Цель урока: познакомиться с зонами корня, корневыми волосками и их ролью в жизнедеятельности корня, ростом корня.
Задачи:
Образовательные:
– изучить расположение зон корня, их функции;
– рассмотреть роль корневых волосков в жизнедеятельности корня;
– рассмотреть процесс роста корня;
Воспитательные:
– воспитание культуры труда;
– воспитание у учащихся биологического мышления, интереса к предмету;
– воспитание умения применения полученных знаний на практике;
Развивающие:
– развить практические умения по распознаванию и определению корней, корневых систем;
– расширить представление учащихся о жизнедеятельности растения;
– развитие умения обобщать, систематизировать, делать выводы.
Оборудование: компьютер, проектор, экран, презентация к уроку.
Этапы урока:
Организационный момент – 1 мин
Повторение пройденного материала – 6 мин
Самоопределение к деятельности – 2 мин.
Целеполагание и мотивация – 2 мин
Планирование – 2 мин
Открытие новых знаний и применение – 16 мин.:
Обобщение изученного материала – 5 мин.
Домашнее задание – 1 мин.
Рефлексия (итог урока) – 3 мин.
Ход урока
Этап урокаСтруктурный компонент урока
Содержание урока
Деятельность учителя
Деятельность обучающихся
1
Организацион- ный момент
(1 мин)
Проверяет готовность обучающихся к уроку, отсутствующих.
Повторение пройденного материала
(6 мин)
(фронтальный опрос):
– Что такое корень?
– Какие виды корней вы знаете?
На доске изображена таблица, в которую нужно вставить необходимое название вида корня по данному определению и наоборот.
– Что образует совокупность всех видов корней растительного организма?
Вставь пропущенные слова в текст:
Главный, боковые и придаточные корни формируют …………….. корневую систему. У ………… корневой системы главный корень слабо развит или быстро отмирает. Для двудольных растений характерна ………. корневая система. Для …………. характерна мочковатая корневая система. Например у пшеницы …………… корневая систему, а у фасоли……….. корневая система.
Прослушивание выполненной работы
Мы в букет собрали маки жаркие,
Много незабудок голубых.
А потом цветов нам стало жалко,
Снова в землю посадили их.
– Почему без корней расти и жить не станет ни одно растение? Какие функции выполняет корень?
Отвечают на вопросы.
Желающий указывает виды корней на рисунке.
Желающий дополняет таблицу
Отвечают на вопрос.
Обучающийся, работающий с дидактической карточкой читает предложения с пропущенными словами.
Слушают стихотворение
Отвечают на вопрос.
3
Подведение к определению темы урока,
целеполагание и мотивация
Мы с вами выяснили, что корень выполняет много функций.
– Как вы думаете, ребята, если корень – орган растения – он состоит из клеток?
– Как же заглянуть внутрь корня и увидеть, что он состоит из клеток?
Рассказывает:
Но оказывается, если сделать срезы в разных участках корня, то можно увидеть, разные клетки, которые имеют достаточно сильные отличия, если их сравнивать.
Это потому что они образуют разные ткани.
– А почему в корне такое большое количество разных тканей? Хотите узнать?
– О чём же сегодня на уроке у нас с вами пойдёт речь, если мы собираемся заглянуть внутрь корня
Отвечают на вопросы и сами определяют тему и цель урока, отвечая на вопросы учителя.
да
с помощью микроскопа
Да
Тема: Внутреннее строение корня
Цель: Изучение внутреннего строения корня
Планирование
(2 мин)
Проблема
– Необходимо составить план изучения нового материала.
– Давайте определимся, что именно мы сегодня должны узнать.
Вы можете правильно объяснить, чем отличаются клетки в различных участках корня друг от друга и почему они имеют такие различия?
А хотите узнать?
Значит первое, что нам необходимо узнать – чем отличаются клетки в различных участках корня друг от друга и почему они имеют такие различия.
