Тема. Соленость среды как экологический фактор Работу выполнил: Радыгин Илья, ученик 11б класса, Гимназия 64 города Уфы.

АКТУАЛЬНОСТЬ Около 9·10 8 га всех земель планеты имеют повышенное содержание солей, количество засоленных почв по разным причинам с каждым годом возрастает. Особую тревогу вызывает увеличение в почвах содержания солей, которое происходит в результате их искусственного орошения. 54 тыс. км² бывшего морского дна Аральского моря покрыто солью

Солончак Уюни высохшее соленое озеро на юге пустынной равнины в Боливии на высоте около 3650 м над уровнем моря. Имеет площадь км² и является крупнейшим солончаком в мире. Располагается в окрестностях города Уюни на юго-западе страны. Внутренняя часть покрыта слоем поваренной соли толщиной 2-8 м. Во время сезона дождей солончак покрывается тонким слоем воды и превращается в самую большую в мире зеркальную поверхность.

Цель и задачи 1. Из источников литературы выяснить как влияет засоление на рост и развитие растений. 2. Узнать какие приспособления возникают у растений, живущих в условиях сильного засоления. 3. Определить какое влияние оказывает засоление на прорастание семян, рост и развитие проростков овса посевного.

Типы засоления Существуют разные типы засоления: хлоридное (NaCl), сульфатное (Na 2 SO 4 ), карбонатное (NaHCO 3 ), смешанное. Преобладающим катионом в таких почвах является натрий, но встречаются также карбонатно-магниевое и хлоридно-магниевое засоление. Во влажных районах преобладает хлоридное засоление, в степях и пустынях – сульфатное и карбонатное.

Влияние засоления на почву и растения Высокая концентрация солей в почвах не только затрудняет поступление воды, но может прямо повреждать растения и даже нарушать структуру почвы, снижая ее пористость и ухудшая водопоглотительные свойства.

Влияние засоления на физиологические процессы у растений Главными причинами гибели растений при засолении являются: нарушение ионного гомеостаза - способности живых организмов сохранять относительное динамическое постоянство состава и свойств внутренней среды и устойчивость основных физиологических функций в условиях изменяющейся внешней среды токсичностью солей - степенью проявления вредного действия разнообразных химических соединений и их смесей гиперосмотический стресс – пребывание в среде неестественно богатой минеральными веществами. Во всех трех сосудах растения хлопчатника посеяны одновременно. Слева направо: почва без засоления, почва засолена сульфатами, почва засолена хлоридами. ml ml

Высокие концентрации солей влияют на структуру органелл По степени устойчивости к избытку солей, например хлорида натрия, органеллы можно расположить в такой последовательности: Митохондрии ядро хлоропласты рибосомы

При засолении В хлоропластах накапливается много ионов натрия и хлора, что приводит к разрушению гран. Избыток в цитоплазме этих ионов вызывает набухание не только хлоропластов, но и митохондрий. Процесс фотосинтетического транспорта электронов достаточно солеустойчив, однако восстановление углерода и фосфорилирование нарушаются при избыточном содержании ионов в клетках.

Засоление и рост корней Обычно соли сильнее угнетают рост корней, чем надземных органов, возможно, потому, что корни в отличие от побегов постоянно находятся в контакте с засоленной почвой. Соли повреждают клетки зоны растяжения и зоны корневых волосков – главных зон поглощения солей и поступления воды. Повреждение этих зон увеличивает водный дефицит в тканях, несмотря на снижение интенсивности транспирации. Повреждение клеток в зоне корневых волосков является причиной плохого поглощения элементов минерального питания, прежде всего азота, фосфора и калия. В результате растения голодают. Засоление приводит к нарушению соотношения между поглощением натрия, калия и магния: интенсивное поглощение натрия уменьшает поглощение калия и магния.

