Всероссийский открытый конкурс  научно-исследовательских, проектных и творческих работ учащихся «первые  шаги»  
 
 
 
 
 

  Влияние карбоксиметилированной 

древесины на развитие

  плодов и луковиц  культурных растений 

в черте города.

  
 
 

                                           Выполнила

                                           Мурашко Татьяна Олеговна.

                                           Ул.Советская 3а-4,

                                           Д.т. 8-3852-24-50-63

                                           Ученица гимназии №40 ,

11«Д»  класса. МОУ«Гимназии№40»

г. Барнаул,

ул. Профинтерна 53а,

тел. 8-3852-61-27-54

       8-3852-61-27-18 

                                           Научный руководитель

                                           канд. хим. наук, доцент

                                            И. Б. Катраков

                                           50 лет СССР 37-6

                                           8-3852-47-27-69 
 

Барнаул-2008 

Содержание

Приложение А. Сравнительные характеристики образцов некоторых  
культур 40

Приложение  Б. Фотографии образцов репчатого лука 42

 

       

       Введение

       Различные факторы повлияли на расширение отраслей химической промышленности, в эту  сферу входит и разработка препаратов для сельского хозяйства. Возможно, одним из основных является истощенность почвы во многих регионах РФ, но «нагрузка» на эти участки постоянно увеличивается. Ученые задают вопрос: «С помощью чего можно увеличить урожайность отдельных культур на неплодородных землях, и как это сделать без вреда для человеческого здоровья?». Один из вариантов ответа – химические стимуляторы роста растений. В настоящее время они могут решить множество проблем, связанных с прорастанием семян, развитием плода, стебля и листовой массы у культурных растений.

       Карбоксиметилированую древесину возможно использовать при бурении скважин для добычи нефти и газа, а возможно ли ее использование в других целях? Возможно, т. к. КМД является прообразом ауксинов, вещество можно использовать, как стимулятор роста у растений.

       Целью данной работы является изучение влияния карбоксиметилированой древесины на развитие плодов и луковиц культурных растений в черте города и оценить возможность использования ее в качестве нового стимулятора роста растений.

       Для достижения поставленной цели были поставлены и решались следующие задачи:

• исследовать эффективность применения КМД в качестве стимулятора роста для некоторых видов культур: баклажаны, помидоры, болгарский перец, цветная капуста и репчатый лук;
• установить сроки созревания и устойчивость к различным болезням и вредителям;
• приблизительно оценить экономический эффект(на 1 ар).

       Работа  выполнена на кафедре органической химии Алтайского государственного университета.

       1 Стимуляторы роста

       К регуляторам роста растений относятся  соединения, способные ускорять (стимулировать) или замедлять и подавлять (ингибиторы) рост и развитие растений.

       1.1 Классификация стимуляторов роста

       Что на самом деле представляют собой  стимуляторы роста? Это природные или синтетические органические вещества, стимулирующие рост растений путем ускорения деления клеток или их растяжения в длину, не приводя к их гибели. К первым относят фитогормоны – ауксины, гиббереллины, цитокинины, а ко вторым, синтетическим – их аналоги.

       Природные регуляторы роста – фитогормоны, образуются в самих растениях в небольших количествах и необходимы для их жизнедеятельности:

• ауксины – группа гормонов растений. Регулируют на разных этапах жизни растений его рост, дифференцировку органов, ростовые реакции на свет и силу тяжести. По химической природе – производные индола. Основной представитель – (индолил-3) уксусная кислота [7, С. 90];

• гиббереллины, группа гормонов растений (фитогормоны). Стимулируют деление клеток, рост стебля, ускоряют цветение, задерживают старение листьев и плодов благодаря активированию синтеза нуклеиновых кислот и белков. По химической природе – тетрациклические моно-, ди- и трикарбоновые к-ты, содержащие 20 или 19 атомов углерода, обычно имеют лактонную группировку. Известно около 70 гиббереллинов, важнейший из которых – гибберелловая кислота

Образуются  также одним из видов микроскопических грибов, который используют для промышленного  получения гиббереллинов [3];

• цитокинины (кинины) – группа гормонов растений, производные азотистого основания пурина. Повышают скорость деления клеток; способствует дифференцировке растительных клеток, выращиваемых в культуре. Первое вещество с цитокининовой активностью – кинетин (R = 2-фурил, R' = Н) [7, С. 1470].

