Царство Флоры и Фавны: Модель цветка своими руками
Строение цветка
При всем многообразии цветковых растений строение цветков у них одинаково, т.е. цветки состоят из одних и тех же частей. При этом количество некоторых частей, например пестиков и тычинок, у различных растений широко варьируется, но у растений каждого вида оно строго определено.
В центре цветка расположены тычинки и пестик. Пестик – это женская часть цветка. Пестик состоит из рыльца, столбика и завязи. Рыльце – это верхняя часть пестика, улавливающая пыльцу. Завязь содержит женские половые клетки. Она защищает семязачаток, который в ней находится, от неблагоприятных факторов среды. Из семязачатков после опыления и оплодотворения образуются семена, а из завязи – плод. Столбик связывает рыльце и завязь. По нему проходят жилки, по которым к семязачатку поступают питательные вещества.
Пестик окружен тычинками. Тычинка представляет собой пыльник на тычиночной нити, внутри него развивается пыльца.
Части цветка, расположенные вокруг тычинок и пестика, называются околоцветником. Околоцветник может быть простым или двойным. У простого околоцветника все листочки однородны, он не делится на части. Двойной, наоборот, состоит из чашечки и венчика. Венчик – это внутренний круг лепестков. Венчик содействует опылению цветка, привлекая насекомых-опылителей своей окраской, размерами и характерной формой. Благодаря яркой окраске лепестков он способен отражать часть спектра солнечных лучей, предохраняя тем самым репродуктивные части цветка от перегрева. Закрываясь на ночь, венчик, напротив, создает своего рода камеру, препятствующую чрезмерному охлаждению цветка или повреждению его холодной росой. Окраска венчика значительно варьируется. В тропиках обычны растения с красной, оранжевой, сине-фиолетовой окраской венчика. В регионах с умеренным климатом преобладают желтые цветки.
Венчик окружен чашечкой, состоящей из чашелистиков. Функция чашечки – защита частей цветка. Недаром при формировании цветка чашечка образуется одной из первых.
Вышеназванные части цветка располагаются на цветоложе. Цветок развивается на цветоножке – это часть стебля под цветком, лишенная листьев. У одних растений цветки развиваются по одному на верхушках побегов или в пазухах листьев – это одиночные цветки. У других растений цветки собраны в соцветия. Соцветие — это специализированный побег, который несет цветки и видоизмененные листья. Биологическое значение соцветия заключается в повышении вероятности опыления большого числа мелких, часто невзрачных цветков.
Творческое задание: собрать модель цветка, используя необходимые элементы аппликации.
1 вариант– собираем цветок женский (тычинки отсутствуют)
2 вариант – собираем модель мужского цветка (пестики отсутствуют)
3 вариант — собираем обоеполый цветок (есть и тычинки и пестики)
Составляем формулу собранного цветка.
Посмотреть мастер-классы по изготовлению цветка из бумаги можно на этом сайтеКак слепить цветок лилию из пластилина поэтапно
Все цветы прекрасны, это знают все женщины. Эти яркие дары природы издают чудесный аромат и одним своим внешним видом способны поднять настроение. Цветы для женщины самый желанный подарок. И копии живых цветов тоже могут выполнить свою функцию, особенно, если они выполнены детьми и приурочены, например, к 8 марта или Дню рождения. В данном уроке мы расскажем, как слепить цветок лилию из пластилина.
Другие уроки на тему цветы:В данной работе незаменим зеленый цвет, а остальные оттенки вы можете выбирать, исходя из того, какой цветочек вы планируете слепить. Лилии могут быть белыми, желтыми, оранжевыми или сиреневыми. Но если присмотреться к лепесткам, то можно заметить, что их цвет неоднородный – они как бы соединяют несколько переходов. Такую особенность следует обязательно показать. В данном уроке сам цветок был выполнен из желтого и оранжевого пластилина. Также понадобится немного коричневого пластилина, длинная шпажка и кусочек тонкой проволоки.
Разомните в руках яркий пластилин двух цветов.
Две части разных оттенков можно смешать до получения третьего переходного между ними. Самый темный цвет будет использован, как центральный, поэтому скатайте из него колбаску. Два других – раздавите до состояния лепешек.
Сверните трехцветную колбаску.
Разрежьте полученную массу стекой, должно получиться шесть частей.
Пальцами раздавите кусочки, чтобы получить продолговатые лепешки. По центру лепестка сделайте складочку, захватывая пластилин пальцами.
Подготовьте все лепестки.
Начинайте клеить на внутреннюю часть лепестков коричневые точки произвольным образом, располагая их у основания.
Подготовьте все детали аналогичным способом.
Налепите зеленый пластилин на шпажку и оставьте верхний конец свободным. Соедините три кусочка проволоки в единый пучок.
Соберите цветок, взяв за основу проволочный каркас.
На свободные концы проволоки прикрепите коричневые детали, чтобы получить тычинки.
Прикрепите цветок к стеблю.
Добавьте продолговатые зеленые листья.
Цветок лилия из пластилина готов. Обязательно поместите такую красоту в холодильник, чтобы пластилин замерз, особенно, если вы планируете подарить поделку.
модель цветка по биологии своими руками — 6 рекомендаций на Babyblog.ru
взято отсюда http://www.7ya.ru/pub/article.aspx?id=4934
Папина дочкаЕсли у вас родилась дочь, то знайте, что все отцы, у которых только сыновья, вам очень завидуют.
Распространенный в прошлом стереотип о том, что сын-наследник — главное богатство отца, понемногу теряет свою актуальность. Все чаще в семье именно дочка становится особой гордостью папы. И хотя кардинальных отличий в современной системе обучения мальчиков и девочек нет, папы должны знать, что воспитывать девочку совсем не просто хотя бы потому, что она пусть и маленькая, но женщина, а значит, совсем другая.
Существующие средства диагностики позволяют на ранних стадиях беременности узнать, кто у вас родится — девочка или мальчик. И вы, уважаемый будущий папа, можете начать воспитывать свою дочку, не дожидаясь, когда она появится на свет. Во-первых, создайте в доме такую атмосферу, при которой и жена, и будущий ребенок будут ощущать себя в состоянии покоя, безопасности и гармонии с миром. Обе ваши девочки, и большая, и еще совсем маленькая, должны чувствовать, что их любят. Во-вторых, вы можете разговаривать с малышкой, петь ей песенки. Будьте уверены, она вас слышит (доказано научно).
Главное — ваша дочка задолго до своего появления на свет должна знать, что ее ждут с нетерпением и любовью. Ваши усилия не пропадут даром. Когда дочка родится, то наверняка первым ее вопросом к маме будет: «А кто этот интересный мужчина с таким замечательным голосом, который пел мне песни, — неужели мой папа?»
Ваша дочь — это ваша принцесса. Вы всегда можете поцеловать ее, обнять, погладить по головке, сказать нежные и ласковые слова или просто выразить свое восхищение красивыми заколками в волосах или косичками с воздушными бантиками. Знайте, что папы, имеющие лишь сыновей, лишены такой возможности и ужасно вам завидуют.
Проводник в мир мужчинСовременный отец может разрушить еще один патриархальный стереотип, который гласит, что главное в обучении девочки — это домоводство. Уважаемые папы, не позволяйте своим дочерям психологически застревать на женской половине вашего дома. Станьте для дочери первым учителем природоведения, естествознания и физкультуры. Учителем тактичным, внимательным, бережным.
Кто лучше и техничнее папы научит дочку плавать и нырять, пользоваться маской и трубкой, обучит приемам самозащиты, покажет, как ориентироваться в лесу и разводить костер. Кто же еще, как не папа, снимет барьер перед сложной современной бытовой техникой, научит пользоваться компьютером, камерой?
Однако особая и, пожалуй, самая важная миссия папы состоит в том, чтобы познакомить дочь с мужским миром. Папа должен показать дочке, что мужская половина не является для нее враждебной, что мужское и женское начала одновременно и разные и равноценные. Для дочки папа — свой человек в «чужой команде», именно он поможет ей получить представление о том, что такое мужской взгляд, слово и дело.
Папа должен знать, что, являясь чаще всего первым объектом противоположного пола для дочери, бессознательно фиксируется ею в самом раннем детстве в качестве идеальной модели мужчины. Если это «впечатывание» образа произойдет успешно и он, когда дочка достигнет подросткового возраста, снова «подтвердит» свой авторитет, то, став взрослой, она будет искать себе мужа, похожего на папу, иногда даже не осознавая этого.
Более того, если отец сформирует у дочери позитивное представление о мужчинах вообще, то во взрослой жизни ее отношения с ними будут складываться благополучно.
В психологии даже есть такое понятие — «отцовская фигура». Так обозначают тех, кто будет в жизни ребенка, а потом и взрослого играть роль лидера, руководителя, начальника, авторитета. Отцовской фигурой может быть школьный учитель-мужчина, директор школы, преподаватель в вузе, начальник на работе.
Общаясь с этими людьми, мы бессознательно переносим на них те отношения, которые у нас в детстве складывались с отцом.Бойтесь стать отцом, которого боится ребенок. Авторитет отца и авторитет человека с ремнем — понятия разные. Если ребенок вас боится, то, скорее всего, он будет робеть перед преподавателем, будет бояться своего начальника, не сможет отстоять свою точку зрения или попросить прибавки к жалованью. Бунтующий же против своего отца в детстве чаще всего будет продолжать ниспровергать авторитеты и во взрослой жизни.
Постарайтесь создать и сохранить хорошие отношения со своей дочерью. Будьте сначала другом, а потом уже родителем. Делая комплименты взрослеющей дочери, вы повышаете ее самооценку и уверенность в собственных силах. Тем самым вы почти гарантированно обеспечите ей нормальные конструктивные отношения с теми «отцовскими фигурами», которые встретятся в ее самостоятельной жизни.
Преодоление детских страховОдна из главных задач отца — помощь ребенку в преодолении им многочисленных детских страхов.
В современной психологии разработано множество методик помощи детям, страдающим от разных страхов, но родители, и в частности папа, — самый главный и эффективный «инструмент» их преодоления. Он должен показывать дочке, что окружающий мир стабильный, предсказуемый и безопасный. Внушать это надо не путем чтения лекций, а собственным поведением и умонастроением.
Проследите, чтобы из вашего лексикона исчезли выражения «я боюсь, что», «мне страшно…», «а ты не боишься, что…». Постарайтесь никогда не пугать свою девочку «страшным дядькой с мешком», «милиционером, который заберет», «сереньким волчком, который схватит за бочок». Следите, чтобы ей не попадались страшные сказки, пришедшие к нам из глубины веков и которые далеко не всегда создавались для маленьких детей. Отслеживайте, какие мультики смотрит ваша дочка — не пропускайте в дом и в душу ребенка ужасных монстров-мутантов, беспрерывно кому-то мстящих, и профессоров-маньяков, стремящихся всех подчинить своей злой воле.
Если ваша дочь входит в подростковый возраст, то будьте в курсе того, какую музыку она слушает и что читает. При этом вы не должны превращаться в домашнего деспота, ограничивающего и контролирующего каждый шаг ребенка. Напротив, покажите дочери, сколько в мире интересного и красивого.
Безусловно, окружающая действительность далека от идеала. Поэтому постарайтесь обучить свою дочь просчитывать возможный риск и избегать опасных ситуаций. Научите ее спокойно оценивать с точки зрения безопасности разных мест район, где вы живете, научите просить помощи, покажите ей несколько доступных для ее возраста приемов самообороны (и не только силовых). Помните, что вы должны быть более мудрым и тонким учителем, нежели некоторые приятели вашей дочери. Научите ее отказываться, причем эффективно отказываться (чтобы потом ее не дразнили), от разных сомнительных предложений.
И не стесняйтесь демонстрировать дочери свою физическую силу, позаботившись, конечно, чтобы она была. Ваша дочь должна с раннего детства видеть и знать, что ее главный защитник — самый сильный человек, рядом с которым всегда спокойно.
Наказание: насколько оно эффективноБить или не бить? — решая этот вопрос, вспомните, что слова «наказание» и «казнь» однокоренные. И не важно, бьете вы рукой, ремнем, прыгалками, словом или своим «разгневанным» энергетическим полем, вы все равно бьете. Известный американский семейный психолог Вирджиния Сатир, работая со взрослыми людьми, рассматривала ситуации, когда один человек стоял на стуле, а другой сидел рядом на корточках и смотрел вверх. Тем самым моделировалось физическое взаимодействие маленького человечка и большого, а иногда еще и грозно кричащего родителя. «Ну как вам, комфортно? — спрашивали того, кто был внизу. — Что вы сейчас чувствуете?» Вы можете проделать то же самое у себя дома, чтобы посмотреть на ситуацию глазами ребенка. Представьте на секунду, что творится в душе маленькой девочки, когда на нее замахивается или орет здоровенный мужчина.
Вы хотите, чтобы ее маленький мозг сделал примерно такой вывод: «Раз меня наказывают, значит, мое поведение не является эффективным. Если я не хочу, чтобы меня били, чтобы на меня орали, я должна немедленно пересмотреть свои ценности и приоритеты и откорректировать свое поведение в конструктивную сторону».
Ну что же, хорошее желание. Но на практике, которая, как известно, является критерием истины, испуганный, мечущийся в панике мозг маленького ребенка думает приблизительно так: «Мне очень страшно, больно и обидно, я сейчас не могу соображать. Я хочу только одного — чтобы все это скорее прекратилось! Я не хочу бояться самого любимого человека (папу или маму)! Меня не любят! Они не хотят, чтобы я была!» Мозг маленького человека, да еще в состоянии сильного стресса, соображает не так, как мозг взрослого. Подумайте об этом.
Как свидетельствуют психологи, наказывать ребенка вы можете до тех пор, пока он от вас зависит, зато потом всю жизнь он может наказывать вас. Что же делать? Не наказывать, а воспитывать и обучать. Причем начинать желательно с себя. Честно признайтесь: «Если мой ребенок что-то делает неправильно, значит, я плохо его учу. Следовательно, мне надо научиться делать это более эффективно!»
Говоря о недопустимости физического наказания, можно вспомнить очень хороший прием, позволяющий поддерживать папин авторитет на должном уровне. Прием этот можно назвать «играющий лев» — в игре, возясь с ребенком, вы можете, к обоюдному удовольствию, бережно проявлять свою физическую силу, рычать, «кусать», стискивать, царапать щетиной, соблюдая, безусловно, границы и меру. Тем самым вы на подсознательном уровне древних врожденных архетипов даете дочке понять, кто здесь «вожак стаи».
Все это справедливо для детей обоих полов, однако при воспитании девочки, будущей девушки и женщины, папе нужно быть особенно внимательным и деликатным. «Не бей женщину даже цветком!» — говорит древняя индийская мудрость. Любое наказание, унижение, пусть даже «заслуженное», — это удар по ее женской самооценке, здоровью, по ее будущей самоподаче, включая осанку и походку.
Кстати, если вы распустите живот или будете ходить по дому в рваной майке, то ваш авторитет в глазах подрастающей дочери сильно пошатнется (не говоря уже о жене).
Позитивный жизненный сценарийВ мировой психологии программные установки будущей жизни, закладываемые с рождения ребенку родителями и ближайшим окружением, принято обозначать понятием «жизненного сценария». Все многообразие сценариев можно условно разделить на позитивные, помогающие ребенку (а потом взрослому человеку) жить, и соответственно негативные.
В очень большой степени именно от отца зависит, «выберет» ли дочь сценарий «победителя» или «жертвы», «ведущей» или «ведомой», «золушки» или «злой мачехи», «Герды» или «Снежной королевы». Задумайтесь над тем, как часто вы одобряете поведение дочери, применяете по отношению к ней такие воспитательные меры, как «запрещение», «разрешение» или «требование быть такой то или такой-то».
Избегайте крайностей. Если, например, жестко и неукоснительно требовать от дочери никогда не перебивать взрослых, не встревать в их разговоры, не высказывать своего мнения («молчи, пока тебя не спросят»), то в конце концов можно получить забитого, безынициативного ребенка, а потом и взрослого с комплексом ненужности, у которого сформируется жизненная позиция: «Я — плохая, все остальные — хорошие». И наоборот, если ребенку позволено все, если выполняется его любой каприз, со временем вы получите «принцессу на горошине», которая будет относиться к окружающим, и к вам в первую очередь, как к прислуге.
Постарайтесь отследить эффект применения вами разных приемов. В работе над собой не помешает и взгляд со стороны. Попросите свою жену (для этого нужна определенная смелость) выступить в роли эксперта и оценить ваш стиль общения с дочерью. Совместное обсуждение (естественно, в теплой и дружеской обстановке) сделанных выводов поможет вам в дальнейшей работе «над ошибками».
Конечно, для того, чтобы у ребенка сформировался позитивный сценарий будущей жизни, необходимо совмещение множества факторов. Одним из важнейших является низкий уровень «базисной тревоги». Ребенок, которого хотели и ждали, которого любят «просто так», потому что он есть, а не за успехи в школе или в музыке; который растет и знает, что бы с ним ни случилось, родители всегда будут на его стороне, такой ребенок, глобально доверяя родителям, в дальнейшем будет доверять окружающему миру и, по выражению известной исследовательницы женской психологии Карен Корни, будет «двигаться к другим людям».
Похвалу, одобрение, восхищение любят и взрослые, и дети независимо от пола. Конечно, всем понятно, что мальчика принято хвалить за силу мышц, а девочку — за красоту волос. Чаще хвалите свою дочку и просто так, и за дело. Для неокрепшей детской души похвала результатов деятельности («какой красивый у тебя рисунок!») неотделим от похвалы личности в целом («раз рисунок красивый, значит, я хорошая!»). Особенно сильно действует похвала «рикошетом», то есть когда вы хвалите дочь кому-то, говоря о ней в третьем лице в ее присутствии. Любые одобрения для маленького мозга будут означать: «Я хорошая, меня принимают, меня любят, я в порядке, я не хуже всех, я имею такое же право на жизнь и счастье, как и все». Любой ребенок, получавший с раннего детства такой «витамин принятия и одобрения» в нужном количестве, никогда не «решит» придерживаться в жизни негативного сценария типа «я неудачница», «я не имею права, а они все имеют» или «раз вы считаете меня плохой, то получайте!».
Такой подход характерен при критике ребенка — негативная оценка результатов действий «слипается» в его сознании с оценкой личности, именно поэтому так болезненно в детстве переживается плохая школьная отметка. В этой ситуации, как пишет Карен Корни в своей работе «Базисный конфликт», «ребенок движется от людей, его единственное желание — держаться в стороне. Он строит мир из самого себя — в соответствии со своими куклами, книгами и мечтами, своим характером».
Если ваша дочь уже школьница, то интересуйтесь не столько ее оценками, сколько тем, что важного и полезного для себя она сегодня узнала в школе. Пусть растет самостоятельно мыслящим человеком, а не магнитофоном, аккуратно записывающим и воспроизводящим чужие мысли. Если ей что-то не нравится в школьной программе, то предложите самостоятельно составить свои, более интересные учебные задания, например по той же биологии, истории или литературе, а потом самой и выполнить их. Научите ее пользоваться дополнительными источниками информации. Конечно, рыться в книгах или в Интернете надо совместно, голова к голове. Даже если вы целый день на работе, обязательно найдите для этого время вечером или в выходные дни. Главное — вместе с дочерью. И пусть вашим девизом будет: никакая школа не помешает нам интересно учиться и познавать мир!
Пройдитесь вместе с фотоаппаратом по лесу, по городу, глядя на мир вокруг глазами биолога, фотохудожника или историка краеведа. Интересные кадры можно потом отправить в Интернет, открыть там свою домашнюю страничку. Если хотите, вы можете отпечатать фотоснимки, сделать к ним подписи, наклеить на бумагу, сброшюровать — и вот вам свой первый домашний журнал, где вы с дочкой выступаете в роли журналистов, дизайнеров и редакторов! Можно устроить соревнование: кто напишет больше слов за пять минут, сочиняя рассказ или сказку на произвольную тему, причем на иностранном языке, — вы или дочка, а может быть, мама?
Практикуя разные методы воспитания, не забывайте, уважаемые папы, давать дочке, по мере ее роста и развития, свободу и для личного роста. Таким образом, вы вместе напишете сценарий ее жизни, который можно назвать: «Я самостоятельная личность, прочно стоящая на ногах».
