Лабораторные опыты по биологии

1. Рост корня в длину

Цель опыта - выяснить, как, какой частью корень растет в длину.

Объекты и оборудование. Проросшие семена гороха или фасоли, бобов с корнем около 2 см, влажная камера, приготовленная из чашки Петри, блюдца или банки (см. 1.2), тушь черная, лучше предварительно налитая в блюдце и загустевшая в результате частичного высыхания, миллиметровая линейка, небольшие палочки (спички), лезвие бритвы, фильтровальная (промокательная) бумага, пластилин, канцелярские булавки - для влажной камеры, приготовленной из банки.

Постановка опыта. Для опыта отбирают 3-4 семени с более или менее прямым корнем, без признаков повреждения и начала образования боковых корней. Семена кладут во влажную камеру, из которой прежде сливают всю свободную воду. Поверхность корня должна быть не влажной. Если корни оказались мокрыми, их можно осторожно обсушить фильтровальной бумагой, но лучше сделать иначе - предварительно выдержать 1-2 ч эти семена во влажной камере, в которой нет свободной воды.

Остро и тонко заточенной спичкой по всей длине корня наносят (по одной стороне) метки тушью в виде небольших, но хорошо заметных точек или коротких черточек на расстоянии одна от другой в 1,5-2 мм. Семя при этом надо держать за семядоли (трогать руками корень не следует), прикосновение к корню концом спички должно быть очень легким, особенно у кончика, а пребывание корней на воздухе - вне влажной камеры - как можно меньшим. Начинать разметку лучше с основания корня.

Семя с размеченным корнем помещают во влажную камеру так, чтобы кончик корня непременно касался влажной бумаги, а сторона с метками не касалась ее. Лучше семя положить у стенки камеры, желательно фиксировать его кусочком пластилина. Если используется влажная камера, приготовленная из банки, семя прикрепляется булавкой к картонной стойке корнем вниз и так, чтобы он касался влажного картона на высоте 5-6 см над водой. Булавкой прокалываются обе семядоли (по центру их) и картон (см. рис. 3).

Убедительный результат опыта получается через 1-2 дня (в зависимости от температуры в помещении): метки заметно расходятся только у кончика корня. В дальнейшем корни значительно вырастают в длину, при этом метки становятся плохо заметными.

При демонстрации опыта крышку влажной камеры снимают. Для большей наглядности поблекшие метки можно обновить тушью.

Вопросы на осмысление методики опыта. Почему надо наносить метки тушью по всему корню, а не по части его? Почему расстояния между метками должны быть одинаковыми и небольшими? В какой части корня метки стали бледнее и почему? Что доказывает опыт с метками?

Можно делать метки фломастером темного цвета (кроме красного), а также пастой для шариковых ручек или масляной краской. Последние не смываются водой и сохраняются лучше, чем метки тушью, однако надо предварительно проверить пригодность этих веществ, так как некоторые виды их оказывают неблагоприятное воздействие на корень. Наносится краска или паста в виде мелких капелек-точек обычной швейной иглой - легким прикосновением поверхности кончика иглы.

2. Влияние на рост корня удаления кончика его

Цель опыта - выяснить, как влияет на рост корня удаление участка роста его в длину.

Объекты и оборудование. Проросшие семена гороха или фасоли, бобов с корнем в 2-3 см, 2-3 влажные камеры, приготовленные из чашек Петри, блюдец или банок (см. 1.2), миллиметровая линейка, лезвие бритвы, канцелярские булавки - для опыта в банках.

Постановка опыта. Для опыта отбирают 2-3 пары семян с одинаковыми (в паре) по размеру и форме корнями, без признаков каких-либо повреждений. Каждую пару семян помещают в отдельную влажную камеру. Брать семена следует только за семядоли, нельзя долго держать их вне камеры. У корня одного семени в каждой паре отрезают кончик примерно в 0,5 см. Длину корня у опытного (с обрезкой) и контрольного (целого) семени измеряют и записывают. Продолжительность опыта 4-5 дней. За это время фильтровальную бумагу влажной камеры, приготовленной из чашки Петри или блюдца, приходится смачивать по мере подсыхания - через день-два.

