культур готовят из трех исходных растворов. Для получения исходных растворов азотной и калийной солей берут два небольших пузырька с 40 см³ кипяченой воды, в одном растворяют 2 г нитрата натрия, в другом - 0,5 г хлорида калия. Для приготовления раствора фосфорной соли берут 10 г гранулированного суперфосфата, заливают 80 см³ горячей воды, тщательно перемешивают, дают остыть до комнатной температуры. Затем 20 см³ этого прозрачного настоя смешивают с 180 см³ кипяченой воды. На пузырьки наклеивают этикетки: "Азотная соль", "Калийная соль", "Фосфорная соль".

Выращивание растений проводится на обычной питьевой некипяченой воде комнатной температуры. Для предотвращения у растений хлороза в нее вносят хлорид железа из расчета 1-2 капли концентрированного раствора на 1-2 л воды.

При посадке растений из растильни в банки или пробирки отбирают одинаковые по размеру экземпляры, без признаков заболевания или повреждения. Если главный корень очень длинный (или надломан у некоторых растений), его надо укоротить (до 5-6 см) одинаково у всех проростков.

Банки наполняют водой доверху и в каждое из четырех отверстий для растений опускают проросток. Затем слить часть воды из банки (примерно на 1-1,5 см) и слегка закрепить растения в отверстиях при помощи небольшого веретеновидного ватного тампона. При этом все проростки должны стать примерно одной высоты - с расстоянием от крышки банки до семядольных листьев 1-1,5 см.

В пробирках растения укрепляют с помощью пластилина. Для этого сначала немного тщательно размятого пластилина наносят (примазывают) на внутренний край сухой пробирки - по окружности, на половину - две трети ее. Затем пробирку наполняют водой, опускают в нее одно растение (до семядольных листьев), часть воды сливают (около 1 см по высоте) и обсушивают пластилин промокательной бумагой. Делают из пластилина небольшую тонкую дужку и осторожно, легко охватив ею стебель проростка, прижимают концы дужки к пластилину, укрепленному на краю пробирки (рис. 8,1). При этом нельзя сдавливать растение. Место прикрепления проростка должно быть примерно на 1 см ниже семядольных листьев. Так надо подготовить несколько пробирок, чтобы иметь возможность выбирать лучшие. Пробирки закрывают ватными тампонами (они не должны касаться воды), ставят в банки-штативы (рис. 8,2), на дно которых надо положить вату или лоскут ткани. Банки обертывают бумагой, промежутки между пробирками сверху закладывают ватой. Это делается для того, чтобы уменьшить освещение корней и раствора в пробирках.

Рис. 8. Постановка опытов с водными культурами в пробирках: 1- схема прикрепления растения к стенке пробирки (вид сверху, стебель изображен кружочком, пластилин - штриховкой); 2 - пробирки с опытными растениями, установленные в банке

Постановка водных культур и текущая работа с ними. Постановку растений на растворы желательно начать спустя 5-7 дней после посадки их в сосуды. При этом удаляют растения, оказавшиеся поврежденными, и выравнивают количество проростков в банках для одного опыта или отбирают пробирки с одинаковыми растениями. Исходные растворы солей вносят в банки или пробирки с растениями пипетками: в пробирки - каплями, в банки - порциями по 0,5 см³. Для этого удобно на аптечных пипетках отметить карандашом для стекла или масляной краской границу, соответствующую объему примерно 0,5 см³. После внесения одного исходного раствора пипетку необходимо споласкивать в чистой воде.

В ходе опыта раз в неделю все растворы (и воду в варианте "нет солей") заменяют свежими: наливают в банки или пробирки чистую воду, не доливая до края на 1,5-2 см, вносят необходимые исходные растворы по схеме опыта. Кроме того, в пробирки надо доливать убывающую воду (до первоначального уровня, который следует отметить на пробирке) через каждые 2-3 дня, а позже и чаще.

Опыты проводят на солнечном окне или при электрическом освещении. При освещении растений по 6-8 ч в сутки, как и при проведении опытов на солнечном окне осенью, продолжительность опытов равна 3-4 неделям. При круглосуточном освещении вполне удовлетворительный учебный результат получается через 10-14 дней, считая со времени постановки растений на растворы. Расстояние от поверхности лампы до листьев должно быть 8-10 см - для лампы 60 Вт, 6-8 см - для лампы 40 Вт (или 15-20 см для ламп 75-100 Вт). По мере роста растений лампу поднимают, сохраняя указанное расстояние от нее до листьев.

После получения убедительных учебных результатов опыт должен быть прекращен, так как для дальнейшего нормального роста и развития растений необходимы иные условия и методика водных культур, неприемлемые для постановки простейших учебных опытов (для учащихся 6 класса). Наибольший допустимый срок выращивания растений (томатов), получающих три необходимых элемента (N, Р, К), фаза 6-7 листа. Эти растения достигают высоты 14-16 см при толщине стебля более 3 мм, имеют 5-7 нормально окрашенных листьев с размером пластинки до 6x5 см. Растения же, выращиваемые без солей или без одной из них, имеют по 1-2 маленьких листочка, бледных или густофиолетовых, с признаками отмирания; высота этих растений и толщина стебля мало отличаются от того, какими они были до начала опыта.