М.А. БАРИНОВА

Опыты со мхами на уроках биологии и экскурсиях в природу

Conocephalon conicum

На изучение мохообразных в школе отводится очень мало времени. Между тем эти интереснейшие растения могут служить объектом несложных, но любопытных опытов и наблюдений, приоткрывающих тайны их жизни и способных вызвать у учеников большой интерес. При этом нет необходимости вникать в тонкости строения или систематического положения мхов и вообще «привязывать» опыты ко времени изучения этих растений на уроках. Такая работа может быть проведена при изучении разных тем курса ботаники и биологии в целом или на факультативных занятиях. Тем более, что и изучение мхов в природе, и опыты с ними в классе можно проводить в любое время года. Как зимой, так и летом в жизни мхов можно отметить немало интересного.

Материалы и оборудование

На группу: секундомер, экспонометр или фотоаппарат с возможностью замера освещенности, весы с точностью взвешивания до 10 мг, термометр со шкалой от –10 °С до +50 °С и ценой деления в 1°С или точнее.
На 2–3 человек или на каждого ученика: линейка 20 см с миллиметровыми делениями, полиэтиленовые пакеты 15x20 см для сбора материала – 3–5 шт., нитки белые – 10 м, фильтровальная бумага – 3–5 листов 20x30 см или эквивалентное количество бумажных фильтров, лупа x7, тетрадь для записи результатов опытов, вода (около 200 мл) для полива и бутылочка объемом 100–500 мл с насадкой-пульверизатором.

Bryum argenteum

Опыты и наблюдения во время экскурсии в природу

Перед началом работы ребятам следует напомнить или рассказать о следующих особенностях мхов.

Мхи являются пойкилогидридными организмами, т.е. насыщенность их тканей влагой может меняться в широких пределах, в зависимости от окружающих условий, вплоть до полного высыхания, что не мешает им сохранять жизнеспособность.

В природе мхи часто растут дерновинками – группами, влажность и температура внутри которых определяется особенностями структуры дерновинки и может существенно отличаться от окружающей среды.

Мхи, как и другие растения умеренного климата, имеют четко выраженный период бурного роста в конце весны – начале лета, но, в отличие от других растений, продолжают расти и в другие сезоны, да-же при небольшой отрицательной температуре воздуха. Это возможно потому, что в тонком слое, где расположены дерновинки мха – на коре деревьев или на земле, – температура на некоторое время может стать положительной даже зимой, если этот участок окажется на солнце.

Grimmia

Размножаются мхи двумя способами – спорами и вегетативно: различными фрагментами – от крупных побегов до кусочков «листа» и с помощью специальных органов вегетативного размножения – выводковых почек и т.п.

Спорофит мха – коробочка на ножке – имеет различные приспособления для того, чтобы споры разлетались как можно дальше. Это могут быть различные «подвижные» органы, которые совершают движения при изменении влажности окружающего воздуха и таким образом разбрасывают споры, или приспособления к пассивному распространению, например при помощи животных.

Особенно много интересных опытов можно поставить летом в солнечную или хотя бы просто сухую погоду – многое в «поведении» мхов зависит от влажности окружающей среды, временно увеличить которую искусственно легко, а вот уменьшить очень трудно (разве что у вас или у кого-то из учеников найдется дорожный фен с аккумулятором).Но и в сырую погоду можно ознакомиться с местообитаниями мхов, их видовым разнообразием и собрать материал для опытов в помещении. Зимние опыты и наблюдения в природе целесообразно выполнять также в солнечную погоду при температуре воздуха от – 3 °С до –10 °С.

Указанное в опытах время рассчитано на хорошую организацию работы и не включает время, необходимое для записи результатов и для ответов на вопросы. Длительные (более 10 мин) опыты можно проводить одновременно с более кратковременными, время от времени контролируя выполнение первых.

Pleurozium schreberii

• Опыт проводится только летом. В сухую солнечную погоду найдите дерновинку мха, растущую на открытом месте. Она выглядит сухой и безжизненной. Побрызгайте на нее водой из пульверизатора или полейте, отметив время начала опыта. Сколько времени потребовалось растению, чтобы впитать воду? Запишите наблюдения. Обратите внимание на изменение окраски дерновинки.
  Усложните опыт: найдите несколько разных дерновинок и убедитесь, что разные виды мха восстанавливают насыщенность тканей водой через разное время. Если есть возможность, пронаблюдайте, как быстро насыщается водой мох, снабженный волосками, и как медленно это происходит с видами, лишенными такого приспособления. Продолжительность опыта – 5–10 мин.

