1.5.3. Рост побега при различных внешних условиях

Цель опыта - показать, что рост побега в длину зависит от внешних условий - от освещенности и температуры.

Объекты и оборудование. 2-3 всхода фасоли (гороха, бобов), или картофеля, высаженного в почву, или небольших комнатных растений (герань, пеларгония, колеус, плектрантус), желательно с одним неветвящимся стеблем; линейка.

Постановка опыта. Измеряют и записывают общую высоту каждого растения (от уровня почвы до верхушечной почки) и длину самого верхнего междоузлия. Одно растение ставят на солнечное окно или под электролампу, другое - в темное или слабо освещаемое место в комнате, третье растение помещают в холодное место (между рамами окна или в холодильник, погреб). В ходе опыта поддерживают нормальную влажность почвы во всех вазонах. Через 5-10 дней измеряют общую высоту растений и длину верхнего междоузлия, определяют прирост побега за время опыта. На основе опыта можно сделать два вывода: 1) внешние условия - освещенность, температура - оказывают влияние на рост побегов; 2) рост побега в условиях очень слабого освещения или в темноте происходит быстрее, чем на свету, но при длительном пребывании в темноте (или при очень слабом освещении) побеги вырастают тонкие, бледные (этиолированные) и непрочные; для нормального роста побега необходим свет.

Опыты по изучению фотосинтеза

Подготовка объектов, оборудования и условий для опытов по изучению фотосинтеза. Опыты по фотосинтезу, в особенности по изучению газообменных явлений при фотосинтезе, являются наиболее сложными как в техническом отношении, так и для понимания учащимися 6 класса, если ставить эксперимент научно состоятельно и получать в нем достоверные результаты. В техническом отношении это связано с недостаточным для фотосинтеза естественным освещением в помещении зимой и с проблемами, возникающими при использовании в опытах электрического освещения (например, ослабление фотосинтеза из-за чрезмерного нагрева листьев вблизи лампы или слабой освещенности их - при удалении от источника света). Поэтому для того, чтобы надежно обеспечить получение убедительного результата в таких опытах, необходимо тщательно соблюдать все рекомендации по методике эксперимента.

Объектами опытов могут быть комнатные растения (пеларгония, примула и др.) и фасоль, что значительно лучше: листья фасоли, выращенной в комнатных условиях, легче и быстрее обрабатываются при обнаружении в них крахмала, при меньшем расходовании спирта. Это дает возможность при демонстрации каждого опыта выявлять на уроке наличие крахмала в листьях, что повышает дидактическую ценность эксперимента. Кроме того, листья первой пары 10-20-дневных растений фасоли технически очень удобны для опытов в сосудах - по изучению газообмена при фотосинтезе. На использование их в качестве основного объекта опытов рассчитана методика, представленная в настоящем пособии.

Опыты могут быть поставлены на листьях целых растений и на листьях, срезанных с растения. Педагогическая ценность опытов с организмом как единым целым очевидна, однако надежные результаты в опытах по фотосинтезу на целых растениях могут быть получены только при хорошем естественном, солнечном освещении, на что рассчитывать зимой не приходится. Поэтому в основу методики представленных ниже опытов положено использование одиночных листьев, срезанных с растения, и электрического освещения обычными лампами. Вместе с тем постановка опытов на листьях, отделенных от растения, позволяет получать удовлетворительные результаты даже на слабом (зимнем) естественном освещении, так как образующийся в листе крахмал не может оттекать в темные часы суток и накапливается в листе. Однако продолжительность опыта при таком освещении 3-5 дней - вместо 8-20 ч на электрическом.