Механизмы адаптации растений-галофитов к избыточному засолению На засоленных почвах развивается особая солевыносливая растительность. Солеустойчивость (галотолерантность) – это устойчивость растений к повышенной концентрации солей в почве или в воде. Растения, имеющие специальные приспособления для нормального роста в условиях высокой засоленности, называются галофитами (греч. galas – соль, phyton – растение). В природе солончаковые почвы имеют довольно богатую и разнообразную растительность.

Три основных механизма адаптации галофитов к избыточным концентрациям солей: 1) поглощение большого количества солей и аккумулирование их в вакуолях, что приводит к понижению водного потенциала клеточного сока и поступлению воды; 2) выделение поглощаемых растением солей с помощью специальных клеток и удаление избытка солей с опавшими листьями; 3) ограничение поглощения солей клетками корней.

Соленакапливающие галофиты (эвгалофиты) обладают наибольшей устойчивостью к солям, хорошо растут и развиваются на наиболее засоленных почвах, поглощают из почвы большое количество солей. Некоторые солянки накапливают до 7% солей от массы клеточного сока, в результате чего водный потенциал клеток сильно уменьшается и вода поступает в них даже из засоленной почвы. Соль накапливается в вакуолях, поэтому ее высокое содержание не влияет на цитоплазматические ферменты. К этой группе относятся преимущественно так называемые солянки (семейство маревых или лебедовых – Chenopodiaceae), растущие на мокрых солончаках, по берегам морей, соленых озер. Примерами таких растений могут служить солерос, сведа морская, сарсазан, некоторые виды тамарикса и др.

Солерос Salicornia pulvinata из сем. Амарантовые (Amaranthaceae) - типичный галофит на солончаках. 1 общий вид; 2 веточка; 3 поперечный разрез веточки. Фото © M. Belov с сайта:

Одновременно с солями эти растения накапливают в тканях и воду. У одних растений в стеблях, у других в листьях развиваются водозапасающие ткани, поэтому у этих растений мясистые стебли и листья, что делает их похожими на кактусы или толстянковые, поэтому их иногда называют галосуккулентами. Эта «мясистость» (суккулентность) органов является наследственной, растения сохраняют ее и на незасоленных почвах; однако по мере увеличения концентрации почвенного раствора суккулентность возрастает. Для этих растений характерна пониженная интенсивность дыхания Поперечный срез стебля солероса: 1 – эпидерма, 2 – ассимиляционная ткань, 3 - водозапасающая ткань, 4 – проводящие ткани

Солевыделяющие галофиты (криптогалофиты ) растения, поглощающие значительное количество солей, но не накапливающие их в клеточном соке, а выделяющие наружу. К этой группе галофитов относятся распространенные в степях и пустынях виды лебеды, тамарикс и другие растения. У видов лебеды поглощенные соли с транспирационным током доставляются сначала по сосудам, а потом в живые пузыревидные клетки – трихомы, имеющиеся в эпидерме стеблей и листьев. В пузыревидной клетке ионы накапливаются в центральной вакуоли. Когда солей становится много, трихомы лопаются, и соль выходит на поверхность листа или стебля. На месте лопнувших образуются новые клетки. Лист хрустальной травки, усеянный пузыревидными трихомами Г - пузырчатые волоски лебеды (Atriplex) с водой и солями Лебеда

Тамарикс У видов тамарикса (гребенщик) имеются железки, которые секретируют соль наружу. Такая железка представляет собой комплекс из 8 клеток, из которых 6 являются секреторными, а две – базальными, собирательными. Из клеток мезофилла соль поступает в железку через собирательные клетки и движется по железке от клетки к клетке по плазмодесмам. Она накапливается в везикулах, которые потом сливаются с плазмалеммой. В результате соль выходит сначала в клеточную стенку, а потом через поры наружу. В сухую погоду растение покрывается сплошным слоем выделившихся из их клеток солей, часть которых сдувается ветром, часть смывается дождями.

