Международный космический общеобразовательный эксперимент MicroLADA

Результаты защиты исследовательской деятельности.
Диплом III степени в районной олимпиаде по биологии.
Международная конференция «Старт в науку» сертификат участника конференции.
Международная конференция «Интеллектуальное возрождение» диплом II степени.

Введение
Данная работа является частью комплексного исследования роста и развития растений в лаборатории «MicroLADA» , проводимого в рамках деятельности школьного научного общества гимназии № 498 города Санкт–Петербурга.
Возможность участвовать в настоящем космическом эксперименте, сотрудничая с космонавтом и сверстниками из разных частей мира, – большая честь для каждого школьника.
В ходе Международного космического образовательного эксперимента «MicroLada-3» учащиеся Москвы, Санкт-Петербурга, США и Японии параллельно с космонавтом Юрием Ивановичем Маленченко (работающим на Международной космической станции) в специальных модулях вырастили третий урожай гороха усатого. Результат этого эксперимента дополнил наши знания о том, чем отличается развитие растений в земных и «космических» условиях. В течение нескольких месяцев эксперимента школьники из разных стран и космонавт обменивались своими наблюдениями и фотографиями.
Начало эксперимента – 22 января 2008 года. Окончание – 10 апреля 2008года.

Обоснование эксперимента
Вопрос: «Есть ли жизнь на Марсе?» не давал покоя учёным не один год. И вот сейчас ответ на данный вопрос стал наиболее близок. Но перед учёными встала проблема: как же обеспечить экипаж питательными запасами? Полёт к Марсу по трассе Земля-Марс-Земля может продолжаться более трёх лет. Для сравнения, на экипаж, состоящий из трёх человек, понадобится примерно 3 т обезвоженных продуктов и столько же кислорода, более 5 т воды. И эксперимент, в котором нам посчастливилось принять участие, является частью эксперимента «Марс - 500», который в свою очередь поможет осуществить экспедицию на Марс.

Цели исследования
Целью данной работы является:
Выращивание третьего урожая гороха усатого (генетически маркированная карликовая линия 131 Pisum sativum из коллекции кафедры генетики и селекции Биологического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова) в установке MicroLADA.
Исследование этапов развития растения путём сравнительного анализа роста растения в нашей гимназии и на Международной космической станции.
Анализ зависимости роста растения от объёма поглощенной воды и температуры почвогрунта.
Сравнение массы почвогрунта до и после эксперимента.

Материалы исследования
Объект исследования - горох усатый (генетически маркированная карликовая линия 131 Pisum sativum из коллекции кафедры генетики и селекции Биологического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова). Высота растений
25- 30 см, листовая пластинка трансформирована в разветвленные усики, окраска лепестков - розово-лиловая, окраска бобов - зеленая. Выбор растения гороха усатого обусловлен большим количеством плодов, хорошей всхожестью в условиях невесомости. Для выращивания были отобраны 12 семян общей массой 3,2 г.

Третий урожай гороха усатого мы выращивали в лаборатории MicroLADA, имеющей размеры: 24,5 см х 20,5 см х 37 см.
1-вентилятор, вследствие работы которого растение получает кислород.
2-люминисцентные лампы дают растению свет и тепло 24 часа в сутки.
3-почвогрунт.
4-датчик наблюдения.

Методы исследования
Контейнер с почвогрунтом помещался в лабораторию «MicroLADA».
Семена были посажены на расстоянии 3 см друг от друга и на глубину 1 см в количестве 12 штук в предварительно взвешенный почвогрунт.

Для фиксирования результатов исследования применялась разнообразная система измерения. Каждый день участники исследовательской группы приходили в лабораторию в 11.45. для снятия показаний с приборов и определения объёма поглощённой воды, сравнения темпов роста стебля, листьев, образования цветков, плодов. Все данные заносились в дневник наблюдений.

