Исследовательская работа «Влияние качественного состава полива на всхожесть и рост семян укропа» | Образовательная социальная сеть

Департамент образования города Москвы

Восточное окружное управление образования

ГОУ специальная (коррекционная) общеобразовательная школа — интернат II вида № 30 им. К.А. Микаэльяна

Исследовательская работа на тему:

 «Изучение влияния разных типов воды на всхожесть семян и рост растений»

Выполнил:  ученик 10 класса

Крылов Илья Константинович

                                            Руководитель: Губарева Елена Юрьевна

 – учитель биологии и экологии, победитель ПНПО 2008 года  

Москва 2009 год

Содержание

Введение                                                                                                 3

Теоретическая часть                                                                                

1. Свойства воды                                                                              4 — 7
2. Особенности различных типов воды                                         7 — 10

Практическая часть

1. Приготовление талой воды                                                          11
2. Определение влияния различных типов воды на

всхожесть семян                                                                                 11 — 13

3. Изучение влияния талой воды на рост и развитие корней        13 — 17

Выводы                                                                                                      18

Литература                                                                                                19

Приложение                                                                                              20

Введение

Воде была дана волшебная власть стать
соком жизни на Земле.
Леонардо да Винчи

   Когда тает весной снег, все просыпается, начинает расти и цвести, поэтому все считают, что талая вода оказывает положительное действие на растения.         Вода единственное вещество на земле, которое  одновременно и в больших количествах встречается в жидком, твердом и газообразном состояниях. Она находится в вечном круговороте. Растения являются самыми активными участниками этого великого природного процесса.

   Очень велика роль водных растворов в биологической среде, они являются основой почвенных процессов, передвижения веществ, прорастания семян и т. д. Вода сплошь и рядом “нарушает” известные физические законы. Одной из таких аномалий являются лед и снег.

   Мы очень заинтересовались свойствами снега  и льда, так как из литературы и  рассказов знакомых огородников нам известно, что на растения хорошо влияет полив талой водой. Есть рекомендации и в популярной литературе по поливу талой водой, например в книгах по садоводству [1].

Поэтому целью данной работы было:        

1. Определить влияние разных типов воды на всхожесть семян.

2. Выяснить разницу во влиянии водопроводной, дистиллированной, дождевой   и талой воды и снега на укоренение растений.

Задачи:

1. Определить,  в какой из типов  воды  — лучше прорастают семена.

2. Определить, есть ли разница в размерах корней и  ростков в разных водных растворах.

3. Выяснить есть ли разница в количестве образовавшихся корней в разных вариантах опыта.

II. Теоретическая часть.

1. Свойства воды.
Вода – самое распространенное и  самое загадочное вещество на Земле: ¾ поверхности планеты покрыто морями, океанами, реками, ледниками. Кроме того, вода в больших количествах содержится в земной коре, образуя подземные озера и пропитывая водоносные слои пород. Общее содержание воды на Земле составляет примерно 1500 млн. км3 (1,45∙1018 м3).

    Внешне вода, кажется, достаточно простой, в связи, с чем долгое время считалась неделимым элементом. Лишь в 1766 году Г. Кавендиш (Англия) и затем в 1783 году А. Лавуазье (Франция) показали, что вода не простой химический элемент, а соединение водорода и кислорода в определенной пропорции. После этого открытия химический элемент, обозначаемый как Н, получил название «водород» (Hydrogen — от греч. hydro genes), которое можно истолковать как «порождающий воду». Она не подчиняется никаким законам физики и химии, обладает, как говорят ученые, аномальными свойствами. По законам химии она должна кипеть при температуре – 76 °С, и замерзать при температуре – 90 °С. Но мы знаем, что вода замерзает при 0 °С, а кипит при 100 °С. Современные исследования показали, что за незатейливой химической формулой Н2О скрывается вещество, обладающее уникальной структурой и не менее уникальными свойствами.