В конце опыта измеряют длину главного корня у опытного и контрольного проростков, отмечают количество и сравнительный размер боковых корней (где их больше и где они крупнее). В первые дни можно видеть, что главный корень растет только у контрольного семени, а боковые корни появляются раньше у опытного - с обрезанным кончиком корня. Позже боковые корни образуются у обоих проростков, но их больше и они крупнее у опытного, у которого был удален участок роста главного корня. Удаление кончика корня способствует образованию и росту боковых корней.

При демонстрации опыта. Проростки извлекают из влажной камеры, желательно разместить их рядом на темном фоне.

Вопросы на осмысление методики опыта. Каких участков лишился корень при удалении его кончика? Зачем у опытного семени удаляется кончик корня? Зачем нужно измерить длину главного корня в начале и конце опыта? Для чего необходимо контрольное растение - семя с целым корнем? Что доказывает опыт с прищипкой главного корня?

3. Рост корня при различной температуре

Цель опыта - установить, влияет ли температура на скорость роста корня.

Объекты и оборудование. Проросшие семена гороха или фасоли с корнем в 0,5-2 см, 2-3 влажные камеры той или иной конструкции (см. 1.2) или 6-9 химических пробирок с пробками из ваты; промокательная бумага; ножницы, пинцет (или палочка); банки или штативы для пробирок; линейка; термометр; булавки канцелярские - для постановки опыта во влажных камерах, приготовленных из банок.

Постановка опыта. Для опыта отбирают 6-12 семян без каких-либо признаков заболевания или повреждения корня, желательно более крупных, и делят их на 2-3 равные группы (по числу используемых влажных камер) так, чтобы в каждой оказались аналогичные семена (если они разные по размеру). Каждую группу (3-4 семени) помещают в отдельную влажную камеру, предварительно замерив и записав длину корня - наименьшего и наибольшего в группе (от ... до ...). Семена надо держать только за семядоли, линейкой к корням не прикасаться. Если используются влажные камеры, приготовленные из банок, то семена прикрепляют булавкой к верхней части картонной перегородки камеры так, чтобы корешок касался влажного картона и был направлен вниз. Камеры должны быть закрыты крышкой и иметь на дне слой воды в 1-2 см (рис. 3).

Если опыт ставится в пробирках, то в каждую из них (сухую) надо ввести полоску промокательной бумаги шириной 2-3 см (для стандартных пробирок диаметром до 1,5 см) и длиной по высоте пробирки. Она должна выстилать пробирку изнутри на половину - две трети поверхности. В каждую пробирку наливают воды около 2 см по высоте, смочив бумагу. Верхний конец полоски бумаги длиной в 2-3 см сдвигают (пинцетом или палочкой) вниз по стенке так, чтобы получилась площадка из скомканной бумаги с отверстием у стенки. На эту площадку кладут семя, опустив корень в отверстие. Лучше, если он будет касаться влажной бумаги. Пробирки закрывают рыхлыми пробками из ваты (пробка не должна касаться семени и бумаги) и ставят в штативы или банки.

Влажные камеры (или группы из 2-3 пробирок) помещают в места с разной температурой, при которой рост корня происходит заметно различно. Для гороха это 6-8, 10-12, 16-18°С; для фасоли соответственно 10-12, 16-18, 24-26 °С. Температура 6-8 и 10-12 °С может быть в осеннее время на улице или между рамами окна; в погребе, на окне (10-12 °С), в холодильнике (6-8°С). Температура 16-18 °С - комнатная; повышенная температура (24-26 °С) может быть в тепличке, у печи, батареи отопления, под электрической лампой.

Продолжительность опыта 2-3 дня. Прирост главного корня за сутки - в прямой зависимости от температуры - от 0,5 до 2 см у гороха и до 3 см у фасоли. Начало образования боковых корней (на 3-4-й день) снижает наглядность опыта. В конце опыта надо измерить и записать длину корня у всех семян группы, за исключением тех, у которых рост корня резко отрицательно отличается от других в данной температурной группе (из-за преждевременного образования боковых корней, повреждения корня).

Демонстрация опыта. Сравнивают по каждой группе семян, находившейся при определенной температуре, исходный размер корней (от и до) и длину их в конце опыта (от и до), делают вывод о влиянии температуры на скорость роста корня, выясняют значение этого явления для жизни растения.

Если опыт проводят учащиеся, то удобнее ставить его в пробирках. Это позволит легко вести наблюдения за ростом корня по дням: суточный прирост отмечают фломастером (или тушью) на стекле снаружи.