Игорь Татарскийпсихолог
Статья из осеннего номера журнала
Урок биологии в 6-м классе по теме «Строение цветка» > Лаборатория фитоинвазий
Цели урока:
Образовательная: Изучить особенности
строения цветка.
Развивающая: Развить умения анализировать,
синтезировать, обобщать, и делать выводы.
Воспитательная: Прививать навыки
коммуникативного общения, развитие чувства
прекрасного.
Оборудование: альбомные листы, цветные карандаши, живые цветы, пинцеты, макет цветка, картинки цветов, гербарии, запись музыки “Вальс цветов” П.И.Чайковского, выставочные экспонаты.
Ход урока
Сегодня на уроке мы продолжим изучение органов растения. Давайте вспомним, какие органы мы уже знаем. (Ученики перечисляют органы, изученные на прошлых уроках, дают им классификацию, рассказывают об особенностях строения.) У вас на партах рассказ с биологическими ошибками. Найдите ошибки и прокомментируйте их.
Рассказ с биологическими ошибками.
(Незнайка писал письмо Звездочке)
— Я люблю собирать разные листья. Красивые листья у клена, они имеют много листовых пластинок. Такое же строение и у листьев земляники, липы, каштана. Называются эти листья сложными. Интересно и расположение жилок на листьях – известно до 10 видов жилкования. Например, у листьев березы оно дуговое, у ландыша – параллельное, у листьев яблони – сетчатое.
Комментарии ошибок:
- Клен – простой лист, одна листовая пластинка на черешке.
- Липа – такое же строение.
- Земляника и каштан – листья сложные, несколько листовых пластинок на черешке.
- У листьев бывает всего три типа жилкования.
- Листья березы и яблони имеют сетчатое жилкование, листья ландыша дуговое.
(Ответы учеников сопровождаются показом гербариев этих растений).
Задание №1.
Перед вами листок и карандаши. Вы должны нарисовать свой любимый цветок.
(Во время работы учеников звучит музыка “Вальс цветов” из балета “Щелкунчик” Чайковского П.И.)
Задание №2.
Рассмотрите живые объекты – цветки комнатного растения. Разделите его на части с помощью пинцета.
(На доске записаны тема урока и новые термины).
Давайте, сравним ваши рисунки, ваши части живых цветов с моделью цветка. Разбираем состав цветка.
Термины написаны на доске:
- Венчик из лепестков (сростнолепестный, раздельнолепестный)
- Чашечка из чашелистиков (сростнолистная,
раздельнолистная)
Это околоцветник. - Цветоложе
- Цветоножка
- Пестик (рыльце, столбик, завязь)
- Тычинка (пыльник, тычиночная нить)
Пестик и тычинка – главные части цветка.
Цветки, содержащие как пестик, так и тычинки, называются обоеполыми. Примеры: яблоня, вишня, сирень.
Цветки, содержащие только пестики или тычинки, называются раздельнополыми. Примеры: тополь, облепиха.
Нарисуйте схему строения цветка в тетрадь и подпишите части.
Задание №3. Перед вами картинки различных цветов. Разделите их на две группы.
(Ученики по своему усмотрению делят на группы).
Вы правильно разделили картинки. Давайте сделаем вывод.
Цветы поодиночно расположенные на побеге называются одиночными.
Цветы, собранные в группу – соцветиями.
На странице 40 вашего учебника показаны схемы соцветий. Зарисуйте их.
Таким образом, мы с вами изучили строение еще одного органа растений. Это цветок.
Всю жизнь цветы не оставляют нас,
Красивые наследники природы.
Они заходят к нам в рассветный час,
В закатный час заботливо заходят.
Они нам продлевают радость встреч,
Откладывают время расставанья,
Мы души и цветы должны беречь
От хищных рук, от зла и прозябанья.
А сейчас я приглашаю вас в музей на выставку “Цветы в быту”.
(Выставка экспонатов подносов, платков, посуды, деревянных ложек).
Давайте на несколько минут отправимся в путешествие. Если вы внимательны, то заметите, что мастера все время отдавали предпочтение растительному орнаменту. Именно цветок – образец для художников – прикладников всех стран.
Дерево – один из самых универсальных материалов, который человек научился обрабатывать еще в глубокой древности. Ложка – загляденье, золотисто – огненная, покрытая желтыми и красными цветами. “Золото из хохломы” ни в воде не тонет, ни в огне не горит. Название роспись получила от имени села Хохлома, что в Заволжье. Золото – это хлеб и богатая жизнь, а цветы – молодость и сила.
Жостовский художественный промысел возник в 1825 году в деревне Жостово. Прямоугольные, овальные, огромные и крошечные подносы полны роз, астр, ромашек и пионов – цветут они вечным цветом подлинного народного искусства.
Наша повседневная посуда и посуда для встречи гостей также украшена цветочными узорами.
Павловские платки – это небольшой кусок ткани из шерсти или шелка. Появились они в России в середине прошлого века на фабрике купца Семена Лобзина в селе Повлов недалеко от Москвы. Павловские платки также расписаны цветами – астрами, розами, колокольчиками.
Цветы щедро дарят нам радость, поднимают настроение, прибавляют бодрости.
Домашнее задание:
- Строение цветка.
- Творческое задание. Найти легенду о цветке и оформить.
Легенда о гиацинте.
У древних греков в одних случаях считается цветком горя и печали, а в других – радости, им украшали прически невесты на свадьбе. Его запах такой сильный, что во времена Наполеона при французском дворе одна молодая особа, выйдя замуж за старика, уморила его, убирая каждый вечер его спальню большим количеством этих цветов. В переводе с греческого название этого растения означает цветок дождей. Действительно, эти цветы в Греции распускаются на полях после теплых весенних дождей.
Литература:
- Головин Б. Н. О чем говорят названия растений. – Ташкент: “Мехнат”, 1988.
- Моложавенко В.С. Тайны красоты. – М.: “Педагогика – Пресс”,1993.
- Рохлов В. Занимательная ботаника. – М.: АСТ – ПРЕСС, 1998.
Гербарий из цветов. Как сделать гербарий своими руками? Гербарий по биологии
Осень в самом разгаре, а это значит, что в парках появилось много опавшей листвы. Наступает самое лучшее время для сбора гербариев. Сегодня мы расскажем вам об этом познавательном и увлекательном процессе и докажем, что сбор растений – это не только способ научиться чему-то новому, но и творческий процесс. Из засушенных листьев, цветов и трав получаются невероятно красивые композиции. Мы дадим вам несколько полезных советов и покажем наглядные примеры этой техники.
В понятие гербарий традиционно вкладываются два понятия. Первое и самое популярное – сбор растений для последующей просушки и составления каталога. Второе – создание композиций на основе отобранных сухоцветов (без образовательного подтекста). Поговорим о них отдельно.
Гербарий как составление каталога
Наверное, все дети времен СССР и 90-х годов помнят, что такое самодельный каталог растений. Как правило, учителя природоведения или ботаники задавали его составление на лето. Ученики послушно искали растения по списку, сушили их на солнце и в книжках, а затем вклеивали в тетрадь.
Страница тетради заворачивалась пополам, конвертиком. Растение вкладывалось внутрь, а на кармане делалась заметка: название / к какому виду относится / дата сбора. Кому-то такие каталоги казались истинным наказанием, но в основном дети с азартом отправлялись па поиски дубовых листочков, травинок осоки и соцветий одуванчика. Сушить их – это было целое дело.
Вообще это очень полезная практика. Смотреть на картинки в учебнике – не так эффективно. Гораздо лучше собрать растения своими руками, самостоятельно найти о них всю информацию и оформить все в гербарий. Словом, это очень важный опыт.
В наше время сбор гербариев по-прежнему актуален. Учителя все еще направляют детей на подобные практические занятия. Правда, тетради уже почти никто не клеит. В любом отделе для творчества вы можете найти стенд (а то и несколько), посвященный сбору гербариев. Тут есть все: специальная бумага, особые альбомы и даже инструменты для правильного препарирования образцов. Кстати, в современных альбомах для гербариев предусмотрено даже место для фотографии. То есть можно даже запечатлеть то место, где был взят образец. Словом, теперь сбор гербария превратился в увлекательную игру, что вообще-то тоже неплохо.
Гербарий как композиция
На самом деле это не совсем гербарии. Картины из высушенных лепестков, листьев и трав правильнее называть композициями. Однако в народе их называют гербариями. Название так прижилось, что вывести его из обихода уже, пожалуй, не получится.
Создание гербариев в идее картин – это замечательный творческий процесс. Существуют даже целые курсы, посвященные этому искусству.
Картины из сушеных растений – отличный способ украсить свой дом. Эти композиции делают дом очень уютным. Наполняют его каким-то особенным теплом.
Очень популярны и открытки-гербарии. В этом случае на картонную основу наносятся рисунки, дополненные различными сухоцветами, которые фиксируются на клей. Сюда же можно поместить и другие природные материалы. Смотрятся такие открытки очень здорово.
Но самое главное, что гербарий – отличное занятие для детского творчества. Если у вас есть ребенок, научите его искусству сбора гербария. Отправьтесь с ним в небольшое путешествие по парку, отберите красивые листочки, высушите их, а потом создайте вместе картину. При этом вам не обязательно знать названия всех растений (хотя ребенку это будет полезно, конечно), тут главное – красота, вдохновение. Такие моменты не забываются!
Если вы решили освоить искусство сбора гербариев, вам пригодится несколько полезных советов.
Сбор:
- никогда не собирайте растения после дождя, потому что это осложнит сушку
- никогда не обламывайте ветки, листья и цветы – обязательно срезайте их ножом или ножницами
- никогда не собирайте листья и цветы, поврежденные болезнями, почерневшие от гнили
- для оформления альбомов берите несколько образцов
Сушка:
- разложите собранные растения на газете и оставьте на сутки (в помещении или на улице, если светит солнце)
- расположите растения между двумя листами бумаги и поместите под пресс
- загните растение зигзагом, если оно слишком большое
Оформление:
- используйте клей-карандаш для фиксации лепестков и листьев
- используйте суперклей и пинцет для фиксации маленьких элементов
- избегайте жидких клеев, не пользуйтесь клейстером
- в качестве панно выбирайте специальную бумагу для гербариев или плотный картон
- готовую картину можно помести в рамку под стекло – так она будет жить очень долго
Не бойтесь попробовать собрать цветочную композицию самостоятельно! Осень – самое время для этого творчества. Собирайте цветные листья, оформляйте их, творите. Дополните композиции яркими рисунками, сделанными с помощью красок.
Попробуйте собрать цветок в вазе с помощью лепестков, травинок и листьев. Попробуйте смастерить различных животных из стеблей, веток и причудливых листочков. Попробуйте создать абстракцию. Главное – начать и вы увидите, как это здорово.
Оформление гербариев – отличный способ украсить свой дом. Замечательная идея – сделать много картин и поместить их в деревянные рамки, развесить на стены.
Такой декор станет изюминкой интерьера и всегда будет радовать глаз!
Просмотры: 4 024
Гербарий обычно делают с одной из двух целей. Одна из них – научно-познавательная. Ее преследуют ученые-ботаники и школьники, выполняющие домашнее задание по соответствующему предмету. Вторая – декоративная, ведь из засушенных листьев и цветов можно сделать красивые панно, открытки, закладки для книг и другие предметы. Можно также засушить растение «на память», хотя это желание реже всего становится причиной создания гербария. Как делать гербарий, в первую очередь зависит от того, с кокой целью он собирается и оформляется, хотя основные рекомендации будут одинаковыми, независимо от причины.
Как собирать растения для гербария
Гербарий из листьев
Важное значение имеет время сбора цветов и листьев для гербария. Обычно это делают во второй половине дня, не ранее 11 часов. К этому времени на растениях не остается росы. Роса же повышает влажность растений, из-за чего они дольше высушиваются и даже могут сгнить. По этой же причине не рекомендуют собирать растения для гербария после дождя. Другими словами, после дождя должно пойти не менее 12 часов, а лучше даже больше. Погода в день сбора растений оптимальна теплая и солнечная, когда температура установилась в границах 20-25 градусов.
Какие растения выбирать для гербария, зависит от целей его создания. Если она научно-познавательная, то выбор лучше всего остановить на самых типичных образцах. То есть предпочтения лучше отдавать листьям и цветам среднего размера, обычной формы. Если какие-то из листиков у растения подсохли, то обрывать их в этом случае не стоит, чтобы не нарушить внешний вид. Если гербарий делается с декоративной целью, например, для детского творчества, то листья и цветы причудливой формы, напротив, должны привлечь ваше внимание в первую очередь – отдавать предпочтение нужно именно таким. В любом случае листья и цветы нужны неповрежденные. Необходимо брать по несколько их образцов на тот случай, чтобы при необходимости заменить поврежденный при высушивании экземпляр.
Веточки для гербария срезают острым секатором, лекарственные и другие небольшие растения, травы осторожно выкапывают из земли, стараясь не повредить корень.
Отправляясь за растениями, цветами и листьями, чтобы сделать из них гербарий, нужно взять с собой большую книгу, листы соответствующего формата и скрепки. Собранные экземпляры следует сразу же помешать между листами книги или альбома, прокладывая белой бумагой и скрепляя. Делать это нужно для того, чтобы не повредить растения до того, как они будут принесены домой и подвергнуты дальнейшей обработке.
С наступлением осени школьники и их родители частенько отправляются в лес на прогулку. И не только для того, чтобы насладиться последними теплыми деньками. Очень часто целью таких уикэндов является сбор природного материала. Ведь детям понадобится сделать гербарии из листьев. Особенно хорошо для этого подходит октябрь, когда вся листва окрашивается в ярко-желтые и красные цвета. Правильно сохранив такой «урожай», можно потом долгими зимними вечерами заниматься его оформлением. Или даже изготовить картины или поделки из засушенных растений своими руками.
Сбор материалов для гербария
Но сначала нужно правильно выбирать листву и цветы для засушивания. Если в них будет слишком много влаги, они могут покрыться плесенью или даже загнить. А потому, чтобы гербарии из листьев надолго сохранили презентабельный вид, нужно знать правила сбора материала.
1. «Охоту» за листочками-цветочками нужно предпринимать только в сухой и солнечный день. Высушить мокрые растения гораздо тяжелее.
2. Выбирать из опавшей листвы нужно только целые, неподпорченные экземпляры. Они должны быть сухими.
3. Чтобы донести будущие гербарии из листьев до дома, желательно с собой взять файлы и пакеты. Лучше складывать каждый образец в отдельную папку, можно дополнить его запиской о месте и времени сбора.
Подготовка собранного материала
Теперь, когда все интересное в лесу собрано, нужно это высушить и сохранить. Существует несколько способов, как делать гербарий из листьев. Их применяют в зависимости от того, какие растения были собраны и как планируется их использовать. Наиболее популярный метод — это сушка под прессом. Лист укладывается между двумя кусками кальки или бумаги, а затем помещается в книгу или под небольшую доску. Сверху выкладывается еще несколько весьма внушительных томов. Через 2 недели гербарий из листьев своими руками будет готов. Эта техника лучше всего подходит для сушки и небольших цветков.
Второй способ предполагает сушку утюгом. Сначала нужно лист также обложить бумагой, а затем прогладить теплым утюгом до полного высыхания. По сравнению с первым случаем он значительно ускоряет подготовку, но совершенно не подходит для хрупких цветов и тонких листочков. К тому же, под воздействием высокой температуры цвет материала может поменяться.
Еще один способ позволяет сохранить всю красоту свежих растений. Для этого листья или цветы собирают в пучки и подвешивают в темном прохладном месте «вверх ногами» до полного высыхания. Таким образом можно сушить бутоны роз, цветы ромашки и другие веточки с цветками и плодами.
Оформление гербария
Когда все листья и цветы высохли, можно приступать к их оформлению. Этот этап займет, возможно, не один вечер. Но зато потом можно будет с наслаждением любоваться своей работой. Если гербарии из листьев и цветов будут использоваться как пособие для природоведения, можно наклеить каждый экземпляр на отдельный лист и положить его в файл. Каждую такую страницу обязательно нужно дополнить памятной надписью с названием растения, временем и местом его сбора. Осталось только собрать все в папку-скоросшиватель.
А еще такие растения можно использовать для изготовления интересных поделок. Кстати, в начальной школе детки часто занимаются этим на уроках труда. Это могут быть красиво оформленные картины, иллюстрации к сказкам, небольшие макеты парков и скверов и т. д. Такое времяпровождение отлично скрасит любой зимний вечер.
Всевозможное коллекционирование и гербарии были популярны во времена СССР, когда многое стремились делать своими руками . Создание гербария будет интересным и полезным занятием прежде всего для детей. Навык пригодится также преподавателям в школе для оформления классного уголка или в качестве наглядного материала. Во времена СССР были распространены 2 способа сделать гербарий своими руками : ботаническая папка и ботанический пресс.
Гербарий — ботаническая папка
Ботаническая папка состоит из двух сложенных друг с другом листов фанеры или толстого картона размером 40 на 50 сантиметров. В листах прорезываются щели (отверстия), сквозь которые продевается тесьма. Носят ее через плечо. Внутрь надо вложить листы сушильной бумаги. Папку можно сделать и несколько меньшего размера, например 30 на 45 сантиметров.
Гербарий — ботанический пресс
Самым простым является пресс из двух листов фанеры или из двух листов картона такого же формата, как и нарезанные листы бумаги. В картоне полезно просверлить несколько отверстий, через которые лучше будет испаряться влага.
Хорошо применять для гербария специальный ботанический пресс. Его легко смастерить самим. Он делается из двух деревянных рамок, на которые натянута переплетенная металлическая сетка или проволока. Между рамками кладут листы бумаги с расправленными растениями, и вся папка крепко стягивается веревкой или ремнем.
Правила засушивания растений для гербария
Засушивание растений для гербари я длится 3 — 4 суток. Бумага берется оберточная, непроклеенная или газетная (формат вдвое сложенной бумаги — 40×30 или 35×25 сантиметров). Собранные для гербария растения одинаковой толщины аккуратно расправляют и закладывают в бумагу. Очень толстые стебли следует срезать вдоль. Листы помещают под пресс. В один пресс можно помещать не более 7 — 8 листов с растениями, перекладывая их 7 -8 листами бумаги. Перекладка растений в сухую бумагу должна производиться 3-4 раза. Растения должны быть сухими, иначе при засушивании они получатся бурыми.
В хорошую погоду ботанический пресс с растениями вывешивается на солнцепеке, на сквозняке, ветру. В дождливую погоду и на ночь его переносят в потухшую печку, ставят на ребро или же вешают над горячей плитой, под крышей на чердаке.
Лекарственные растения засушивают на чердаках: расстилают их в один ряд на доске и время от времени переворачивают. Гербарий своими руками.
Засушка декоративных растений для панно. Все сложноцветные засушиваются в вате. На бумагу кладется тонкий слой ваты и покрывается марлей. Лицевой стороной ромашки раскладывают на этот слой и накрывают ватными пластинками.
У георгинов и пионов с обратной стороны цветка удаляют перочинным ножом лепестки, мешающие нормальному засушиванию. Внутрь маленького отверстия, туда, где цветок был прикреплен к стеблю, вставляют кусочек ваты. Затем 4-6 цветков раскладывают на ватный настил чашечкой к настилу. Лепестки прокладывают тонким слоем ваты и ватой же покрывают сверху. Стебли и листья засушиваются отдельно в простой бумаге.
Засушка в песке. Чтобы цветы не изменили своей формы, их засушивают иным способом. Для этого цветок ставят в глубокую высокую коробку и постепенно засыпают хорошо вымытым, высушенным и прокаленным песком. Такую коробку можно поставить на солнцепеке или на чердаке под железной крышей. Примерно через 5 дней цветы засушатся.
Оформление гербария своими руками
Засушенные растения кладут на полуватман форматом 30 на 20 сантиметров и пришивают или приклеивают полосками бумаги. Чтобы растение не потемнело, его к бумаге не приклеивают. Затем делают этикетку и приклеивают ее с правой стороны, внизу гербарного листа. Каждое растеньице, прикрепленное к бумаге, закрывают папиросной или какой-либо другой бумагой и складывают в пачку с названием той темы, на которую был собран гербарий.
Очень хорошо выглядит гербарный лист под стеклом. По формату стекла вырезают кусок картона и обклеивают его светлой бумагой. На этот фон нашивают засушенное растение. Затем нарезают полоски бумаги шириной в 4-5 сантиметров. Их смазывают клейстером и приклеивают со всех четырех сторон к внешней поверхности стекла, отступив от края на 2 сантиметра. Когда клей просохнет, на картон с приготовленным растением накладывают чистое стекло, кант загибают и приклеивают к картону с обратной стороны.
