Организация учебно-исследовательской деятельности школьного курса биологии в условиях закрытого грунта

Также растение чувствительно к содержанию нитратов и угарного газа.Кресс-салат как биоиндикатор удобен тем, что действие стрессоров можно изучать одновременно на большом числе растений при небольшой площади рабочего места (чашка Петри, кювета, поддон и т. п.) (Сергеев М. А., 2016.).На 25—32-е сутки после всходов растения зацветают, на 54—61-е сутки начинается созревание семян. Техническая спелость наступает через 15—25 суток после появления всходов, биологическая — через 90—110 суток.В пищу употребляют прикорневые листья и молодые побеги, имеющие приятный острый горчичный вкус. Срезать листики нужно ножницами ближе к почве, пока они не загрубели. Ориентировочно, когда растение достигнет 8–10 см в высоту (Тимонин А. К., 2006.).Растение кресс-салат в диком состоянии не встречается. Родина - Северо-Восточная и Южная Африка, Иран. Культивируется кресс-салат в Европе, Азии, Северной Америке, очень популярен на Кавказе, в Крыму, Средней Азии и на Дальнем Востоке. В разных странах известен по разному.Относится к числу специй в качестве витаминного и очищающего средства, которые были известны еще древним грекам, римлянам и египтянам, персам. В настоящее время изучено много полезных свойств кресс-салата, которые обусловлены удачным сочетанием целебных веществ в нем.Обладает запахом свежести и островатым вкусом. Способен вызывать сильные аллергические реакции (Кароматов И. Д., Тухтаева Х. Х., 2001.).Содержаниебелков в кресс-салате — 2,6 грамма, углеводов — 5,5 грамма, жиров — 0,7 грамма. Также листья и стебли в себе содержат следующие химические в-ва: минеральные веществ, витамины группы В, А, РР; аскорбиновую кислоту; каротин; кальций; калий; магний; йод; железо; флавоноиды;эфирные масла, и другое.Требование кресс-салата к условиям произрастанияОтношение к температуре.Кресс-салат - скороспелое холодостойкое растение. Семена прорастают при температуре +5°С. Оптимальная температура для роста - 15°С. При высокой температуре кресс-салат выбрасывает цветонос, начинает стеблеваться, не развивается листовая розетка, листья теряют товарные качества.Отношение к свету.Растение длинного дня, которое любит свет, однако не страдает от частичного затенения. Но при недостатке света, особенно в первые несколько недель, растение вытягивается и даже сбрасывает часть листьев. Недостаток освещения, на разных этапах развития, приводит к вытягиванию растений, облиственность их снижается. Розетки растения пышно разрастаются в небольшой тени других культур, поэтому салат можно выращивать как промежуточную культуру. Увеличение длительности светового дня ускоряет его развитие, появление побегов и цветение. При коротком 10—12 ч. дне развитие замедляется, усиливается вегетативный рост, и урожай зеленоймассы возрастает. Возможно выращивание в осенне-зимний и зимний периоды в защищенном грунте при недостаточной длительности и интенсивности освещения. При затенении растений задерживается образование цветоносных побегов, что удлиняет период поступления товарной продукции.Отношение к влаге.Кресс-салат любит обильный полив. Недостаток влаги приводит к быстрому стеблеванию и образованию цветоноса, минуя фазу розетки, При жаркой погоде и недостатке влаги розеточные листья не успевают развиваться до нормальных размеров и приобретают неприятный вкус.Отношение к почве и минеральному питанию.Предпочитает легкие, плодородные почвы богатые органическим веществом.Большое влияние на прорастание семян оказывает кислотность почвы.При культуре на больших площадях лучше всего помещать на третий год после внесения навоза. Кресс-салат предназначенный для опытов проращивают в чашках Петри на промытом увлажненном речном песке слоем 1 см при температуре помещения 20-25°С (Ломаев С.Н., 2008.).Отношение к загрязнению.Кресс-салат идеально подходит для биоиндикации. Биоиндикация - это метод, позволяющий судить о состоянии окружающей среды по особенностям развития организма.