Не менее интересен и изотопный состав воды.  Если принимать в расчет только стабильные изотопы, то их сочетание даст девять сортов молекул, основную массу которых составляет молекулы протиевой (легкой) воды с кислородом-16 – 99,727%. Если рассматривать только более тяжелые молекулы, то окажется, что на три из них приходится 99% от общего  объема тяжелых молекул – H2 18О (73,5%), H2 17О (14,7%) и HD16О (11,5%). В воде пресноводных источников содержание тяжелой воды составляет, обычно, около 330 мг/л (в расчете на молекулу HDO), а тяжелокислородной (Н2 18О) – около 2 г/л.

            Так в чем же заключаются загадочные, необычные свойства привычной всем жидкой воды? Прежде всего, в том, что практически все свойства воды аномальны, а многие из них не подчиняются логике тех законов физики, которые управляют другими веществами. Кратко упомянем те из них, которые обуславливают существование жизни на Земле.
Первая особенность: вода — единственное вещество на Земле (кроме ртути), для которого зависимость удельной теплоемкости от температуры имеет минимум (370С), из-за этого нормальная температура человеческого тела, состоящего на две трети из воды, находится в диапазоне температур 36-38оС (внутренние органы имеют более высокую температуру, чем наружные).
Вторая особенность: теплоемкость воды аномально высока. Чтобы нагреть определенное ее количество на один градус, необходимо затратить больше энергии, чем при нагреве других жидкостей, — по крайней мере вдвое по отношению к простым веществам. Из этого вытекает уникальная способность воды сохранять тепло. Подавляющее большинство других веществ таким свойством не обладают. Эта исключительная особенность воды способствует тому, что у человека нормальная температура тела поддерживается на одном уровне и жарким днем, и прохладной ночью.
Третья особенность: вода обладает высокой удельной теплотой плавления, то есть воду очень трудно заморозить, а лед — растопить. Благодаря этому климат на Земле в целом достаточно стабилен и мягок.
Все три особенности тепловых свойств воды позволяют человеку оптимальным образом существовать в условиях благоприятной среды.
Имеются особенности и в поведении объема воды. Плотность большинства веществ — жидкостей, кристаллов и газов — при нагревании уменьшается и при охлаждении увеличивается, вплоть до процесса кристаллизации или конденсации. Плотность воды при охлаждении от 100

до 4 оС (точнее, до 3,98 оС) возрастает, как и у подавляющего большинства жидкостей. Однако, достигнув максимального значения при температуре

4 оС, плотность при дальнейшем охлаждении воды начинает уменьшаться. Другими словами, максимальная плотность воды наблюдается при температуре 4 оС (одна из уникальных аномалий воды), а не при температуре замерзания

            Замерзание воды сопровождается скачкообразным уменьшением плотности более чем на 8%, тогда как у большинства других веществ процесс кристаллизации сопровождается увеличением плотности. В связи с этим лед (твердая вода) занимает больший объем, чем жидкая вода, и держится на ее поверхности, образуя  своего рода плавающее  одеяло, защищающее реки и водоемы от дальнейшего замерзания и сохраняющего жизнь подводному миру. Если бы плотность воды увеличивалась при замерзании, лед оказался бы тяжелее воды и начал тонуть, что привело бы к гибели всех живых существ в реках, озерах и океанах, которые замерзли бы целиком, а Земля стала ледяной пустыней, что неизбежно привело бы к гибели всего живого.
Однако только анализ строения молекулы воды позволяет понять ее исключительность в живой и неживой природе. Прежде всего отметим, что молекула воды самая маленькая среди подобных трехатомных молекул. Такие молекулы при нормальных условиях образуют газы, а молекулы воды — жидкость. Почему? Потому, что  при конденсации воды, формируется  жидкое вещество удивительной сложности. Это связано с тем, что молекулы воды обладают уникальным свойством объединяться в группы (Н2О)x.           

При комнатной температуре степень ассоциации X для воды составляет, по современным данным, от 3 до 6. Это означает, что формула воды не просто Н2О, а среднее между Н6О3 и Н12О6. Другими словами, вода — сложная жидкость, «составленная» из повторяющихся групп, содержащих от трех до шести одиночных молекул.

