Опыты и наблюдения
Опыты и наблюдения за обитателями аквариума проводят члены юннатского кружка. Некоторые наблюдения могут быть предназначены для всех учащихся во внеурочное время, например наблюдения за проявлением различных жизненных отправлений у простейших (питание, фототаксис, хемотаксис и т. д.). Для организации внеурочных наблюдений учащиеся разделяются на группы по 5–7 человек. Они в назначенное время поочередно приходят в утолок живой природы.
В школьной практике чаще работают с зоологическими объектами аквариума. И в связи с этим хочется обратить внимание учителей на то, что аквариумные растения не менее ценный материал для внеклассной работы. В результате могут быть получены выводы, имеющие существенное значение при изучении определенных вопросов курса биологии. В уголке живой природы можно поставить опыт по адаптации водяного мха к наземным условиям жизни. На основе этого опыта учащиеся приходят к выводу, что эти изменения сопровождаются уплотнением листьев, укорачиванием стебля, увеличивающейся механической плотностью растения. Сообщение об этом и использование соответствующих экземпляров мха на уроке в VI классе при изучении темы «Развитие растительного мира на Земле» поможет учащимся глубже осмыслить учебный материал. Знакомясь с результатами опыта, учащиеся с помощью учителя осмысливают адаптивные изменения водяного мха как своеобразную модель тех изменений, которые происходили в эволюции растительного мира при переходе от водного к наземному образу жизни.
Эти же выводы и соответствующий натуральный материал можно еще раз использовать при изучении ароморфозов в курсе общей биологии в IX классе на уроке «Главные направления органической эволюции», когда рассматривается вопрос о возникновении у водных растений приспособлений к жизни на суше.
Интересны опыты с другим споровым растением аквариума — цератоптерисом василистниковидным. Целью этих опытов является подтверждение того, что разные формы этого цератоптериса относятся к одному виду. Опыты проводят в нескольких вариантах с соблюдением одинаковых условий содержания различных форм цератоптериса (температура, освещение, степень жесткости воды и т. д.). Вариативность заключается только в различных способах расположения растений. В одном аквариуме все три формы посажены в грунт и погружены в воду; в другом посажены в грунт, но содержатся в небольшом количестве воды, чтобы листья имели связь с воздушной средой; в третьем варианте папоротники не укореняются в грунте и плавают свободно. В результате растения каждого аквариума, если они действительно относятся к одному виду, представят собой прекрасный пример модификационной изменчивости, не связанной с изменением генотипа. Учащиеся на результатах опыта могут убедиться в том, что наследуется не признак организма, а способность его при взаимодействии с условиями развития давать определенный фенотип.
Данные этих опытов используют как конкретный и наглядный материал на уроках по темам курса общей биологии IX и X классов. Результаты наблюдений и опытов с цветковыми растениями также обогащают уроки биологии конкретным наглядным материалом и углубляют знания учащихся.
Обычно в аквариумных уголках чаще других проводят опыты по вегетативному размножению растений. Остановимся на более интересных из них, результаты которых с успехом можно использовать при изучении тем «Вегетативное размножение цветковых растений» (V класс), «Размножение и индивидуальное развитие организмов» и «Основы экологии» (X класс).
Одинаковые отрезки элодеи зубчатой (одинаковая длина и количество мутовок) помещают в различные условия (прохладная и теплая вода, слабое и сильное освещение, сочетание — прохладная вода при сильном и слабом освещении и теплая вода при этих же условиях). В ходе эксперимента учащиеся должны выяснить, какие факторы влияют на скорость роста растения. Можно также провести наблюдения за размножением отрезка и ростом молодых растений при оптимальных условиях в аквариуме и в дистиллированной воде, сравнить результаты (через месяц) и определить причины различного развития растений (отсутствие необходимых для питания растений солей во втором случае). В результате этих опытов учащиеся устанавливают, какие условия нужны растениям для успешной вегетации.
Простое, но очень показательное наблюдение за размножением рясок рекомендовал С. В. Герд. Суть наблюдения — в выявлении быстроты вегетативного размножения ряски. Всего одну пластинку ее помещают в стакан с водой, выставляют на светлое место и ежедневно наблюдают, как на краю пластинки образуются выступы, разрастающиеся в новые пластинки. Учет новых пластинок удобнее вести с помощью круга бумаги, вырезанного по диаметру стакана, и врисовывать в него вновь появившиеся пластинки ряски, помечая их соответствующими номерами.
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 лов