Различают разные уровни загрязнения по всхожести семян кресс-салата:Загрязнение отсутствует, когда всхожесть семян достигает 90-100%. Всходы дружные, проростки крепкие, ровные. Эти признаки характерны для контроля, с которым следует сравнить опытные образцы;Слабое загрязнение, когда всхожесть 60-90%. Проростки почти нормальной длины, крепкие, ровные;Среднее загрязнение, когда всхожесть достигает 20-60%. Проростки по сравнению с контролем короче и тоньше. Некоторые проростки имеют уродства;Сильное загрязнение - всхожесть семян слабая менее 20%. Проростки мелкие, уродливые (Меженский В.Н., 2004; Ильин В. Б., 1991).Таким образом, если существует загрязнение, то всхожесть семян кресс-салата снижается.УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙВлияние условий на рост и развитие кресс-салатаРост и развитие - неотъемлемые свойства любого живого организма. Рост - необратимое увеличение объема массы растений, сопровождаемое новообразованием элементов структур - органы, ткани, клетки организма. К критериям роста относится: высота и толщина стебля; площадь листьев и стеблей; масса (сырая, сухая); число клеток; содержание белка; содержание ДНК (Полевой В. В., 2001).Выделяют первичный и вторичный рост растений. Первичный рост - это рост, который происходит под действием первичной меристемы, которая увеличивает длину стебля и добавляет придатки к стеблю.Вторичный рост: Вторичный рост - это рост, который происходит под действием камбия, который увеличивает диаметр растения.Для травянистого кресс-салата первичный рост – это единственный тип роста, в результате которого формируется целое растение.Определяют 5 типов роста:Верхушечный рост (апикальный)– процесс увеличения линейных размеров органа растения вдоль его морфологической оси путем удлинения верхушки этой оси. Осуществляется за счет апикальных меристем корня и стебля; Базальный рост – увеличение линейных размеров органа растения вдоль его морфологической оси путем нарастания базального (нижнего) конца;Интеркалярный рост – увеличение линейных размеров органа растения вдоль морфологической оси путем нарастания его средней части. Характерен для роста междоузлий злаков;Тангентальный рост – процесс увеличения линейных размеров органов растения в направлении, перпендикулярном их морфологической оси (рост в толщину). Обусловлен периклинальными делениями клеток. Осуществляется рост стебля в толщину за счет камбия;Радиальный рост – увеличение размеров органов в направлении перпендикулярном их морфологической оси, обусловленное антиклинальными делениями клеток. Обуславливается ростом корня в толщину за счет перецикла(Ларькина Т.П. , 2012.).У кресс-салата отмечен непрерывный верхушечный тип роста в течение всей жизни. Вместе с тем растение меняет свои свойства, т.е. развивается.Развитие - это качественные изменения в структуре и функциональной активности растения и его частей в процессе онтогенеза. Онтогенез -преобразованиеорганизма от зарождения до конца жизни. Он обуславливается внутренними причинами, заложенными в генетической основе организма, т.е. индивидуальным развитием.Жизнь каждого растения начинается с развития и роста из семени при определённых условиях внешней среды. Различные условия могут оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на индивидуальное развитие растений. Условия необходимые для нормального роста растений:Необходимое состояние атмосферы: воздух, углекислый газ, кислород;Оптимальная температура воздуха и почвы;Правильная среда: температура, кислотно-щелочное равновесие, влажность;Сбалансированное питание минеральными веществами в требуемых количествах и в подходящем для конкретного растения составе;Необходимое освещение;Достаточное увлажнение.Условия среды могут влиять нареализацию генетической информации итем самым ускорять или замедлятьнаступление определенных этаповразвития.Развитие всегда сопровождается качественными изменениями растений. В индивидуальном развитии организма каждого растения выделяют четыре этапа. Они характеризуют возрастные особенности роста и развития растений на протяжении его жизни (Мазный К. М., 2018.).