Опыт по выяснению влияния температуры на рост корневой системы в целом может быть поставлен на растениях фасоли, выращиваемых в пробирках с водой (см. 1.2) в течение 7-14 дней.

4. Рост корней при различном доступе воздуха к ним

Цель опыта - выяснить, влияет ли на рост корней доступ воздуха к ним.

Объекты и оборудование. Проросшие семена гороха (4-5 штук) с корнем в 1-2 см или наклюнувшиеся семена редиса (15-20 штук); стеклянная банка на 0,25-0,3 л (из-под майонеза, соков и т. п.); картон; ножницы; мелкий песок; вата; бумага оберточная (газетная).

Постановка опыта. В начале опыта изготавливают из картона вертикальную перегородку для банки, чтобы отделить в ней небольшую воздушную камеру. В перегородке прокалывают многочисленные отверстия и устанавливают ее в банке так, чтобы вертикальные края плотно прилегали к стенкам, а расстояние между стенкой и картоном было примерно 2 см. Большее пространство банки заполняют влажным песком, уплотняя его. В песок высевают семена гороха или редиса. Глубина заделки семян не должна превышать 2 см. Меньшее пространство (воздушную ка- меру) закрывают сверху кусочком ваты, а всю банку обертывают бумагой, тщательно закрывая от света. Песок регулярно поливают, особенно после появления всходов, не допуская его пересыхания (при поливке вода должна смочить весь песок и выступить на дне воздушной камеры).

Через две недели можно наблюдать результат опыта: все корни или основная масса их располагаются в слое песка, прилегающем к картонной стенке воздушной камеры; в песке, прилегающем к стеклу, встречаются лишь единичные корни.

При демонстрации опыта делается вывод о влиянии доступа воздуха к корням на рост их и выясняется практическое использование этого вывода.

Опыты по изучению поглощения корнем воды и растворенных в ней веществ

5. Поглощение кислорода при дыхании корней (опыт с лучинкой)

Цель опыта - доказать, что корни поглощают из воздуха кислород, т. е. дышат.

Объекты и оборудование. Корни от 10-14-дневных растений ржи (пшеницы, ячменя) или фасоли, выращенных на воде или в песке, из расчета: на каждые 100 см³ объема используемых сосудов - 25 растений ржи (пшеницы) или 4 растения фасоли; два одинаковых сосуда из прозрачного стекла на 100- 300 см³ - колбы, бутылочки или пузырьки с входным отверстием (горловиной) диаметром не менее 12 мм; пробки к сосудам - резиновые, пластиковые (от аптечных пузырьков) или изготовленные из пластилина; лучинки - тонкие деревянные палочки, лучше сосновые; спиртовка, спички, вода комнатной температуры - кипяченая или отстоявшаяся сырая.

Постановка опыта. Один сосуд наполняют водой. В него помещают необходимое количество корней, опуская их в воду и вращая при необходимости. Корни злаков лучше предварительно собрать в пучок, укладывая их верхушками в одну сторону. Воду из сосуда выливают, оставляя 1-2 мл ее. Это небольшое количество воды необходимо для того, чтобы при рассматривании результата опыта с ее помощью ликвидировать запотевание стенок сосуда изнутри (наклоняя и вращая сосуд), что позволит лучше видеть корни и поведение пламени лучинки. Желательно распределить корни равномерно по дну сосуда, что можно сделать с помощью палочки или посредством встряхивания сосуда с небольшим количеством воды.

В контрольный сосуд - без корней - наливают воды столько, сколько было оставлено в опытном сосуде. Оба сосуда закрывают плотно пробками и ставят рядом в темное (или слабо освещаемое) место с комнатной температурой на два дня - до момента демонстрации опыта.

Демонстрация опыта. Сначала зажечь спиртовку, чтобы пламя было постоянно под рукой, затем вынуть неполностью пробку из опытного сосуда, так, чтобы можно было снять ее позже одной рукой. При этом надо возможно меньше нагревать сосуд рукой, чтобы из него не вышел воздух. Лучинку поджигают от пламени спиртовки, снимают пробку и опускают лучинку спокойно, не торопясь, в опытный сосуд. Как только лучинка погаснет, надо вынуть ее, а сосуд прикрыть пробкой. Если пламя гаснет в самом верху сосуда, то демонстрацию можно повторить (тут же - для большей наглядности или в другом классе). То же самое проделывают с контрольным сосудом - без корней. Если отверстие в нем небольшое - около 12 мм в диаметре, надо быстро провести через него пламя и опустить лучинку глубже, где она будет хорошо гореть некоторое время. Не дожидаясь, когда лучинка погаснет в результате использования кислорода в контрольном сосуде, ее надо вынуть быстро, чтобы пламя не погасло на выходе из сосуда. Это особенно важно при постановке опыта в небольших пузырьках, объемом около 100 см³.