Литературный обзор
Распространенный в культуре горох посевной обладает большим разнообразием форм и возделывается во многих странах мира. Возделываемые сорта гороха относятся к виду посевной, подвиду обыкновенный. Растения имеют неясночетырехгранный, внутри полый, легкополегающий стебель, длина которого изменяется у карликовых форм – от 30 до 50 см. Лист сложный, обычно состоит из черешка и 2-3 пар листочков и усиков. Цветки мотылькового типа состоят из паруса, двух крыльев и лодочки. Плод гороха – боб, состоит из двух створок, но развивается из одного плодолистика. Длина боба – 3-15 см. В каждом из них 3-8, иногда до 10 семян.
Большинство возделываемых у нас сортов гороха относится к растениям длинного дня. При продвижении с юга на север развитие культуры ускоряется. Горох относительно малотребователен к теплу, семена его могут прорастать при температуре 1 - 2С. Однако в таких условиях прорастание семян идет очень медленно (12 – 20 дней и больше), всходы бывают ослабленными. Минимальная температура, необходимая для нормального развития всходов и формирования вегетативных органов, составляет 4 – 5С. С повышением ее до 10С, семена прорастают в течение пяти – семи дней.

Оптимальная среднесуточная температура воздуха в период формирования вегетативных органов 12 – 16С, для формирования генеративных органов
16 - 20С, в период роста бобов и налива семян 16 - 22С. Температура выше 26С отрицательно влияет на количество и качество урожая гороха.
Горох требователен к влаге. Критический период к недостатку влаги у гороха довольно длительный – от закладки генеративных органов до полного цветения. В то же время горох отзывчив на полив, особенно в период формирования бутонов, цветения и начала налива бобов.
Исследования, проведённые в лаборатории МГУ, позволили Куперман Ф.М. выделить для одно- и двулетних растений 12 последовательных этапов органогенеза. При этом на I и II этапах происходит дифференциация вегетативных органов, на III и IV – дифференциация зачаточного соцветия, на V – VIII – формирование цветков, на IX – оплодотворение и образование зиготы, на X – XII – рост и формирование семян. Жизнь каждой особи растения характеризуется индивидуальным развитием.
Мы выделили отдельные фазы развития как вегетативных органов (например, корня, стебля, листа, побега), так и репродуктивных (например, цветка или семени).

Результаты
Данная работа является частью комплексного исследования роста и развития растений в разных условиях существования на протяжении многих лет, проводимая учащимися нашей гимназии в рамках школьного научного общества. Проведённое исследование позволяет сделать вывод, что в установке MicroLADA можно автономно вырастить растение. Свет горох усатый получает от ламп, находящихся на верхней стенке модуля MicroLADA, кислород вследствие работы вентилятора, вмонтированного в заднюю стенку лаборатории, питательные вещества путём фотосинтеза. Учащиеся осуществляют только полив растений.

Рост растений в гимназии № 498

22 февраля
Гимназия №498
МКС - 16

11 марта
Гимназия №498
МКС - 16

27 марта
Гимназия №498
МКС - 16

Сравнительный график роста растений
гимназии №498 и МКС – 16.

Зависимость роста растения от объёма поглощённой воды

Зависимость роста растения от температуры почвогрунта

Сравнение массы почвогрунта до и после эксперимента
Масса почвогрунта до эксперимента. М=2052,5 г
Масса почвогрунта после эксперимента. М=2018 г
Масса выращенных растений вместе с корневой системой, стеблями, листьями и плодами составляет 31,95 г

Выводы
Эксперимент MicroLADA позволил:
Получить семена растений гороха, выращенных из космических семян.
Провести сравнительный анализ роста и развития растений в условиях невесомости и в условиях гравитации. В условиях невесомости данное растение развивается интенсивнее и даёт больше плодов, нежели в условиях гравитации.
Проанализировать зависимость роста растений от температуры и объема поглощаемой воды. Наибольшее значение поглощенной воды соответствует дате цветения гороха, а максимум температуры почвогрунта росту плодов.
Сравнить массу почвогрунта до и после эксперимента. Разница в массе почвогрунта до и после эксперимента составляет 34,5 г.

Личный вклад в исследование
Я являлась координатором исследовательской группы гимназии №498, делала графики, доклады, следила за поливом растения и снятия показаний с приборов, делала фотоснимки и отправляла их по электронной почте Аниськову Виктору Ивановичу, который в свою очередь являлся координатором эксперимента в городе Санкт – Петербурге.

Благодарность
Я благодарю моих научных руководителей – Силантьеву Ирину Николаевну и Терешкову Татьяну Ивановну – за помощь в оформлении работы а также всю исследовательскую группу за проявление энтузиазма и активности в проведении данного эксперимента в нашей гимназии.