На прорастание семян (4 часа)

Цель работы:Определить зависимость прорастания семян растений от продолжительности воздействия на них повышенной температуры, как одного из важнейших абиотических факторов. Научиться определять термальную константу развития и использовать ее для прогноза.

Вопросы для самостоятельного изучения

1. Как проявляются законы оптимума и лимитирующих факторов по отношению к температурному фактору?

2. Какие существуют морфологические и физиологические адаптации для существования в условиях высоких и низких температур?

Теоретическое введение. Абиотические факторы, то есть факторы неживой природы, постоянно воздействуют на организмы. К важнейшим из них относится тепловой режим, т.к. скорость протекания химических реакций в живом изменяется в 2-3 раза при повышении температуры на каждые 10^о. Температура очень часто является лимитирующим фактором для распространения видов во всех средах жизни. Свойства протоплазмы клеток обусловливают максимальный температурный диапазон для активной жизни 0-50^оС. Исключения редки. Например, некоторые сине-зеленые водоросли существуют в горячих источниках Камчатки и Северной Америки (77-85^оС), а некоторые дрожжи выдерживают до 90^оС. Полное промораживание выдерживают только неактивные формы жизни (споры, семена, насекомые в состоянии диапаузы).

Максимальные и минимальные температуры, при которых животные или растения не находятся в оцепенении, а активно развиваются, называются порогами развития (не путать с пределами выносливости!), а значения температуры, лежащие между ними – эффективными температурами. Для завершения каждого этапа развития организма требуется определенное количество тепла, называемое термальной константой развития(константа -постоянная величина)или суммой эффективных температур (С). При этом не важно, какими порциями поступает тепло, лишь бы его сумма достигала определенной величины. Ее вычисляют по формуле: С = Σ (t_n – t_о), где t_n – наблюдаемая температура среды в n-ный день, t_о – температурный порог развития. Если температура постоянна, то С = (t – t_о)n, где t– наблюдаемая температура среды, t_о – температурный порог развития, n – продолжительность развития в днях. Сумма эффективных температур, как правило, постоянна для каждого вида. После того, как ее экспериментально определили, можно прогнозировать время отрождения вредителя или зацветания какого-либо растения в зависимости от складывающихся погодных условий.

Материалы и оборудование:Семена растений (пшеница, овес, горох), чашки Петри, пробирки химические (на 20 мл), термометр, горячая вода (60^оС), водяная баня, секундомер или ручные часы, фильтровальная бумага.

Задание 1Положите на дно всех чашек Петри кружочки фильтровальной бумаги с надписанными простым карандашом этикетками. К внутренней стороне крышек приклейте водой точно такие же квадратные этикетки. На них должны быть указаны: дата, вариант, № группы, фамилии студентов. Отберите по 10 полноценных семян всех предложенных культур, поместите их в стакан, залейте горячей водой (60^оС) и выдержите указанное время (2, 5 или 10 мин.) в водяной бане при этой температуре. Затем воду слейте, семена переложите в приготовленные чашки Петри, залейте 10 мл воды комнатной температуры и поставьте на проращивание. Контрольные семена не обрабатывайте.

Задание 2Решая предложенные задачи, научитесь рассчитывать термальную константу развития, сроки наступления различных фаз развития организмов, предсказывать по величине термальной константы число поколений, которое вредители будут давать в разных климатических зонах и использовать знание порогов развития для агротехнических мер борьбы с ними.

1) Исходя из метеоданных, приведенных в таблице 3, рассчитайте срок выхода из зимовавших яиц гусениц непарного шелкопряда (важнейший вредитель дуба, березы и других лиственных пород в РБ), если для весеннего доразвития яиц требуется 110⁰ эффективных температур, а порог развития для них 6⁰С. Как отразится на сроке отрождения трехдневное похолодание до 4⁰С? Какова при этом была средняя температуре воздуха после 25 апреля? Определите, когда произойдет отрождение гусениц, если весна будет холодная и среднесуточная температура конца апреля и начала мая составит 10⁰С.

Таблица 3 Расчет срока выхода гусениц непарного шелкопряда

2) Определите термальную константу для зацветания клубники в теплице, если нижний порог развития для нее +5^оС, температура там поддерживалась 25^оС, а зацвела она через 25 дней.

3) Определите термальную константу развития для гусениц шелкопряда-монашенки, если известно, что при температуре 21⁰С они заканчивают развитие за 55 дней, а при 28⁰С – за 37 дней. На сколько растянется развитие гусениц холодным летом со среднесуточной температурой 15⁰С?

4) Дайте прогноз, как поведет себя колорадский жук (порог развития 12^оС, термальная константа развития от яйца до взрослого насекомого - 360^о) в областях, где за лето набирается:

а) всего 300^о выше порогового значения;

б) 450^о выше порогового значения;

в) 750^о выше порогового значения.

5) Как Вы думаете, почему сибирский шелкопряд на большей части территории нашей страны (севернее июльской изотермы +18^оС) развивается по 2-летнему циклу, а южнее июльской изотермы +20^оС – успевает закончить развитие за 1 год? Какова будет продолжительность развития вредителя в местностях, расположенных между указанными изотермами?

Задание 3Через 1-2 недели оцените влияние температурного фактора на следующие показатели: всхожесть семян, длина проростков, развитие корневой системы. Полученные данные занесите в таблицу (таблица 4).

Разными цветами построите графики зависимости всхожести семян разных растений от продолжительности воздействия повышенной температуры (рисунок 1). Аналогичные графики постройте для средних длин проростка и корня. Сформулируйте вывод о влиянии температуры на прорастание семян и формирование растений у разных культур по каждому графику и общий вывод.

Таблица 4 Влияние продолжительности воздействия повышенной температуры (60^оС) на прорастание семян различных культур

0 2 5 10

Температурное воздействие (мин)

Рисунок 1 График зависимости всхожести семян от продолжительности воздействия высокой температуры

Контрольные вопросы

1. Приведите примеры абиотических факторов, действующих на лес и его обитателей.

2. Каково значение температуры в жизни организмов?

3. Что такое температурные пороги развития? Сколько их?

4. Дайте определение термальной константы развития? Как можно ее использовать на практике?

Лабораторная работа № 3

Поиск по сайту: