Выращивание растений в водной культуре

Водная культура применяется при изучении развития корней, для изучения влияния элементов питания на рост и развитие растений, для установления количества и качества необходимых для растений различных минеральных элементов.

Ход работы:

Проращивание семян

Отбирают одинаковые по весу и размерам семена исследуемой культуры. На дно чашки Петри кладут двойной слой фильтровальной бумаги, ровным слоем распределяют семена, накрывают их двумя слоями фильтровальной бумаги и заливают водой до полного намокания всех слоев фильтровальной бумаги. Ставят в термостат на проращивание. При образовании корешка длиной в 1,5 - 2 см растения высаживают на питательные растворы.

Подготовка посуды для водной культуры

Вегетационным сосудом для высаживания растений служит банка емкостью 1-3 литра. Чистые сухие стеклянные банки оборачивают слоем черной бумаги для предотвращения светового угнетения корней, а во избежание нагревания сосуда (корней) на банку надевают чехол из белой бумаги, плотно обвязав горлышко сосуда шпагатом.

Подбирают крышку для сосуда. Она должна плотно закрываться, чтобы предотвратить испарение воды с поверхности питательного раствора и надежно удерживать растущее растение. Крышка должна иметь два отверстия: в одном из них закрепляют проросток исследуемого растения, а в другое вставляют стеклянную трубку для аэрации раствора.

Расчет состава питательных смесей с исключением отдельных минеральных элементов

Простейшая полная питательная смесь, т.е. смесь, содержащая все необходимые для питания растения элементы, это смесь Кнопа:

Ca(NO₃)₂	- 1,00 г;
KH₂PO₄	- 0,25 г;
MgSO₄ 7H₂O	- 0.25 г;
КСl	- 0,12 г;
FeCl₃	- следовые.

Па начальных этапах развития растений применяется разбавленная (в 3 раза) питательная смесь Кнопа; по мере роста и развития растений концентрация смеси постепенно увеличивается до полной.

Для изучения физиологической роли отдельных минеральных элементов, их исключают из питательной смеси таким образом, чтобы содержание других элементов, рН раствора, соотношение в нем катионов и анионов не изменилось. Рассчитывают, сколько следует взять солей заменителей для приготовления питательных смесей:

Смесь с исключением фосфора. Соль КН₂РO₄ заменяется на КСl.
Смесь с исключением азота. Соль Са(КaNO₃)₂ заменяется на CaSO₄.
Смесь с исключением калия. Соль КН₂РO₄ заменяется на NaH₂PO₄. Соль КСl заменяется на NaCl.
Полная питательная смесь включает все соли смеси Кнопа.

Пример расчета:

При замене КСl на NaCl меняют только катионы, концентрация же аниона (в данном случае хлора) должна оставаться неизменной.

Поэтому надо рассчитать:

сколько хлора содержится в полной питательной смеси;
сколько нужно взять хлористого натрия, чтобы сохранилось данное количество хлора в питательной смеси.

Пример расчета:

Молекулярный вес КСl - 74,5 г. Данное количество КС1 содержит 35,5 г хлора. На полную питательную смесь берут 0,12 г хлористого калия.

Составляем 1 пропорцию:

KCl	Cl
74,5	35,5
0,12	X

хлора содержится в 1 литре полной питательной смеси.

При замене это количество хлора должно остаться без изменения;

KCl	Cl
74,5	35,5
0,12	X

надо взять на 1 литр питательной смеси с исключением калия.

Таким образом рассчитывают все варианты солей заменителей.

Приготовление исходных концентрированных растворов

Растения поглощают минеральные элементы из питательного раствора неравномерно. Это определяет физиологическую реакцию солей: соль, из которой лучше поглощается катион, называется физиологически кислой (так как подкисляется питательный раствор), а соль, из которой лучше поглощается анион, является физиологически щелочной. Физиологическая реакция солей определяет частую смену растворов при выращивании растений в водной культуре, так как сдвиг рН от нейтрального состояния угнетает развитие и функции корневой системы.

Чтобы каждый раз при смене растворов не готовить его составляющие вновь, необходимо приготовить концентрированные растворы, т.е. такие, в 5 мл которых содержится количество, соли, необходимое для приготовления литра питательной смеси.

Пример расчета:

Для полной питательной смеси надо взять 1 г Ca(NO₃)₂ на один литр питательной смеси. Следовательно, исходный концентрированный раствор должен содержать 1г этой соли в 5 мл.

1г	5 мл
Х г	1000 мл

. на один литр исходного раствора.

Таким образом рассчитывают концентрацию всех исходных растворов для полной питательной смеси и растворов - заменителей.

Закладка опыта

В приготовленные вегетационные сосуды налить до половины объема дистиллированную воду. Затем, в зависимости от варианта и объема вегетационного сосуда, внести растворы концентрированных солей в следующей последовательности: вначале соли, содержащие К, далее Mg, Са и в последнюю очередь соли, содержащие Fe, чтобы предотвратить их осаждение.

Заполнить вегетационный сосуд водой, закрыть плотно крышкой, на которой с помощью ваты закреплены растения.

Ежедневно в течение 5 минут в систему продувать воздух при помощи резиновой груши.

Растения выращивать в течение 3 - 4 недель.

Основные условия, которые необходимо учитывать в процессе приготовления питательных смесей.

Смесь должна содержать все питательные элементы в необходимом для растения количестве.
Физиологическая реакция солей зависит от неравномерного поглощения растением катионов и анионов отдельны солей и должна учитываться для создания нейтрального значения рН питательного раствора.
Явление антагонизма ионов, которое выражается в том, что для нормального развития растений питательный раствор должен содержать смесь солей одновалентных и двухвалентных катионов. На растворе одной соли растения не растут. Причина антагонизма - различное влияние одновалентных и двухвалентных катионов на проницаемость мембран. Главным антагонистом одновалентных катионов является Са²⁺.

Оборудование и реактивы:

Проростки бобов, кукурузы и др., чашка Петри, фильтровальная бумага, банка на З литра с крышкой и отводной трубкой, бумага черная, белая, пипетки на 5 мл, соли: Са(NО₃)₂, КН₂РО₄, MgSO₄ 7Н₂О, КСl, FeCl₃, Са СО₃, NaH₂PO₄, NaCl.

Вопросы для повторения:

Какие варианты опытов являются наиболее удачными для роста и развития растений?
С какой целью готовят концентрированные растворы?
Каким образом рассчитывают количество солей заменителей?