Надо со вкусом располагать растения, подбирать подходящий фон. Под стеклом следует оформлять гербарий на самые разнообразные темы. Например, разнообразие стеблей, лист и его строение, травянистые растения леса, строение цветка, лекарственные растения,
Оформление в коробке. Возьмите картон потолще, наложите на него стекло размером, равным величине коробки. Стекло обведите карандашом. Линии слегка надрезают. После этого отмеряют высоту стенок коробки и точки соединяют линией (остатки картона отрезают).
Затем вырезают углы-квадратики, образовавшиеся между внутренними линиями сгиба. По внутренним линиям сгибают стенки. Углы склеивают полосками бумаги. Когда коробка просохнет, ее обклеивают цветной бумагой. Боковые полоски бумаги загибают и обклеивают дно и бока изнутри на 2 — 3 сантиметра.
Для прочности на дно коробки кладут фанерную планшетку, прикрепляя ее с помощью булавок, гвоздей, клея.
После того как экспонаты помещены в коробку, ее закрывают стеклом, выправляют и заклеивают края папиросной бумагой. Когда коробка обсохнет, ее окончательно окантовывают.
Мумии плодов. Чтобы изготовить мумии, в плоде проделывают скальпелем маленькое отверстие и извлекают из него все содержимое. Затем производят дезинфекцию внутри (2 — 3 часа) формалином или простой поваренной солью, после чего внутренние стенки плода тщательно протирают, набивают гигроскопической ватой и придают плоду натуральную форму. Вату меняют 2 — 3 раза.
В таком виде плод надо положить на солнце на 1-2 дня или просушить над плитой в течение нескольких часов.
Просушенные плоды помещают в коробку. На фанерную планшетку кладут веточку с листьями и прикрепляют ее. Затем помещают плод. В местах, где должны быть плоды, вбивают стальную булавку со жгутиком ваты на шляпке. Жгутик хорошо намазывают столярным клеем. Также клеем смазываются края и вата внутри плода. Затем его плотно накалывают на булавку со жгутиком и придерживают, пока он не приклеится.
Макет «Лес». Делают ящик размером 50 на 70 сантиметров со стеклянной крышкой. На заднюю стенку наклеивают фон — голубое небо с легкими облаками и силуэтом леса. Заранее надо приготовить образцы растительности: маленькие ветки различных деревьев — березы, осины, ели, сосны, липы; землянику, бруснику, папоротник, лишайники, мох; разнообразных полезных и вредных насекомых.
Дно следует покрыть мхом и лишайником, кустиками брусники, земляники, кислицы, короткой травкой. Среди мха расставляют маленькие грибы. Затем непринужденно, как на лесной опушке, располагают кору деревьев: потолще — вблизи, потоньше — вдали. В нескольких местах ставят 2 — 3 пенька и на них сажают жуков. На листьях березы располагают майских жуков, а между деревьями — несколько бабочек. Вдали можно поместить ужа, который как бы ползет за добычей — лягушкой, а ближе к опушке леса — чучело крота, который выполз из своей норы, на ветке — птичку.
Статья о том, как сделать гербарий своими руками, из старого журнала времен СССР
Дословно «гербарий» переводится с латыни как «трава». Засушенные растения используют как наглядные пособия на уроках ботаники, для изготовления поделок и панно. Существуют и научные гербарные собрания. Они хранятся в музеях и ботанических садах. В сухих помещениях содержимое альбомов без потерь сохраняет цвет и форму столетиями.
Правила сбора растений для гербария
Перед походом за травами определитесь какой гербарий вы будете составлять: для школы, тематический, декоративный. От этого зависит, какие травы, цветы и листья понадобятся.
Для сбора растений потребуются лопатка, ножик, гербарная папка, бумажные листы для прокладывания и записывания данных, ручка.
Как выбрать подходящие экземпляры
Собирают травы в теплые, сухие дни. Утром и вечером делать этого не стоит — роса помешает качественной сушке. Срезают или выкапывают по два-три экземпляра одного вида, чтобы потом выбрать лучший вариант. Подойдут здоровые, не поврежденные насекомыми образцы. Хорошо, если на них есть и цветы, и плоды. Нельзя собирать растения из Красной книги.
Для декоративных целей следует брать молодые растения, они не потеряют цвет при обработке. Но иногда используют и увядшие цветы для придания композиции живописности.
Гербарий из листьев создать проще, чем из цветов. Их достаточно почистить влажным фланелевым лоскутом от грязи и расправить. Великолепно смотрятся листки растений с серебристой изнанкой: мать-и-мачехи , девясила, тополя, а также ветви папоротников. Осенние листья для гербария перед засушиванием пропитывают денатуратным спиртом или силикатным гелем для сохранения яркости. Из цветов идеально подходят фиалки, лаванда, анютины глазки, календула, васильки, дельфиниум и тысячелистник.
Растения либо выкапывают с корнем, либо срезают под углом. Объемные соцветия разделяют, а толстые корневища разрезают вдоль. При закладывании между бумажными листами лепестки расправляют, а длинные стебли сгибают. Часть листьев поворачивают изнанкой кверху. Каждый экземпляр маркируют, отмечая, где и когда он был сорван. Эту черновую этикетку используют для чистового описания гербария.
Если вы не успеваете обработать сырье, поставьте растения в воду до следующего дня либо упакуйте в полиэтилен и положите в нижний отсек холодильника.
Подготовка цветов к засушиванию
Гербарий из цветов сделать сложнее, чем из трав и листьев. Но если знать нюансы, цветочный альбом долго будет напоминать о сладких днях лета:
- Синие цветки для сохранения оттенка перед сушкой помещают на 30 секунд в денатурированный спирт.
- У роскошных георгинов, роз, астр, пионов и хризантем часть лепестков сушат отдельно, иначе они осыплются. Их кладут под груз весом в 7 кг. А оставшиеся прокладывают ватными дисками, чтобы не слиплись.
- Тюльпаны засушивают как отдельными лепестками, так и целиком. Но закладывать под гнет их нужно слегка увядшими. То же самое касается розовых бутонов.
- Сочные стебли крокусов, нарциссов и тюльпанов разрезают вдоль и ликвидируют сердцевину.
- Соцветия у ромашки, ноготков, гербер покрывают ватой со всех сторон и кладут в «рубашку» из нескольких слоев мягкой бумаги, а затем — под пресс в 15 кг.
- Маленькие цветочки (жасмин, ноготки, незабудки, тысячелистник) сушат вместе с веточкой, проложив вначале бумагой, потом картоном. Требуемый груз — не менее 15 кг.
Энтузиасты для декоративных целей умудряются высушить головки созревших одуванчиков и другие пушистые цветки.
Для этого в стебли продевают проволоку и опускают головку цветка в кипяток на десять секунд.
Способы прессования сырья
Технология сушения пополнилась современными методиками, но и классические используются до сих пор. Как сделать гербарий, выбирает будущий владелец собрания:
Метод сушения | Инструменты | Как засушить гербарий | Необходимое время |
Прессование | Цветочный пресс, состоящий из двух плоских дощечек. Они скреплены по углам винтами. Бумажные листы. | Растения укладывают между бумажными листами, вставляют папку между досками пресса и плотно стягивают их винтами. Для сочных трав требуется через пару дней поменять бумагу. | 2-4 недели |
Быстрая сушка утюгом | Листы бумаги и утюг с отключенной функцией пара | Листья в бумажной «рубашке» придавливают книгой. Через пару часов конструкцию прижимают утюгом (нагрев минимальный). Держат 15 секунд, убирают прибор до охлаждения бумаги. Процедуру повторяют до полного испарения влаги. | |
Просушивание в книге | Толстая книга. | Расправленный цветок выкладывают между страниц ненужной книги и придавливают сверху толстыми томами. | 3-5 недель |
Использование микроволновой печи | Две плоские керамические плитки или тарелки, бумажные и картонные листы. | Выбранный экземпляр в бумажной папке размещают между картонными листами, а потом между плитками. Скрепляют нитками. Сушат в печи на малой мощности минут, дают охладиться, затем процесс повторяют. Проводят несколько подобных циклов до высыхания. | 2 дня (их растения после обработки в печи проводят под прессом). |
Утюгом можно просушивать лишь листья и травы, да и то они могут слегка изменить расцветку. Для цветов, кроме васильков, этот метод не используют.
Как монтировать гербарий?
Сухоцветы монтируют на отдельные бумажные листы либо в альбом для гербария. В последнем случае требуется тщательный подход: при переворачивании хрупкие лепестки могут осыпаться. Между страницами альбома должны быть вставки из кальки против истирания о твердую поверхность.
Чем можно закрепить сухоцветы на бумаге:
- Нитками. Способ трудоемкий, но стоит потраченного времени. Нити нужного оттенка почти незаметны и дают легкую подвижность растению, помогающую избежать деформации.
- Прозрачным скотчем или пластырем. Малозатратный и быстрый метод, но недолговечный. Скотч быстро пересыхает, растение отходит от бумажного листа. Дольше прослужат обычные полоски бумаги, смазанные клеем.
- Клеем. Части растений наклеиваются на картон с помощью ПВА, клейстера, клея для декупажа. Минус методики в том, что клеящие составы делают образец жестким, хрупким и ломким. Этот способ подходит для создания декоративных панно под лакировку. Эластичное сцепление дает только рыбий клей, но он дорого стоит.
В правильном гербарии образцы размещаются корневищами вниз, тонкие веточки и кончики листьев не закрепляются.
На соцветия иногда надевают защитные конвертики из кальки. А плоды приклеивают рядом в прозрачном пакетике.
Создание гербарного альбома и декоративных изделий
Оформление гербария предполагает наличие этикетки в правом нижнем углу листа. Ее размер обычно 10 на 8 см. На ней указывают род и вид образца, время и место сбора. Подобные этикетки делают даже на декоративных панно.
Применение сухоцветов для декора
Гербарий своими руками не обязательно выполнять в классическом стиле. Засушенные листья и цветы дарят простор для фантазии. Из них можно изготовить панно, элементы декупажа, скрапбукинга, аппликации.
Особенности гербария для школы
Особого подхода требует собрание сухоцветов для школьных занятий. Подобные задания часто дают ученикам преподаватели ботаники. Как оформить гербарий школьника? Растения на листы закрепляйте любым из вышеприведенных способов. Не забывайте о наличии этикетки.
В школьном гербарии титульный лист обязателен. На нем должно быть указано название собрания и данные о составившем его ученике.
Листы с образцами помещают в прозрачные файлы и объединяют в папку. Опыт в собирании и засушивании растений полезен ребенку: наглядность позволяет лучше запомнить информацию.
Детские поделки из сухих листьев
Часто сухоцветы используют для детского творчества. Например, яркие осенние листья становятся объемной частью рисунка, а из стебельков выкладывается изображение на открытке или закладке. Украсить плоскими лепестками можно шкатулку, пенал, обложку блокнота. Растения наклеивают на ПВА и покрывают поверхность акриловым лаком либо клей-лаком для декупажа.
Гербарий в интерьере
Красивый гербарий будет хорошим подарком близкому человеку, увлеченному ботаникой или просто ценящему изящный ретро-стиль в оформлении интерьера.
Бионика: природные аналоги своими руками
Бионика: природные аналоги своими руками
Черканович В.А. 11МБОУ многопрофильный лицей города Кирово-Чепецка Кировской области
Сафронова Н.Г. 11МБОУ многопрофильный лицей города Кирово-Чепецка Кировской области
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF
Введение
Актуальность
Человек перенял у природы очень многое, если не сказать всё: умение разводить огонь, прятаться в норку от непогоды, хранить пищу про запас, маскироваться под окружающую среду и ещё много других вещей, о которых мы знаем так давно, что уже и не задумываемся об их появлении в нашей жизни. А ведь существует целая наука – бионика, цель которой сделать мир людей ещё более удобным при помощи техники, созданной подглядыванием за живой природой.
Проблема: Как наука бионика влияет на нашу жизнь? Какие идеи можно подсмотреть у природы и использовать их при создании различных конструкций?
Тема исследования: Бионика: природные аналоги своими руками.
Цель: Изучение идей природы и реализация их в виде конструкторских решений.
Для достижения цели я поставил перед собой следующие задачи:
Изучить литературу о бионике.
Провести наблюдение природных объектов.
Реализовать идеи, подсмотренные в природе, в виде конструкторских решений.
Провести опыты с полученными конструкциями.
Привлечь одноклассников к изготовлению конструкций на основе нескольких природных идей.
Создать макет, включающий в себя конструкции, созданные на основе природных подсказок.
Провести самооценку выполненной работы.
Выяснить мнение специалистов по выполненной работе.
Объект исследования – природные подсказки.
Предмет исследования – конструкции, созданные на основе природных подсказок.
Гипотеза: Если изучить природные подсказки, то можно создать на основе их различные конструкции.
Методы исследования:
теоретические методы: сравнение;
эмпирические методы: изучение литературных источников и ресурсов Интернет, опрос, наблюдение, эксперимент
Краткий литературный обзор
Для более глубокого понимания изучаемой проблемы я изучил материал из сети Интернет и прочитал книги:
Леонович А.А. Бионика: подсказано природой.
Нахтигаль В. Бионика.
Роговцева Н.И., Богданова Н.В., Добромыслова Н.В. Технология 3 класс: учебник для общеобразовательных учреждений.
Цойх М. Бионика: Энциклопедия.
Характеристика личного вклада в решение избранной проблемы: После изучения литературы о бионике и наблюдения природных объектов в природе были изготовлены конструкции на основе полученных природных подсказок. На основании результатов проведенных опытов был изготовлен макет детской площадки, который включает в себя все изученные природные идеи.
Практическая значимость: Данное исследование может быть использовано на уроках окружающего мира и технологиив начальной школе при изучении исоздании различных конструкций своими руками с помощью идей, которые нам демонстрирует природа.
1. Бионика – наука, вдохновлённая природой
1.1. Понятие бионики
Био́ника (от греч. biōn — элемент жизни, буквально — живущий) – прикладная наука о применении в технических устройствах и системах принципов организации, свойств, функций и структур живой природы, то есть формы живого в природе и их промышленные аналоги. Другими словами, это пограничная наука, существующая между биологией и техникой, решающая инженерные задачи на основе моделирования структуры и жизнедеятельности организмов [6]. Бионика позволят придумывать и создавать разнообразные дизайнерские и архитектурные решения, беря за основу природные формы. Бионика не творит новый мир, а используя гениальные творения природы, преображает их, воплощая в человеческих работах. Девиз бионики: «Живые прототипы – ключ к новой технике». Эмблема бионики – скальпель и паяльник, соединенные знаком интеграла. Скальпель — символ биологии, паяльник — техники, а интеграл объединяет обе науки. Этот союз биологии, техники и математики позволяет надеяться, что бионика проникнет туда, куда не проникал ещё никто, и увидит то, чего не видел ещё никто [1].
1.2. История развития бионики
Отцом бионики называют великого Леонардо да Винчи. В записях этого гения можно найти первые попытки технического воплощения природных механизмов. Чертежи да Винчи иллюстрируют его стремление создать летательный аппарат, способный двигать крыльями, как при полёте птицы. Следующим, кто поддержал идею симбиоза природы и технологий, стал Рудольф Штайнер. Под его руководством началось широкое применение бионических принципов в проектировании зданий. Утверждение бионики как самостоятельной науки произошло в 1960 году [2]. С тех пор, благодаря бионике, в нашей жизни появилось множество замечательных вещей. Самые интересные: в основе конструкции Эйфелевой башни лежит принцип строения человеческих костей, застёжка-липучка подсмотрена у репейника, современные многоэтажки копируют строение стеблей злаков, высокая скорость кораблей – заслуга дельфинов и китов (ученые создали обшивку, аналогичную коже этих морских жителей), изобретение шарниров позаимствовано у морских ракушек, с помощью строения клюва веретенника человек изобрёл пинцет, изобретение присоски взято у осьминогов и лягушек, паутинные нити положили начало строительству прочных красивых подвесных мостов, на основе рёва тигра разработан новый тип оружия – ультразвук, игла для забора крови полностью повторяет строение зуба-резца летучей мыши, поршневой шприц имитирует кровососущий аппарат комара, принцип действия парашюта взят у пушистых «парашютиков» одуванчиков. Можно найти множество таких примеров [5].
1.3. Основные направления бионики
В настоящее время бионика начала активно развиваться. Это связано с тем, что современные технологии переходят на нано-уровень и позволяют копировать природные аналоги с небывалой ранее точностью. Бионика нашла применение не только в высокотехнологичных продуктах, но в дизайне и архитектуре [2]. Различают три основных направления в бионике: биологическая бионика, которая изучает процессы, происходящие в биологических системах, теоретическая бионика, содержанием которой является разработка математических моделей явлений и процессов, протекающих в живых организмах, техническая бионика, сферой деятельности которой является реализация математических моделей или иных сторон деятельности живых организмов с целью усовершенствования существующих и создания совершенно новых технических средств и систем [1].
Выводы по первой главе: Таким образом, бионика включает в себя создание новых для строительства материалов, структуру которых подсказывают законы природы.
2. Природные аналоги своими руками
2.1. Идеи, подсмотренные у природы
После изучения литературы о бионике, я решил найти в природе объекты, о которых прочитал, изучить их и на основе полученных идей сделать своими руками несколько конструкций. Для выполнения задуманного мне потребовался фотоаппарат, нитки, бумага, картон, ножницы, клей.
Идея для создания лёгких и прочных конструкций. Глядя на строение кокона тутового шелкопряда, решил позаимствовать идею для создания лёгких и прочных конструкций. Кокон тутового шелкопряда – это оболочка из шёлка, внутри которой появляются личинки этой гусеницы до превращения в куколку. Создание кокона начинается с постройки каркаса, на котором держится вся конструкция. Гусеница совершает быстрые, равномерные движения головой и укладывает нить в форме «восьмерки». Среди творений рук человека такую конструкцию можно встретить в одежде, мебели. Например, пальто-кокон очень уютно и удобно. В форме лёгкого кокона выполняются кресла-качели для дачи из пластика [7]. Вот и я с помощью ниток, клея ПВА и воздушного шарика получил устойчивую конструкцию кокона. При высыхании клея, нитки становятся прочными и легкими, держат форму, на которую их наматывали. Задекорировал шарик, он остался в прежней форме (см. Приложение 1). Вывод: Конструкция из ниток и клея получилась прочная и лёгкая.
Идея для создания прочных и складчатых поверхностей, крыш. Растения лапчатка гусиная и хоста защищают свои листья от нагрузок с помощью складчатой поверхности. Такие поверхности способны выдержать большую нагрузку, не ломаясь. Ребристая форма листа придаёт дополнительную жёсткость в пространстве. Благодаря ребристой форме можно легко удерживать тяжёлый вес. В этом заключается одна из интереснейших закономерностей природы – сопротивляемость конструкций по форме.Принцип сопротивляемости конструкций по форме, существующий в природе, нашёл широкое применение в современном строительстве, например, черепичные крыши домов достаточно прочны [7].С помощью листа бумаги, картона и клея ПВА я получил прочную и устойчивую конструкцию в виде веера.
Опыт 1. Чтобы проверить прочность конструкции, я провёл опыт. Сначала положил простой тетрадный лист между книжками. Лист прогнулся под собственной тяжестью. Тот же тетрадный лист сложил «гармошкой»: такой складчатый лист лежит и даже может вынести небольшую нагрузку. Если увеличить груз, то складки распрямляются, лист прогибается, но ещё не падает. Если укрепить края складчатого тетрадного листа, приклеив к нему картонную полоску, то такой лист может выдержать больший груз (см. Приложение 2). Вывод: Материал, который имеет складчатую, ребристую конструкцию, достаточно прочен.