Опыты по изучению газообмена при фотосинтезе ставятся в небольших стеклянных сосудах - в плоскодонных круглых колбах на 150-200 см³ (диаметр шара колбы примерно 65 мм, горло высотой 50 мм и диаметром около 25 мм) или в хозяйственных банках из светлого, неокрашенного и гладкого стекла объемом 0,20-0,25 л - из-под майонеза, продуктов детского питания, соков. Вместо банок можно использовать химические или чайные тонкостенные стаканы. Работать с колбами технически проще, но их может не быть (необходимого размера и формы) в школе. Кроме того, опыт в банках часто дает более яркий результат из-за лучшего расположения в них листьев по отношению к свету.

Для опытов в сосудах используются листья первой пары, нормально зеленые (не желтеющие - отмирающие со временем) размером 3-4 см в ширину и 4-5 см в длину - при постановке опытов в колбах или 4-5 см на 6-8 см - для опытов в банках, стаканах. У более крупных листьев (в том числе и комнатных растений) обрезают часть пластинки, боковые края и верхушку. Лист срезается с растения с черешком, затем под водой (т. е. в воде) у черешка обрезают острой бритвой кончик в 0,5 см, чтобы избежать закупорки сосудов пузырьками воздуха. Если основание листовой пластинки имеет очень глубокий вырез, надо обрезать выступающие края листа - по прямой, перпендикулярно к черешку. Подготовленные таким образом листья помещают основанием в воду, налитую в блюдце, чтобы срез черешка не мог подсохнуть во время подготовки опыта. Для опытов, в которых листья не помещают в сосуды, можно использовать и простые листья первой пары, и части (доли) сложных листьев фасоли (3-го, 4-го).

В каждый сосуд помещают один лист. Если используются колбы, лист укрепляют в них с помощью маленькой пластинки из пластилина: ее накладывают на черешок листа и прилепляют концами к сухому дну колбы (рис. 12). Это удобно сделать тупым концом карандаша, смоченного водой. Длина черешка в этом случае должна быть 1-1,5 см. На дно колбы наливают слой воды 0,5-0,7 см.

При постановке опытов в банках лист укрепляют в них с помощью специальных приспособлений, сделанных из мягкой медной или алюминиевой проволоки сечением 1,0-1,5 мм,- складных рамок или спиральных подставок. Размеры и устройство их показаны на рисунке 13.

Проволочные рамки скрепляются в основании их нитками. Изменяя форму одной из рамок, добиваются, чтобы при складывании они сцеплялись в верхней части, как показано на рисунке 14, 1. Лист помещают в раскрытую рамку, предварительно отрезав под водой лезвием бритвы нижний край листа и весь черешок. Лист должен находиться в рамке возможно ниже. Рамки складывают, зажимая пластинку листа, и скрепляют в верхней части "замком".

Рис. 12. Укрепление листа при постановке опытов по фотосинтезу в колбах: 1 - вид сзади; 2 - вид спереди (с водой)

Рис. 13. Приспособления для крепления листьев в банках: 1 - проволочная рамка; 2 - спиральная подставка

Рис. 14. Закрепление листьев: 1 - в проволочной рамке (пунктиром обозначена отрезная часть листа); 2 - на спиральной подставке (вид сзади, конец черешка и край листа находятся в воде)

Рис. 15. Установки для опытов в собранном виде: 1 -с листом на спиральной подставке; 2-е листом в рамке

В подставке (рис. 13,2) спиральный канал с просветом 2-3 мм предназначен для введения черешка листа. Он должен быть наклонным, чтобы конец черешка мог находиться под водой (рис. 14,2). Вертикальная дужка подставки служит опорой для пластинки листа, ее надо слегка наклонить назад для лучшего освещения листа в опыте. Черешок закрепляют в канале, заклинивая его с помощью подходящего кусочка спички.

Листья, закрепленные в приспособлениях, до их использования в опыте помещают в банки или блюдца с водой так, чтобы срез листа или черешка находился в воде.

Чтобы получить достаточную для фотосинтеза освещенность листа от лампы, надо приблизить лист к лампе, но при этом необходимо обеспечить его охлаждение - предотвратить перегрев. Для этого лист помещают частью листовой пластинки в воду, а сосуд, если опыт проводится в нем, ставят в чашку Петри или блюдце с водой (рис. 15). Испаряющаяся вода охлаждает установку и находящийся в ней лист.