       Кроме фитогормонов в растениях образуются также так называемые вторичные ростовые вещества: флавоноиды, аминокислоты, липиды, карбоновые кислоты (например, галловая и коричная кислоты – ингибиторы роста), алкалоиды, ненасыщенные лактоны, терпеноиды и др.

       Многие фитогормоны и др. вещества со свойствами регуляторов роста образуются также в процессе жизнедеятельности грибов и бактерий, что может быть использовано для получения их в промышленном масштабе.

       1.2 Ауксины

       1.2.1 История открытия ауксинов

       В 1880 г. Чарльз Дарвин и его сын Френсис Дарвин поставили перед собой проблему: каким органом растения воспринимают свет. Растения, стоящие на подоконнике, поворачиваются к солнцу, побеги и листья изгибаются в сторону наибольшего освещения. Причем изгиб происходит в зоне чуть пониже верхушки. Дарвин с помощью светонепроницаемой ширмы изолировали от света субапикальную область, в которой обычно происходит изгиб. При боковом освещении они обнаружили, что растения изгибаются к свету, хотя зона изгиба не доступна солнечным лучам. Незакрытой оставалась только верхушка (стеблевой апекс) проростка, и логично было ее накрыть черным колпачком. Действительно, после этого изгиба в сторону света не наблюдается, хотя зона изгиба освещена солнцем с одной стороны. Результаты Дарвинов неоспоримо говорили о том, что направление света воспринимает верхушка проростка (апекс) и передает информацию о направлении света в нижележащую зону. Дарвины предположили, что верхушка вырабатывает химическое соединение, которое транспортируется вниз и вызывает неравномерный рост. Гипотетическое вещество Дарвины назвали ауксином (от греч. ауксо – выращиваю, увеличиваю).

       Гипотеза  Дарвинов была не единственным объяснением  наблюдавшихся явлений. Так, сигнал мог передаваться в виде электрических  импульсов и приводить к тому же результату. Выдвинутое Дарвинами предположение нуждалось в экспериментальной проверке.

       Через 50 лет после опытов Дарвинов, наш  соотечественник Холодный и его  немецкий коллега Вент независимо поставили  новую серию экспериментов, чтобы  изучить природу сигнала, передающего  информацию из апекса побега в субапикальную зону изгиба.

       Вещество, передающее сигнал из одной части  растения в другую, должно быть хорошо растворимым в воде. Значит, если отрезать много побеговых апексов  и поместить их в воду, то в  раствор вместе с другими веществами перейдет и гипотетический ауксин. Затем нужно сделать так, чтобы с одной стороны в проростке оказалось больше «ауксина», а с другой – меньше. Для этого верхушку с собственными ауксинами нужно удалить, а на срез с какого-нибудь края нанести водный экстракт.

       Однако  работать с водным раствором было трудно – экстракт растекается по срезу. Тогда опыт видоизменили. Апексы располагали на поверхности тонкого слоя агарового геля. У подопытного растения удаляли верхушку и сбоку накладывали на срез кубик агара, в котором предположительно содержался ауксин. Растения всегда изгибались в сторону, противоположную наложенному агаровому блоку. В качестве контроля использовали агаровый блок, не пропитанный экстрактом побеговых апексов. В этом случае изгиба не происходило.

       Холодный  и Вент сделали вывод, что гипотетический ауксин действительно существует и  вызывает растяжение клеток. Можно  было предположить, что при одностороннем  освещении ауксин перетекает на затененную сторону и вызывает изгиб к  свету.