Идем дальше. Раз мы не знаем ещё какие клетки входят в строение этих участков корня, можем мы сказать какие ткани можно различить во внутреннем строении корня?
Значит, это вторая задача наша – мы должны выяснить, какие ткани можно различить во внутреннем строении корня.
А вы знаете, сколько участков (или зон) можно выделить во внутреннем строении корня, как они называются и как отличить эти зоны друг от друга?
А интересно узнать?
Значит, третья задача – выяснить, сколько участков (или зон) можно выделить во внутреннем строении корня, как они называются и как отличить эти зоны друг от друга.
Выполнив все эти задачи, мы достигнем цели урока: изучим внутреннее строение корня
Обучающиеся под руководством учителя составляют план урока:
Нет
Да
Нет
Нет
Да
4
Актуализация знаний
(16 мин)
– Ну, мои дорогие, для того, чтобы выполнить все задачи вам нужно стать исследователями.
Уважаемые коллеги, готовы ли вы провести подробные исследования и сделать открытия!
Тогда мы начинаем работу!
Итак, первое с чего мы начнем, мы выясним,
чем различаются клетки в разных участках (зонах) корня и почему они имеют такие различия.
Лучше всего внутреннее строение корня можно рассмотреть, если разрезать молодой корень вдоль. Поскольку вы ещё только начали учиться пользоваться микроскопом, такой сложный микропрепарат вы ещё не сможете сделать и изучить самостоятельно. Поэтому нам сегодня на уроке поможет изучить внутреннее строение корня моя презентация.
– Что вы видите? Какие клетки по размеру? – Почему?
– Где находится ядро?
– Вакуоли есть?
Они заполнены цитоплазмой.
– В каких клетках такое наблюдается?
Эти клетки формируют образовательную ткань. Оболочки этих клеток очень тонкие и нежные. Их необходимо защищать. Поэтому зона деления снаружи защищена от повреждений– корневым чехликом.
Эта зона корня имеет размеры всего 1 мм.
Клетки этой зоны вытянуты, ядро сбоку, вакуоли большие, в которых накапливается клеточный сок, благодаря чему корень становится упругим, способным с большой силой протискиваться вглубь почвы.
Предлагает посмотреть фрагмент видеоролика про зону всасывания. Обсуждение просмотренного фрагмента. Демонстрация слайда №, После чего вместе заполнить таблицу
Да
Слушают рассказ учителя после чего вместе заполняют таблицу.
Отвечают на вопросы:
Мелкие
Делятся постоянно
В центре
Нет
В молодых
Заполняют таблицу.
Проверка записей в тетради.
Читают
Слушают и после чего вместе с учителем заполняют таблицу.
Смотрят и затем заполняют таблицу.
Самостоятельно ищут необходимую информацию в заданном фрагменте текста учебника и заполняют таблицу.
5
Обобщение изученного материала
(5 мин)
Предлагает сопоставить термины и определения с целью составления слова.
Обучающиеся составляют слово
6
Домашнее задание
(1 мин)
Работа с текстом учебника на стр.
Составить синквейн
Обучающиеся записывают домашнее задание в дневники
7
Рефлексия (итог урока)
(2 мин)
Задает вопрос:
– Если вам понравился урок, хлопните в ладоши
Муниципальное
общеобразовательное учреждение
«Средняя общеобразовательная школа
№8»
с. Грушевского Александровского района
Ставропольского края
Тема урока: «Зоны корня»
6класс
Горгосова Любовь Николаевна
учитель биологии Тема урока: Зоны корня
Цели урока:
Образовательные: познакомить учащихся с особенностями внутреннего
строения корня, зонами корня.
Тип урока: комбинированный.
Оборудование: таблица «Зоны корня» Ход урока. Организационный момент
2.Проверка домашнего задания
2.1. Фронтальный опрос
На прошлом занятии мы с вами ребята знакомились с
вегетативным органом растения – корнем. Вспомните, что вы узнали о
корне. Если различия в строении корней?