            Если бы вода при испарении оставалась в виде Н6О3, Н8О4 или Н12О6, то водяной пар был бы намного тяжелее воздуха, в котором доминируют молекулы азота и кислорода. В этом случае поверхность всей Земли была бы покрыта вечным слоем тумана. Представить себе жизнь на такой планете практически невозможно.
При испарении  группы H6O3, H8O4  распадаются, и вода превращается практически в простой газ с химической формулой Н2О. Плотность газообразной воды меньше плотности воздуха, и поэтому вода способна насыщать своими молекулами земную атмосферу, создавая комфортные для человека погодные условия.
2. Особенности  разных типов воды.
Талая вода.   Она рождается при таянии льда и сохраняет температуру 0 оС, пока весь лед не растает. Специфика межмолекулярных взаимодействий, характерная для структуры льда, сохраняется и в талой воде, так как при плавлении кристалла разрушается только 15% всех водородных связей. Поэтому  присущая льду связь каждой молекулы воды с четырьмя соседними («ближний порядок») в значительной степени не нарушается.

            Таким образом, талая вода отличается от обычной изобилием многомолекулярных групп, в которых в течение некоторого времени сохраняются рыхлые льдоподобные структуры. После таяния всего льда температура воды повышается и водородные связи внутри групп перестают противостоять возрастающим тепловым колебаниям атомов. Размеры групп изменяются, и поэтому начинают меняться свойства талой воды: диэлектрическая проницаемость приходит к своему равновесному состоянию через 15-20 минут, вязкость — через 3-6 суток. Биологическая активность талой воды спадает, по одним данным, приблизительно за 12-16 часов, по другим — за сутки.
Итак, физико-химические свойства талой воды самопроизвольно меняются во времени, приближаясь к свойствам обычной воды: она постепенно как бы «забывает» о том, что еще недавно была льдом.
Лед и пар — различные агрегатные состояния воды, и поэтому логично предположить, что в жидкой промежуточной фазе валентный угол отдельной молекулы воды лежит в диапазоне между значениями в твердой фазе и в паре. В кристалле льда валентный угол молекулы воды близок к 109,5о. При таянии льда межмолекулярные водородные связи ослабевают, расстояние Н-Н несколько сокращается, валентный угол уменьшается. При нагревании жидкой воды происходит разупорядочение структуры, и этот угол продолжает уменьшаться. В парообразном состоянии валентный угол молекулы воды составляет уже 104,5о.
Кроме того, в талой воде, нет дейтерия – тяжёлого элемента, который подавляет всё живое и приносит серьёзный вред организму. Дейтерий в больших концентрациях равнозначен самым сильным ядам. Дейтерий тяжело усваивается, что требует дополнительного расхода энергии. Учёными установлено, что даже частичное удаление дейтерия освобождает большие энергетические резервы и значительно стимулирует жизненные процессы в организме человека. Талая же вода сама по себе обладает большой внутренней энергией и обеспечивает человеку хорошую энергетическую подпитку. Дело в том, что ставшие однородными молекулы не мешают друг другу, а движется в резонансе, работают в одной и той же частоте, вырабатывая в результате больше чем при хаотическом движении количество энергии .

II. Практическая часть.

1. Приготовление талой воды.

В литературе описано большое количество способов приготовления талой воды. Нами был выбран наименее трудоемкий способ избавления воды от  дейтерия и других примесей.
Для приготовления талой воды брали небольшое количество водопроводной воды, которую отстаивали в течение нескольких часов (для освобождения от растворенных газов), затем ее охлаждали в холодильнике до появления первого льда. Этот лед вылавливали и выбрасывали, так как в нем концентрируются те примеси, которые «предпочитают» твердую фазу (это дейтерий). Оставшуюся воду морозили дальше, пока большая ее часть (но не вся) превращалась в лед. Этот лед вылавливали и использовали по назначению. Оставшуюся жидкость выливали, так как в ней  концентрируются примеси «предпочитающие» жидкую фазу.

2. Определение влияния талой воды на всхожесть семян.