• Опыт проводится только летом. Пронаблюдайте за высыханием дерновинки. Что происходит быстрее – намокание или высыхание? Запишите наблюдения, сделайте выводы (мхи сухих местообитаний быстро намокают и медленно высыхают; мхи влажных местообитаний – наоборот: для них сохранение влаги не столь важно, и механизмов, препятствующих ее испарению, практически нет). Продолжительность опыта 30–40 мин; в процессе высыхания дерновинки можно провести один из кратковременных опытов, оставив у смоченной дерновинки одного дежурного.
  Измерьте температуру воздуха (не забудьте, что это необходимо делать в тени). Запишите результат. Летом: измерьте температуру сначала в сухой, затем во влажной дерновинке – на солнце и в тени.
  Обратите внимание, что чем интенсивнее нагревание (и, следовательно, испарение воды), тем ниже температура внутри дерновинки. Это не дает влажной дерновинке перегреваться. Сухой мох начинает страдать от перегрева только при очень высокой температуре (некоторые пустынные и скальные виды – около +70°С). Зимой: измерьте температуру внутри дерновинки мха, находящейся на солнце, например на коре дерева, каменной стене или незаснеженном участке почвы. Запишите наблюдения, сделайте выводы (дерновинка, находящаяся на темной и освещенной солнцем поверхности, нагревается и может фотосинтезировать и расти даже при отрицательной температуре воздуха). Продолжительность опыта – 10–15 мин.

Rhodobryum roseum

• Опыт можно проводить и летом, и зимой (обращаем внимание на то, что мхи под снегом продолжают оставаться зелеными). Большую группу учеников целесообразно поделить на несколько, по 2–3 ученика, и каждой маленькой группе определить для изучения отдельную дерновинку, желательно разных видов мхов. Измерьте линейкой с миллиметровыми делениями годичный прирост крупного мха (Polytrichum, Pleurozium, Dicranum, Mnium, Hylo-comium) на 10 побегах, вычислите средний прирост. Сравните длины приростов у разных видов, живущих в разных условиях (на питательной и бедной почве, на камне, на коре). Запишите наблюдения, сделайте выводы. Продолжительность опыта – 10–15 мин.

• Опыт можно проводить и летом, и зимой. Сравните хрупкость сухих и влажных побегов мхов, а также ломкость сухих побегов разных видов мхов, растущих в тени и на солнечных местах. В каком случае может быть особенно полезна способность размножаться вегетативно? Проведите рукой по влажным дерновинкам мхов разных видов. Некоторые оставляют на руке зеленый «ворс» – это выводковые побеги, предназначенные для вегетативного размножения. Какие животные могут переносить выводковые побеги и почки мхов? Каким еще способом они могут распространяться? Запишите свои предположения. Дерновинки мха, особенно активно продуцирующие органы вегетативного размножения, лучше отыскать заранее. Проще всего это продемонстрировать на примере Dicranum flagellare. Продолжительность опыта – 5–10 мин.

Polytrichum piliferum

Опыт удобнее проводить летом, зимой – можно в помещении. Отыщите дерновинку мха с коробочками. Лучше всего подходит для наших целей Brachythecium – мох, образующий светло-зеленые «коврики» на стволах деревьев. Рассмотрите коробочки при помощи лупы. Коробочки, образовавшиеся в этом сезоне, закрыты крышечками; прошлогодние коробочки открыты, и по краю их под лупой хорошо заметна бахрома зубцов перистома. Осторожно подуйте на коробочку, не переставая смотреть в лупу: от влаги вашего дыхания зубцы придут в движение. Это – один из механизмов рассеивания спор. Зарисуйте положение зубцов перистома при низкой и высокой влажности. Сделайте выводы. (При низкой влажности перистом раскрыт – споры свободно высыпаются и разносятся ветром, при высокой – закрыт; у некоторых видов существует и обратный вариант – в этом случае споры разносятся водой.) Продолжительность опыта – 15–20 мин.

• Опыт проводится только летом. На старых, давно используемых пастбищах, чаще в степных районах и лесотундре, можно увидеть замечательный мох Splach-num, дерновинка которого в период спороношения напоминает пучок маленьких грибов-поганок на тонких ножках. Мох встречается редко – целесообразно найти его заранее. «Шляпки» – яркие (красные или желтые) диски, в центре которых находится собственно спороносная коробочка – маленький темный шарик. Диски привлекают насекомых, в основном мух, которые и разносят споры – ведь растет этот мох только на полуразложившихся продуктах животного происхождения – навозе, костях, рогах и т.п. Понаблюдайте, сколько и каких насекомых прилетает на диски сплахнума. Запишите наблюдения. Продолжительность опыта – 30–50 мин.