в строении корня выделяют виды корней: главный корень,
боковые и придаточные;
по наличию развитого главного корня выделяют
стержневую корневую систему, а по выраженности боковых корней
– мочковатую корневую систему.
Хорошо. Приведите примеры таких корневых систем.
Все злаковые растения имеют мочковатую корневую
систему (пшеница, рожь, кукуруза, овес).
Стержневая корневая система характерна для деревьев и
овощных растений.
Цикорий, осот, петрушка.
Правильно. А куда можно отнести корнеплоды овощных
растений, по строению корня?
Они запасают питательные вещества в главном корне,
значит относятся к стержневой корневой системе.
2.2Выполните тестовое задание:
Фронтальная беседа
в начале урока
активизирует
внимание
учащихся, делает
их участниками
учебного занятия.
Это позволяет
учителю увидеть
степень усвоения
знаний учащимися
по прошедшей теме
урока.
1. Какой корень развивается из зародышевого корешка:
а) боковой,
б) придаточный,
в) главный?
2. Как называют корень, растущий от стебля, листа:
а) боковой,
б) придаточный,
в) главный?
3. Какая корневая система у пшеницы:
а) стержневая,
б) мочковатая,
в) смешанная?
4. Укажите, у каких растений хорошо развит главный корень:
а) мхи,
б) папоротники,
в) голосеменные,
г) покрытосеменные двудольные
д) покрытосеменные однодольные?
5. Боковые корни развиваются в:
а) коре,
б) центральном цилиндре, в) перицикле?
6. Основная функция корней заключается в обеспечении:
а) рост и запасание питательных веществ,
б) почвенное питание и удержание в почве,
в) дыхание и размножение,
г) рост и дыхание.
7. Отличие стержневых корневых систем от мочковатых заключается в
наличии корней:
а) главных,
б) главных и боковых,
в) боковых,
г) главных и придаточных.
Во втором задании закончите предложенный термин.
1. Мочковатая корневая система имеет …
2. Стержневая корневая система это …
3. Окучивание это …
3. Подведение учащихся к самостоятельному определению темы и
учебных задач урока
4.Изучение нового материала
Продолжим урок. Ребята, что общего в работе корня и сердца?
это органы;
сердце работает беспрерывно и не может остановиться, а если
это произойдет, то организм погибнет.
Тоже самое может произойти и с корнем. Он должен постоянно
следовать за водой и питательными веществами для того, чтобы
обеспечить организм в его развитии и росте.
Кто же определит исходя из выше сказанного, какова будет тема
нашего сегодняшнего урока?
строение корня;
внутреннее строение корня;
Правильно, тему урока я бы определила, как «Зоны корня»
В ходе занятия вы узнаете о том, какой частью корень растет и
прокладывает в почве себе дорогу, какие зоны обеспечивают
всасывание воды и растворенных в ней веществ, по каким зонам они
передвигаются в стебель растения. Вот такие у нас сегодня учебные
задачи.
Для решения первой учебной задачи урока выполним лабораторную
работу на странице18 учебника.
5. Выполнение лабораторной работы №3
Давайте, определим какие функции выполняет корневой
чехлик?
Учитель
настраивает класс
на положительный
результат урока, на
значимость
учебного материала
и практическое его
применение Корневой чехлик как наперсток защищает молодой корень
от повреждений.
Он состоит из плотных клеток.
Хорошо. Вспомните, а какие ткани выполняют функцию защиты в
растительном организме?
Покровные ткани, они образованы мертвыми и живыми клетками.
Правильно. Корневой чехлик защищает выше лежащие ткани
корня от повреждений, в частности клетки, образованные
образовательной тканью.
А теперь, ребята, посмотрите на рисунок, на котором
представлено внутреннее строение корня и его зоны. Для успешного
решения этой учебной задачи заполните такую таблицу:
Выполнение
лабораторной
работы является
этапом осознания
каждым учащимся
новой информации,
самостоятельным
способом добычи
знаний.