Для проведения опыта были взяты семена кресс-салата, так как они «проклевываются» через сутки и их не надо калибровать (одного размера),  а также  откалиброванные семена фасоли. Семена по 50 штук салата и 10 штук фасоли поместили в чашки Петри, на дно которых  положили фильтровальную бумагу, затем семена заливали дистиллированной , водопроводной  и талой водой. При этом надо отметить, что дистиллированную воду брали из медицинских ампул, водопроводную воду отстаивали в течение нескольких часов, а талую получали в результате таяния кусочков льда. Семена салата выдерживали в течение суток при комнатной температуре, фасоли в течение трех суток, после чего посчитали средний процент всхожести семян.  Для получения более точных результатов опыты ставили в трех параллелях. Данные опыта занесли в таблицу 1 и 2.

Таблица 1.

Влияние разных типов воды на всхожесть семян салата.

Таблица 2.

Влияние разных типов воды на всхожесть семян фасоли.

Дополнительно в ноябре были проведены те же опыты с талой водой, полученной из снега и дождевой водой. Для того, чтобы уменьшить антропогенное воздействие на воду, снег брали во дворе школы (150м. от дороги), а дождевую воду привезли из Подмосковья (25 км. от Москвы и 300 м. от шоссе). Данные занесли в таблицу 3

Таблица 3.

Влияние снега и дождевой воды на всхожесть семян.

Влияние разных типов воды на всхожесть семян фасоли и салата.

Из таблиц и диаграмм  видно, что во всех опытах наблюдается высокий процент  всхожести семян салата и фасоли.  Самую лучшую всхожесть дали семена, проращиваемые в дождевой воде. Можно предположить, что на всхожесть повлияло увеличенное содержание кислорода в дождевой воде [5].

1. Изучение влияния талой воды на рост и развитие корней.

    Сразу после прорастания семян начали наблюдать за ростом и развитием корней. Для удобства наблюдений и измерений в данном опыте использовали только проростки фасоли, которые поместили в специальные контейнеры. Наблюдения начали  со второго дня, после постановки опыта и  вели в течение недели. Замеры проводили каждый день. Для точности результатов опыт повторяли три раза,  усредненные данные опыта занесли в таблицу 5. Здесь также были проведены опыты со снегом и дождевой водой, данные занесли в таблицу 4

Таблица 4.

Влияние снега и дождевой  воды на рост и развитие  фасоли.

Из таблицы 4 видно, что более активный рост наблюдается в дождевой воде. В воде  из снега  наблюдается небольшое отставание в росте корней и ростка.

Таблица 5.

Влияние разных типов воды на рост и развитие  фасоли.

Влияние разных типов воды на рост ростка фасоли.

Влияние разных типов воды на рост корней фасоли.

Из таблицы 5 видно, что корень  начал быстрее расти  в дистиллированной воде, затем его рост остановился. В талой воде наблюдается обратная картина,  вначале рост корня  был замедлен, а затем он почти сравнялся по длине  с длинной  корня в водопроводной воде. Такая же картина наблюдалась и при наблюдении за ростом ростков. В начале более интенсивный рост наблюдался в дистиллированной воде, затем он замедлился. В талой наоборот сначала рост был замедлен, а затем длина ростков сравнялась с длиной  ростков в водопроводной воде.  Отсюда можно сделать вывод, что в дистиллированной воде  рост корней и ростков замедляется (или прекращается) в связи с нехваткой питательных веществ необходимых для роста и развития растений. В водопроводной воде есть  необходимые для роста и развития  вещества, поэтому растений продолжает расти. Рост корней и ростков в талой воде можно объяснить запасом внутренней энергии молекулой  воды и отсутствием дейтерия, что обеспечивает энергетическую  подпитку растениям.  

     В этом же опыте вели  наблюдение и за количеством появившихся корней. Данные занесли в таблицу 6, из которой видно,  что общее количество корней ненамного больше в дождевой и водопроводной  воде, поровну в воде из снега и талой. Различно  временя  и  их появления. Из чего можно сделать вывод, что на образование корней влияет содержание питательных веществ  и количество кислорода в воде.

Таблица 6

Развитие корневой системы фасоли в различных видах воды.

Развитие корневых систем фасоли и различных типах воды.