Идея для создания спиральных и пружинящих конструкций. Изменяя лишь форму, придавая ей вид спирали и пружины, природа, таким образом, достигает в конструкции дополнительную жесткость и устойчивость в пространстве. Так, например, завиваются в спираль тонкие и длинные стебли огурцов, кабачков, гороха, которые не могут стоять самостоятельно. Описывая круги верхушкой побега, вьющиеся растения обшаривают вокруг себя: не попадётся ли поблизости какая-нибудь опора, по которой можно будет карабкаться вверх. Но вот опора «попалась», и тонкий стебелёк охватывает её. Теперь молодая верхушка уже движется вокруг своей опоры. Но, вращаясь, она всё время растёт, тянется вверх и поэтому охватывает опору не в одном месте, как кольцо, а спиралью — с каждым кругом всё выше и выше. Ещё интереснее лазят растения, имеющие усики — изменившиеся листья или побеги. С их помощью растение, например, горох, легче и быстрее карабкается вверх и находит опору. А плющ прикрепляется к опоре маленькими корешками на стеблях [6]. Эта природная подсказка нашла своё применение в архитектуре. Например, спиральный небоскрёб в «Москва-Сити». Подсмотрев, как усики растений обвивают опору, я решил сделать спиральную модель и пружинящую спиральную конструкцию. Для этого мне потребовались бумага, клей, ножницы, карандаш, нитка. С помощью спиральной модели я получил эффект движущейся спирали, а с помощью пружинящей спиральной конструкции эффект спирали, обхватывающей пальцы [6].
Опыт 2. Я взял лист бумаги и вырезал из него спираль с тремя-четырьмя витками. К центру спирали привязал нитку. Подвесил свою спиральку над радиатором отопления так, чтобы ей ничто не мешало. Спираль сразу же пришла в движение и закрутилась.С помощью двух полосок бумаги я оплел ручку. Концы закрепил клеем, ручку убрал. Держа за концы конструкцию, ее можно сжимать и разжимать, тем самым обхватывать предмет (см. Приложение 3). Вывод: С помощью спиральной модели я получил эффект движущейся спирали, а с помощью пружинящей спиральной конструкции эффект спирали, обхватывающей пальцы.
Идея для создания сетчатых и дырчатых конструкций. Кости птиц должны быть легкими и прочными одновременно, чтобы пернатые могли держаться в воздухе. Поэтому кости птиц внутри полые, со множеством тонких костных перегородок — мозолистых тел. Перегородки очень легки, но многократно разветвляясь и напластовываясь, образуют тонкую и прочную сетчатую, губчатую структуру [1].На основе конструктивного изучения структуры костей и других природных моделей родился в архитектуре принцип дырчатых конструкций, положивший начало разработке новых пространственных систем, например, сетчатые лёгкие конструкции мостов делают из алюминия, они прочны и воздушны [6].С помощью бумаги, ножниц, скотча и карандаша, я получил устойчивую дырчатую модель, в то же время она прочная и легкая. Чтобы это доказать, я провёл опыт.
Опыт 3. Я взял лист бумаги, разлиновал его, сделал прорези, не дорезая до краев листа бумаги. Выпукло выгнул лист и скрепил скотчем. Тем самым получил довольно устойчивую дырчатую конструкцию из бумаги с покатым куполом. Если сгибать полоски в разных местах, можно получить разную форму купола еще более устойчивую за счет созданной ребристости (см. Приложение 4). Вывод: Если сделать покатый купол, то получим легкую и воздушную конструкцию. А если добавить ребристость, то получим ещё и прочность конструкции.
Идея для создания трансформирующихся защитных поверхностей. Растения защищают свои пестики и тычинки с помощью подвижных конструкций, которые открываются или закрываются по мере необходимости. Цветки закрываются, чтобы защитить свои чувствительные тычинки и пестики от росы и дождя. Когда туман рассеивается, солнышко припекает, цветки опять открываются [4].Принцип движения лепестков был перенесен в архитектуру. В основе идеи создания стадиона под крышей — огромные лепестки цветков, которые располагаются по кругу. При дожде сегменты крыши, расположенные обычно друг над другом, разъезжаются и закрывают весь стадион [6].С помощью бумаги, ножниц, карандаша и воды в тарелке я получил эффект бумажного раскрывающегося цветка.
Опыт 4. Я вырезал из бумаги шести-лепестковый цветок, загнул бумажные лепестки к сердцевине цветка, сложенный цветок поместил в воду и наблюдал «разворачивание» лепестков (см. Приложение 5). Вывод: При попадании воды бумага увлажняется, и влажная сторона вытягивается. Изменение влажности приводит к так называемым «гигроскопическим» движениям. Гигроскопический принцип действует у лепестков многих цветов.
Идея для создания конусных и цилиндрических конструкций. Шляпки грибов разной конусовидной формы защищают споры грибов от дождя. Растущий конусом вверх стебель бамбука пробивает почвенную корку и превращается в прочный полый цилиндр — стебель «соломину». Принцип строения стебля соломины был перенесен в архитектуру [6]. С помощью бумаги и клея ПВА смастерил конус и цилиндр и решил проверить на прочность конструкции, проведя опыт.
Опыт 5. Два усеченных конуса надел друг на друга и положил сверху йогурт в баночке. Конструкция выдерживает тяжесть йогурта в баночке. Вывод: Получился эффект бумажной устойчивой конструкции.
Опыт 6. Четыре цилиндра поставил на основание, поверх них положил книгу. Конструкция выдерживает тяжесть книги. Вывод: Получился эффект бумажной устойчивой конструкции.
Затем смастерил бумажную поделку, в которой несколько конусов располагается вершинами вверх, а также поделку, в которой бумажные конусы располагаются основаниями вверх. Обе поделки представляют шаровидные конструкции.
Опыт 7. Опытным путём проверил прочность и подвижность конструкций, скатив их с наклонной плоскости (см. Приложение 6). Вывод: Получился эффект подвижных и прочных конструкций.
Идея для создания шестигранных конструкций.Среди шестигранных конструкций наиболее замечательным творением природы являются пчелиные соты. На протяжении всей истории внимание многих людей не только привлекала необычная архитектура пчелиных сот, но и удивляла красота и правильность их построения. Это настоящий математический шедевр из воска, созданный очень кропотливым трудом умнейших пчел. Принцип построения живых конструкций из шестиугольников используется строителями при возведении секционных домов из однотипных элементов. Конструкция пчелиных сот легла в основу изготовления «сотовых» панелей для строительства жилых зданий. Весьма успешно используют принцип пчелиных построек и гидростроители при возведении плотин, шлюзов и других гидросооружений (они применяют сотовые каркасы) [2].Глядя на эту конструкцию, мы решили сделать декоративные полки. Я взял 6 деревянных дощечек одинаковой длины и склеил между собой клеем. Таких полок я сделал 6 штук разного диаметра, чтобы можно было их менять местами (см. Приложение 7). Вывод: Шестиугольная форма больше остальных позволяет сэкономить затраты материала: если не делать двойные стенки, то материала на возведение конструкции уйдет меньше, а сама форма будет ёмкой.
2.2. Создание макета детской площадки
Следующим этапом моей работы стало объединение полученных конструкций в макете детской площадки, которую я хотел бы иметь в своём дворе, так как у нашего дома её нет (см. Приложение 8). Свою работу я начал с создания эскиза и чертежа детской площадки. Эскиз – это рисунок замысла работы, предварительное изображение предмета, выполненное от руки, то есть без применения чертёжных инструментов и без точного соблюдения масштаба [3].
Я решил, что на моей площадке будет песочница с грибком, карусель, качель на пружине, спортивно-игровой комплекс, включающий в себя горку, домик, качели-лодочку, канат, скалодром с зацепками, сетку для лазанья, лестницу, качель-гнездо. При создании каждого элемента макета я использовал идеи, взятые в природе.
Таблица 1
Идеи природы для создания конструкций макета
Идеи |
Природные конструкции |
Мои конструкции |
идея для создания легких прочных конструкций |
кокон тутового шелкопряда |
качель гнездо, сетка для лазанья, балки конструкции |
идея для создания прочных складчатых поверхностей |
лист подорожника и лапчатки гусиной |
крыша, горка, все элементы конструкций |
идея для создания спиральных и пружинящих конструкций |
стебли огурцов и кабачков, горох, хмель |
карусель, качель на пружине, канат |
идея для создания сетчатых и дырчатых конструкций |
кости птиц, тонкие листья растений, крылья насекомых |
ножка у грибка, круг у карусели, балки конструкции |
идея для создания трансформирующихся защитных поверхностей |
лепестки цветов |
закрывающаяся крышка у песочницы |
идея для создания конусных и цилиндрических конструкций |
крона и стволы деревьев, грибы, семена растений |
крыша и столб у грибка |
идея для создания шестигранных конструкций |
пчелиные соты |
домик |
После создания эскиза мы с мамой стали делать чертёж – условное изображение изделий, предметов и деталей на листе бумаги с указанием их размеров и масштаба. Масштаб – отношение длины отрезков на чертеже к длине соответствующих им отрезков в действительности. Его обозначают числом, которое показывает, во сколько раз уменьшены или увеличены действительные размеры на чертеже [3]. На моём чертеже масштаб 1:19, то есть длина отрезков на чертеже в 19 раз меньше, чем в действительности.
Для создания макета детской площадки я решил воспользоваться 3D-ручкой, потому что с помощью неё можно сделать быстрые, легкие, прочные, объемные конструкции. Каждую деталь макета я обводил на чертеже 3D-ручкой, затем всё вместе скреплял. 3D-ручка представляет собой контейнер, в котором небольшой кусок пластика из мотка разогревается и подается наружу. Питание на устройство подается от сети. Внешне устройство выглядит как толстая шариковая ручка или портативное устройство для выжигания, а процесс моделирования похож на рисование в воздухе или на подставке. Пластик для 3D-ручки я использовал PLA, который является биоразлагаемым. Сырьем для его производства служат ежегодно возобновляемые ресурсы, такие как кукуруза и сахарный тростник. Именно по причине своей экологичности сегодня PLA — это материал №1 для использования в рисовании 3D-ручкой [8].
2.3. Мастер-класс по изготовлению конструкций одноклассниками
Изучив идеи, которые демонстрирует нам природа, и, научившись на основе их изготавливать различные конструкции, вместе с мамой решили провести для одноклассников мастер-класс, на котором познакомил их с бионикой, природными подсказками и некоторыми конструкциями. Ребятам очень понравилось, они с интересом слушали, мастерили конструкции и проводили их испытания.
2.4. Самооценка выполненной работы
При создании макета я использовал идеи, взятые в природе. Считаю, что мне удалось реализовать задуманное. Очень бы хотелось, чтобы по моему макету была построена настоящая детская площадка для детей разных возрастов, где можно было бы поиграть, полазить, скатиться с горки, покачаться на качели. Вместе с мамой мы планируем реализовать нашу идею с помощью Проекта по поддержке местных инициатив, так как этим можно решить некоторые проблемы, а именно благоустройство дворовых территорий, скитание детей без надобности по улице. Поэтому для получения экспертной оценки мы решили обратиться к специалистам
2.5. Экспертная оценка.
Эксперт: Елькина Анжела Владимировна, заместитель директора по УВР, учитель информатики и ИКТ, МБОУ многопрофильный лицей города Кирово-Чепецка Кировской области.
Автором проведена большая работа по изучению природных объектов. На основе идей, взятых в природе, созданы различные конструкции, проведены опыты на исследование их прочности, лёгкости, подвижности. На основе полученных конструкций создан макет детской площадки, которую автор хотел бы иметь у себя во дворе. Элементы выполнены при помощи 3D ручки по предварительно составленным чертежам. Использованы все идеи, которые были задуманы. Конструкции получились крепкими, в то же время легкими. Можно дополнить детскую площадку и другими элементами, например, сделать зону отдыха для родителей, сделав подвесные качели в виде коконов. Считаю, что данная работа заслуживает внимания взрослых для воплощения её в реальности.
Эксперт: Фурина Наталия Викентьевна, учитель математики, МБОУ многопрофильный лицей города Кирово-Чепецка Кировской области, руководитель инициативной группы общественной организации «Союз жителей 9 микрорайона «Вдохновение».
Выбранная тема актуальна, так как в наше время возрастает техническая сложность средств производства, что требует особого внимания к профессиональным интеллектуальным качествам современного человека, а также к его творческим способностям. Данная работа может помочь не только автору, но и другим обучающимся, действуя с наглядными моделями, понять такие отношения вещей и явлений, которые сложно усвоить на основе словесных объяснений.
Работа выполнена на достаточно высоком уровне, содержит ряд выводов, представляющих практический интерес. На подготовительном этапе проведена большая работа: произведен обзор истории развития бионики, приведены примеры заимствования у природы технических решений, описаны основные направления бионики и проблемы, которые они охватывают.
В работе описан и использован наглядный материал, что свидетельствует об интересе автора к избранной им теме. Работа является оригинальной в части серии проведенных экспериментов, в части изготовления в домашних условиях альтернативных конструкций для детской площадки достаточно прочных, легких и безопасных.
Материал может быть полезен для учителей биологии, математики и физики при проведении уроков и внеклассных мероприятий. Кроме этого велика социальная значимость выполненной работы. При реализации в городе и области социально-значимых проектов строительства детских площадок, спортивных комплексов возможно использование идей конструкций автора в реальных объектах.
Выводы по второй главе: Природа, действительно, гениальный конструктор, инженер, художник, великий строитель. Её творения отличаются красотой, целесообразностью, прочностью, надёжностью при минимальных затратах строительного материала. В наше время создаётся множество новых технологий, изделий, упрощающих жизнь общества, и большинство идей заимствованы человеком у природы.
На основе идей, взятых в природе, созданы различные конструкции, проведены опыты на исследование их прочности, лёгкости, подвижности. На основе полученных конструкций создан макет детской площадки, элементы которой выполнены при помощи 3D ручки по предварительно составленным чертежам. Конструкции получились крепкими, в то же время легкими.
Заключение
Работая над данной темой, я узнал, что такое бионика и как она влияет на нашу жизнь. Мне было интересно узнать, что источником вдохновения для бионики является природа. Она придумала множество идеальных форм и конструкций. Человеку остается только, наблюдая, копировать их. Структура пчелиных сот, спиралевидная морская раковина, анатомическое строение насекомых – это готовые модели, которые можно использовать где угодно, в том числе и в интерьере. Очень многое из того, что человек сделал, он придумал не сам, а с «подсказкой» матери-природы.
Моя гипотеза подтвердилась: Если изучить природные подсказки, то можно создать на основе их различные конструкции.
Я понял, что с помощью полученных идей можно сделать своими руками конструкции, которые копируют функции объекта в природе.
Цель исследования достигнута. Я изучил идеи природы и реализовал их в виде конструкторских решений.
В дальнейшем я продолжу поиск интересных идей, чтобы сделать что-то интересное и полезное. Доработаю макет детской площадки, добавив новые элементы, такие как тропа препятствий, невесомость.
Список используемых источников и литературы
Леонович А.А. Бионика: подсказано природой. [Текст] / Александр Анатольевич Леонович — Москва: АСТ, 2018 г. — 256 с.
Нахтигаль В. Бионика. [Текст] / Вернер Нахтигаль — Москва: Мир книги, 2005 г., — 128 с.
Роговцева Н.И., Богданова Н.В., Добромыслова Н.В. Технология 3 класс: учебник для общеобразовательных учреждений. [Текст] / Роговцева Наталья Ивановна, Богданова Надежда Викторовна, Добромыслова Надежда Владимировна – Москва: Просвещение, 2013г., — 143 с.
Цойх М. Бионика: Энциклопедия. [Текст] / пер. с немецкого Мартин Цойх — Москва: Мир книги, 2007 г. — 48 с.
Информация из сети Интернет
Бионика — это какая наука? Что изучает бионика? Применение бионики, свободный. – Загл. с экрана. Режим доступа: http://fb.ru/article/188187/bionika—eto-kakaya-nauka-chto-izuchaet-bionika-primenenie-bioniki
Информация из сети Интернет
Бион – ячейка жизни, свободный. – Загл. с экрана. Режим доступа: http://bio-nica.narod.ru/
Информация из сети Интернет
Бионика. Уроки бионики, свободный. – Загл. с экрана. Режим доступа: https://sites.google.com/site/bionikasteam/bionika
Информация из сети Интернет
Материал из Википедии – Режим доступа: http://ru.wikipedia.org – 3D ручка, свободный. – Загл. с экрана.
Приложения
Приложение 1.Идея для создания лёгких и прочных конструкций
Р
ис. 1. Кокон тутового шелкопряда
Рис. 2. Кокон из ниток своими руками
Рис. 3. Опыт с полученной конструкцией
Приложение 2. Идея для создания прочных и складчатых поверхностей, крыш
Рис. 1. Листья растений лапчатки гусиной и хосты
Рис. 2. Складчатая конструкция
Рис. 3. Опыты с обычным листом и со складчатой конструкцией
Приложение 3.Идея для создания спиральных и пружинящих конструкций
Рис. 1. Стебли огурцов, кабачков, гороха
Рис. 2. Спиральная и пружинистая спиральная модели
Рис. 3. Опыты со спиральной и пружинистой спиральной моделями
Приложение 4. Идея для создания сетчатых и дырчатых конструкций
Рис. 1. Арка, забор, шалаш
Рис. 2. Сетчатая и дырчатая конструкции
Рис. 3. Опыты с сетчатой и дырчатой конструкциями
Приложение 5. Идея для создания трансформирующихся защитных поверхностей
Рис. 1. Цветы клематисов
Рис. 2. Бумажный «раскрывающийся» цветок
Рис. 3. Опыт с бумажным «раскрывающимся» цветком
Приложение 6. Идея для создания конусных и цилиндрических конструкций
Рис. 1. Прорастание хосты, шляпка гриба, семена одуванчика
Рис. 2. Поделки из конусов и цилиндра
Рис. 3. Опыт с конусами и цилиндрами Рис. 4. Опыты с поделками из конусов
Приложение 7. Идея для создания шестигранных конструкций
Рис. 1. Пчелиные соты
Рис. 2. Декоративные полки по форме пчелиных сот
Приложение 8. Создание макета детской площадки
Рис. 1. Эскиз детской площадки
Рис. 2. Чертёж спортивно-игрового комплекса и его элементов
Рис. 3. Вид сбоку спортивно-игрового комплекса и его элементов
Рис. 4. Чертежи сетки для лазанья, лестницы, скалодрома с зацепками, качели-лодочки, горки и качели-гнезда |
Рис. 5. Чертежи крыши, черепицы, пол второго этажа домика, балки, перила |
Рис. 6. Чертёж карусели и её элементов |
Рис. 7. Чертёж песочницы с грибком и их элементов |
Рис. 8. Чертёж качели на пружине и её элементов
Рис. 9. Процесс изготовления макета детской площадки
Рис. 10. Карусель
Рис. 11. Карусель на пружине
Рис. 12. Песочница с грибком
Рис. 13. Спортивно-игровой комплекс
Рис. 14. Готовый макет детской площадки
Просмотров работы: 1008
Цветочные часы — 80 фото оригинальных идей украшения сада или участка
Запущенный и неухоженный сад вряд ли вызовет положительные эмоции, поэтому садоводы с удовольствием посвящают достаточно много времени декорированию участка. Тем более, что в последнее время больше просматривается тенденция приезжать на дачу не огородничать или собирать урожай, а отдыхать или уединяться с природой.
Новинкой ландшафтного дизайна является украшение садового участка цветочной композицией в виде часов. К тому же, это не только изумительный декор, но и практичный элемент, который в любой момент подскажет окружающим время. Фото цветочных часов красноречиво это подтверждают.
Краткое содержимое статьи:
Шаг в историю
Цветочными часами могут похвастаться многие большие города. Для них, в основном, отводится довольно заметное место вблизи центральной площади. Декоративная миссия несомненно возлагается на композицию из живых цветов. Сама конструкция часов представляет собой реальный часовой механизм, только более внушительных размеров.
Впервые часы из цветов появились в Римской империи, когда ещё не задумывались об изобретении механического устройства отсчета времени. Для его определения ученые использовали биоритмы растений и цветов в зависимости от времени суток. Но этого было не вполне достаточно, так как этот вариант действовал с начала весны и до конца осени.
Впоследствии, цветочные часы доработал гений в области биологии и ботаники Карл Линей. Его конструкция выглядела в виде круга, разделенного на одинаковые сектора, куда высаживались растения, раскрывавшие соцветия в определенный часовой период времени.
Таким образом, цветы распускались по очередности секторов, отсчитывая час за часом. Впервые изобретение появилось в Швеции.
Отличительные черты биоритмов цветов
При первых солнечных лучах раскрываются соцветия одуванчика. В послеобеденное время кувшинка смыкает лепестки и прячется под покров воды. При наступлении сумерек показывается ночная фиалка.