6. Самопогружение
Зона корня
Зона
деления
Зона роста
Зона
всасывания
Какой тканью
образована
образовательной
образовательной
Основная
Зона
проведения
Покровная,
механическая
Какую функцию выполняет
Клетки постоянно делятся
Клетки растягиваются, за счет
них корень растет в длину
Корневые волоски всасывают
растворенные в воде
питательные вещества
По сосудам корня растворенные
в воде вещества двигаются в
стебель
Заполняя таблицу,
учащиеся
сокращают
информацию до
минимума
запоминания
Весь урок учитель
ведет беседу с
учащимися,
опирается на их
жизненный опыт
Ребята, как вы уже поняли, значение корня и корневого чехлика
для растения огромно. Пока растение получает из почвы минеральные
вещества, оно существует. Прокомментируйте, пожалуйста, рисунок
на странице 20 вашего учебника. Для каких целей иногда необходимо
удалять кончик главного корня растения?
я думаю, для того, чтобы было больше корневых волосков;
я думаю, для того, чтобы развивались боковые корни. Чем
больше мелких корней, тем больше питательных веществ
получает растение.
Правильно. Такое действие над корнем получило название
пикировкой. Оно применяется при рассаживании молодых растений с
помощью заостренного колышкапики. В практике это проводят над
растениями томатов, астры, огурцов.
Молодцы. Вот мы и решили все учебные задачи урока, а теперь
давайте вспомним его основные вопросы.
7. Закрепление
1. Какие зоны можно различить у молодого корня
2.Значение корневого чехлика
3.Строение корневого волоска 4.Отличие клетки корневого волоска от клетки чешуи кожицы
лука
5.Пикировка, её применение
Рефлексия
8.
с какой темой вы познакомились на уроке?
вам было интересно на уроке?
что вы узнали нового на уроке?
как вы считаете, вам пригодятся знания о зонах корня в вашей жизни?
как бы вы оценили свое участие на уроке?
9. Домашнее задание: параграф3,вопросы в конце параграфа
Этап рефлексии
направлен на
выяснение степени
участия и
эмоциональной
удовлетворенности,
учащихся в
процессе занятия,
на выделение самых
интересных и
запоминающихся
моментов урока
Зоны корня. Минеральное питание растений из грунта».Название: Методическая разработка урока биологии с мультимедийной презентацией по теме: «Корень, виды корней, типы корневых систем, видоизменения корней. Зоны корня. Минеральное питание растений из грунта».
Автор: Малюта Анна Михайловна, учитель биологии и химии МОУ «Основная школа №24 города Макеевки».
Описание работы: урок позволяет изучить особенности строения корня, рассмотреть виды корней и типы корневых систем, определить основные видоизменения корней, исследовать механизмы минерального питания растений.
Аудитория: урок предназначен для учащихся 6 классов.
Цель: сформировать представление о строении корней и их видоизменении.
Задачи:
образовательные: изучить особенности строения корня, рассмотреть виды корней и типы корневых систем, определить основные видоизменения корней, исследовать механизмы минерального питания растений.
воспитательные: воспитывать информационную культуру и коммуникативную компетентность.
развивающие: развивать умение исследовать, сравнивать, обобщать, сформировать навыки работы с биологическими терминами.
Базовые понятия: корень, функции корня, виды корней, корневые системы, зоны корня, видоизменения корней, минеральное питание, геотропизм, пикировка.
Методы: поисковые («Внимание, поиск!»), наглядные (презентация «Корень, виды корней, типы корневых систем, видоизменения корней. Зоны корня. Минеральное питание растений из грунта»), словесно – репродуктивные (блиц-опрос «Угадай термин», викторина «Верите ли вы, что…», беседа, объяснение).
Тип урока: комбинированный.
Межпредметные связи: биология, химия, экология.
