Kdy se na smrku objevují první šišky?

Výzkumná práce studentky seniorské skupiny MŠ č. 9 ve Volkovysku obsadila XNUMX. místo v kategorii „Dítě a příroda“ na krajském stupni republikové soutěže „Jsem badatel“.

Amelia PETRUSHKO, studentka seniorské skupiny,
Larisa KARKESHKINA, ředitelka výzkumu,
předškolní učitelka
Státní vzdělávací instituce “Mateřská škola č. 9 ve Volkovysku”,
Oblast Grodno

Bydlím ve městě Volkovysk. Na okraji našeho města, nedaleko domu mé babičky, je borový les. Naše rodina tam o víkendech ráda chodí a pozoruje proměny přírody. Jednoho dne jsem pod vysokou krásnou borovicí viděl spoustu šišek, které vypadaly jako malé vánoční stromky. Nasbíral jsem šišky do košíku, abych si s nimi mohl hrát poblíž domu. Když jsem šel večer spát, nechal jsem některé šišky na trávníku, a když jsem je ráno viděl, byl jsem velmi překvapen: šišky už nevypadaly jako nadýchaný vánoční stromeček, začaly vypadat jako kužel. Co se stalo, proč se šišky zavřely?

Účel: zjistit, proč se šišky zavírají.

Popis studie

Během mých tříd v mateřské škole nás moje učitelka Larisa Nikolaevna učila pozorovat přírodní objekty. Po prozkoumání borové šišky jsem viděl, že je kulatého tvaru, celá pokrytá šupinami, které byly pevně přitlačeny k sobě. Proč se tyto váhy uzavřely?

Předpokládal jsem, že to bylo proto, že šišky zůstaly celou noc ležet ve tmě na trávníku.

Hypotéza č. 1: kužely se zavírají kvůli nedostatku světla.

Pak jsem si ale vzpomněl, že mi doma v košíku zbyly nějaké ty šišky. Zkontroloval jsem je a ukázalo se, že zůstaly otevřené jako nadýchané vánoční stromky, i když v noci byly domy také ve tmě.

Závěr: můj předpoklad je špatný.

Nebo snad vítr foukal na šišky, které zůstaly v noci na trávníku?

Hypotéza č. 2: kužely se vlivem větru uzavírají.

Požádal jsem matku, aby si vzala vysoušeč vlasů, foukali jsme vzduch na otevřenou hrudku (20 minut). Nic se nezměnilo. Hrudka se neuzavřela.

Závěr: moje hypotéza je špatná.

Nebo možná byla v noci zima a šišky se „scvrkli“ zimou?

Hypotéza č. 3: pupeny se zavírají z teploty studeného vzduchu.

Vzal jsem několik otevřených šišek a dal je do lednice a mrazáku. Po 2 hodinách se nic nezměnilo, po 4 hodinách a po 8 hodinách se také nic nezměnilo.

Závěr: moje hypotéza je nesprávná, uzavření kuželů nezávisí na teplotě vzduchu.

A pak jsem si vzpomněl, že v noci, když se šišky ležící na trávníku zavíraly, pršelo. Možná na ně vlhkost takto působí?

Hypotéza č. 4: kužely jsou uzavřeny před působením vody.

Vložil jsem suchou otevřenou šišku do sklenice s vodou a začal jsem ji sledovat. Po nějaké době, asi 2 hodinách, se kužel ve vodě uzavřel.

Závěr: kužely jsou uzavřeny před působením vody.

Zajímalo by mě, zda rychlost, kterou se kužel zavírá, závisí na teplotě vody?

Hypotéza č. 5: Teplota vody ovlivňuje rychlost, jakou se kužel uzavírá.

Abych to zkontroloval, vzal jsem dvě sklenice vody, dal jeden kužel do studené vody a druhý do teplé vody a začal jsem pozorovat.

Kužel, který byl ve sklenici teplé vody, se zavřel rychleji – za 30 minut, a ten, který byl ve sklenici studené vody – za 2,5 hodiny.