Так, в течение суток проявляются биоритмы, т.е. цветы раскрывают и закрывают соцветия в определенное время дня. Каждый живет по собственному распорядку.
На самом деле весь секрет в том, что цветы содержат пигменты, которые в течение дня могут трансформироваться из одного в другой, благодаря способности поглощать дневной свет. В темное время суток реакция происходит с точностью до наоборот. В результате, растение знает, какое время суток в настоящий момент.
Но самое интересное в том, что если перенести цветок в темное место, его жизненные биоритмы не изменятся. Он также будет открываться в дневное время, и закрываться к вечеру. Однако, регулярно нарушая естественное освещение, это сыграет определенную роль, и биоритмы могут нарушиться.
Часы из цветов своими руками
Украсить садовый участок цветочными часами, сделанными собственными руками, вполне возможно. Но не так просто, как кажется на первый взгляд. Сам процесс очень познавательный и захватывающий. Привлечь в это занятие можно и детвору. Им будет полезно на практике узнать о солнечной астрономии и интересных фактах ботаники.
Обязательно учтите: биоритмы цветочных растений зависимы от климата местного региона и степени естественного освещения местности. Иначе, может потребоваться корректировка имеющихся сведений о цветах.
Чтобы цветочные часы на участке функционировали нормально, необходима благоприятная солнечная погода. В дождь не стоит рассчитывать на достоверность показания времени.
Необходимость в цветах и солнце
Для создания реального часового механизма из цветов потребуется несколько их разновидностей. Главное: они должны раскрывать и смыкать соцветия в строго определенные моменты времени, соответствующие действительности.
К основным параметрам создания проекта цветочных часов относятся:
- выбор места расположения часового механизма. Здесь важен простор и отличная освещенность солнечным светом. Избегайте попадания тени от сооружений и растительности.
- место должно хорошо просматриваться со всех сторон, так как это не только декор участка, но и прибор показывающий время.
- циферблат круглой формы удобный и привычный. Достаточно обустроить круглую клумбу и разбить на 12 частей (количество часов). Перед этим обязательно стоит выполнить подготовку почвы.
- на фоне газона циферблат должен выделяться. Для этого достаточно обложить его по периметру яркими цветными камнями или гравием разного цвета.
- в пасмурную погоду не стоит доверять точности показаний цветочных часов, биоритмы растений могут сбиться.
- выбор рассады — ответственное дело. Необходимо заранее собрать информацию о предполагаемых цветах для посадки. Знать время открытия и закрытия их соцветий в регионе проживания, чтобы правильно разметить их в соответствующих секторах.
Выбор цветов
Наиболее подходящими видами являются цветы с ярко выраженными биоритмами. Предварительно стоит понаблюдать за выбранными растениями, составить таблицу их биоритмов и проанализировать её. Это поможете избежать ошибок.
Можно создать простую конструкцию, показывающую время завтрака, обеда и ужина.
В утренний период (с 7 до 10 часов) раскрываются цветки фиалки, календулы или мать-и-мачехи. Днем, в обеденное время (с 13 до 15) смыкаются соцветия маков и колокольчиков. В период позднего ужина (с 20 до 21) открывают лепестки ночные персонажи – вечерница и табак душистый.
Вариантов существует множество, можно выбрать даже цветы с биоритмами аналогичными вашим. Цветочные часы на даче — это красиво внешне и подскажет время для принятия пищи.
Использование теневой стрелки
Проще всего создать конструкцию несложную в техническом исполнении. Внешне такой вариант не менее привлекательный, а может даже оригинальнее. Здесь цветы исполняют исключительно декоративную миссию.
Функция показания времени будет возложена на тень, отбрасываемую гномоном, т.е. столбиком определенной высоты (используется арматурный прут или деревянный колышек). Вначале делается разметка окружности на освещенном солнечным светом участке. Гномон устанавливается в центральной части, с минимальным наклоном в северную сторону.
Более точную ориентацию поможет определить компас, при этом сооружать устройство лучше в полдень, когда тень гномона покажет верхний предел циферблата (12 часов).
Делаем отметку этой точки в месте пересечения окружности и тени. После этого размечаются сектора равного размера в количестве 12 штук. Каждый сектор равен одному часу.
Чтобы сектора не сливались между собой, следует сделать их разграничение цветным гравием или бордюрчиками. Внутри секторов следует разместить подготовленные цветы, желательно низкорослых видов.
Это прекрасный вариант декора и при этом не сложный в исполнении. К тому же для отделки подойдут любые цветочные растения, не требующие никакой привязки к их биоритмам. Ещё проще сделать круглый газон, обустроить на нем цифры из цветов и установить гномон. Для бордюров можно применить различные виды растений аналогичные молодилу или очиткам.
Фото цветочных часов
Сохраните статью себе на страницу:Пост опубликован: 14.10
Присоединяйтесь к обсуждению: Copyright © 2021 LandshaftDizajn.Ru — портал о ландшафтном дизайне №1 ***Сайт принадлежит Марии КозакКак сделать 3D модель цветка из деталей — Простая наука для детей!
Сохраните эту идею на потом!
Цветы — это гораздо больше, чем просто красивый аромат и красивые цвета. Некоторые ученые проводят всю свою карьеру, изучая всего несколько разновидностей цветов. Ботаника, изучение растений, — это изучение всего, что нужно знать о цветах. Если ваши дети любят цветы, им понравится научиться , как сделать 3D-модель цветка из деталей.
Нашим вдохновением для этого практического занятия STEM была прекрасная роза. Мои дети любят розы, но до этого упражнения они мало знали о частях розы. Изучив розы и построив свои собственные 3D-розы, они теперь являются экспертами во всем, что связано с розами.
Эта 3d модель частей растения — прекрасное дополнение к вашим весенним занятиям STEM!
3D-модель цветка Научный проект
Следуйте инструкциям, чтобы узнать, как сделать модель цветка со всеми помеченными частями!
Какие части розы?
Изучая составные части цветка и розы, мы обнаружили, что в мире осталось очень мало диких роз.
Однако наш родной штат Техас является домом для одного из последних сортов невозделываемой розы, который называется роза бланда. Эта роза является более открытой розой, чем та, о которой мы традиционно думаем, когда представляем себе розы, но это ярко-розовая роза с широко открытым центром и пятью отчетливыми лепестками.
Роза, которую сделали мои дети, похожа на roas balnda, но не является точной копией, так как они кладут слишком много лепестков на свою розу.
Убедитесь, что ваши трехмерные части модели цветка содержат все важные части цветка.В шиповнике вы найдете эти части.
- Стебель
- Семяпочка
- Чашелистник
- Листья
- Нить
- Лепестки
Что вам нужно для проекта цветочной модели
Целью этого задания по биологии было выяснить, смогут ли мои дети воссоздать цветок как можно точнее. Мы использовали товары повседневного спроса, перечисленные ниже:
Этот пост содержит партнерские ссылки.
Как сделать модель цветка для науки
Во-первых, мы потратили некоторое время на изучение диких роз.
Затем дети изучили картинки с розами, чтобы определить, какие части им нужно воссоздать с помощью бумажной розы.
Лепестки, листья и чашелистики сделаны из бумаги. Стебель был соломинкой для питья. Корни, почва и волокна были сделаны из пластилина.
Дети склеили части цветка горячим клеем. Нам нравится использовать горячий клей, потому что он почти мгновенно сохнет и упрощает создание трехмерных фигур.
После того, как цветок был готов, девочки сравнили его с фотографиями настоящих диких роз, чтобы увидеть, насколько они близки к настоящему дизайну.Помимо диких роз, имеющих более открытую форму лепестков, роза выглядит довольно аккуратно!
Позже мы также промаркировали наши модели роз, чтобы мы могли помнить дизайн и детали в будущем.
Части цветочной витрины
Если вы построили цветочные модели из глины или пластилина, они высохнут за ночь. Поставьте модели цветов прямо, пока они высохнут, а затем их можно будет выставлять в витрине, когда они полностью высохнут.
Пометьте каждую часть листом бумаги, чтобы завершить проект.
Другие эксперименты по науке о цветах
Узнаем о цветах во всем мире
Эксперимент с удивительными изменяющими цвет радужными цветами
Красивые части плана урока по рассечению цветов для детей
Эксперимент по сохранению цветов
Сохраните эту идею на потом!
Как сделать модель цветка из частей
Обновлено 22 ноября 2019 г.
Автор Kara Rae
Цветок — это часть растения, которая отвечает за размножение.Некоторые цветы называются идеальными цветками и содержат как женские, так и мужские органы, в то время как другие являются неполными цветками и должны полагаться на насекомых для опыления. Основные структуры в анатомии цветка включают лепестки, рыльце, стиль, завязь, семяпочку, стебель, чашечку, волокна. и пыльники. Женские органы — рыльце, столбик, завязь и семяпочка — называются пестиком. Мужские органы — волокна и пыльники — называются тычинками. Несмотря на все эти детали, нетрудно имитировать естественное великолепие цветов с помощью реалистичной глиняной модели.
Постройте стержень из зеленой глины для лепки и сверните его в цилиндрическую структуру. Вы можете сделать стержень настолько коротким или длинным, насколько хотите, но для устойчивости убедитесь, что он не менее одного дюйма в диаметре.
Сделайте чашечку из зеленой глины для лепки. Чашечка — это листья, которые находятся непосредственно под цветком и обрамляют его, как рамка.
Создайте из голубой глины для лепки от четырех до шести лепестков в форме слезы. Прикрепите их тонкой стороной вниз к чашечке, оставив их открытыми, как небольшую чашу, чтобы добавить внутренние структуры.
Сделайте пестик из оранжевой глины. Пестик имеет форму бейсбольной биты и состоит из четырех компонентов. Широкий конец, который будет помещен прямо на верхушку стебля внутри лепестков и по центру, называется завязью. На внешней стороне яичника есть шесть крошечных черных кружков, представленных черной глиной, которые называются семяпочками. Их следует расположить в два вертикальных ряда по три в каждом на широком конце пестика. Шею летучей мыши называют фасоном, а худой конец — клеймом.
Поместите четыре куска проволоки так, чтобы они выходили из яичника — широкого конца формы бейсбольной биты — и доходили до краев лепестков. Эта проволока представляет собой нити.
Соберите пыльники из желтой глины. Отломите четыре куска глины размером с ноготь и скатайте их в шарики. Прикрепите их к верхушкам нитей.
Маркируйте детали. Напишите названия частей маленькими буквами на листе бумаги и вырежьте их на прямоугольные части вокруг слова.Приклейте их к зубочисткам и приклейте в соответствующие места на глиняном цветке.
Развитие растений — молекулярная биология клетки
Растения и животные разделены примерно 1,5 миллиардами лет эволюционной истории. Они развили свою многоклеточную организацию независимо, но с использованием одного и того же первоначального набора инструментов — набора генов, унаследованных от их общего одноклеточного эукариотического предка. Большинство различий в их стратегиях развития проистекает из двух основных особенностей растений.Во-первых, они получают энергию от солнечного света, а не от других организмов. Это диктует иной план тела, чем у животных. Во-вторых, их клетки заключены в полужесткие клеточные стенки и скреплены друг с другом, не позволяя им двигаться, как это делают клетки животных. Это диктует другой набор механизмов формирования тела и разные процессы развития, чтобы справиться с изменчивой окружающей средой.
Развитие животных в значительной степени защищено от изменений окружающей среды, и эмбрион генерирует ту же генетически детерминированную структуру тела, не подверженную влиянию внешних условий.Напротив, на развитие большинства растений сильно влияет окружающая среда. Поскольку они не могут приспособиться к окружающей среде, перемещаясь с места на место, растения вместо этого адаптируются, изменяя ход своего развития. Их стратегия оппортунистическая. Орган данного типа — например, лист, цветок или корень — может быть получен из оплодотворенной яйцеклетки множеством различных способов, в зависимости от сигналов окружающей среды. Прикрепленный к земле лист бегонии может дать росток; корень может вырвать побег; на побеге под воздействием солнечного света могут расти листья и цветы.
Зрелая установка обычно состоит из множества копий небольшого набора стандартизованных модулей, как описано в. Позиции и время, в которые эти модули генерируются, сильно зависят от окружающей среды, что приводит к изменению общей структуры завода. Выбор между альтернативными модулями и их организацией в целое растение зависит от внешних сигналов и гормональных сигналов дальнего действия, которые играют гораздо меньшую роль в контроле развития животных.
Рисунок 21-106
Простой пример модульной конструкции завода.Каждый модуль (показан разными оттенками зеленого цвета ) состоит из стебля, листа и почки, содержащей потенциальный центр роста или меристему . Бутон формируется в точке ветвления или узле , на месте листа (подробнее …)
Но хотя глобальная структура растения — рисунок корней или ветвей, количество листьев или цветов — может быть изменена. очень изменчивый, его детальная организация в небольшом масштабе — нет. Лист, цветок или даже зародыш раннего растения так же точно заданы, как и любой орган животного, обладая детерминированной структурой , в отличие от неопределенной модели ветвления и прорастания растения в целом .Внутренняя организация растительного модуля порождает в основном те же проблемы в генетическом контроле формирования паттернов, что и развитие животных, и они решаются аналогичными способами. В этом разделе мы сосредоточимся на клеточных механизмах развития цветковых растений. Мы исследуем как контрасты, так и сходства с животными.
Арабидопсис служит модельным организмом для молекулярной генетики растений
Цветковые растения, несмотря на их удивительное разнообразие, имеют относительно недавнее происхождение.Возраст самых ранних известных ископаемых составляет 125 миллионов лет, тогда как у позвоночных животных 350 миллионов лет и более. Таким образом, в основе разнообразия форм лежит высокая степень сходства молекулярных механизмов. Как мы увидим, небольшое генетическое изменение может трансформировать крупномасштабную структуру растения; и так же, как физиология растений позволяет выживать во многих различных средах, она также позволяет выживать множеству форм с различной структурой. Мутация, которая дает животному две головы, обычно смертельна; тот, который удваивает количество цветов или веток на растении, обычно не является.
Чтобы идентифицировать гены, которые управляют развитием растений, и выяснить, как они функционируют, биологи растений выбрали небольшой сорняк, кресс-салат обыкновенный Arabidopsis thaliana (), в качестве своего основного модельного организма. Подобно Drosophila или Caenorhabditis elegans , он маленький, быстро воспроизводится и удобен для генетики. Его можно выращивать в помещении в чашках Петри или в крошечных горшках в больших количествах, и через 8-10 недель растение дает сотни семян на одно растение.Он имеет, как и C. elegans , значительное преимущество перед Drosophila или позвоночными животными с точки зрения генетики: как и многие цветущие растения, он может воспроизводиться как гермафродит, потому что один цветок производит как яйца, так и мужские гаметы, которые могут оплодотворять их. Следовательно, когда цветок, гетерозиготный по рецессивной летальной мутации, самооплодотворяется, одна четверть его семян будет демонстрировать гомозиготный эмбриональный фенотип. Это упрощает выполнение генетического скрининга () и, таким образом, получение каталога генов, необходимых для определенных процессов развития.
Рисунок 21-107
Arabidopsis thaliana. Это небольшое растение принадлежит к семейству горчичных (или крестоцветных) (см. Также рис. 1-47). Это сорняк, не имеющий хозяйственного использования, но имеющий большую ценность для генетических исследований развития растений. (Из MA Estelle и CR Somerville, Trends (подробнее …)
Рисунок 21-108
Получение мутантов в Arabidopsis . Семя, содержащие многоклеточный зародыш, обрабатывают химическим мутагеном и оставляют для вырасти в растение.В общем, это растение будет представлять собой мозаику из клонов клеток, несущих различные индуцированные мутации. Человек (подробнее …)
Геном
Arabidopsis богат генами контроля развитияArabidopsis имеет один из самых маленьких геномов растений — 125 миллионов пар нуклеотидов, наравне с C. elegans и Drosophila — теперь известна полная последовательность ДНК. Он содержит примерно 26 000 генов. Однако это общее количество включает в себя множество недавно созданных дубликатов, так что количество представленных функционально различных типов белка может быть значительно меньше.Были разработаны методы культивирования клеток и генетической трансформации, а также обширные библиотеки семян, несущих мутации, полученные в результате случайных вставок мобильных генетических элементов, так что растения с мутациями в любом выбранном гене могут быть получены на заказ. Таким образом, доступны мощные инструменты для анализа функций генов. Хотя только небольшая часть общего набора генов еще охарактеризована экспериментально, функции могут быть предварительно приписаны многим генам — около 18 000 — на основе сходства их последовательностей с хорошо изученными генами Arabidopsis и других организмов.
Геном Arabidopsis даже больше, чем геномы многоклеточных животных, богат генами, кодирующими регуляторные белки генов (). Некоторые основные семейства регуляторных белков генов животных (например, семейство ДНК-связывающих белков Myb) значительно расширились, в то время как другие (например, рецепторы ядерных гормонов), по-видимому, полностью отсутствуют, и существуют большие семейства регуляторных белков генов в организме. растения, не имеющие животных-гомологов.
Таблица 21-2
Некоторые основные семейства белков-регуляторов генов у Arabidopsis, Drosophila, C.elegans и дрожжей Saccharomyces cerevisiae .
Там, где гомологичные регуляторные белки генов (такие как гомеодоменные белки) могут быть распознаны как у растений, так и у животных, у них мало общего в отношении генов, которые они регулируют, или типов решений, связанных с развитием, которые они контролируют, и очень мало сохраняется последовательности белка вне ДНК-связывающих доменов.
Arabidopsis , как и многоклеточные животные, обладает множеством генов для клеточной коммуникации и передачи сигналов (1900 генов из 18000 классифицированных), но конкретные детали этих наборов генов сильно различаются, как обсуждалось в главе 15.Все сигнальные механизмы Wnt, Hedgehog, Notch и TGFβ отсутствуют у Arabidopsis . В качестве компенсации сильно развиты другие сигнальные пути, свойственные растениям. Поверхностные рецепторы класса тирозинкиназ, по-видимому, полностью отсутствуют, хотя многие из сигнальных компонентов ниже этих рецепторов у животных присутствуют. Напротив, рецепторов класса серин / треонинкиназ очень много, но они не действуют через ту же систему внутриклеточных мессенджеров, как рецепторные серин / треонинкиназы у животных.Значительные наборы генов посвящены процессам развития, имеющим особое значение у растений: например, более 700 для синтеза и ремоделирования клеточной стенки растений и более 100 для обнаружения света и реакции на него.
Теперь мы должны исследовать, как гены растения используются для контроля развития растений.
Эмбриональное развитие начинается с установления оси корень-росток, а затем останавливается внутри семени
Базовая стратегия полового размножения у цветковых растений кратко изложена на панели 21-1.Оплодотворенная яйцеклетка или зигота высшего растения начинается с асимметричного деления, чтобы установить полярность будущего эмбриона. Одним из продуктов этого деления является маленькая клетка с плотной цитоплазмой, которая и станет собственно эмбрионом. Другая — большая вакуолизированная клетка, которая далее делится и образует структуру, называемую суспензором , которая в некотором смысле сравнима с пуповиной у млекопитающих. Суспенсор прикрепляет эмбрион к прилегающей питательной ткани и обеспечивает путь для транспорта питательных веществ.
Панель 21-1
Особенности раннего развития цветковых растений.
На следующем этапе развития диплоидная эмбриональная клетка размножается, образуя клубок клеток, который быстро приобретает поляризованную структуру. Сюда входят две ключевые группы пролиферирующих клеток — одна на конце суспензора эмбриона, которая будет сотрудничать с самой верхней клеткой суспензора для образования корня, и одна на противоположном конце, которая будет генерировать росток (). Установленная таким образом основная ось корневого побега аналогична оси головы-хвоста животного.В то же время становится возможным различать будущие клеток эпидермиса , образующие самый внешний слой эмбриона, будущие клетки основной ткани , занимающие большую часть внутренней части, и будущие клетки сосудистой ткани , образующие центральное ядро (панель 21-2). Эти три набора клеток можно сравнить с тремя зародышевыми листками эмбриона животного. Несколько позже в развитии зачаток побега начинает давать зародышевые семенные листья, или семядолей, — один у однодольных и два у двудольных.Вскоре после этой стадии развитие обычно останавливается, и зародыш упаковывается в семя (оболочка, образованная тканями материнского растения), специализирующееся на распространении и выживании в суровых условиях. Зародыш в семени стабилизируется обезвоживанием и может оставаться в спящем состоянии очень долгое время — даже сотни лет. При регидратации семена прорастают и эмбриональное развитие возобновляется.