Оборудование и материалы: персональный компьютер, доска, мультимедийный проектор, презентация Power Point, учебник.
Методическая цель: использование метапредметного подхода на уроках биологии как средство повышения эффективности образовательного процесса.
Ход урока
І. Организационный момент (1 мин).
ІІ. Актуализация опорных знаний учащихся (5 мин).
Блиц-опрос «Угадай термин»
ІІІ. Мотивация учебной деятельности учащихся (5 мин).
«Внимание, поиск!»
IV. Изучение нового учебного материала (21 мин).
V. Обобщение и систематизация материала (7 мин).
Викторина «Верите ли вы, что…»
VI.Сообщение домашнего задания (1 мин).
І. Организационный момент.
Приветствие, отмечание отсутствующих.
ІІ. Актуализация опорных знаний учащихся.
Блиц-опрос «Угадай термин»
1. Оптический прибор, позволяющий увидеть увеличительное изображение мелких предметов (Микроскоп)
2. Внутреннее вязкое полужидкое содержимое клетки (Цитоплазма)
3. Пластиды зеленого цвета (Хлоропласты)
4. Этот органоид защищает содержимое клетки от воздействий внешней среды (Плазматическая мембрана)
5. Органоид клетки, где хранится наследственная информация (Ядро)
ІІІ. Мотивация учебной деятельности учащихся.
«Внимание, поиск!»
Сегодня мы будем изучать органы цветковых растений.
Чтобы сформулировать тему урока, я прошу вас посмотреть на слайд (корень зуба, волоса, слова, ногтя, …). Что общего на этих картинках? О каком органе цветкового растения идет речь? Речь идет о корне.
Запишите в тетрадь тему урока «Корень, виды корней, типы корневых систем, видоизменения корней. Зоны корня. Минеральное питание растений из грунта».
IV. Изучение нового учебного материала.
Объяснение учителя с элементами беседы.
Корень – осевой, обычно подземный вегетативный орган высших растений, обладающий неограниченным ростом в длину.
Основные функции корня:
закрепление растения в почве;
всасывание и проведение воды с минеральными веществами;
синтез биологически активних веществ (алкалоиды, аминокислоты, гормоны).
Виды корней
Если посмотрим на корень, то можем выделить:
Главный корень – это корень, развивающийся из зародышевого корешка семени (морковь, редис).
Боковые корни – это корни, развивающиеся на главном и придаточных корнях (горох, фасоль).
Придаточные корни – это корни, развивающиеся от стеблей, листьев (кукуруза, подсолнечник).
Совокупность всех корней растения образует корневую систему.
Существует 2 типа корневых систем: стержневая и мочковатая корневые системы.
Стержневая корневая система – корневая система, с хорошо выраженным главным корнем (похож на стержень), от которого отходят боковые корни (морковь, одуванчик, береза).
Мочковатая корневая система – корневая система, образованная боковыми и придаточными корнями. Главного корня нет или слабо выражен (рожь, пшеница, ячмень, тюльпан, чеснок).
Знание особенностей строения корней и корневой системы имеет важное практическое значение, позволяющее управлять ростом и развитием растения.
Например, пикировка корней (прищипка главного корня), которая проводится с целью стимулирования разрастания корневой системы за счет образования придаточных корней, чем увеличивается площадь питания растений, а следовательно, и повышается их урожайность.
Внутренне строение корня
Во внутреннем строении корня выделяют зоны:
корневой чехлик;
зона деления;
зона роста;
зона всасывания;
зона проведения.
Давайте, исследуем внутреннее строение корня более подробно. На самой верхушке корня находится участок, который называется корневым чехликом. Существует только у главного корня. Состоит из живых паренхимных клеток покровной ткани. Наружные клетки постоянно погибают и слущиваются, после чего превращаются в слизь, которая облегчает продвижение корня в почве. Кроме того, корневой чехлик защищает зону деления и обеспечивает геотропическую реакцию корня за счет подвижных крахмальных зерен (статолитов).