Вопросы на осмысление методики опыта. Зачем (с какой целью) опускают зажженную лучинку в опытный и контрольный сосуды? (Чтобы узнать, есть ли кислород в воздухе, находящемся в данном сосуде.) Почему (отчего) гаснет лучинка в сосуде с корнями? (От отсутствия или недостатка кислорода.) Что доказывает опыт с лучинкой? (Что корни поглощают кислород из воздуха, что они дышат, поглощая кислород.) Для чего (зачем) нужен контрольный сосуд без корней? (Чтобы убедиться, что воздух в закрытом сосуде сам по себе - без корней - не изменяется и что лучинка может гореть в сосуде такого размера и формы, если в нем имеется кислород.)

7. Поглощение корнем воды и передвижение ее в стебель (опыт, демонстрирующий корневое давление)

Цель опыта - показать, что корни не только поглощают воду, но и обеспечивают передвижение ее в стебель (корневое давление).

Объекты и оборудование. Несколько 1-2-недельных растений фасоли, растущих в почве, без признаков заболевания (пятнистости у основания стебля), или комнатные растения с неветвящимся основанием стебля толщиной 4-7 мм - плектрантус, колеус, пеларгония, бальзамин, фуксия и др.; лезвие безопасной бритвы, пластилин или резиновые баллончики от глазных пипеток, ножницы, стеклянные трубочки с оплавленными краями - от глазных пипеток или в виде отрезков в 5-6 см трубки с внутренним диаметром 4-5 мм (для опытов на фасоли), тонкие с просветом 1-3 мм, длиной 20-30 см, короткие, примерно 2 см, с отверстием несколько большим, чем толщина основания стебля (для опытов с комнатными растениями). При выращивании фасоли для данного опыта нельзя допускать пересыхания почвы, но вредно и избыточное увлажнение ее.

Постановка опыта. Первый вариант - с креплением трубки пластилином. В начале опыта тщательно разминают пластилин и скатывают из него "колбаску" толщиной 6-8 мм, длиной 4-5 см (тоньше и короче ее делают для фасоли, крупнее - для комнатных растений). Стебель растения на высоте 2-3 см от почвы охватывают пластилином в виде замкнутого кольца, слегка прижимая пластилин к стеблю. Затем часть пластилина осторожно смазывают с кольца на стебель вверх и вниз так, чтобы обеспечить прочное и абсолютно герметичное присоединение пластилина к стеблю - сделать конусовидную муфту для крепления трубки (рис. 7,2). Это удобно делать легкими, скользящими движениями пальца, при этом другой рукой стебель надо придерживать с противоположной стороны. Верхний край муфты должен гладко и незаметно (без щели и т. п.) переходить на стебель по всей окружности его. Желательно, чтобы верхняя конусовидная часть муфты была не более 1 см. Острой бритвой растение срезают на пенек над самым краем муфты (но не по пластилину, чтобы не замазать им срез стебля), надевают на пенек стеклянную трубку. Можно слегка вонзить трубку в пластилин, придерживая муфту снизу. Часть пластилина с муфты осторожно смазывают на трубку, герметично закрывая место их соединения (рис. 7,2). Короткие трубки сами хорошо держатся на растении, длинные надо укрепить в строго вертикальном положении, подвязав к палочке или проволоке, воткнутой в почву вазона.

Рис. 7. Постановка опыта с корневым давлением: в центре - общий вид опыта на растениях фасоли; 1,2 - последовательные этапы прикрепления трубочки к растению: 1 - посредством резинового наконечника, 2 - с помощью пластилина

При всех операциях пластилин, поверхность стебля, руки, трубки должны быть сухими (от воды), иначе не получится герметичное соединение, а следовательно и опыт.

