A kísérleteket elvégezte és a tanulmányt elkészítette: Éger Ildikó, Szokolovszki Géza, Varga Zsófia, akik ezért IX. Országos Diákvegyész Napokfődíját kapták
1. Bevezetés
A természetben alig több mint 90 elem található, de ezek közül csak közel 30 fordul elő az élő szervezetekben. Ezen elemeket nevezzük biogén elemeknek, melyeket az alábbiak szerint csoportosíthatunk:-Elsődleges biogén elemeknek nevezzük azokat, melyek az élőlények tömegének legnagyobb részét-99%-át- alkotják. Ide soroljuk a szenet, a hidrogént, a nitrogént, az oxigént, a foszfort és a ként.-Másodlagos biogén elemek azok, melyek az élőlények tömegének 0,005%-át teszik ki. Ilyen elem pl.: a klór, a magnézium, a kálium, a nátrium, a vas, a kalcium, a kobalt, a jód. -Megkülönböztetünk továbbá harmadlagos biogén elemeket, vagy más néven nyomelemeket, melyek az élőlények tömegének kevesebb, mint 0,005%-át adják, ennek ellenére nélkülönözhetetlenek az élő szervezet helyes működéséhez. Ide tartoznak olyan elemek is melyek csak néhány élőlény számár fontosak, pl.: a szilícium, a fluor, a réz, a cink, a molibdén.Ha bármely anyagból hiány lép fel, az élőlény helyes anyagcseréje felborul, hiánybetegségek lépnek fel.Napjainkban több szempontból is fontos az anyagok helyes mennyiségének megismerése. Növények esetében gondolhatunk pl.: a túlzott műtrágyázásból következő károkra, ember esetében pedig a rengeteg multivitamin csepp, pezsgőtabletta „túladagolására”.A kísérlet célja, hogy bemutassa a növényeknek szükséges anyagok mennyiségét, s a hiányos oldatokban nevelt növényeken észlelhető elváltozást.A növényeket felépítő anyagok többféle módon is kimutathatóak. Kísérletünkben vízkultúrát alkalmaztunk, mert ezzel a módszerrel meghatározható, hogy melyek a növények számára a legfontosabb elemek, és azok a vegyületek, amikből az elemi táplálékok könnyen felvehetők. A vízkultúrás vizsgálatok lényege, hogy egy-egy növény táplálására a teljes tápoldaton kívül különféle variációkban hiányos tápoldatokat is használunk. A hiányos tápoldatokban nevelt növényeken észlelhető elváltozások a teljes tápoldatban nevelt növénnyel hasonlíthatók össze.A vízkultúrás vizsgálatok első tudatos alkalmazójának Saussure tekinthető, aki 1804-ben desztillált vízben nevelt különböző növényeket . A vízkultúrás vizsgálatok továbbfejlesztői közül Sachs, Knop, Hellriegel, Prjanisnikov, és Crone említhetők. 2. A kísérletek leírása
A kísérlet elvégzéséhez első lépésben törzsoldatokatkészítettünk, majd ezekből állítottuk elő a megfelelő tápoldatokat:
Először az alap, a teljes tápoldatot, ami tartalmaz minden szükséges elemet ( Ca, K, N, P, Mg, Fe )a növény számára, ez szolgált később kontrollként a hiányos tápoldatokba helyezett növényeknek a mérések során. A teljes tápoldatba minden törzsoldatból a megadott mennyiséget tettünk, és végül desztillált vízzel egészítettük ki 100 cm3 – re . A hiányos tápoldatokból pedig egy-egy tápanyagként szolgáló elemet kihagytunk, hogy annak hiánya milyen változásokat idéz elő a kísérleti növényen. Így készítettünkFe, N, P, K, Ca, Mg- hiányos oldatokat.Kísérleti növénynek a Széleslevelű pletykát / Tradenscantia platyphylla / használtuk, illetve ennek a növénynek a 10 cm-es hajtásait, tenyészedényeknek a növény méreténél fogva mérőhengerek is megfelelnek. Gondos előkészítés után a tápoldatokba beállítottuka növényeket, hogy az algásodást megakadályozzuk a kísérleti hengereket alufóliával borítottuk és steril vattával zártuk el. Ezt megelőzően lemértük az egyes oldatokba állított azonos növények hajtásának hosszát (egységesen 10 cm), leveleinek számát, azoknak felszínét és a hajtás tömegét. A növényeknek a szertárban azonos feltételeket biztosítottunk: azonos hőmérséklet, azonos fényviszonyok
