Аквариум в школе

В результате этих наблюдений учащиеся убеждаются в том, что энергия вегетативного размножения у рясок огромна. Они при благоприятных условиях удваивают массу своего тела не более чем за 5 суток.

Интересны для учащихся наблюдения за вегетативным размножением валлиснерии, которое очень быстро осуществляется при содержании растения в благоприятных условиях.

В уголке живой природы можно поставить с валлиснерией различные опыты. Например, опыт по выяснению влияния света на скорость вегетативного размножения (используют 2 — 3 аквариума при различном освещении). Для опыта отбирают одинаковые по размерам и количеству листьев растения. Аналогично проводят опыт по выяснению влияния температурных условий на скорость вегетативного размножения. Лист гигрофилы, только что снятый с растения, мелко шинкуют острым ножом. Получившуюся кашицу помещают в банку с водой, а банку ставят под яркий электрический свет (можно подвесить банку около поверхности воды в освещенном лампами аквариуме). Через 2 — 3 месяца в банке появятся миниатюрные растения. Сначала от жилки, имеющейся на кусочке листа, появляется белый корешок, затем становится видна крохотная зеленая почка при основании корешка, из нее растет стебелек. Ученики регистрируют этапы развития растения, рисуют фазы развития растения. Хорошо иллюстрируют на уроках общей биологии приспособление организмов к среде, опыты и наблюдения за аквариумными растениями, например водокрасом и лимнобиумом с хорошей плавучестью листьев. У лимнобиума лист толще, чем у водокраса, так как имеет больше аэрокамер, заполненных воздухом. Они придают плавучесть растению. Лимнобиум достают из аквариума и помещают в сосуд с уровнем воды в 1 — 2 см и слоем песка в 1 — 2 см на дне. Освещение и температура должны быть в сосуде и аквариуме одинаковыми. Через 2 месяца сравнивают листья. С помощью лупы хорошо видны аэрокамеры. У растения, укоренившегося на мелководье, листья будут тоньше, аэрокамеры в таком положении исчезают.

Отдельные растения с развитой розеткой листьев помещают в банку вверх корнями, перевернутой розеткой к поверхности воды, т. е. имитируют такое положение, которое может занять растение в естественном водоеме при сильном ветре и волнах или при резких передвижениях животных. Банку закрывают стеклом, чтобы корни не высохли. В ходе наблюдения учащиеся устанавливают, как удается растению перевернуться (изменяется ли направление роста листьев, изгибаются ли корни и т. д.).

Уровень воды в аквариуме, где растут лимнобиумы, постепенно снижают, а когда растения укореняются в грунте, воду понемногу убирают совсем, сохраняя высокую влажность. У лимнобиумов развивается мощная разветвленная корневая система, тонкие гибкие корешки превращаются в толстые, упругие; рыхлый, наполненный аэрокамерами лист заменяется на тонкий, плотный. Внимание учащихся нужно обратить на то, что листья «сухопутного» лимнобиума располагаются вертикально, что способствует уменьшению испарения. Воду в осушенных местах растение расходует экономно.

Аналогичный опыт ставят с гигрофилой, но предварительно учащиеся должны зафиксировать наблюдения за ростом гигрофил в обычных аквариумных условиях. Стебли гигрофил растут хорошо, а корневая система развивается слабо (корни приходится прижимать камешками).

Погруженные растения питаются всей поверхностью. Для опыта два пучка стеблей гигрофил помещают в 2 одинаково освещенных аквариума. Когда они начнут расти, в одном аквариуме резко снижают уровень воды до верхушки наивысшего стебля. Аквариум прикрывают стеклом для получения парникового эффекта.

В дальнейшем гигрофила начинает бурно развивать мощную корневую систему. Почему? Снижение уровня воды означает приближение так называемого сухого сезона в тропиках. В такой период вода спадает и гигрофилы переходят из водной среды в сухопутную среду на воздух. Так как это растение обитает во влажных тропических лесах, гигрофила нормально развивается в «парниковой», влажной атмосфере. При этом появление корневой системы обеспечивает устойчивость куста без воды, которая раньше поддерживала гибкие стебли. Кроме того, корни глубоко уходят во влажную почву и снабжают растение питательными веществами. Стебли, поднимаясь над водой, становятся более мощными, жесткими, прямостоящими и свободно несут листья. Листья становятся толще, плотнее, на их поверхности появляются устьица (у подводных листьев их нет). Устьица обильно испаряют воду, а вместе с этим процессом в стеблях начинается восходящий ток соков. Гигрофила может быть растением погруженным или растением на грани двух сред: стебли в воде, а их верхушки на воздухе, может расти и без воды во влажной тепличке.

Все эти опыты показывают, насколько совершенна система адаптации бывших сухопутных растений к водной среде, как растения приспособлены к борьбе с возможными неожиданными изменениями среды (падение уровня рек в тропиках в сухой период года).