В развитии растения принято выделять следующие этапы:1) эмбриональный - происходит из-за развития зародыша от зиготы до созревания семени включительно. В это время ростовые процессы находятся в скрытой фазе или фазе подготовки;2) ювенильный- включает в себя прорастание семян или органов вегетативного размножения (клубни и др.) и характеризуется накоплением вегетативной массы. Растение в этот период, как правило, не способно к половому размножению. В начале ювенильного этапа растения не переходят к образованию репродуктивных органов даже в оптимальных для этого условиях. Впоследствии они постепенно приобретают способность к репродукции, т. е. это этап доминирования ростовых процессов вегетативных органов;3) этап зрелости и размножения - характеризуется заложением репродуктивных органов, их ростом и развитием, формированием семян и плодов;4) сенильный - период от полного прекращения плодоношения до естественной смерти организма.Этапы онтогенеза взаимопереходящие одна в другую фазы, в основе которых лежат медленно идущие возрастные изменения.Онтогенез Lepidiumsativumсостоит из пяти стадий: проростки, всходы, молодое, взрослое и старое растение:1 стадия онтогенеза кресс-салата прорастание семян.Семена салата прорастают уже на третий – четвертый день.2 стадия - всходы появляются на третий - четвертый день. Эта стадия онтогенеза характеризуется следующими признаками: у растения появляются два листочка.3 стадия молодое растение (ювенильное)кресс-салата, которое имеет уже все развитые вегетативные органы (стебель, лист, корень), но еще не способное размножаться (образовывать цветы, плоды, семена).4 стадия взрослое растение (генеративная стадия)имеет генеративные органы (цветок и плоды). Цветки мелкие светло-фиолетовые, собраны в рыхлые соцветия-кисти. Плоды – округло-овальные крылатые стручочки длиной 5-6 мм и шириной около 4 мм. Семена мелкие, яйцевидные, темно-рыжего цвета. Растения зацветают примерно через месяц после появления всходов, семена поспевают через месяц после появления всходов, семена поспевают через месяц после начала цветения. Семена кресс-салата хранятся 2-3 года. Семена нельзя хранить в полиэтиленовых пакетах.5 стадия старое растение (сенильное)не способно образовывать цветы и плоды (Бизикова Ю. М., Пятуха В. И., Алексеев Р. В, 1997.).Существует два типа регуляторныхмеханизмов, которые влияют на переходрастения от этапа молодости к зрелости:автономный и индуцированный.Автономная регуляция — это возрастнойконтроль, не зависящий от условий среды.Автономность надо понимать как возможностьперехода к цветению вне зависимости отвнешних условий.Индуцированная регуляция вызывается определенными факторами среды (температура и фотопериод).Зависимость перехода растений к цветению оттемпературы называют яровизацией.Зависимость перехода растений к цветению отсоотношения длины дня и ночи в течениесуток — фотопериодизм.Для ряда растений переход к этапузрелости (образование цветочных зачатков)при яровизации происходит лишь после воздействия в течениеопределённого периода с пониженнымитемпературами.Необходимо отметить, что яровизация не вызываетнепосредственно перехода растений крепродукции, лишь подготавливает этот период.Яровизационные изменения происходят в точкахроста. Для того чтобы произошли изменения,именно точка роста должна быть подвергнутадействию пониженных температур.Зависимость развитиярастений от соотношения длины дня и ночи втечение суток называют фотопериодизмом.Сущность фотопериодической реакциизаключается в том, что циклическоечередование света и темноты переводитрастение из вегетативного в репродуктивноесостояние.Фотопериодизм это приспособительнаяреакция, позволяющая растением зацветать вопределенное, наиболее благоприятноевремя года.По отношению к фотопериодической реакциизацветания все растения можно разделить нанесколько групп:Короткодневные растения (КДР), которые зацветают при длине дня больше определённой — критической продолжительности(южные растения).Длиннодневные растения (ДДР) — зацветающий при длине для больше определенной критической продолжительности (северные растения);Нейтральные растения (НДР) — зацветают при любой длине дня.Кресс-салат относится к длиннодневным растениям (Дитченко Т. И. Рост, развитие и основы биотехнологии растений. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.bio.bsu.by/fbr/files/lecture_notes_growth_develop_biotech.pdf#:~:text=Развитие%20–%20это%20качественные%20изменения,формы%2C%20то%20он%20называется%20морфогенезом).Фотопериодическая реакция растенийнаиболее успешно проходит лишь в лучахопределенной длины волны. Наиболееактивными в смысле задержки цветения КДРоказались красные лучи (660 нм).