       Не  имея в руках выделенного препарата чистого ауксина, Вент и Холодный изучили основные свойства этот сигнального вещества. Так, если вырезать зону изгиба и накладывать агаровый кубик снизу (с базальной стороны), то изгиба не будет. Это означает, что ауксин движется по растению полярно (т.е. в строго заданном направлении) – от апекса побега к его основанию, а затем – к кончику корня. Была измерена скорость транспорта ауксинов. Для этого на участок заданной длины помещали сверху агар с ауксином, а снизу – агаровый блок без ауксина. Верхний агаровый блок служил донором ауксинов, а нижний – своеобразным коллектором. Нижний блок через равные промежутки времени заменяли новым. Всю полученную серию нижних блоков анализировали на проростках на предмет наличия ауксинов. Скорость транспорта ауксинов обычно составляет от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров в час.

       Однако  необходимо было выделить ауксин в  чистом виде. Немецкий химик Кёгль  в 1939 г. исследовал химический состав мочи вегетарианцев. Он отметил, что в отличие от мочи других людей, она содержит новое вещество, которое удалось выделить и расшифровать его формулу. Это была (индолил-3) уксусная кислота (ИУК). Чтобы научиться определять ее в малых количествах и изучить ее физиологические свойства, Кёгль испробовал ИУК в разных живых системах. Выяснилось, что ИУК способна усиливать рост проростков с отрезанной верхушкой, как и ауксин. Если наложить агаровый блок с ИУК асимметрично, то происходит характерный изгиб субапикальной зоны.

       Лишь  через 6 лет из верхушек побегов было выделено то же самое соединение – (индолил-3) уксусная кислота – и стало ясно, что она и является одним из ауксинов. К настоящему времени вопрос о других соединениях ауксиновой природы окончательно не решен. Известен ряд веществ, обладающих ауксиновой активностью (фенилуксусная кислота, индолилпировиноградная кислота), но их активность ниже, чем у ИУК и они менее распространены.

       Кроме них химикам удалось синтезировать  вещества, вызывающие такой же физиологический  эффект, как и природные ауксины. Поскольку они не встречаются в растениях, их называют синтетическими аналогами ауксинов. К ним относятся неиндольные ауксины 2,4-дихлорфеноксиуксусная (2,4-Д) 2-метил-4-хлорфеноксиуксусная (2М-4Х), α-нафтилуксусная (НУК) и 2-нафтоксиуксусная кислоты. Синтетические аналоги эффективно связываются с рецепторами ауксина, однако слабо взаимодействуют с системой транспорта или окислительной деградации естественных ауксинов. Эти ауксины., а также ИМК, получаемую в промышленности, используют, например, для стимуляции корнеобразования, получения бессемянных плодов, предотвращения предуборочного опадения плодов. Однако чаще синтетические ауксины (особенно 2,4-Д и 2М-4Х) применяют в качестве гербицидов для обработки посевов зерновых культур (в кол-ве 0,5-1,5 кг на 1 га), а иногда для уничтожения лиственных деревьев (1–6 кг на 1 га). Гербицидное действие основано на том, что повышенные концентрации ауксина, искусственно создаваемые в растении, вызывают неумеренный его рост, нарушают обмен веществ, что и приводит к его гибели; при этом широколиственные растения более чувствительны к ауксинам, чем злаки.

       1.2.2 Физиологические эффекты ауксинов

       Основным  белком, претендующим на роль рецептора  ауксина, является белок ABP 1 (auxin binding protein). Этот белок в больших количествах обнаруживается в эндоплазматическом ретикулуме, откуда путем встраивания мембран ЭПР попадает в плазмалемму. Присутствие АВР 1 в плазмалемме показано с помощью специфических антител. Более того, обработка протопластов этими антителами блокирует ответы на ауксин, (титела экранируют сайт связывания ауксина и не дают гормону связаться с АВР 1).

       Воздействие на клетку ауксинами в большинстве  случаев приводит к одинаковому  эффекту. После связывания с рецепторами (АВР 1) и включения системы вторичных мессенджеров, происходит включение протонной помпы. Через 60–120 с после воздействия можно зарегистрировать токи, связанные с перемещением Ca²⁺ через мембрану, а через 5–7 мин. заметен эффект закисления апопласта (протоны выходят из клетки наружу). После такой первичной реакции на гормон пути дальнейшего ответа у клеток расходятся и зависят от положения клетки в целом растении.