Рисунок 21-109
Две стадии эмбриогенеза Arabidopsis thaliana. (Из G. Jürgens et al., Development [Suppl.] 1: 27–38, 1991. © Компания биологов.)
Панель 21-2
Типы клеток и ткани, из которых происходят высшие растения Построен.
Генетический скрининг может использоваться в Arabidopsis , так же, как в Drosophila или C. elegans , для идентификации генов, которые управляют организацией эмбриона, и для их группировки по категориям в соответствии с их гомозиготными мутантными фенотипами.Некоторые необходимы для формирования корня саженца, некоторые — для стебля саженца, а некоторые — для верхушки саженца с его семядолями. Другой класс необходим для образования трех основных типов тканей — эпидермиса, основной ткани и сосудистой ткани — и еще один класс для организованных изменений формы клеток, которые придают зародышу и проростку их удлиненную форму ().
Рисунок 21-110
Мутант Arabidopsis саженцы. Нормальный проросток (A) по сравнению с четырьмя типами мутантов (BE), дефектными в различных частях их апико-базального паттерна: (B) имеет структуры, отсутствующие на его вершине, (C) имеет верхушку и корень, но отсутствует стебель между ними. их, (D) (подробнее…)
Части растения создаются меристемами последовательно
Грубо говоря, эмбрион насекомого или позвоночного животного представляет собой рудиментарную миниатюрную модель более позднего организма, и детали строения тела постепенно заполняются по мере увеличения. Эмбрион растения вырастает во взрослую особь совершенно по-другому: части взрослого растения последовательно создаются группами клеток, которые пролиферируют, закладывая дополнительные структуры на периферии растения.Эти важнейшие группы клеток получили название апикальных меристем (см.). Каждая меристема состоит из самообновляющейся популяции стволовых клеток. Когда они делятся, они оставляют после себя след потомства, которое вытесняется из области меристемы, увеличивается и, наконец, дифференцируется. Хотя апикальные меристемы побегов и корней генерируют все основные разновидности клеток, которые необходимы для построения листьев, корней и стеблей, многие клетки за пределами апикальных меристем также сохраняют способность к дальнейшей пролиферации и сохраняют потенциал меристемы.Таким образом, деревья и другие многолетние растения, например, могут с годами увеличивать обхват своих стеблей и корней и могут давать новые побеги из спящих регионов, если растение повреждено.
У зародыша уже определены зачатки апикальных меристем корня и побега. Как только семенная оболочка разрывается во время прорастания, происходит резкое увеличение немеристематических клеток, приводящее сначала к прорастанию корня, чтобы сразу закрепиться в почве, а затем и к побегу ().Это сопровождается быстрыми и непрерывными делениями клеток в апикальной меристеме: например, в апикальной меристеме корня кукурузы клетки делятся каждые 12 часов, производя 5 × 10 5 клеток в день. Быстро растущий корень и побеги исследуют окружающую среду — корень увеличивает способность растения впитывать воду и минералы из почвы, а побеги повышают его способность к фотосинтезу (см. Панель 21-1).
Рисунок 21-111
Саженец Arabidopsis. коричневый объекты справа молодого саженца — это две половинки выброшенной семенной оболочки. (С любезного разрешения Кэтрин Дакетт.)
Развитие проростков зависит от сигналов окружающей среды
Начиная с прорастания, на ход развития растений сильно влияют сигналы из окружающей среды. Побег должен быстро продираться сквозь почву, открывать семядоли и начинать фотосинтез только после того, как достигнет света.Сроки этого перехода от быстрого подземного прорастания к освещенному росту нельзя генетически запрограммировать, потому что глубина, на которую закапывают семена, непредсказуема. Вместо этого переключение развития контролируется светом, который, среди прочего, воздействует на проросток, подавляя выработку класса растительных гормонов, называемых брассиностероидами , обсуждаемых в главе 15. Мутации в генах, необходимых для производства или приема сигнала брассиностероида. заставляют стебель саженца позеленеть, замедляют его удлинение и преждевременно раскрывают семядоли, пока он еще находится в темноте.
Формирование каждой новой структуры зависит от ориентированного деления и расширения клеток
Клетки растений, заключенные в их клеточные стенки, не могут ползать и не могут перемещаться по мере роста растения; но они могут разделяться, они могут набухать, растягиваться и сгибаться. Таким образом, морфогенез развивающегося растения зависит от упорядоченных делений клеток, за которыми следует строго ориентированное расширение клеток. Большинство клеток, продуцируемых в меристеме кончика корня, например, проходят три различных фазы развития — деление, рост (удлинение) и дифференцировку.Эти три шага, которые накладываются друг на друга как в пространстве, так и во времени, создают характерную архитектуру кончика корня. Хотя процесс клеточной дифференцировки часто начинается, когда клетка все еще увеличивается в размерах, сравнительно легко различить на кончике корня зону деления клетки, зону ориентированного удлинения клетки (что объясняет рост длины корня), и зона дифференцировки клеток ().
Рисунок 21-112
Растущий кончик корня. (A) Организация последних 2 мм растущего кончика корня.Указаны приблизительные зоны, в которых клетки могут быть разделены, удлиняются и дифференцируются. (B) Апикальная меристема и корневая крышка кончика корня кукурузы, показывающая (подробнее …)
В фазе контролируемого роста, которая обычно следует за делением клеток, дочерние клетки могут часто увеличиваться в объеме в 50 или более раз. более. Это расширение вызывается осмотическим тургорным давлением, которое давит наружу на стенку растительной клетки, и его направление определяется ориентацией фибрилл целлюлозы в клеточной стенке, которые сдерживают расширение вдоль одной оси (см.).Ориентация целлюлозы, в свою очередь, по-видимому, контролируется ориентацией массивов микротрубочек внутри плазматической мембраны, которые, как считается, управляют отложением целлюлозы (обсуждается в главе 19). Эти ориентации могут быть быстро изменены регуляторами роста растений, такими как этилен и гибберелловая кислота (), но молекулярные механизмы, лежащие в основе этих драматических перестроек цитоскелета, все еще неизвестны.
Рисунок 21-113
Различные эффекты регуляторов роста растений этилена и гибберелловой кислоты.Эти регуляторы оказывают быстрое и противоположное действие на ориентацию массива кортикальных микротрубочек в клетках молодых побегов гороха. Типичная клетка в обработанном этиленом (подробнее …)
Каждый модуль растения растет из микроскопического набора примордиев в меристеме
Апикальные меристемы самовоспроизводятся: в многолетнем растении они продолжают выполнять свои функции бесконечно долго, пока растение выживает, и они несут ответственность за его непрерывный рост и развитие. Но апикальные меристемы также дают начало второму типу наростов, развитие которого строго ограничено и завершается формированием структуры, такой как лист или цветок, с определенным размером и формой и коротким сроком жизни.Таким образом, по мере удлинения вегетативного (нецветущего) побега его апикальная меристема закладывает за собой упорядоченную последовательность из узлов, , где выросли листья, и междоузлий, (сегменты стебля). Таким образом, непрерывная деятельность меристемы производит все большее количество подобных модулей, каждый из которых состоит из стебля, листа и бутона (см.). Модули соединены друг с другом поддерживающей и транспортной тканью, а последующие модули точно расположены относительно друг друга, создавая структуру с повторяющимся узором.Этот итеративный способ развития характерен для растений и наблюдается во многих других структурах, помимо системы стебель-лист ().
Рисунок 21-114
Повторяющееся формирование паттерна у растений. Точное размещение последовательных модулей из одной апикальной меристемы дает эти сложные, но регулярные узоры на листьях (A), цветках (B) и плодах (C). (A, от John Sibthorp, Flora Graeca. Лондон: Р. Тейлор, 1806–1840; (подробнее …)
Хотя последний модуль большой, его организация, как и у эмбриона животного, сначала намечена. в микроскопическом масштабе.На вершине побега, на расстоянии миллиметра или меньше, можно найти небольшой низкий центральный купол, окруженный набором характерных вздутий на разных стадиях увеличения (). Центральный купол — это сама апикальная меристема; каждое из окружающих вздутий — зачаток листа. Таким образом, эта небольшая область содержит уже отдельные зачатки нескольких целых модулей. Посредством четко определенной программы пролиферации и увеличения клеток каждый зачаток листа и прилегающие к нему клетки будут расти, образуя лист, узел и междоузлия.Между тем, сама апикальная меристема даст начало новым зачаткам листьев, чтобы генерировать все больше и больше модулей в потенциально бесконечной последовательности. Таким образом, последовательная организация модулей установки контролируется событиями на вершине побега. Это система локальных сигналов в этой крошечной области, которая определяет структуру зачатков — положение одного зачатка листа относительно следующего, расстояние между ними и их расположение относительно самой апикальной меристемы.
Рисунок 21-115
Верхушка побега молодого табака.(A) Микрофотография, полученная с помощью сканирующего электронного микроскопа, показывает верхушку побега с двумя последовательно появляющимися зачатками листьев, которые здесь показаны как боковые вздутия по обе стороны от куполообразной апикальной меристемы. (B) Тонкий срез похожей (подробнее …)
Вариации на эту основную повторяющуюся тему могут привести к более сложной архитектуре, включая такие структуры, как усики, шипы, ветви и цветы. Таким образом, путем включения разных наборов генов на верхушке побега, растение может производить разные типы зачатков с разными пространственными структурами.
Сигнализация клеток поддерживает меристему
Центральным во всех этих явлениях является вопрос о том, как апикальная меристема поддерживает себя. Клетки меристемы должны продолжать размножаться в течение недель, лет или даже столетий по мере роста растения, замещая себя, непрерывно генерируя дифференцирующиеся клетки-потомки. При этом размер кластера клеток, составляющих меристему, остается практически постоянным (например, около 100 клеток у Arabidopsis ).Новые меристемы могут возникать как ветви растений, но они тоже сохраняют тот же размер.
Генетический скрининг выявил гены, необходимые для поддержания меристемы. Например, мутации, которые нарушают ген WUSCHEL , который кодирует гомеодоменный белок, превращают апикальную меристему в немеристематическую ткань, так что проросток не может прорасти. Напротив, мутации в группе генов CLAVATA , кодирующих компоненты сигнального пути клетка-клетка (см.), Делают меристему аномально большой.Эти гены экспрессируются в разных слоях клеток в области меристемы (). Два самых поверхностных клеточных слоя, называемые слоями L1 и L2, вместе с самой верхней частью слоя L3, содержат клетки собственно меристемы, способные делиться на неопределенное время, давая начало будущим частям растения. Меристематические клетки слоев L1 и L2 экспрессируют Clavata3, небольшой секретируемый сигнальный белок. Чуть ниже, в слое L3, находится кластер клеток, экспрессирующих Clavata1 (рецептор Clavata3).В центре этого пластыря Clavata1 находятся клетки, которые экспрессируют регуляторный белок гена Wuschel.
Рисунок 21-116
Петли обратной связи, которые, как считается, поддерживают апикальную меристему побега. (A) Расположение слоев клеток, составляющих апикальную меристему побега. (B) Паттерн межклеточной коммуникации, поддерживающий меристему. Искусственная сверхэкспрессия Wuschel (подробнее …)
Характер клеточных делений подразумевает, что клетки, экспрессирующие Wuschel, сами по себе не являются частью собственно меристемы; новые Wuschel-экспрессирующие клетки, по-видимому, постоянно рекрутируются из меристематической части популяции L3, прямо над доменом Wuschel.Тем не менее, Wuschel-экспрессирующие клетки лежат в основе механизма, поддерживающего меристему. Сигнал, который они производят, поддерживает меристематическое поведение в вышеперечисленных клетках, стимулирует экспрессию генов CLAVATA и, предположительно, заставляет новые клетки, рекрутированные в домен Wuschel, включать Wuschel. Отрицательная обратная связь от верхних меристематических клеток, доставляемая сигнальным путем Clavata, действует обратно на области ниже, чтобы ограничить размер домена Wuschel, тем самым предотвращая чрезмерное увеличение меристемы ().
Это описание меристемы растения все еще остается неопределенным во многих деталях, и другие гены, помимо тех, которые мы упомянули, также задействованы. Тем не менее, математическое моделирование показывает, что системы аналогичного типа, основанные на петле обратной связи, включающей сигнал активации ближнего действия и сигнал ингибирования дальнего действия, могут стабильно поддерживать центр передачи сигналов четко определенного размера даже при постоянном распространении. и оборот ячеек, образующих этот центр. Считается, что аналогичные системы сигналов действуют в развитии животных для поддержания локализованных сигнальных центров, таких как организатор гаструлы земноводных или зона поляризующей активности в зачатке конечности.
До сих пор неизвестно, как клетки, экспрессирующие Wuschel, передают сигнал своим соседям. Одна из возможностей состоит в том, что сам белок Wuschel диффундирует непосредственно от клетки к клетке через плазмодесмы — сигнальный путь, свойственный растениям. Фактически было показано, что некоторые другие регуляторные белки генов перемещаются таким образом в меристемах, распространяясь из клеток, которые содержат соответствующую мРНК, в соседние клетки, которые этого не делают.
Регуляторные мутации могут трансформировать топологию растения путем изменения клеточного поведения в меристеме
Если стебель должен ветвиться, должны быть созданы новые апикальные меристемы побега, и это также зависит от событий в окрестности верхушки побега.На каждом развивающемся узле в остром углу (пазухе) между зачатком листа и стеблем образуется почка (). Он содержит гнездо клеток, происходящих из апикальной меристемы, которые сохраняют меристематический характер. Они обладают способностью становиться апикальной меристемой новой ветви или зачатком такой структуры, как цветок; но у них также есть альтернативный вариант оставаться в состоянии покоя в виде пазушных зачатков . Образец ветвления растения регулируется этим выбором судьбы, и мутации, которые влияют на него, могут трансформировать структуру растения.Кукуруза является прекрасным примером.
Рисунок 21-117
Пазушные почки в районе верхушки побега. На фотографии показан продольный разрез Coleus blumei, комнатного растения обыкновенного. (Из PH Raven, RF Evert и SE Eichhorn, Biology of Plants, 6th edn. New York: Freeman / Worth, 1999, используется с (подробнее …)
Кукуруза представляет собой одно из самых выдающихся достижений человечества в области генной инженерии. Коренные американцы создали его путем селекции в течение нескольких столетий или, возможно, тысячелетий, между 5000 и 10000 лет назад.Они начали с дикой травы, известной как теосинте, с сильно разветвленными листовыми стеблями и крошечными колосьями с несъедобными твердыми зернами. Подробный генетический анализ выявил несколько генетических локусов — около пяти — как места мутаций, которые составляют большую часть различий между этим бесперспективным предком и современной кукурузой. Один из этих локусов с особенно впечатляющим эффектом соответствует гену под названием teosinte разветвленная-1 ( tb1 ). У кукурузы с мутациями потери функции в tb1 обычный простой неразветвленный стебель с несколькими большими листьями, расположенными вдоль него, превращается в плотную ветвистую листовую массу, напоминающую теозинте ().Паттерн ветвления у мутанта подразумевает, что пазушные почки, берущие свое начало в нормальных положениях, ускользнули от подавления, которое не позволяет им у нормальной кукурузы разрастаться в ветви.
Рисунок 21-118
Трансформация архитектуры растения путем мутации: сравнение теозинте, нормальной кукурузы, и кукурузы с дефектом tb1 . (А) Фотографии трех типов растений. (B) Архитектура теосинте, нормальной кукурузы и кукурузы с дефектом tb1 сравнивается схематично.(подробнее …)
У нормальной кукурузы единственный стебель венчает кисточка — мужской цветок, в то время как несколько пазушных почек вдоль стебля развиваются в женские цветки и после оплодотворения образуют початки кукурузы, которые мы едим. У мутантной кукурузы с дефектным геном tb1 эти плодоносные пазушные почки трансформируются в ветви, несущие кисточки. Дикие растения теозинте похожи на кукурузу с дефектом tb1 по своему облиственному, сильно разветвленному виду, но в отличие от этого мутанта оно образует колосья на многих своих боковых ветвях, как если бы tb1 были активными.Анализ ДНК открывает объяснение. И теозинте, и нормальная кукуруза обладают функциональным геном tb1 с почти идентичной кодирующей последовательностью, но у кукурузы регуляторная область подверглась мутации, которая повышает уровень экспрессии гена. Таким образом, у нормальной кукурузы ген экспрессируется на высоком уровне в каждой пазушной почке, подавляя образование ветвей, в то время как у теозинте экспрессия во многих пазушных почках низкая, так что ветви могут формироваться ().
Этот пример показывает, как простые мутации, изменяя поведение мери-стволовых клеток, могут трансформировать структуру растений — принцип огромной важности в селекции растений для производства продуктов питания.В более общем плане случай tb1 иллюстрирует, как новые планы тела, будь то растения или животные, могут развиваться посредством изменений в регуляторной ДНК без изменения характера производимых белков.
Гормональные сигналы дальнего действия координируют события развития в отдельных частях растения
Судьба пазушной почки определяется не только ее генами, но и условиями окружающей среды. Отдельные части растения испытывают разные среды и индивидуально реагируют на них, изменяя способ своего развития.Однако завод должен продолжать функционировать как единое целое. Это требует, чтобы выбор развития и события в одной части растения влияли на выбор развития в других частях растения. Для такой координации необходимы сигналы дальнего действия.
Как известно садоводам, например, отщипнув кончик ветки, можно стимулировать боковой рост: удаление апикальной меристемы снимает торможение покоящихся подмышечных меристем и позволяет им образовывать новые веточки. В этом случае был идентифицирован сигнал дальнего действия от апикальной меристемы или, по крайней мере, ключевой компонент.Это ауксин, член одного из шести известных классов регуляторов роста растений (иногда называемых гормонами растений ), каждый из которых оказывает сильное влияние на развитие растений. Пять других известных классов — это гиббереллины , цитокинины , абсцизовая кислота , газ этилен и брассиностероиды . Как показано на фиг.4, все молекулы представляют собой небольшие молекулы, которые легко проникают через клеточные стенки. Все они синтезируются большинством растительных клеток и могут либо действовать локально, либо транспортироваться, чтобы воздействовать на клетки-мишени на расстоянии.Например, ауксин переносится от клетки к клетке со скоростью около 1 см в час от кончика побега к его основанию. Каждый регулятор роста имеет множество эффектов, и они регулируются другими регуляторами роста, а также сигналами окружающей среды и состоянием питания. Таким образом, ауксин сам по себе может способствовать образованию корней, но в сочетании с гиббереллином он может способствовать удлинению стебля, с цитокинином, ауксином он может подавлять рост боковых побегов, а с этиленом он может стимулировать рост боковых корней.Рецепторы, распознающие некоторые из этих регуляторов роста, обсуждаются в главе 15.
Рисунок 21-119
Регуляторы роста растений. Показана формула одной встречающейся в природе репрезентативной молекулы из каждой из шести групп молекул, регулирующих рост растений.
Гены-селекторы гомеоза определяют части цветка
Меристемы сталкиваются с другими выборами в развитии, помимо выбора между покоем и ростом, как мы уже видели в нашем обсуждении кукурузы, и они также часто регулируются окружающей средой.Самым важным является решение сформировать цветок ().
Рисунок 21-120
Структура цветка Arabidopsis . (Фотограф. (B) Рисунки. (C) Схематический вид в разрезе. Основной план, как показано на (C), является общим для большинства цветущих двудольных растений. (A, любезно предоставлено Лесли Зибуртом.)
Переход от меристематического роста к образованию цветков обычно запускается светом. С помощью плохо изученных механизмов, основанных на поглощении света фитохромными и криптохромными белками (обсуждаемых в главе 15), растение может очень точно ощущать изменение длины дня.Он отвечает включением экспрессии набора генов , идентифицирующих цветочные меристемы, в апикальной меристеме. Включая эти гены, апикальная меристема теряет свои шансы на продолжение вегетативного роста и делает ставку на производство гамет. Его клетки начинают строго конечную программу роста и дифференциации: путем модификации обычных механизмов образования листьев в точном порядке формируются серии завитков специализированных придатков — обычно сначала чашелистики, затем лепестки, затем тычинки, несущие пыльники, содержащие пыльники. пыльца и, наконец, плодолистики, содержащие яйца (см. панель 21-1).К концу этого процесса меристема исчезла, но среди своего потомства она создала половые клетки.