Действия вспышки красного (660нм) света назадержку цветения короткодневных растенийснимается действием дальнего красного света.В ночной период Фдк под влиянием дальнихкрасных лучей превращается в Фк, и этоспособствует началу реакцией, приводящихкороткодневные растения к цветению.Из этого следует, что для перехода кцветению короткодневных растений нужноменьшее содержание активного цитохрома,поглощающего дальние красные лучи, тогда как для перехода к цветениюдлиннодневных растений необходимо его более высокое содержание.Почвенно-климатические условия закрытого грунтаЗакрытый грунт - это земельные участки и специальные сооружения, где можно создавать искусственный микроклимат, с благоприятными оптимальными условиями для выращивания растений внесезонное время. Защищенный грунт подразделяется на 2 вида – помещения, укрытые стеклом, пленкой или поликарбонатом, и утепленный грунт.Все конструкции закрытого грунта различаются по способу обогрева за счет солнечной энергии, биотоплива, с искусственным обогревом электричеством, газом, горячей водой, что искусственно создает или улучшает климатические условия, необходимые для роста и развития растений. В таких комфортных созданных условиях образуется свой микроклимат, отличный от окружающей среды. Он включает в себя температурный, световой, водный и воздушно-газовый режимы, влажность почвы, воздуха (Матюк Н. С., 2014.).При всем разнообразии конструкций закрытого грунта в них должна соблюдаться общая конструктивная особенность: площадь форточек должна составлять не менее 5 % от площади ограждений, или не менее 1,5-2,0 % от общей площади. Только в этом случае возможно в должной степени регулирование микроклимата, защиту от перегревов и от высокой влажности воздуха (Марковская Е. Ф., Сысоева М. И., Шерудило Е. Г., 2013.).В условиях закрытого грунта при выращивании растений необходимо поддерживать благоприятные почвенно-климатические условия выбранной культуры. Каждому виду растения соответствует оптимальная температура, наиболее благоприятная для его роста и развития. Средний температурный режим 15-25 С. Зимой минимальная температура в теплице с умеренным обогревом не должна опускаться ниже 4,5 °С, со средним - ниже 10°С, а для теплых - ниже 16°С. Летом для предупреждения перегрева применяют разные способы вентиляции и зашторивание. Температурный режим контролируется приборами и регулируется отопительной системой.Для нормального развития, роста и плодоношения растений, а также для повышения качества урожая необходимо обеспечить культурам достаточное количество света. Ведь свет играет решающую роль при определении сроков вегетации.Но при превышении определенных значений освещенности происходит торможение ростовых процессов, что объясняется разрушением хлоропластов и деструкцией листовых пластин. Основным источником света в условиях закрытого грунта является солнечная радиация, от количества которой зависит интенсивность процесса фотосинтеза.В сооружениях закрытого грунта интенсивность естественного освещения зависит от:формы крыши и угол наклона;ориентации теплицы либо парника по отношению к сторонам света;площади непрозрачных элементов сооружения;светопропускной способности используемого светопрозрачного покрытия.Также существует возможность использования искусственного освещения из-за неравномерного поступления солнечного свеча в течение года. Обычно его применяют в осеннее-зимний период. При монтаже систем освещения следует помнить, что растения реагируют не только на интенсивность освещения, но и на то, какова длина волны. Поэтому, выбирая источники света, необходимо учитывать их спектральный состав (Картель Н. А., 2005.).Почвогрунты в теплицах должны обладать высокой влагоемкостью и емкостью поглощения. В то же время они должны быть достаточно рыхлыми и в них не должна застаиваться вода. В качестве почвогрунта используют различные виды торфа (верховой, низинный переходный), а также используют компосты или простые смеси верхних горизонтов различных почв чернозёмы, дерновые земли, торф, перегной, опилки, песок и другие компоненты.