Závěr: rychlost, kterou se kužel zavírá, závisí na teplotě vody, čím vyšší je teplota vody, tím rychleji se kužel zavírá.

Když jsem šišky vyndal z vody, všiml jsem si, že po nějaké době začaly vysychat a postupně se otevírat. To znamená, že uzavřené kužely se mohou znovu otevřít! Vzhledem k tomu, že se šišky zavírají před vlhkostí, předpokládal jsem, že se otevírají, když uschnou. A za jakých podmínek rychleji vysychají a otevírají?

Hypotéza č. 6: Šišky rychleji vysychají a otevírají se při vyšších teplotách vzduchu.

Abych to zkontroloval, rozhodl jsem se vysušit jeden uzavřený kužel fénem, ​​několik kuželů jsem umístil na teplé místo (pod radiátor), několik na parapet a zbývající kužely jsem dal na chladné místo (na balkon) . Nejrychlejší způsob, jak hrudka vyschnout a otevřít, je pod horkým proudem vzduchu z fénu: za 30 minut na teplém místě pod radiátorem se hrudky otevřou za 2 dny; na parapetu – týden, na chladném místě, na balkoně – vůbec se neotvíraly.

Závěr 1: Čím je vzduch teplejší, tím rychleji šišky vysychají a otevírají se.

Vzpomněl jsem si na slova mého učitele: „V přírodě je vše moudře promyšleno a uspořádáno,“ pomyslel jsem si: proč se kužely za určitých podmínek otevírají a zavírají, proč to kužely potřebují? Znovu jsem začal zkoumat šišky a najednou mi z otevřené šišky spadlo na dlaň jakési zrno s křídlem. Ukázalo se, že to bylo semínko borovice.

Pečlivě jsem šišku prozkoumal a pod šupinami našel semínka. To znamená, že když je kužel zavřený, semena jsou pod jeho šupinami, jako v domě se zavřenými dveřmi, a když se kužel otevře, jako by se otevřely dveře v domě a semena se vysypala. To je důvod, proč příroda vytvořila tuto vlastnost šišek!

Larisa Nikolaevna a já jsme se dozvěděli potvrzení mého odhadu z encyklopedie. Ukazuje se, že příroda skutečně zamýšlela, že když je vzduch teplý a suchý, šiška otevře šupiny a semena se vysypou, ale pokud prší a je zima, šupiny šišek se pevně stlačí a zabrání tomu, aby semena vypadla a hnijící. Šišky to potřebují, protože semena klíčí pouze za suchého a teplého počasí. A kužely se zavírají a otevírají, protože šupiny kužele se skládají ze dvou vrstev, které schnou a navlhčí různou rychlostí. Zdá se, že jedna vrstva vodního kamene, vysychající a expandující, tlačí a ohýbá druhou vrstvu. Když vrchní vrstva navlhne, prodlouží a překryje vnitřní vrstvu, pokud se šiška znovu vysuší, bude se opakovat to samé.

Rozhodl jsem se prozkoumat hrudku pod mikroskopem a ujistit se, že se šupiny skládají ze dvou vrstev.

Šupiny šišek se skutečně skládají ze dvou vrstev.

Z internetu jsme se také dozvěděli, že jeden student studoval tento úžasný mechanismus uchování semen v přírodě a vynalezl zázračný materiál. Tento neobvyklý materiál mění svůj tvar v závislosti na počasí. Když venku svítí sluníčko, sroluje se a propustí paprsky, při dešti se rozvine a ochrání před vodou.

Všechny výsledky studie jsem zaznamenal do pozorovacího deníku.

Závěr 2: Při průzkumu jsem zjistil, že se šiška otevírá a zavírá v závislosti na vlhkosti vzduchu – když je vzduch teplý a suchý, šiška otevře šupiny a semena se vysypou, ale pokud prší a je zima, šupiny šišky pevně stlačit, aby semena nevypadla a hniloba. A to se děje proto, že šupiny šišek se skládají ze dvou vrstev, které vlhčí a schnou různou rychlostí.