Ряд измененных листьев, образующих цветок, можно сравнить с рядом сегментов тела, образующих муху. У растений, как и у мух, можно найти гомеотические мутации, которые преобразуют одну часть паттерна в характер другой. Мутантные фенотипы можно сгруппировать по крайней мере в четыре класса, в которых изменяются разные, но перекрывающиеся наборы органов (). Первый или класс «А», представленный мутантом apetala2 из Arabidopsis , имеет трансформированные два крайних оборота: чашелистики превращаются в плодолистики, а лепестки — в тычинки.Второй или «B» класс, представленный apetala3, имеет преобразованные два средних оборота: лепестки превращаются в чашелистики, а тычинки — в плодолистики. Третий или класс ‘C’, представленный agamous, имеет преобразованные два внутренних оборота с более радикальными последствиями: тычинки превращаются в лепестки, плодолистики отсутствуют, и на их месте действуют центральные клетки цветка. как цветочная меристема, которая снова начинает свое развитие, порождая еще один ненормальный набор чашелистиков и лепестков, вложенных внутри первого и, возможно, еще одного, вложенного внутрь него, и так до бесконечности.Четвертый класс, мутанты sepallata , имеет три внутренних оборота, все трансформированные в чашелистики.
Рисунок 21-121
Цветки Arabidopsis , демонстрирующие выборку гомеотических мутаций. (A) В apetala2 чашелистиков превращаются в плодолистики, а лепестки — в тычинки; (B) В apetala3 лепестков превращаются в чашелистики, а тычинки в плодолистики; (C) У агамов преобразуется тычинок (подробнее …)
Эти фенотипы идентифицируют четыре класса гомеотических селекторных генов, которые, как и гомеотические селекторные гены Drosophila , все кодируют регуляторные белки генов.Они выражаются в разных доменах и определяют различия в состоянии клеток, которые придают разным частям нормального цветка разные характеры, как показано на рис. Генные продукты взаимодействуют с образованием белковых комплексов, которые управляют экспрессией соответствующих нижестоящих генов. У тройного мутанта, у которого все генетические функции A, B и C отсутствуют, вместо цветка получается неопределенная последовательность тесно вложенных листьев (см.). Напротив, в трансгенном растении, где гены классов A, B и sepallata все экспрессируются вместе вне своих нормальных доменов, листья превращаются в лепестки.Таким образом, листья представляют собой «основное состояние», в котором ни один из этих гомеотических селекторных генов не экспрессируется, в то время как другие типы органов являются результатом экспрессии генов в различных комбинациях.
Фигура 21-122
Экспрессия гомеотического селекторного гена в цветке Arabidopsis . (A) Диаграмма нормальных паттернов экспрессии трех генов, мутантные фенотипы которых проиллюстрированы на фиг. 21-121A-C. Все три гена кодируют регуляторные белки генов. Цветная штриховка (подробнее…)
Подобные исследования были проведены на других видах растений, и был идентифицирован аналогичный набор фенотипов и генов: растения, как и животные, сохранили свои гомеотические селекторные генные системы. Дупликация генов сыграла большую роль в эволюции этих генов: некоторые из них, необходимые в разных органах цветка, имеют явно гомологичные последовательности. Они не относятся к классу гомеобоксов, но являются членами другого семейства регуляторных белков генов (так называемого семейства MADS), также обнаруживаемых у дрожжей и позвоночных.
Очевидно, что растения и животные независимо друг от друга нашли очень похожие решения многих фундаментальных проблем многоклеточного развития.
Резюме
Развитие цветкового растения, как и развития животного, начинается с деления оплодотворенной яйцеклетки с образованием зародыша с поляризованной организацией: апикальная часть зародыша образует побег, базальная часть, корень, а средняя часть — стебель. Сначала деление клеток происходит по всему телу эмбриона.Однако по мере роста эмбриона добавление новых клеток ограничивается небольшими областями, известными как меристемы. Апикальные меристемы на концах побегов и корнях сохраняются на протяжении всей жизни растения, позволяя ему расти за счет последовательного добавления новых частей тела на его периферии. Обычно побег формирует повторяющуюся серию модулей, каждый из которых состоит из сегмента стебля, листа и пазушной почки. Пазушная почка — это потенциальная новая меристема, способная дать начало боковой ветви; окружающая среда и гормональные сигналы дальнего действия внутри растения могут контролировать развитие растения, регулируя активацию почек.Мутации, изменяющие правила активации пазушных почек, могут сильно повлиять на форму и структуру растения; Одна такая мутация — одна из пяти ключевых генетических изменений — составляет большую часть существенных различий между современной кукурузой и ее диким предком, теозинте.
Мелкий сорняк Arabidopsis thaliana широко используется в качестве модельного организма для генетических исследований и является первым растением, геном которого был полностью секвенирован. Как и у животных, гены, управляющие развитием растений, могут быть идентифицированы с помощью генетического скрининга, а их функции проверены с помощью генетических манипуляций.Такие исследования начали обнаруживать молекулярные механизмы, с помощью которых внутренняя организация каждого модуля растения обрисовывается в микроскопическом масштабе через межклеточные взаимодействия в окрестностях апикальной меристемы. Сама меристема, по-видимому, поддерживается с помощью локальной петли обратной связи, в которой клетки, экспрессирующие регуляторный белок гена Wuschel, обеспечивают положительный стимул, а отрицательная обратная связь, зависящая от сигнального пути Clavata, удерживает меристему от слишком большого размера.
Экологические сигналы — особенно свет, который правильно рассчитан по времени — могут вызывать экспрессию генов, которые переключают апикальную меристему из режима формирования листа в режим формирования цветка. Части цветка — чашелистики, лепестки, тычинки и плодолистики — образуются в результате модификации механизма развития листьев, и различия между этими частями контролируются гомеотическими селекторными генами, которые очень похожи (хотя и не гомологичны) на те из животных.
Рассечение цветка — Scientific American
Ключевые концепции
Биология
Ботаника
Рассечение
Растения
Репродукция
Введение
Весна — это когда природа оживает после зимы.На деревьях вырастают листья, трава становится зеленой, а цветы прорастают, показывая красивые цвета, а иногда и распространяя восхитительный аромат. Но смотрели ли вы когда-нибудь на цветок более подробно? Из каких частей состоят цветы? Все цветы похожи? В этом упражнении вы узнаете, рассекая или разбирая цветок по частям. Как вы думаете, сколько частей растения вы можете идентифицировать?
Фон
Растения, из которых производят цветы, известны как цветущие растения. Но разве цветы существуют только для того, чтобы растения выглядели красиво? Не совсем! Хотя они могут быть красивыми для нас, цветы созданы для привлечения опылителей для размножения.Это означает, что цветы являются важной частью процесса выращивания семян, чтобы вырастить больше растений. Если вы внимательно посмотрите на цветок, вы можете увидеть, что он состоит из множества разных частей, каждая из которых имеет определенное назначение.
У некоторых цветковых растений есть стебель, который представляет собой длинный стебель, несущий воду и питательные вещества и поддерживающий цветок. Листья производят пищу для растений посредством фотосинтеза — процесса, который помогает производить пищу для растений из света, углекислого газа и воды.
Когда вы смотрите на цветок цветущего растения, наиболее очевидными частями, вероятно, являются лепестки.Они могут различаться по размеру и форме, но обычно ярко окрашены. Их цель — привлечь пчел и других насекомых, которые помогают опылять растения. Вы можете быть удивлены, узнав, что некоторые цветы — в ботаническом мире их называют «идеальными цветами» — имеют мужские части и женские части, и каждая из них играет важную роль во время опыления.
Мужские части, называемые тычинками, выглядят как длинные стебли (известные как нити) с небольшой круглой формой на конце (так называемый пыльник), которые содержат пыльцу растений.Эта ярко-желтая или оранжевая пыль — это то, что насекомые переносят с одного растения на другое. Опыление происходит, если пыльца попадает в женские части нового цветка, называемого пестиком. Пестик обычно представляет собой длинный стебель, расположенный в центре цветка и также состоящий из нескольких частей. Что наиболее важно, в его нижней части находится завязь, в которой находятся яйца женских растений, называемые семяпочками. Когда пыльца попадает в пестик цветка, яйца или семяпочки внутри завязей растения оплодотворяются.Затем оплодотворенные семяпочки вырастают в семена растений, а завязь становится плодом.
Как видите, цветок — это гораздо больше, чем просто красивый вид: для растения важно создавать больше растений. В этом упражнении внимательно изучите множество различных частей растений и посмотрите, как они различаются от одного цветка к другому!
Материалы
- Три разных крупных свежих цветущих растения, например розы, тюльпаны, лилии, петунии, гвоздики или ирисы.Вам понадобится как минимум стебель с прикрепленным цветком для каждого из них. Примечание. Убедитесь, что вы выбрали «идеальные цветы», у которых есть мужские (тычинки) и женские (пестик) части растений, такие как перечисленные выше. Если у вас аллергия на определенные растения, убедитесь, что вы используете альтернативу.
- Стакан или чашка с водой
- Шесть бумажных тарелок
- Пинцет
- Ножницы
- Увеличительное стекло или ручная линза (дополнительно)
- По крайней мере, один дополнительный (неповрежденный) образец каждого из типов цветов, которые вы выбрали для препарирования (необязательно)
- Бумага (дополнительно)
- Цветные карандаши (по желанию)
- Бумага для плакатов или картон (дополнительно)
- Лента (опционально)
- Один или несколько овощей или фруктов, таких как морковь, свекла, спаржа, брокколи, цветная капуста, помидоры, яблоки, перец, салат, горох, кукуруза или капуста (необязательно)
Подготовка
- Наклейте на каждую бумажную тарелку по одной части растения («Стебель», «Лепесток», «Лист», «Пестик» и «Тычинка»).
- Обозначьте одну дополнительную бумажную тарелку «Другое».
- Нарисуйте линии на каждой бумажной тарелке, чтобы разделить ее на три части.
- Обозначьте каждую секцию на каждой тарелке названием одного из трех цветущих растений.
Процедура
- Внимательно посмотрите на каждое из цветущих растений. Если у вас есть увеличительное стекло, вы можете использовать его, чтобы исследовать свои растения и их цветы. Как выглядит каждое растение и цветок?
- Выберите одно из ваших цветущих растений и приступайте к его вскрытию.Руками, ножницами или пинцетом аккуратно разберите растение. Какие части растения вы можете определить?
- После того, как вы удалили одну часть растения, попытайтесь идентифицировать ее и поместить на соответствующую тарелку. Поместите его в раздел с правильным названием растения. Сможете ли вы найти часть растения для каждой тарелки?
- Если вы не можете идентифицировать конкретную часть растения, поместите ее на табличку «Другое».
- Когда вы закончите разбирать первое растение, посмотрите на все его части. Как можно сравнить разные части одного завода?
- Затем повторите рассечение с двумя оставшимися цветущими растениями. Затем сравните части растения на каждой бумажной тарелке. Что вы замечаете в одной и той же части у разных цветущих растений?
- Посмотрите на все части растения, которые вы разместили на пластине «Другое». Как вы думаете, что это за части растения? Как узнать?
- Экстра: Если у вас есть неповрежденные образцы тех цветов, которые вы препарировали, изучите их, чтобы увидеть, как все идентифицированные вами части растения подходят друг к другу во всем цветке. Как они различаются у разных цветов?
- Экстра: Нарисуйте каждое из ваших цветущих растений на листе бумаги. Раскрасьте свое растение и пометьте каждую часть, которую вы определили.
- Дополнительно: Сделайте плакат с изображением частей растения для каждого растения: Наклейте на лист бумаги название одного из ваших растений. Затем приклейте к одной стороне листа полностью цветущее растение. С другой стороны, приклейте скотчем каждую часть растения к отдельному участку бумаги.Обозначьте каждую часть растения и украсьте свой плакат.
- Экстра: Знаете ли вы, что некоторые части цветковых растений съедобны? Обратите внимание на морковь, свеклу, спаржу, брокколи, цветную капусту, помидоры, яблоки, перец, салат, горох, кукурузу или капусту. Можете ли вы узнать, какие части каждого растения мы обычно едим?
Наблюдения и результаты
Просто взглянув на свои цветущие растения, вы могли заметить, что каждое растение выглядит совершенно по-разному.Очевидные различия, например, в размере или цвете цветка. Однако когда вы рассекали растения, вы должны были определить одни и те же части для каждого из ваших растений. У каждого из них должен был быть стебель, на котором могло быть несколько зеленых листьев; разноцветные лепестки цветов; женская часть цветка (пестик) в центре цветка; и мужские части растения (тычинки), производящие пыльцу. Когда вы сравниваете каждую часть растения, вы могли заметить, что каждая из них выглядит по-разному.Например, лепесток, вероятно, сильно отличался от стебля. Это связано с тем, что каждая часть растения выполняет определенную функцию, и ее внешний вид оптимизирован для выполнения этой функции.
Если вы сравните одни и те же части растения между разными цветами, вы, возможно, заметите, что они в чем-то похожи. Возможно, они не выглядели точно так же, но вы должны были видеть, что у них одинаковые функциональные особенности. Хотя лепестки цветов могут различаться по размеру и цвету, они обычно ярко окрашены или имеют такую форму, чтобы привлекать опылителей, таких как пчелы.Различия между разными цветковыми растениями позволяют идентифицировать разные виды растений.
Очистка
Оставшиеся неповрежденные цветущие растения можно положить в банку или вазу с водой. Выбросьте все рассеченные части цветов в компост или мусор. Очистите рабочее место и вымойте руки водой с мылом.
Больше для изучения
Части растений — цветы, из расширения «Великое побег из растений» Университета Иллинойса.
Наука о весне: изучение пигментов в цветах, из Scientific American. Daily
Наука об окрашивании: капиллярное действие окрашенной воды в растениях, от Scientific American
STEM-упражнения для детей, от Science Buddies
Эта деятельность предоставлена вам в сотрудничестве с Science Buddies
Ученые обнаружили новый орган растения | Наука
В центре растения, торчащий из стебля, находится изогнутый боковой стебель, который поддерживает руку растения с цветком.Тим ГукинКресс-тале может быть обычным сорняком, но для науки это важный модельный организм. Исследователи используют растение в качестве посредника в экспериментах для представления других растений, животных и даже людей — благодаря его относительно короткому жизненному циклу и простому геному. Ученые даже отправили кресс-тале на Международную космическую станцию и на Луну.
«Это плодовая муха растительного мира», — говорит Тим Гукин, молекулярный биолог, ранее работавший в Университете штата Пенсильвания.
Но, несмотря на то, что ученые тщательно изучили растение, Aribidopsis thalania , с 16 века кресс-тале все же удается удивлять. Гукин и его команда обнаружили, что кресс-талай производит орган растения, о котором ранее не сообщалось, как описано сегодня в Development .
Эта неуклюжая на вид часть растения похожа на консольные балки, поддерживающие нижнюю часть мостов, и называется «консолью». Недавно обнаруженная часть выступает из стебля и соединяется с цветоносной ветвью растения, известной как цветоножка.Кантилы кресс-салата придают растению вид согнутых в локтях; у бескантильных растений, кажется, только прямые руки. Кантилы не являются частью стебля и цветоножки. «Это совершенно новый орган», — говорит Гукин.
Как ученые все это время пропускали целую часть тела растения?
Одна из причин, заключил Гукин, заключается в том, что кантилы образуются только тогда, когда кресс-талея задерживает свое цветение, обычно весной, когда световой день ограничен. В это время года кресс-талай медленнее переходит от фазы листообразования к стадии репродуктивного цветения по сравнению с солнечным летом.В этом замедленном темпе кантиль медленно проявляется на пике цветения, сразу после того, как цветоножка дебютирует. Если растение переживает только сезоны с долгими солнечными лучами, кантиль никогда не появится. Исследователи часто выращивают кресс-салат в условиях длинного светового дня, чтобы ускориться до стадии производства семян, не давая времени для развития кантиля.
Другая причина неизвестности кантиля — это широкое использование лабораториями мутантного штамма кресс-салата, который не дает поддерживающей структуры.Этот штамм L er несет мутацию в гене, который, по словам Гукина, не позволяет растению производить эту часть.
«Если вы основываете все свои исследования на этом типе растений, вы никогда не увидите [кантил], потому что он автоматически отменяется для вас», — говорит Гукин.
Открытие Гукиным кантиля как нового органа произошло после кропотливых двенадцатилетних исследований. Когда он впервые наблюдал кантилы в кресс-салатах тале в 2008 году, он беспокоился, что эта часть образовалась после того, как он смешал свои семена или после перекрестного оплодотворения различных штаммов в лаборатории.После нескольких лет выращивания природных штаммов Arabidopsis он наконец подтвердил, что образование кантиля является естественным явлением. Затем последовало трудное исследование, чтобы выяснить, почему природные штаммы Arabidopsis только иногда несут кантиль. Гукин исключил влияние почвы, воды, удобрений и подачи воздуха. В конце концов, он обнаружил, что если он генетически изменит растения, чтобы задержать их цветение, у них в конечном итоге появятся кривые боковые стебли, что закрепило роль задержки цветения как виновника кантилов.По его словам, за открытие происхождения кантиля он вручную вырастил 3 782 растения и обследовал более 20 000 цветоножек.
С трудом добытые открытия Гукина могут стать ключом к пониманию роста кантиля у других растений, говорит Дайсуке Урано, ботаник из лаборатории наук о жизни Темасек, Сингапур, который не принимал участия в исследовании. Кантилы еще не зарегистрированы ни на каких других растениях, но Урано говорит, что кантилы или аналогичные структуры, вероятно, существуют в других кустах.
«Формирование кантиляможет помочь нам понять, как в целом формируются структуры растений», — говорит Николас Проварт, системный биолог из Университета Торонто, не принимавший участия в исследовании.Проварт говорит, что это может быть важно для выращивания более продуктивных сортов растений в сельском хозяйстве. В качестве примера того, как оптимизация структуры растений может повысить продуктивность сельского хозяйства, он указывает, что в 2000-х годах ученые культивировали более короткие варианты сортов пшеницы и риса, что привело к повышению урожайности, поскольку карликовые растения менее гибкие и более стабильные. «Есть определенные преимущества, — говорит Провар, — если просто изменить архитектуру растений определенным образом».
Хотя сейчас неясно, как кантил может иметь какое-либо прямое сельскохозяйственное значение, «он также полезен с научной точки зрения», — говорит Проварт.«Иногда что-то открывается, а затем, через 10 или 15 лет, кто-то замечает это … Так работает наука — это собрание, казалось бы, случайных открытий».
По оценкамProvart, опубликовано около 78000 статей, касающихся кресс-салата, «поэтому забавно видеть, как описываются некоторые новые части после того, как все это исследование было проведено на Arabidopsis », — говорит он.
« Arabidopsis был в научной области в течение многих лет — десятилетий», — отмечает Урано.«Все используют Arabidopsis , вероятно, более 10 000 исследователей в мире». Он добавляет: «Тем не менее, ученые находят новый орган… Это потрясающе».
Биология Ботаника Эволюция Цветы Новое исследование РастенияТочное опыление: как это делают цветы
Опыление могло обернуться хаосом.С сотнями пыльцевых зерен, растущих длинными трубками к семяпочкам, чтобы доставить свою сперму к женским гаметам, как цветок может гарантировать, что ровно два фертильных сперматозоида достигают каждой семяпочки? В новом исследовании биологи Университета Брауна сообщают об открытии того, как растения оптимизируют распределение пыльцы для успешного воспроизводства.
PROVIDENCE, R.I. [Brown University] — Следующий день матери, скажем, с развитой моделью логистической эффективности — цветок. Новое открытие о том, как природные символы романтики управляют распределением сперматозоидов между женскими гаметами с промышленной точностью, помогает объяснить, почему хрупкие красотки размножаются достаточно широко, чтобы доминировать на Земле.
При опылении сотни несущих сперматозоиды пыльцевых зерен прилипают к рыльцу, подвешенному в середине цветка, и быстро вырастают трубкой по длинному стержню, называемому стилем, по направлению к скоплениям семяпочек, которые содержат две женские половые клетки. Это могло быть хаотическим безумием, но для того, чтобы растение преуспело, ровно два фертильных сперматозоида должны достичь двух клеток в каждой яйцеклетке — ни больше, ни меньше. Ни одна яйцеклетка не должна быть исключена либо потому, что слишком много трубок ушло в другое место, либо потому, что доставленная сперма не работает.