Обычная электрическая лампочка (без каких-либо отражателей) подвешивается над столом или подоконником на высоте 7-12 см (в прямой зависимости от мощности лампы). С этой целью удобно использовать лабораторный металлический штатив. Если его нет, то под лампой надо поместить металлический лист (крышку и т. п.) в качестве меры повышенной предосторожности. В любом случае следует установить перед лампой, со стороны подхода к столу (окну), защитный экран - кусок фанеры или пластика.

Сосуды с листьями располагают вокруг лампы на одном уровне или несколько ниже, но так, чтобы хорошо освещалась передняя (верхняя) сторона листа. В таблице 2 приводятся данные, которыми надо руководствоваться при постановке опытов в сосудax по методике с охлаждением листа.

Таблица 2

Примечание. Если продолжительность освещения будет 8-10 ч, то расстояние должно быть наименьшим из указанных пределов, при продолжительности опыта в 16-24 ч - наибольшим.

Для улучшения освещения установки с листьями можно разместить па подставках (банках, горшочках), но лучше, если лампа будет подвешена выше, а листья расположены наклонно. Этого легко добиться для листьев, укрепленных в рамках или на спиральных подставках, изменяя угол наклона их.

Опыты по фотосинтезу на электрическом освещении желательно проводить в прохладном месте - при температуре 10-16 °С - на окне или возле него, под приоткрытой форточкой.

Перед постановкой опытов растения выдерживают в темноте для обескрахмаливания листьев (крахмал в темноте переходит в сахар, который оттекает в другие органы растения): фасоль - в течение одних суток, комнатные растения - 3-5 дней (у последних крахмал долго сохраняется).

По окончании опыта в листьях определяют наличие крахмала. Для этого их сначала кипятят в воде (чтобы убить клетки и сделать их более проницаемыми для веществ); листья фасоли - 2-3 мин, комнатных растений - 7-10 мин, а затем столько же времени в этиловом (винном) спирте (с целью извлечения хлорофилла из листьев - обесцвечивания их). Сваренные листья переносят из воды в спирт пинцетом, не расправляя их, чтобы не порвать.

Работа пройдет быстрее и интереснее, если заранее подготовить к уроку горячую воду (например, в чайнике), прогреть электроплитку и варить листья на водяной бане, изготовленной из двух химических стаканов разного размера. В больший стакан наливают воду, в ней варят лист и в нее же опускают затем меньший стакан со спиртом. Предварительно делают из проволоки подвеску к малому стакану, чтобы он мог висеть в большом, не касаясь дна. Когда спирт закипит, всю водяную баню снимают с плитки (или со спиртовки) - спирт продолжает кипеть на воде.

Обесцветившийся лист извлекают из спирта и расправляют на руках, затем кладут в блюдце и заливают небольшим количеством воды, в которую добавляют раствор йода в йодистом калии или аптечную настойку йода - до получения цвета чая средней крепости. Окрашивание крахмала в листе проявляется вскоре же, а через 5 мин оно становится гуще.

При работе с фасолью спирта требуется очень немного: 20- 25 мл достаточно для обработки 1-2 небольших листьев. Если спирта мало, можно отрезать часть листа перед его обработкой. Окрашенный хлорофиллом спирт может использоваться в спиртовках.

Вместо этилового спирта можно использовать изопропиловый спирт, продающийся в хозяйственных магазинах под маркой "ИПС" в качестве средства для чистки стекла. В крайнем случае можно применить вместо спирта ацетон, но не кипятить его, а лишь нагреть в горячей воде, прикрыв неплотно крышкой, ватной пробкой. Поблизости не должно быть огня. Листья, обесцвеченные в ацетоне, становятся хрупкими, ломкими, их надо расправить и перенести в водный раствор йода быстро, не давая им высохнуть.