Ukazuje se, že když si lidé všimli vlastnosti šišek reagovat na vlhkost vzduchu, začali šišky nazývat přirozeným vlhkoměrem (toto je zařízení pro měření vlhkosti vzduchu). Chci si dále ověřit, zda je šiška opravdu přírodní vlhkoměr a zda lze z šišky předpovídat počasí.

Na fotografii je mladá samice šišky smrku obecného, ​​je růžová a její šupiny jsou lákavě otevřené v očekávání pylu. Vědecky se šištice nahosemenných rostlin nazývají strobili. Samičí šištice jsou megastrobily: ve smrku dorůstají 15–16 cm, samčí šišky jsou mikrostrobily: jsou malé, jen několik centimetrů dlouhé.

Samčí strobili smrk (béžovo-hnědá), které již vysypaly všechen svůj pyl. Foto © Yana Dombrovskaya, 30. května 2020

Smrk obecný se dožívá až několika set let: nejstarší známý strom je starý 468 let a některé kořeny švédského smrku Old Tikko jsou staré 9500 let. Začíná se rozmnožovat ve věku 20–60 let: v květnu rostou na koncích jeho větví tytéž růžové megastrobily. Tato relativně tmavá barva pravděpodobně poskytuje lepší absorpci tepla v severních zeměpisných šířkách. Před opylením jsou tyto šišky provokativně orientovány vzhůru. Jejich šupiny jsou otevřené a připravené přijímat pyl.

Na postranních výhonech přitom dozrávají microstrobili. Představují osu s redukovanými výtrusnými listy vybíhajícími do stran – mikrosporofyly. Vyvíjejí se na nich mikrosporangie, ve kterých se tvoří mikrospory. Z mikrospory se vyvine samčí gametofyt (haploid, tedy s jednou sadou chromozomů, fáze životního cyklu rostliny) – pylové zrnko neboli smítko prachu. Gametofyt nese dvě samčí gamety – spermie. Za jasného počasí se z mikrostrobil vysypou myriády zralých pylových zrn. Prachové částice mají dva vzduchové vaky, které jim dodávají vítr a umožňují jim cestovat pomocí větru na velké vzdálenosti. Mohou se utopit v nejbližší louži, nebo mohou dosáhnout svého cíle – megastrobu.

Megastrobil se skládá z osy a šupin, které k ní těsně přiléhají. Existují dva typy šupin: malé krycí šupiny (vnější) a větší semenné šupiny (vnitřní), rostou jedna nad druhou. Vnější šupina tedy hraje ochrannou roli a na vnitřní šupince se tvoří dvě vajíčka. Na rozdíl od samčích šišek nejsou samičí šupiny sporofyly, ale zkrácené, upravené výhonky (megasporofyly mají pouze cykasy).

Schéma struktury samčích a samičích smrkových šišek. Kresba © Yana Dombrovskaya

Vajíčko se skládá ze skořápky s otvorem v horní části (tento otvor se nazývá micropyle, nebo pylová pasáž), pylové komory umístěné pod ní a megasporangia – nucellus. V nucellu se vytvoří čtyři megaspory, ale pouze jedna dozrává, ostatní odumírají. Z megaspory se vyvíjí endosperm samičího gametofytu a zásobní tkáň (živiny se ukládají do buněk endospermu). V endospermu se vyvíjí archegonia – ženské orgány pohlavního rozmnožování, ve kterých se tvoří vajíčka.