Соленепроницаемые галофиты (гликогалофиты) растут на менее засоленных почвах. Мембраны клеток корней растений этой группы малопроницаемы для солей. Низкий водный потенциал в клетках корней, необходимый для поступления воды из засоленного почвенного раствора, создается благодаря накоплению в клетках сахаров, свободных аминокислот и других совместимых осмолитов. Осмотический потенциал в клетках этих растений иногда достигает очень низких значений. Для растений этой группы характерна высокая интенсивность фотосинтеза – как обязательное условие для накопления сахаров. Типичными представителями этой группы являются различные виды полыни и кохии. Полынь солянковидная

Влияние засоления на всхожесть семян и развитие проростков Методика опыта: Для изучения влияния засоления на растения я выбрал семена овса посевного, купленного в магазине. Перед началом опыта я тщательно помыл теплой водой с мылом лабораторную посуду (Чашки Петри). Стерилизовал в жаровочном шкафу при температуре 100 °C. Приготовил растворы поваренной соли в концентрациях: 0,5; 1,0; 5,0; 10,0 г/л. В качестве контроля использовал водопроводную воду.

На дно чашек Петри настелил 2 слоя марли и разложил по 50 семян овса. Марлю увлажнил 10 мл растворов. Подписал чашки. Поставил на проращивание при комнатной температуре. Температура 27 °C, влажность воздуха 32%, давление 760 мм рт. ст. При подсыхании смачивал марлю водопроводной водой.

Результаты опыта На второй день у семян овса появился маленький корешок. Через три дня измерял энергию прорастания семян. Результаты представлены в таблице 1. Самая высокая энергия прорастания у семян овса, смоченных раствором 1,0 г/л. На третий день не проклюнулось ни одного семени овса в чашке с концентрацией соли 50,0 г/л.

На пятый день измеряли всхожесть семян и длину проростков (Таблица 1.). При концентрации соли 1,0 г/л у проростков были хорошо заметны корневые волоски.

Таблица 1. Влияние засоления на энергию прорастания и всхожесть семян овса. Концентрац ия NaCl, г/л Энергия прорастания, % Всхожесть, % 0, , , , ,000 Контроль1432

Таблица 2. Влияние засоления на развитие проростков овса. Концентр ация NaCl, г/л Среднее значение длины проростко в, см Min длина, см Max длина, см Число проростко в длиной 0-3 см Число проростко в длиной 3,5-5 см Число проростко в длиной 5,5-12 см 0,57,51,511, , ,04, ,02, , Контроль

График. Зависимость энергии прорастания и всхожести семян (%) от концентрации поваренной соли (г/л)

Диаграмма. Влияние засоления на длину проростков.

Как видно из графика небольшие концентрации NaCl (0,5; 1,0; 5,0 г/л) оказывают стимулирующее воздействие на энергию прорастания и всхожесть семян. Концентрация 10 г/л угнетала рост проростков. При концентрации 50 г/л не проросло ни одного семени. Длина проростков так же зависела от концентрации соли в проростках (диаграмма). В концентрации 0,5 и 1,0 г/л симулировали рост молодых растений, а остальные использованные концентрации угнетали развитие проростков. Как видно из таблицы 2, проростки, выращенные при концентрациях соли 0,5; 1,0; 5,0 г/л были хорошо развиты (преобладали проростки средних и больших размеров).

Выводы 1. Из литературных источников я выяснил, что засоление оказывает серьезное влияние на рост и развитие растений. 2. Растения выработали различные приспособления для защиты от избытка солей в почве. 3. Проделанные опыты выявили, что поваренная соль оказывает влияние на энергию прорастания всхожесть и энергию проростков. 4. Небольшие концентрации NaCl положительно сказываются на прорастание семян овса. Концентрация 50 мг/л является губительной, не проросло ни одного семени.

Список источников: Якушкина Н.И. Физиология растений. Учебник. Изд-во: Владос, с. ogia%20stressa/pages/4.4.htm. ogia%20stressa/pages/4.4.htm

Спасибо за внимание!