Ptilium crista castrensis

В конце или в течение экскурсии собираем материал для опытов в школе (несколько дерновинок мхов разных видов) и помещаем их в пакеты. Дерновинки желательно брать с небольшим количеством субстрата, стараясь как можно меньше их повредить. Не забудьте собрать зрелые коробочки со спорами. В тот же день, придя в школу, образцы мхов необходимо выложить для просушки в тени или поместить пакеты в холодильник. Зимой можно оставить материал на улице или между рамами. Дальнейшие опыты проводятся в помещении.

Опыты и наблюдения в классе

• Опыт лучше всего проводить с марта по май. Класс делится на группы по 2–3 человека. Каждая группа проводит опыт над отдель-ной дерновинкой. Учитель распределяет задания, которые будут различаться режимом увлажнения дерновинок: раз в неделю, раз в сутки, два раза в сутки (утром и после конца уроков – чаще увлажнять нецелесообразно). Увлажнять дер-новинки удобно из пульверизатора. Поместите дерновинку на светлое место. Сделайте несколько меток на побегах, неплотно завязав на них колечки из нитки. Измерьте расстояние от метки до верхушки побега линейкой с миллиметровыми делениями. Повторяйте измерение каждую неделю и записывайте результаты наблюдений. Через месяц сравните результаты, полученные в разных группах, и сделайте выводы (Скорость роста напрямую зависит от количества опрыскиваний, в отсутствие внешнего источника влаги мох перестает расти – он не способен запасать влагу.) Продолжительность опыта – 5–10 мин в неделю.

Sphagnum girgensohnii

• Опыт можно проводить в любое время года, образец мха не обязательно должен быть живым. В начале урока взвесьте 10–20 г сухого и чистого мха. Запишите результат. Намочите взвешенный мох, слегка промокните его фильтровальной бумагой и снова взвесьте. Запишите результат. Возьмите равное по весу количество свежих листьев цветкового растения (зимой – комнатного). Положите рядом обе навески, по мере высыхания в течение урока 2–3 раза взвесьте их. Запишите результат. Сделайте выводы. (Мхи не имеют совершенных механизмов удержания влаги в тканях – они легко теряют ее, но легко и восстанавливают.)

• При наличии дополнительного времени можно поставить более сложный опыт: взять несколько мелких листьев цветкового растения, например зебрины, и определить, при какой потере влаги лист еще может восстановить жизнеспособность при погружении в воду. Высушите листья полностью и запишите результат (их вес будет приблизительно равен весу высушенного мха). Мох, как мы уже знаем, может восстановиться из воздушно-сухого состояния. Продолжительность опыта – 2 раза по 15 мин.

• Посейте споры мха на влажную фильтровальную бумагу в две чашки Петри или просто накройте посевы банками. Опыт можно сделать демонстрационно – один на класс. Учтите, что споры некоторых видов, особенно растущих на открытых местах, прорастают только на свету. Одну чашку ставим в прохладное место – зимой на окно, летом – в холодильник с подсветкой, вторую оставляем в теплом помещении (зимой может понадобиться подсветка). Раз в неделю рассматриваем посевы под микроскопом, зарисовываем результаты. Сделайте выводы о зависимости скорости роста протонемы от температуры окружающей среды. Продолжительность опыта – 10–15 мин в неделю (при наличии проекционного микроскопа – 5–10 мин).

Sphagnum squarrosum

Заметим, что некоторые опыты, особенно по выращиванию, можно проводить в террариуме. Простейший легко сделать из 5-литровой пластиковой бутылки из-под питьевой воды, разрезав ее на нужном уровне, а после помещения внутрь образца, заклеив прозрачным скотчем. Влажность можно регулировать, открывая крышку. Для лучшей регулировки целесообразно горизонтальное положение бутылки. Можно сделать террариум и стеклянным, просто взяв старый аквариум и накрыв его стеклом или полиэтиленом. Силиконовый строительный клей позволяет склеить очень красивые стеклянные террариумы без металлической рамы. При использовании круглого аквариума можно добиться очень высоких декоративно-эстетических качеств оформления опыта. Единственное предупреждение: в условиях тепла, повышенной влажности и отсутствия свежего воздуха в дерновинке часто развиваются плесневые и другие виды грибов, которые быстро уничтожают мох. Поэтому важно не держать влажность и температуру постоянно высокой и почаще проветривать!