Исследовательская работа «Диффузия и ее роль в жизни растений»

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Вавилонская средняя общеобразовательная школа»

Исследовательская работа

«ДИФФУЗИЯ В ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ»

Выполнила:

ученица 9-ого класса

Пахомова Виктория

Руководитель:

Крапивных О.П.

учитель биологии

Вавилон-2023г

Диффузия в жизнедеятельности живых организмов

Содержание
1.1. Диффузия и история открытия

1.2. Осмос и диализ - формы проявления диффузии

1.3. Диффузия в мире животных

1.4 Диффузия в растительной среде
2. Практическая часть.
2.1 Диффузия в чешуе лука

2.2 Диффузия в сухой чешуе лука

2.3 Диффузия в живой чешуе лука

2.4 Диффузия в живой целой луковице
Заключение
Список литературы

Здравствуйте, меня зовут Похомова Виктория ученица 9 класса. Моя работа «Диффузия в жизнедеятельности живых организмов»

Руководитель Крапивных О.П.

Введение

Для жизнедеятельности живого организма важна диффузия. Однако не все люди имеют достаточного представления о том, как происходит диффузия. Хотя диффузию в жизни мы видим достаточно часто: при приготовлении красящего раствора, чаепитие (заваривании чая) или стирке белья.

Увы, в нашем несовершенном мире найдется очень мало людей, не знающих, что такое инъекция, также известная как «укол». Этот вид болезненного, но эффективного лечения также основан на явлении диффузии.

Актуальность проблемы

Актуальность моей работы заключается в том, что изучение влияния диффузии на жизнь живых существ, расширит спектр знаний о живой природе, а также продемонстрирует тесную связь физики, биологии и экологии.

Цель работы: - доказать важность диффузии для жизни человека, животных и растений. Рассмотреть проявление диффузии в луке.

Задачи:

1. Познакомится с формами проявления диффузии – осмос и диализ.

2. Выяснить, где встречаются явления диффузии и какие значения они имеют для живых организмов.

3. Описать и спроектировать разные виды исследования, характеризующие закономерности протекания диффузии.

Объект исследования - явления диффузии.

Предмет исследования: влияние процессов диффузии на жизнь живых организмов

Гипотеза:  Одним из основных общепринятых условий жизни живых организмов является  диффузия . А если диффузия существует в живых системах, то это можно подтвердить результатами экспериментов в условиях школьной лаборатории

Методы:

1.Изучение литературных и других информационных источников.

2.Анализ и обработка материала.

3.Проведение экспериментов.

1. Диффузия и история ее открытия

Диффузия (от лат. diffusio - распространение, растекание, рассеивание, взаимодействие) - процесс взаимного проникновения молекул одного вещества между молекулами другого.

Роберт Броун в 1827 г, наблюдая в микроскоп, за взвесью цветочной пыльцы, наблюдал хаотичное движение частиц в воде. Видимые только под микроскопом взвешенные частицы совершали не упорядоченные самостоятельные движения и описывали сложные зигзагообразные траектории. Таким образом, диффузия - это беспорядочное движение мельчайших частиц, взвешенных в жидкости или газе, происходящее под действием ударов молекул окружающей среды.

1.2. Осмос и диализ – формы проявления диффузии

Диализ – это разделение с помощью  мембраны  растворенных веществ, различающихся массами. Процесс основан на неодинаковых скоростях диффузии этих веществ через мембрану. Осмос – это движение (односторонняя диффузия) воды через биологическую мембрану, которая пропускает воду и не пропускает растворенные в ней вещества. Такая мембрана называется полупроницаемой. Оболочки всех живых клеток обладают замечательной способностью пропускать молекулы воды и задерживать молекулы растворенных в ней веществ.

Каждый из нас не раз наблюдал формы проявления диффузии(осмос и диализ). Например: Лимон и сахар, нашинкованная капуста и соль.

Впервые осмос наблюдал А. Нолле в 1748, однако исследование этого явления было начато спустя столетие

1.3  Диффузия в мире животных

Покровы водные животные не могут быть полностью водонепроницаемые, так как им для дыхания необходим растворённый в воде кислород. Пресноводные организмы должны непрерывно избавляться от воды, проникающей в тело, но удерживать соли и обновлять их запасы. Выделительная система этих организмов выводит в основном воду, а соли отфильтровывает и возвращает обратно в ткани. Кроме того, для восстановления потери солей большинство обитателей пресных вод способны активно всасывать соли: насекомые - через кишечник, рыбы - жабрами, лягушки – через кожу.