A kísérlet során a méréseket hetente végeztük, a hajtáshossz, levélfelszín, levelek számán és a hajtás tömegén kívül megvizsgáltuk és feljegyeztük a hiányos tápoldatban tartott növények elváltozásait összehasonlítva a teljes tápoldatos növénnyel. A hajtásokról fényképeket is készítettünk a változások szemléltetésére. A mérések során a tápoldatokat folyamatosan pótoltuk. A kísérletsorozatot hat héten át végeztük, ezalatt megfigyeltük, hogy a teljes oldatban lévő növény fejlődéséhez képest, hogyan reagáltak az adott elem hiányára. Az idő előre haladtával egyre látványosabb változásokat jegyezhettünk fel: elszíneződés a leveleken, foltok megjelenése, a hajtás visszafejlődése… 3. Várható eredmények N-hiányos: a nitrogén az egyik legfontosabb elem a hajtás fejlődésében, alapvetően szükséges a felépítő fehérjék szintéziséhez, ezért hiányában a növény visszamarad a fejlődésben.P-hiányos: foszfor hiányában a növény szénhidrát-és nitrogén-anyagcseréje károsodik, illetve nitrogén-bőséghez, ami a növény lassabb fejlődéséhez és színének mélyüléséhez vezet.Ca-hiányos: a kalcium a plazmahatárhártya kialakulásához és a gyökér normális fejlődéséhez elengedhetetlen, hiányában a hajtás csúcsok osztódó szöveteinek (merisztémák) működése gátolt, ezért a növény hajtásának fejlődése megáll.Mg-hiányos: a magnézium kötött formában a klorofill molekulákban található, valamint részt vesz a fehérje bioszintézisben, hiányában a fotoszintetikus pigmentek mennyisége lecsökken → halványul a szín, másodsorban pedig aminosav felhalmozódás történik.Fe-hiányos: a vas a klorofill-szintézis katalizátora és sok oxidáló enzim alkotórésze, hiánya miatt klorózis lép fel (elszíntelenedés foltokban).K-hiányos: a kálium az ionmegoszlás fontos kationja, ennek hiányában a növények ellenálló képessége csökken a szárazsággal és hideggel szemben. 4. Eredmények, értékelés A különböző tápoldatokban nevelt növényeket 6 héten át vizsgáltuk. Heti rendszerességgel megmértük a levelek felszínét, a hajtás és a gyökér hosszát, a hajtás tömegét. A kapott eredmények:
A harmadik hét után minden növény fejlődésének menetében kiugrást figyelhetünk meg, mert ekkor frissítettüka tápoldatokat és a tápanyagok bősége gyors gyarapodást eredményezett. A mérések alakalmával fotókat is készítettünk, ezek a felvételek segítettek a növények fejlődésének nyomon követésében és összehasonlításában.Az a hajtás, amely tápoldata minden szükséges elemet tartalmazott, szépen egyenletesen fejlődött, már a 3. héten gyökeret eresztett és 3 új levele is nőtt. A későbbiekben ehhez viszonyítjuk a hiányos tápoldatokban nevelkedett növényeket.
A nitrogént nélkülöző növény csak kismértékben növekedett, gyökérzete sem fejlődött ki, új levelei sem fejlődtek.
A P-hiányos oldatban nevelt növény hozott új leveleket, s gyökere is fejlődött, de nem növekedett olyan mértékben, mint a kontroll növény, levelein foltok jelentek meg és sötétebb színűvé váltak, a kísérlet végén a szövetei is roncsolódtak.
A kalcium-hiányos növény esetében már az első hetekben jelentkeztek a hiánytünetek: a levelei halványultak, növekedés egyáltalán nem volt tapasztalható, gyökere nem fejlődött, a 4. héten a növény egy része elhalt, a végén pedig szinte az egész hajtás. Ca-hiányában megáll a membránok szintézise, majd bomlani kezd a felépült plazmaszerkezet.
A vas nélkülözésére a harmadik héten megjelenő barna foltok utaltak, amelyek fokozatosan növekedtek, a növényen megfigyelhető volt a sápadtság, azaz a klorózis is, ami leginkább a fiatal csúcsi leveleken jelentkezett.
A K-hiányos fejlődése kis mértékű volt: csekély méretű gyökere fejlődött és kevés levele. Jellemző hiánytünete: a leveleken jelentkező foltok és később a szöveti károsodás.
A Mg-ot nélkülöző növény hasonlóan fejlődött, mint a K-hiányos: gyökere kis méretű volt, kevés új levelet hajtott, a leveleken mind sűrűbben barna foltok jelentek meg.