На примере пузырчатки и альдрованды можно рассмотреть приспособленность растений к питанию животными. Сначала наблюдают за охотой пузырчатки. Пузырчатку с пузырьками на стебле помещают в неглубокий сосуд (чашку Петри, блюдце) и осторожно заливают водой с мелкими рачками или коловратками. За процессом проникновения животного в ловчую камеру наблюдают через лупу. Далее с пузырчаткой можно провести интересный опыт. Выбирают две одинаковые банки и два примерно одинаковых экземпляра растений. Банки ставят рядом при одинаковом освещении. Одно растение помещают в обычную воду с мелкими животными (инфузории, коловратки, дафнии, циклопы); второе — в воду без животных, но с необходимым набором солей для питания растений. В ходе эксперимента второе растение обгоняет в развитии первое, а пузырьки редуцируются как ненужные, заменяются листьями.

В результате этого опыта учащиеся приходят к выводу, что пузырьки — это видоизмененные листья. Они приспособились дополнительно поглощать животный белок, содержащий необходимый для растения азот.

Головкой тончайшей металлической булавки дотроньтесь до чувствительных щетинок альдрованды. Клапан-ловушка должен захлопнуться и захватить головку. Альдрованда некоторое время плавает с булавкой, и можно за кончик булавки извлечь растение из воды, показав этим силу смыкания створок. Поскольку от булавки проку мало, соков не поступает и через некоторое время возбуждение щетинок падает, растение выбрасывает булавку на дно.

С крупными экземплярами возможен более сложный опыт: на тонкой нити или волосе предлагается маленький кусочек мяса. Определяется время, в течение которого лист удерживает добычу, а также полноценность усвоения ее. Опыт позволяет показать силу смыкания створок ловчей камеры: растение можно осторожно вытянуть за леску из воды (при разложении мяса ферментами через два-три дня узел соскользнет и волос выйдет из створок).

К уроку по теме «Основные климатические факторы и их влияние на организм» (общая биология, X класс) можно поставить опыт с гигрофилой. Для опыта нужно, чтобы аквариум освещался только электролампами и находился в темном помещении или зимой вдали от окна. Утром включают свет и фиксируют положение верхушечных листьев — они сложены, стоят вертикально вверх концами. Ночью возможно охлаждение воды и растение тесно смыкает листья, чем защищает легко повреждаемую точку роста. Затем фиксируют положение листьев через час после включения света: листья раскрылись, растение поглощает свет. Через 8 — 10 ч свет выключают и через час фиксируют положение листьев: они снова сомкнулись, закрывая точку роста.

Второй опыт как более сложный выполняют в качестве домашнего задания один-два ученика, у которых дома есть аквариумы. Сначала свет включают, как и в предыдущем случае, утром. Фиксируют положение листьев в момент включения и через час. Затем вновь свет включают в середине дня в один из выходных дней или на каникулах. При этом листья у растения раскрываются. Почему? У растений вырабатывается определенный ежедневный ритм жизни: если свет включают утром, вскоре начинается световой период фотосинтеза — листья раскрываются. Задержка с включением освещения не влияет на растение — оно уже давно «ждет» его.

Включение освещения проводят как и в первом случае, через час фиксируют положение листьев. А теперь вариант с выключением: оставляют лампы гореть до позднего вечера. Оказывается, что растения «закрываются» именно в то время, когда они закрывались при обычном выключении освещения.

Бесспорно, что здесь тоже проявляется природная ритмика растения. Однако наблюдается и другое: световой период фотосинтеза на сегодня завершен, растению нужна темнота, оно более не воспринимает свет, не нуждается в нем. Как доказать, что при искусственном освещении начинается темновая фаза фотосинтеза? Надо предложить учащимся разыскать людей, которые держат аквариумы при искусственном освещении 12 — 16 ч. Если в таких аквариумах растут гигрофилы и кабомбы, легко наблюдать за поведением этих растений в вечернее время. Независимо от яркого света растения складывают листья через 10 — 12 ч светового периода фотосинтеза (колебания зависят от интенсивности источников света, а продолжительность этого периода примерно равна продолжительности тропического светового дня). За пределами этого «дня», как бы ярко ни горели лампы, растение уже не нуждается в свете (наступает темновая фаза фотосинтеза), оно смыкает листья и «засыпает».

Для выявления тропизмов у растений укорененный куст гигрофилы выдергивают из грунта так, чтобы не повредить корни, и закрепляют горизонтально недалеко от поверхности воды (можно пустить плавать). Через 2 — 5 дней все кончики корней резко загибаются вниз — геотропизм корней.

В темном помещении, где аквариумы освещены электролампами, к водоему с гигрофилой, не достигшей поверхности воды, приставляют лампу сбоку, ниже уровня воды, а сверху аквариум затемняют (можно затемнить и с боков, чтобы не попадал свет от других аквариумов). Через 5 — 6 недель учащиеся будут видеть растение с верхушками стеблей, повернутыми горизонтально в сторону лампы. Это проявление фототропизма, развороты растения точкой роста к источнику света.

С явлением вытягивания частей растения при недостатке света можно познакомиться, проводя опыт с кабомбой. Один стебель растения помещают в аквариум, освещенный электролампой мощностью 25 Вт, другой — одновременно в такой же аквариум, освещенный лампой накаливания мощностью 60 Вт. Через три месяца можно сравнить расстояния между мутовками растения: у вытянувшегося стебля они значительно больше.

На примере некоторых аквариумных растений можно показать учащимся роль растений в окружающей среде. Результаты соответствующих опытов и наблюдений используют как на уроках ботаники в V классе, так и в курсе общей биологии в X классе при изучении темы «Основы экологии».