Морские животные, наоборот, вынуждены бороться с потерями жидкости: силы диффузии постоянно стремятся «высосать» её из тела. Поэтому, животные могут погибнуть от обезвоживания посреди моря.

Таким образом, приходится все время пить воду морской, что создает избыточное количество солей в тканях, от которых нужно избавиться. Поскольку внешние концентрации солей очень высоки , приходится действовать «против законов физики». За это отвечают - транспортные ферменты, работа которых требует немалых затрат энергии.В связи с этим, у морских и пресноводных организмов системы водно – солевого обмена отличаются.

Немного скажу о влиянии диффузионных процессов на пищеварение и дыхание животного. Наибольшее всасывание пищевых продуктов происходит в тонких кишках, стенки которых специально для этого приспособлены. Стенка кишечника покрыта ворсинками, за счёт этого площадь реальной поверхности кишечника в 2 – 3 раза больше площади поверхности всего тела. Также в процессе всасывания большую роль играет диффузия.

Дыхание – перенос кислорода из окружающей среды внутрь организма сквозь его покровы – происходит тем быстрее, чем больше площадь соприкосновения поверхности тела с окружающей среды, и тем медленнее, чем толще и плотнее покровы тела. Таким образом, малые организмы, площадь поверхности у которых большая по сравнению с объёмом тела, могут обходиться без специальных органов дыхания, удовлетворяясь притоком кислорода исключительно через наружную оболочку.

Так, например жук – плавунец высовывает из воды конец брюшка и, приподняв надкрылья, набирает воздух в дыхальца – отверстия в брюшке, от них отходят трахеи – трубочки – к каждому органу жука. Благодаря диффузии кислород из трахей проникает в каждую клетку организма жука, а углекислый газ также благодаря диффузии из клеток проникает в трахеи и выводится наружу.

В организмах больших размеров дыхание через кожу может быть более-менее достаточным лишь при условии очень тонких покров, например, земноводных. Если покровы грубые, то нужны специальные дыхательные органы. Например, легкие. Проникновение кислорода из воздуха через мембраны легочных пузырьков в кровь, а углекислого газа – из крови в воздух происходит также благодаря диффузии. Альвеолы – мельчайшие ячейки легких – оплетены густой сетью капилляров – тончайших кровеносных сосудов. Стенки тех и других очень тонкие, что способствует проникновению через них молекул газа в кровь и обратно. 

1.4 Диффузия в растительной среде

«Будем ли говорить, что корень питается веществами, которые находятся в почве; или будем говорить, о воздушном питании листьев за счет атмосферы или питании одного органа за счет другого везде мы прибегаем к тем же причинам: диффузия».

На берегу озера заросли травы. К каждому побегу растений через корневые волоски из почвы проникают питательные растворы, основой которых является вода. Происходит это благодаря диффузии.

В почвенных водах содержатся в растворённом виде при небольших концентрациях минеральные соли и некоторые органические соединения. Вода из почвы в растения попадает путём осмоса через полупрозрачные мембраны корневых волосков. Так как концентрация воды в почве оказывается выше, чем внутри корневых волосков, то происходит диффузия из зоны с большей концентрацией в зону с меньшей концентрацией. Вода, всасываемая корнем, движется по живым клеткам корня благодаря осмотическому давлению. Далее она попадает в сосуды стебля растения. У большинства древесных пород цитоплазма в этих сосудах отсутствует – они мертвые. Здесь главную роль играет не явление осмоса, а явление капиллярности.

Дыхание растений наземного и водного происхождения зависит от диффузионного явления

Дыхание как наземных, так и водных растений зависит от явления диффузии. Особенно большой рост листовых крон требуется деревьям, по причине того, что диффузионный обмен через поверхность листьев осуществляет функцию дыхания и частично питания. В настоящее время широко практикуется внекорневая подкормка плодовых деревьев путём опрыскивания их кроны.

2. Практическая часть.