Для комнатных растений, имеющих относительно толстый стебель, к пластилиновой муфте сначала крепится короткая переходная трубка подходящего диаметра, а уже в нее вставляется тонкая длинная трубка. В этом случае желательно ввести в короткую трубку воду (пипеткой, чтобы не замочить стенок трубки) - покрыть ею срез пенька. Тонкая трубка укрепляется герметично в короткой с помощью пластилина: им заполняется щель между трубками и промазывается по сухому место соединения.

Второй вариант постановки опыта - с креплением трубки посредством резинового баллончика от глазных пипеток. От баллончика отрезают закрытый конец длиной 1,5-2,0 см - для опытов с фасолью или 2-3 см - для опытов с комнатными растениями. В центре закрытого конца баллончика вырезают круглое отверстие диаметром 1-2 мм. Для этого надо сложить продольно дважды конец - дно баллончика и срезать ножницами небольшую,- самую крайнюю часть его. Получится трубочка с разными отверстиями на концах, с помощью которой к растению герметично присоединяется стеклянная трубка.

Чтобы надеть резиновую трубочку на пенек стебля фасоли, не повредив его, надо вставить в большее отверстие ее смоченный водой конец стеклянной трубки (от той же глазной пипетки или в виде отрезка диаметром около 0,5 см) и вдвигать стеклянную трубку, вращая, в резиновую до тех пор, пока малое отверстие у последней не растянется настолько, что можно будет надеть трубку на пенек растения (рис. 7, 1). Делать это надо быстро, иначе трубки могут "присохнуть" друг к другу. Если это произошло (и резиновая трубка не скользит по стеклянной), надо сделать все заново, предварительно вновь смочив конец стеклянной трубки (для этого достаточно опустить его в воду).

Растение срезают на пенек высотой в 2-3 см, быстро вставляют стеклянную трубку в резиновую, как описано выше, надевают на пенек и закрепляют на нем. Для этого удерживают одной рукой резиновую трубку, другой - вывинчивают из нее вверх стеклянную до тех пор, пока резиновая трубка не охватит плотно стебель (см. рис. 7,1). Если при этом стеклянная трубка выйдет целиком из резиновой, ее легко вставить вновь, не снимая резиновую трубку с растения. Небольшие отрезки и трубочки от глазных пипеток легко удерживаются на фасоли без дополнительного укрепления.

На комнатные растения с относительно жестким стеблем толщиной более 4 мм резиновая трубочка крепится иначе: ее предварительно смачивают изнутри водой и осторожно натягивают на пенек широким отверстием. Затем в узкое отверстие вставляют тонкую стеклянную трубку, конец которой предварительно смачивают водой. Длинную трубку подвязывают к палочке или проволоке, воткнутой в почву вазона.

После постановки трубки на растение тем или иным способом обильно поливают почву теплой водой (комнатной температуры или слегка подогретой) и помещают вазоны в более теплое место комнаты. Если в трубке имеется вода, надо отметить уровень ее (фломастером, кусочком пластилина). Верхнее отверстие трубки лучше прикрыть кусочком пластилина или ватой - для уменьшения испарения. В течение всего опыта необходимо поддерживать нормальную влажность почвы. Подъем жидкости в трубке при благоприятных условиях (температуры, влажности почвы, состояния растения) будет заметен через несколько часов, а через 1-2 дня он дает убедительный результат опыта. Чем тоньше трубка, тем больше высота подъема при всех равных условиях. Жидкость поднимается и удерживается в трубке до 7 дней и более - у крупных комнатных растений.

При демонстрации опыта выясняют, с какой целью и как был поставлен опыт, что получилось и о чем это говорит.

Вопросы на осмысление методики опыта. С какой целью на срезанный стебель растения укрепляют стеклянную трубку? Почему надо очень тщательно соединить трубку со стеблем? Зачем растение в опыте поливают теплой водой и ставят в теплое место? Что доказывает опыт с трубкой, укрепленной на пеньке срезанного растения?

Данный опыт обычно ставят без контроля. Если же в качестве контрольного поставить опыт на растении с мертвыми корнями, то можно будет показать учащимся, что корневое давление - свойство живых корней, живых тканей. Убить корни, не вызывая гниения их, можно крепким раствором поваренной соли или 5-10%-ным раствором селитры (им обильно поливают почву). Последний вариант хорош тем, что показывает учащимся недопустимость применения больших количеств минерального удобрения.