Почвогрунты готовят с расчётом на длительную эксплуатацию. Но при длительном их использовании они значительно изменяются от воздействия выращиваемых растений, микрофауны и микрофлоры, особого, свойственного только микроклимату закрытого грунта, а также от применяемой агротехники (обильное внесение удобрений, дезинфекция влажным паром, частая механическая обработка).Значительная роль принадлежит плодородию, поскольку растение постоянно нуждается в питании. Кроме того, почвы должны иметь хорошие физические, физико-механические, тепловые и водные свойства для снабжения растений в максимально необходимом количестве: азотом, фосфором, калием, кальцием и другими веществами, включая микроэлементы, а также кислородом, влагой и теплом. При разложении органических веществ в почвогрунтах образуется много органических кислот, которые в ряде случаев не полностью нейтрализуются и создают кислую реакцию почвенного раствора (Кирюшин,В. И., 2016.).Поэтому для почв закрытого грунта немаловажно сохранение и поддерживание плодородия почв с нормальными условиями для окислительно-восстановительных процессов, регулирующих разложение органических веществ, темпы накопления и образования гумусовых веществ, влияющих на подвижность железа и на наличие нитратов. И особенно существенное требование к почвогрунтам - чистота, исключение заражения их опасными болезнями и повреждений опасными вредителями.Выращивать кресс-салат можно в открытом грунте, в обогреваемых теплицах и в домашних условиях. Самый распространенный способ выращивания кресс-салата рассадным способом. Высевают семена в ящики, заполненные почвенной смесью или ошпаренными опилками. Сеют на глубину 0,5 см рядами, расстояние между которыми 10-12 см. В фазе одного настоящего листа растения прореживают, оставляя между ними в ряду 5 см. До появления первого листа оптимальная температура 6-8 градусов, а затем её повышают до 10-15 градусов. Уход за растениями должен быть постоянным: поддерживать необходимую температуру и влажность, систематически проветривать помещение, при уплотнении почвы проводить лёгкое рыхление верхнего слоя (Воронова О.Г., 2006.).Кресс-салат хорошо реагирует на опрыскивание водой из пульверизатора. Первую подкормку проводят в фазе первого настоящего листа раствором мочевины(2,5 г на 1 л воды), вторую — через две недели после первой из расчёта 10-12 г сульфата аммония, 15-20 г суперфосфата и 10-15 г калийной соли на 10 л воды(как по мне, так лучше провести подкормку каким-либо органическим удобрением — например, той же древесной золой). Уборку начинают по мере отрастания листьев через 2-3 недели после появления всходов и заканчивают, когда растения достигают высоты 10-15 см(выдёргивают с корнем или срезают у самой земли), а проводить её лучше в утренние или вечерние часы. Урожайность — 1-2 кг с 1 кв.м.В течение всего периода вегетации кресс-салат активно потребляет необходимые элементы питания (Вильдфлуш И. Р., 2005.).Отношение культуры к дополнительным источникам светаСвет воздействует на питание растенийне только через фотосинтез, но и через транспирацию. С повышением влажности воздуха устойчивость растений к увеличению концентрации питательных растворов возрастает.Растения чрезвычайно чувствительны к силе света. Листья способны производить движения, регулирующие освещение, причем пластинка листа образует определенный угол с падающими лучами. При умеренном освещении, например, в утренние часы, пластинки листа располагаются наиболее выгодно по отношению к свету. Чтобы лучи света падали на них под прямым углом образуется плоскостное расположение. По мере увеличения силы света пластинки располагаются так, чтобы свет падал на них всегда под более острыми углами - профильное положение. Благодаря этому, они меньше освещаются и нагреваются, и испарение, вследствие этого, также уменьшаться (Пономарева Н. Е., Протасов А. А., Грачева Н. Н, 2018.).В сельском хозяйстве выбирая дополнительные источники света при выращивании растений в закрытом грунте необходимо учитывать их спектральный состав.Для процесса фотосинтеза оптимальным является излучение красного, оранжевого и фиолетового диапазона, а ультрафиолетовое излучение способствует увеличению в урожае витаминов и повышению холодостойкости растений. Поэтому к выбору искусственного освещения нужно подходить с особенной ответственностью.