Vývoj pohlavní generace borovice. А – zrnko pylu; Б – tvorba samčího gametofytu: 1 – prothalliální buňka (vegetativní buňka); 2 – anteriiální buňka (z ní se tvoří spermie); 3 – vzduchové vaky. В – pylová láčka: 4 — generativní buňky (spermie); Г – podélný řez vajíčka; Д – horní část vajíčka. 5– krycí vrstva (shell); 6 – micropyle (pylový průchod); 7 – nucellus; 8 – pylová láčka; 9 – endosperm; 10 – krček archegonia; 11 – vejce; 12 – samičí gametofyt. Kresba z webu bsu.ru

Během doby opylování se z mikropylu uvolňuje kapalina, do které padají pylová zrna; u smrku jsou při vysychání kapaliny vtahovány do pylových komůrek (u borovice přispívají vzduchové vaky prachových částic k zatahování pylových zrn). Když samičí šištice přijmou pyl, jejich šupiny se uzavřou a šišky samotné postupně změní barvu na nazelenalou. Záhada oplodnění se odehrává uvnitř. Pylové zrno roste dovnitř a vytváří pylové láčky, když dosáhne vajíčka, jeho špička praskne a uvolní se dvě spermie. Jeden oplodní vajíčko a druhý zemře. Embryo se vyvíjí z oplodněného vajíčka (zygota), to je již sporofyt (diploidní stadium životního cyklu). V této době se vajíčko stává semenem, kužel se zvětšuje a klesá na větev. Dochází k procesu lignifikace a kužel opět mění barvu – tentokrát na známou hnědou.

Megastrobilus s uzavřenými šupinami. Je vidět, že šiška už začala zelenat. Foto © Yana Dombrovskaya, 30. května 2020

Na podzim je tvorba semene dokončena, ale smrk se semen nespěchá – šupiny šišek se otevřou v zimě nebo brzy na jaře, kdy se tvoří kůra. Tato doba je vhodná, protože lehká okřídlená semena kloužou po kůrce a jsou přenášena větrem na velké vzdálenosti. K transportu přispívají i živočichové (např. veverky), ale struktura semene je vhodnější pro pohyb větrem. Když roztaje sníh, semena padají do země a s nástupem tepla vyklíčí a dají vzniknout novým smrkům.

Struktura a plán rozmnožování borovice obecné jsou stejné, liší se pouze v některých detailech. Koncem května – začátkem června se v borovici tvoří mikrostrobili na bázi rostoucích výhonů. Připomínají baculaté klásky žlutozelené nebo růžové barvy. A se začátkem prášení už samičí šištice rostou, jsou velmi malé, do centimetru dlouhé a také růžové. Pyl ze samčích šišek se dostane až k megastrobili, ale bude trvat dalších 12–14 měsíců, než dojde k oplodnění.

Borovice lesní. Světle zelené klásky mikrostrobilů na bázi mladého výhonku (vlevo) a zralý ženský hrbolek (vpravo). Foto © Yana Dombrovskaya, 24. května 2020

Příští léto již oplodněná samičí šiška změní barvu na zelenou a zvětší se. Bude viset na straně stonku a nad ním začne růst nový výhonek. Pak se šiška zvětší a zhnědne a po čekání na zimu rozsype i svá okřídlená semena po kůrce.

Na vrcholu mladého výhonku borovice můžete vidět dva malé růžové megastrobily (vlevo nahoře). Na bázi výhonu je vidět zelená samičí šiška, která je stará jeden rok. V pozadí vpravo jsou vidět nažloutlé mužské hrbolky. Foto © Yana Dombrovskaya, 1. června 2020

Podobný plán rozmnožování je pozorován u mnoha jehličnanů. Různé druhy však mají své vlastní vlastnosti. V bobule tisu jsou semena obklopena červenou dužnatou skořápkou – aryllus nebo semenáčkem – což usnadňuje šíření ptáky (viz obrázek dne Jedovatý tis). Jalovec vytváří „šiškové bobule“ – jejich šupiny jsou šťavnaté a srostlé (po oplodnění rostou a uzavírají se). Modřín na zimu shazuje všechny jehličí a strobili se tvoří dříve, než vyrostou nové jehličí: nic nebrání tomu, aby se pyl rozšířil a dostal se do samičích šišek. A v sibiřské borovici mají semena husté obaly (jedná se o stejné piniové oříšky) a jsou přizpůsobeny k přepravě nikoli větrem, ale zvířaty.

Foto © Yana Dombrovskaya, 24. května 2020.