2.1Диффузия в чешуе лука

Для изучения диффузии в растениях были использованы препараты сухой и живой чешуи лука и цифровой микроскоп с увеличением 40 раз. Как диффундирующее вещество использовался краситель «Метиленовый синий».

Приготовленные препараты сухой и живой чешуи лука размещались на предметном стекле в капле воды, на один край препарата наносилась капля красителя, и препарат при помощи цифрового микроскопа фотографировался через определенные промежутки времени.

2.2 Диффузия в сухой чешуе лука

Как видно из микрофотографий, представленных на рис. 1 А-Е, в первые двадцать минут диффузия пигмента в сухих чешуях лука шла достаточно медленно, а потом практически упала до нуля. Может быть, это произошло потому, что в результате длительного времени эксперимента вода на предметном стекле, где лежал препарат, начала постепенно подсыхать из-за довольно сильной светодиодной подсветки микроскопа, и диффузия препарата почти прекратилась.

А Б

В Г

Д Е

Рисунок 1. А – момент внесения краски «Метиленовый синий» Б – через 5 минут; В - через 10 минут; Г - через 15 минут; Д - через 20 минут; Е - через 25 минут после нанесения краски.

2.3Диффузия в живой чешуе лука

А Б

В Г

Д Е

. Рисунок 2.. А – момент внесения краски «Метиленовый синий» Б – через 5 минут; В - через 10 минут; Г - через 15 минут; Д - через 20 минут; Е - через 25 минут после нанесения краски.

На микрофотографиях рисунка 2 А-Е, диффузия красителя в живой чешуе лука идет значительно быстрее.

Интересно, что при переводе в черно-белое изображение по каналу синего цвета (Рисунок 3), во время диффузии краски в сухой чешуе лука хорошо заметны сетчатые структуры (Рисунок 3А), что говорит о том, что диффузия в сухой чешуе идет по клеточным стенкам и краска хорошо их прорисовывает, в то время как во время диффузии краски в живой чешуе лука (Рисунок 3Б) сетчатых рисунков на микрофотографиях не видно, что говорит о том, что в живой растительной ткани диффузия идет равномерно и через клеточные стенки, и через цитоплазму растительных клеток.

Рисунок 3. Черно-белое изображение диффузии краски «Метиленовый синий» в чешуе лука. А – сухая кожица; Б – живая чешуя лука.

В связи с этим скорости диффузии красителя в мертвой сухой ткани и в живой растительной ткани достаточно сильно различаются (Рисунок 3).

2.4Диффузия в живой целой луковице

Опыт проведения диффузии в живой целой луковице подтвердил полученные на препаратах ткани результаты (Рисунок 4).

А Б

Рисунок 4. А – Внешний вид до внесения краски в раствор; Б –- через 15 часов.

На рисунке хорошо видно распространение краски в живых тканях по срезу луковицы. В то же время, если краситель «Пищевой красный» распределялся в целом равномерно по всем живым тканям, то краситель «Метиленовый синий» быстрее распространялся по кожице чешуй луковицы, и только потом из кожицы в мякоть чешуи.

Заключение

Мы видим, что диффузия имеет большое значение, а существование всех живых организмов было бы просто невозможно, если это явление не существовало бы в природе. Природа широко использует возможности, заложенные в процессе диффузионного проникновения. Ведь оно играет важнейшую роль в поглощании и транспортировке питательных веществ, а также насыщении организма растений кислородом. Такое же значение диффузия имеет для животных и человека. Таким образом, диффузия играет очень большую роль в процессах жизнедеятельности человека, животных и растений.

Изучая диффузию, ее роль и факторы, влияющие на ее протекание в природе, я пришла к выводу, что надо сильнее привлекать внимание общественности к важности изучения процессов, происходящих в окружающей среде.

Список литературы

1. . Большой энциклопедический словарь: В 7 т./ Гл. ред. . – 3-е изд., - М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. – Т.4 – 863 с.

2. Рыженков Человек Окружающая среда. - М.:Просвещение,1996. – 48 с.

3. Семке и живая природа: Занимательный материал к уроку. 7-9 классы/ . – М.: Чистые пруды, 2008.-32с.

4. . http://www. Wikipedia. org Осмос и диализ.