Ни больше, ни меньше Ровно два фертильных сперматозоида должны достичь двух клеток в каждой яйцеклетке. Кристин Бил и Марк Джонсон обнаружили, что Arabidopsis, удобное исследовательское растение, решило задачу «не слишком много, не слишком мало». Кредит: Майк Кохи / Университет Брауна В журнале Current Biology биологи Университета Брауна сообщают, что цветы разработали элегантную систему защиты, гарантирующую, что только минимально необходимое количество пыльцевых трубок достигнет каждой семяпочки.
«Существует механизм, который предотвращает доставку слишком большого количества сперматозоидов из слишком большого количества пыльцевых трубок», — сказал Марк Джонсон, доцент кафедры биологии Брауна и старший автор новой статьи, в которой подробно описывается открытие. «Но еще одна крутая вещь заключается в том, что есть способ спасти оплодотворение, если первый отец — неудачник».
По сути, успешное слияние сперматозоидов и женских гамет немедленно прекращает передачу сигналов, привлекающих пыльцевые трубки к яйцеклетке, открытие первого автора Кристин Бил, аспиранта лаборатории Джонсона.
«Предыдущие модели утверждали, что входа в пыльцевую трубку достаточно — что как только одна пыльцевая трубка войдет, другие будут отталкиваться», — сказал Бил. «Но мы показываем, что это процесс слияния гамет».
Добавил Джонсон: «Пока не произойдет слияние, нет гарантии, что у вас будет успешное формирование семян».
Тайна раскрыта с помощью мутантов
Хотя ученые веками изучали воспроизводство растений, инструменты, позволяющие сделать открытие Биля, стали доступны только в последние несколько лет, сказал Джонсон.Вооружившись этими новыми возможностями, команда, включая второго автора Александра Лейдона, провела серию экспериментов на растениях Arabidopsis, модельном растении для исследований.
Самым важным инструментом был обнаруженный командой мутант пыльцы под названием hap2. Мутант превращает пыльцевую трубку в яйцеклетку и лопается, выделяя сперму, нормальный ход событий. Но сперма hap2 не может сливаться с женскими гаметами. Это удобная пустышка. Команда также использовала новые методы, которые позволяют пыльцевым трубкам и сперматозоидам флуоресцировать зеленым или красным цветом.Таким образом, они могли наблюдать, как различные трубки взаимодействуют с семяпочками.
В своем первом эксперименте команда отправила здоровую сперму, половина из которых была перенесена в пробирки с красными метками, а половина — в пробирки с зеленой меткой. Если в смеси не было ничего, кроме здоровых сперматозоидов, только около 1 процента яйцеклеток образовывали несколько пыльцевых трубок (явление, которое Бил назвал «политубей»). Семяпочки могут блокировать политубей в подавляющем большинстве случаев.
Затем команда провела забор спермы, в котором каждый четвертый оказался некачественным.Политубей вырос в десять раз. Одна неудачная яйцеклетка в конечном итоге привлекла четыре трубки, что указывает на то, что политубеия разрешена до тех пор, пока не появится плодородная сперма.
В другом эксперименте с мутантными сперматозоидами, помеченными красным и нормальным, или «диким» пыльцевыми трубками, помеченными зеленым, исследователи увидели политубей только там, где было красное свечение под микроскопом.
«Мы не наблюдали семяпочек, на которые нацелены две пыльцевые трубки, несущие сперматозоиды дикого типа», — написали они в журнале. «Яйца, которые сначала поражаются дефектными сперматозоидами, могут привлекать дополнительные пыльцевые трубки; но когда привлекаются сперматозоиды дикого типа, последующие пыльцевые трубки блокируются.”
В статье группа также показала, что одна из двух клеток, ответственных за привлечение пыльцевых трубок, будет сохраняться в семяпочке до тех пор, пока не произойдет слияние гамет. По словам Джонсона, хотя команда не определила точную сигнальную молекулу, отвечающую за блокирование политубеев после слияния гамет, исследование действительно помогает ученым определить, какой должна быть эта сигнальная молекула. Он сказал, что оно должно быть быстродействующим и мощным.
Джонсон сказал, что исследование может в конечном итоге найти применение в сельском хозяйстве, либо потому, что оно может помочь удобрению, когда оно затруднено, например, из-за плохих условий окружающей среды, либо в коммерческом выращивании кукурузы.Семеноводческие компании создают гибриды, удобряя кукурузу пыльцой, собранной вручную, и для этого им нужны сорта, в которых можно контролировать мужскую фертильность.
Собственная система Nature, однако, кажется, гарантирует, что практически каждая яйцеклетка будет иметь точно нужное количество здоровой спермы. Используя этот недавно понятый механизм, цветы становятся самыми плодовитыми мамами, какими они могут быть.
Национальный научный фонд и Инициатива Университета Брауна Национальных институтов здравоохранения по максимальному развитию студентов финансировали работу.
Новое понимание молекулярного механизма цветовой дифференциации цветочных сегментов орхидей
Растительный материал и образцы
Rhyncholaeliocattleya Цветки Beauty Girl ‘KOVA’ (KOVA) очень большие, с бледно-розовыми околоцветниками и пурпурно-красным эпихилем. и желтый hypochile (Fig. 1a), тогда как KOVA мутант 1 (M1) обнаруживает губу, которая трансформировалась в лепестки (Fig. 6a). Гибрид Цветок Phalaenopsis имеет белые околоцветники и светло-желтую губу с красными полосками (рис.4а) и использовался для анализа временной сверхэкспрессии для определения функции изоформ / унигенов.
Все орхидеи, использованные в этом исследовании, были выращены в теплице Китайского академического лесоводства (Пекин, Китай) при естественном освещении при дневных и ночных температурах 24–30 ° C.
Мы собрали чашелистики, лепестки, пурпурно-красную область эпихилов и желтую область гипохилов от цветков KOVA на D1 (т.е. при длине пузырька <2 см), D4 (т.е. при длине пузырька 4–5 см), D7 ( то есть через два дня после цветения) и D8 (т.е., через десять дней после цветения) (рис. 1г). Были также взяты образцы тех же четырех тканей цветков M1. Были взяты образцы областей временной сверхэкспрессии изоформы / унигена в гибридных цветках Phalaenopsis . Все материалы были отобраны, немедленно заморожены в жидком азоте и затем сохранены при -80 ° C.
Идентификация пигментов
Согласно предыдущему исследованию 47 , ткани цветка взвешивали (50 мг), измельчали в порошок в жидком азоте и ресуспендировали в 200 мкл метанола, что позволяло извлекать флавоноиды и каротиноиды из ткани. пудра.Затем к метанольному экстракту добавляли равный объем воды и дихлорметана с последующим тщательным перемешиванием. Наконец, образцы центрифугировали при 13000 об / мин в течение 2 минут для разделения флавоноидов и каротиноидов на надосадочную жидкость (водную) и нижнюю жидкость (неводную).
Профилирование метаболитов
Флавоноиды и каротиноиды в чашелистниках, лепестках, эпихиле и гипохиле цветков KOVA на D7 и D8 были идентифицированы и количественно определены с помощью системы LC-ESI-MS / MS (рис.1d; ВЭЖХ, УФЖХ система SHIMADZU CBM20A, www.shimadzu.com.cn/; MS, Applied Biosystems 4500 QTrap, www.appliedbiosystems.com.cn/). Кроме того, общий хлорофилл был экстрагирован и количественно определен, как описано ранее в ссылке. 48 . На обоих этапах оценивали три биологических пучка реплик для каждой части цветка (т.е. образцы одного и того же сегмента от четырех особей были смешаны для образования одной реплики), всего 24 образца. Флавоноиды, присутствующие в лиофилизированных образцах, были извлечены, идентифицированы и количественно определены с использованием ранее описанного метода 49 .
Для экстракции каротиноидов лиофилизированные образцы измельчали в порошок с помощью миксера-мельницы (MM 400, Retsch, Германия) с шариком из диоксида циркония в течение 1,5 мин при 30 Гц, и 100 мг порошка взвешивали и добавляли к 1 массе. мл экстракционного раствора 1 (гексан – ацетон – этанол (2: 1: 1 по объему), содержащего 0,1% бутилированного гидрокситолуола). Затем образец встряхивали в течение 30 с и центрифугировали при 14000 об / мин и 4 ° C в течение 5 минут. Жидкий супернатант собирали и смешивали с 1 мл экстракционного раствора, и смесь снова центрифугировали.Конечную надосадочную жидкость сушили в потоке газообразного азота. Всего 200 мкл экстракционного раствора 2 ((этилнитрил-метиловый спирт) -метил-трет-бутиловый эфир (17 (3: 1): 3) по объему) использовали для растворения высушенных остатков, а затем образец встряхивали. в течение 30 с и центрифугировали при 12000 об / мин при 4 ° C в течение 2 мин. Наконец, остатки экстракта фильтровали через мембранный фильтр 0,22 мкм и хранили в коричневых бутылях. Количественное определение каротиноидов в образцах проводили согласно ранее описанному методу 50 .Кроме того, общие каротиноиды и антоцианы образцов, показывающих временную сверхэкспрессию, были извлечены и количественно определены, как описано ранее 48,51 .
Экстракция общей РНК и оценка качества
Все лиофилизированные образцы измельчали до порошка в жидком азоте и взвешивали (50 мг) для экстракции общей РНК с использованием набора для экстракции РНК (Huayueyang Biotechnology Inc., Пекин, Китай) после технические характеристики комплекта. Мы использовали биоанализатор Agilent 2100 (Agilent Technologies Inc., CA, США) и электрофорез в агарозном геле для определения целостности РНК, а также чистоту и концентрацию РНК анализировали с использованием системы NanoDrop ™ One / One C (Thermo Fisher Scientific, MA, США).
PacBio
Подготовка библиотеки Iso-Seq , секвенирование и анализ данныхPacBio Подготовка и секвенирование библиотеки Iso-Seq выполняли, как описано ранее 52 с некоторыми модификациями. Для получения всех полноразмерных последовательностей транскриптомов, экспрессируемых во время развития цветка KOVA, общую РНК чашелистиков, лепестков, эпихилов и гипохилов из цветков D1, D7 и D8 полностью смешивали в равных количествах для создания библиотек секвенирования.Затем кДНК синтезировали с использованием набора SMARTer ™ PCR cDNA Synthesis. После 14 циклов ПЦР-амплификации продукты размером 1–4 т.п.н. и размером> 4 т.п.н. использовали для конструирования библиотек с использованием системы выбора размера BluePippin ™ (Sage Science, MA, США). Затем для двух библиотек была проведена крупномасштабная ПЦР для амплификации полноразмерной кДНК, которая была использована для конструирования библиотеки SMRTbell (включая восстановление повреждений кДНК, окончательную репарацию и лигирование с адаптерами типа гантели SMRT). Перед секвенированием матрицу SMRTbell отжигали с праймером для секвенирования, и полимеразу связывали с отожженной матрицей с праймером.Связанные с полимеразой шаблоны секвенировали на платформе PacBio Sequel с использованием химии P6-C4 с 10-часовыми фильмами.
Уникальные полноразмерные последовательности транскриптомов (изоформы) были получены из необработанных данных секвенирования с использованием конвейера SMRT Link v5.0.1 53 , поддерживаемого Pacific Biosciences. Сначала считывания циклической согласованной последовательности (CCS) были извлечены из подпотоков в файле BAM. Во-вторых, чтения CCS были классифицированы на полноразмерные нехимерные (FLNC), неполноразмерные (nFL), химерные и короткие (т.е.(длина считывания <200 п.н.) считывания в зависимости от того, были ли обнаружены праймеры кДНК и поли-A-хвосты. Впоследствии мы использовали итеративную кластеризацию для исправления ошибок (ICE) для кластеризации чтений FLNC и генерации согласованных чтений FLNC, которые были дополнительно обработаны чтениями nFL с использованием Quiver для получения высококачественных согласованных чтений FLNC. Наконец, избыточные высококачественные согласованные чтения FLNC были удалены с помощью CD-HIT-v4.6.7 54 с порогом идентичности 0,99 для получения окончательных изоформ.
Последние изоформы были аннотированы поиском BLAST в базе данных неизбыточных белков (Nr) (http://www.ncbi.nlm.nih.gov) и в базе данных Киотской энциклопедии генов и геномов (KEGG) (http: // www.genome.jp/kegg) при пороговом значении E, равном 1e − 5. Чтобы исключить изоформы, которые могли быть производными от вируса мозаики Cymbidium (CymMV), мы использовали геномы CymMV (ref | NC_001812.1 |) в качестве эталона для идентификации вирусных изоформ по их сходству (охват запросов> 90% и процент идентичности> 80%) и получили окончательный набор изоформ.Кодирующие последовательности (CDS), последовательности белков и последовательности UTR изоформ анализировали с использованием ANGEL 55 . Мы выровняли белковые последовательности изоформ с базой данных Pfam (версия 26.0) с помощью программы Pfam_Scan 56 и базы данных SMART (версия 06/08/2012) с программой HMMER для профильных моделей Маркова со скрытым профилем для анализа биопоследовательностей (http: //hmmer.org/) для прогнозирования белковых доменов.
Подготовка библиотеки транскриптомов Illumina (RNA-Seq), секвенирование и оценка уровня экспрессии
Суммарная РНК чашелистиков, лепестков, эпихилов и гипохилов из цветков D1, D4, D7 и D8 была извлечена и использована для RNA-Seq секвенирование (рис.1d) с целью описания профиля экспрессии транскриптома во время развития цветка KOVA. На этих четырех этапах оценивались три биологических пучка реплик от каждой части цветка (т.е. образцы из тех же структур 4-6 особей были смешаны для образования одной реплики), всего 48 образцов. РНК — Подготовка библиотеки Seq проводилась в соответствии с предыдущим исследованием 57 . Конечные продукты ПЦР секвенировали с использованием Illumina HiSeq TM 4000.
Мы использовали собственные сценарии Perl для обработки необработанных данных для получения чистых данных. В этом процессе чтения, содержащие адаптеры, чтения, содержащие более 10% неизвестных нуклеотидов (N), и чтения низкого качества, содержащие более 50% низкокачественных ( Q -значение ≤ 10) оснований, были отфильтрованы из необработанных данных. Считывания рРНК были удалены из чистых данных для получения эффективных данных с использованием Bowtie2 58 . Эффективные данные были сопоставлены с геномом CymMV (ref | NC_001812.1 |) с помощью bowtie2, а считывания CymMV были отфильтрованы из эффективных данных для генерации окончательных чистых данных.Эти окончательные чистые данные затем были сопоставлены с геномом псевдосвязи (т.е. ранее описанным окончательным набором изоформ) с использованием HISAT2 59 . Неотмеченные чтения были собраны de novo с помощью Trinity 60 , чтобы получить unigene набор. Аннотации, CDS, белковые последовательности, UTR-последовательности и предсказания белковых доменов унигенов были проанализированы с использованием метода, совместимого с вышеуказанным подходом. Затем мы объединили эти унигены с данными PacBio Iso-Seq, что привело к окончательному эталонному транскриптому для KOVA.Уровни экспрессии изоформ и унигена оценивали методом FPKM с использованием RSEM 61 .
Филогенетический анализ и построение сети коэкспрессии
Филогенетическое дерево ML было построено с использованием RAxML-HPC BlackBox с параметрами по умолчанию в CIPRES SCIENCE GATEWAY (http://www.phylo.org/) для анализа филогенетических отношений среди R2R3-MYBs KOVA и генов других растений. Выравнивание последовательностей проводили с MUSCLE 62 .Затем были построены филогенетические деревья штата Нью-Джерси со значениями начальной загрузки, оцененными из 1000 повторных прогонов с использованием MEGA7 63 для анализа филогенетических отношений между AP3- и AGL6-подобными генами KOVA и генами других растений. Филогенетические деревья были модифицированы с помощью Evolgenius (http://www.evolgenius.info/evolview/). Анализ тепловой карты использовался для отображения профиля экспрессии изоформ / унигена с помощью инструментов Omiscshare (http://omicshare.com/tools/). WGCNA была выполнена с использованием WGCNA (v1.47) пакет в R 64 . Значения экспрессии isoforms / unigenes были импортированы в пакет WGCNA для создания модулей коэкспрессии с использованием функции автоматического построения сети blockwiseModules с параметрами deissuesettings, за исключением того, что степень составляла 0,5; TOMType был беззнаковым; mergeCutHeigh было 0,8; и minModuleSize был 50. Все изоформы / унигены были окончательно сгруппированы в 17 модулей. Сети были визуализированы с помощью Cytoscape v3.3.0.
Анализ qRT-PCR
кДНК синтезировали из общей РНК с использованием EasyScript One-Step gDNA Removal и cDNA Synthesis SuperMix (TransGen Biotech, Пекин, Китай).Пары праймеров для каждой изоформы / унигена были сконструированы с использованием NCBI Primer-BLAST (http://www.ncbi.nlm.nih.gov). Матрицу кДНК полностью смешивали с 2X TB Green ™ Premix Ex Taq ™ (TaKaRa, Япония) и использовали для qRT-PCR в системе LightCycler 480 (Roche, США). Протокол qRT-PCR включал начальный этап денатурации (95 ° C в течение 30 с, скорость изменения 4,4 ° C / с), за которым следовали 45 циклов ПЦР (95 ° C в течение 5 секунд, скорость изменения 4,4 ° C / с. ; 60 ° C в течение 30 с, скорость нарастания 2,2 ° C / с, режим сбора данных: одиночный), плавление (режим анализа: кривая плавления, 95 ° C в течение 5 с, скорость нарастания 4.4 ° С / с; 60 ° C в течение 1 мин, скорость изменения 2,2 ° C / с; 95 ° C, режим сбора данных: непрерывный, регистрация: 5 / ° C) и охлаждение (50 ° C в течение 30 с, скорость линейного изменения 2,2 ° C / с). От D1 до D8 уровни транскрипции изоформ / унигенов были рассчитаны из трех биологических образцов. Для нормализации использовали 18S ген домашнего хозяйства KOVA и PeActin4 65 . Все праймеры для ПЦР перечислены в дополнительных материалах (дополнительная таблица 1).
Временная сверхэкспрессия
R2R3-MYB s инфильтрацией AgrobacteriumCDS RcPCP1 , RcPAP1 и RcPAP2 были созданы Дополнительная таблица 1).Конструирование вектора сверхэкспрессии и инфильтрация выполнялись с использованием ранее описанного метода 5 с некоторыми модификациями. Вкратце, RcRCP1 , RcPA1 и RcPA2 были лигированы в pCAMBIA1304 с использованием лигазы Т4. Рекомбинантные плазмиды трансформировали в Agrobacterium tumefaciens EHA105 посредством тепловой активации. После инкубации раствор EHA105, содержащий векторы сверхэкспрессии, центрифугировали, а затем осадок бактериальных клеток ресуспендировали, добавляя жидкую инфекционную среду (жидкая среда Мурашиге и Скуга, содержащая 1 мМ MES и 100 мкМ ацетосирингон) до OD 600 = 1.Конечные суспензии вводили в лепестки гибрида Phalaenopsis за два дня до цветения с помощью инжектора. Впоследствии инфицированный гибрид Phalaenopsis культивировали в теплице Китайского академического лесного хозяйства при естественном освещении при дневных и ночных температурах от 24 до 30 ° C в течение 6-8 дней. После появления стабильного фенотипа сфотографировали область временной сверхэкспрессии изоформы / унигена в цветке и экстрагировали РНК.Чтобы гарантировать надежность результатов, оценку фенотипов в анализе временной сверхэкспрессии каждой изоформы / унигена независимо повторяли по крайней мере три раза.
Статистика и воспроизводимость
Значимый тест был проведен парным тестом Стьюдента t с использованием инструментов Omiscshare (http://omicshare.com/tools/), а звездочка и двойная звездочка указывают значения, которые значительно отличаются от значений в выборке с наибольшим значением при P <0.05 и P <0,01 соответственно. В эксперименте секвенирования RNA-Seq и профилирования метаболитов оценивали три биологических пучка реплик из каждой части цветка (т.е. образцы из тех же структур 4-6 особей были смешаны для образования одной реплики). Для анализов временной сверхэкспрессии оценку фенотипов в анализе временной сверхэкспрессии каждой изоформы / унигена независимо повторяли, по крайней мере, три раза, чтобы гарантировать надежность и воспроизводимость результатов.