Выводы:

Из проделанной работы можно сделать следующие выводы:

1. Семена  фасоли и салата  в различных типах воды  дали достаточно высокую всхожесть. Самая высокая всхожесть семян фасоли наблюдалась в дождевой воде. Можно предположить, что это связано с увеличенным содержанием в ней кислорода или загрязнением воды примесями.
2. Наиболее активный рост корней, их  развитие и рост  ростков наблюдался в дождевой  воде. Можно предположить, что хоть она и бралась далеко от Москвы, но в ней все же есть примеси повлиявшие на рост корней и ростков.

Литература.
1. Ауэрбах Ф. Семь аномалий воды. — СПб., 1919.
2. Габуда С.П. Связанная вода. Факты и гипотезы. — Новосибирск: Наука, 1982.
3. Зацепина Г.Н. Физические свойства и структура воды. — М.: МГУ, 1998.
4. Синюков В.В. Вода известная и неизвестная. — М.: Знание, 1987.
5. Белянин В.С., Романова Е. Золотая пропорция. Новый взгляд // Наука и жизнь, 2003, № 6.
6. http://nauka.relis.ru/cgi/nauka.pl?52 0306 52306082 HTML
7. Вода: структура, состояние, сольватизация. Достижения последних лет. — М.: Наука, 2003.

Приложение 1

ДЕЙТЕРИЙ (от греческого deuteros-второй) (тяжелый водород) D, стабильный изотоп водорода с нуклеарной массой 2 ат. ед.

Ядро атома дейтерия — дейтерон состоит из одного протона и одного нейтрона, причём энергия связи между ними равна 2,23 МэВ. 33 м2,) 53.10Поперечное сечение ядерной реакции (n, 32 м2 (дляпоперечное сечение захвата тепловых нейтронов дейтеронами 15.10 29м2). Молекула двухатомна, длина связи 0,07417 нм; основнаяпротонов 3.10 1; энергия диссоциации 440частота колебаний атомов в молекуле 3118,46 см 73 (293,15 К). С другимикДж/моль, константа диссоциации К = p2D/pD2 = 4,173.10 изотопами водорода дейтерий образует молекулы протодейтерия HD (мол. м. 3,02205) и дейтеротрития DT (мол. м. 5,03034). В прибрежной морской воде соотношение D/(D 6, в6, в поверхностных водах — (132-151).10 Н) составляет (155-156).10 6.природном газе — (110-134).10

Свойства. Коэффициент сжимаемости дейтерия (pV/RT)при 273,15 К: 1,0121 (2,0266 МПа), 1,0624(10,133 МПа), 1,130(20,266 МПа). С° [в Дж/(моль.К)]: 20,81 (20 К), 30,11 (100 К), 29,30 (298 К); теплопроводность 2 мПа.с (293,15 К). 1,23.100,135 Вт/(м.К) (25 К);

Дейтерий растворяется в жидкостях (например, в бензоле, толуоле, октане, гептане, ССl4, CS2) лучше, чем газообразный водород, причем это различие возрастает с понижением температуры.

Молекула дейтерия может находиться в орто- и пара-состояниях. Ортодейтерий (o-D2) имеет параллельную (одного знака) ориентацию ядерных спинов, а парадейтерий (п-D2) -антипараллельную. Это обусловливает различие магнитных, оптических и термических свойств различных модификаций дейтерия. При обычных условиях дейтерий (нормальный Д., н-D2) представляет собой смесь 2/3 орто- и 1/3 пара-модификаций, которые могут взаимно превращаться друг в друга (орто-пара-превращение). Каждой данной конфигурации соответствует определенный равновесный состав (равновесный дейтерий, p-D2). Так, доля п-D2 составляет: 0,333 (при 300 К), 0,251 (60 К), 0,148 (40 К), 0,019 (20 К). При низких температурах термодинамически стабилен o-D2. Самопроизвольное орто-пара-превращение дейтерия при низких температурах происходит очень медленно, что позволяет получить жидкий дейтерий, близкий по составу к нормальному. Орто-пара-превращение ускоряется в присутствии катализаторов (Fe, Сr, Со, Мn, Pd).