Для освещения закрытого грунта подойдут следующие виды ламп:люминесцентные;ртутные лампы;натриевые лампы;натриевые лампы зеркальные;металлогалогенные лампы;светодиодные лампы.При выборе источника света следует помнить, что лампы накаливания для этих целей не подходят, так как синий цвет в спектре полностью отсутствует, что делает их непригодными для освещения растений. Кроме того, по сравнению с другими вариантами, КПД у них очень низкий.Для монтажа освещения в круглогодичных теплицах люминесцентные лампы используют достаточно часто. Их главным преимуществом является экономичность и простота использования. При работе они не нагреваются, а значит и не оказывают влияния на температуру в теплице.Спектральное излучение ртутных лампспособствует интенсивному фотосинтезу, но работа с ними требует предельно осторожности. Кроме того, эти лампы нельзя просто выбросить, они требуют специальной утилизации.Натриевые лампы излучают спектр, наиболее приближенный к естественному солнечному свету и считаются отличным вариантом для освещения круглогодичных теплиц.Зеркальные натриевые лампыспециально разработаны для применения в тепличных хозяйствах. Их отражающая зеркальная поверхность обеспечивает исключительно высокий КПД.Металлогалогенные лампыхарактеризуются близким к естественному освещению спектром, но служат они не так долго, как вышеописанные модели. К тому же стоимость их велика.Светодиодные лампы -экономичныйесли учитывать потребление электроэнергии, перекрывающий весь необходимый видимый спектр вариант. Они способны работать при низком напряжении и не требуют особой утилизации.При выращивании кресс-салата существует связь между уровнем освещённости, фенологическими показателями и показателями, характеризующими продуктивность кресс-салата (средними значениями высоты и сухой массы растения, средней площадью листа, листовым индексом). Максимальная продуктивность кресс-салата достигается при уровне освещённости 6,5 клк (Кульчин Ю. Н. ,2019.).ЗАКЛЮЧЕНИЕСегодня перед педагогами стоит задача так организовать учебно-воспитательный процесс, чтобы у учеников возникло желание наблюдать и исследовать объекты действительности, получать знания и овладевать умениями. Именно учебно-исследовательская деятельность идет на формирование личности ученика, обеспечивает становление у школьников опыта самостоятельного поиска и применения новых знаний в условиях творчества, реализацию и самореализацию индивидуальных возможностей и способностей, положительную динамику личностного развития.Обучаясь на факультете педагогическое образование мной и научным руководителем, была выбрана актуальная тема исследований, которая находит отклик в моей будущей профессиональной деятельности. Я изучил учебно-исследовательскую деятельность педагогов в организации биологического образования, а затем спроектировал и написал свою научно-исследовательскую работу.Анализируя собственную деятельность по школьному курсу биологии в условиях закрытого грунта, я пришел к выводам:Среди растений выделяют экологические группы по отношению к свету, почве, воде, температуре. Экологические факторы влияют на растительный организм не изолированно друг от друга, а во всей их совокупности, образуя единую среду обитания.Экологические факторы классифицируются по характеру воздействия на организм и по их происхождению.Среда, в которой живет растение, неоднородна и состоит из совокупности отдельных элементов или факторов, значение которых для растений неодинаково.Кресс-салат - скороспелое холодостойкое растение, которое любит обильный полив и легкие, плодородные почвы богатые органическим веществом. В течение всего периода вегетации кресс-салат активно потребляет необходимые элементы питания.Выращивать кресс-салат можно в открытом грунте, в обогреваемых теплицах, а также в домашних и лабораторных условиях.Кресс-салат идеально подходит как биоиндикатор загрязнения почвы и атмосферы. По его всхожести можно судить о состоянии окружающей среды по особенностям развития организма.У кресс-салата отмечен непрерывный верхушечный тип роста в течение всей жизни.Максимальная продуктивность кресс-салата достигается при уровне освещённости искусственного света в условиях закрытого грунта 6,5 клк.