Если нечаянно уронить горшок с цветком, то обнаружите, что стебель с листьями направлен кверху, а корни направлены вниз. Такие ростовые движения растений получили название тропизмы (от греч. «тропос»-поворот). Для главного корня характерен положительный геотропизм –односторонний рост под влиянием силы земного притяжения.
Под корневым чехликом расположены клетки, которые активно делятся. Эта часть корня называется – зона деления. Состоит из живых, мелких, активно делящихся клеток верхушечной образовательной ткани (меристемы). Клетки тонкостенные и заполнены цитоплазмой, вакуоли отсутствуют. Зона деления образует клетки корневого чехлика и обеспечивает рост корня в длину за счет непрерывного деления клеток.
Зона роста – состоит из быстрорастущих одинаковых клеток образовательной ткани (меристемы), которые не деляться, но способны растягиваться (за счет увеличения вакуоли) в продольном направлении, проталкивая вглубь почвы зону деления, защищенную корневым чехликом.
В пределах зоны роста происходит дифференциация (разделение) клеток на ткани. Ее размер составляет 3—9 мм в длину.
Зона всасывания характеризуется наличием корневых волосков, которые являются выростами наружных клеток эпидермы (покровная ткань). Они служат для поглощения воды и минеральных солей. На 1 мм2 расположено около 400 корневых волосков. Продолжительность их жизни 15-20 дней. Кроме того, корневые волоски выделяют особую слизь, которая помогает растворять минеральные вещества в почве для дальнейшего их поглощения.
Корневые волоски очень нежные, и их легко повредить. В этом случае растение не сможет поглощать из почвы минеральные вещества и воду.
Как вы думаете, что необходимо предпринимать при пересадке растений для того, чтобы не повреждать корневые волоски?
Ответы учащихся:
Лучше всего пересаживать растения с комочком почвы, в которой они росли раньше, так как при этом не повреждаются корневые волоски.
Участок корня, расположенный выше зоны всасывания, называется зоной проведения. Почти всю клетку занимает вакуоль с тонким слоем цитоплазмы, ядро находится в верхней части клетки. Клетки этой зоны образуют слизистый чехол, что улучшает контакт и гидрофильность системы. Поглощению также способствует выделение корневыми волосками органических кислот для растворения минеральных солей. В ней находятся сосуды ксилемы (мертвые клетки), по которым от корня поднимается вода с минеральными веществами к стеблю и листьям, и ситовидные трубки флоэмы (живые клетки), по которым в корень поступают органические вещества из листьев.
Видоизменения корней
Видоизменения корней (метаморфозы) (от греч. metamorphosis – превращение) происходят в процессе приспособления к условиям существования. Видоизменения корней представлены в таблице 1.
Таблица 1.
Видоизменения корней
Название видоизменения корня | Особенности строения | Выполняемая функция | Примеры растений |
Корнеплоды | Утолщение главного корня | Запас питательных веществ | Морковь, редис, свекла |
Корнеклубни | Утолщение боковых и придаточных корней | Запас питательных веществ, вегетативное размножение | Георгин, батат, чистяк |
Воздушные | Боковые корни, которые растут вверх и поднимаются над поверхностью почвы | Поглощение воды из воздуха, фотосинтез | Орхидея, бромелий |
Бактериальные клубеньки | Содержат азотфиксирующие бактерии в боковых корнях | Фиксация азота из воздуха и перевод его в органический азот | Горох, соя, люпин |
Микориза | Симбиоз мицелия гриба с корнями высших растений. | Мицелий гриба дает корню высших растений больше воды и минеральных веществ, а получает от высших растений готовые органические вещества | Подберезовик+береза |
Опорные | Придаточные корни развиваются на видимой части стебля | Удерживают растение в вертикальном положении | Кукуруза, фикус-баньян |
Корни – прицепки | Видоизменение придаточных корней | Прикрепление к опоре | Плющ, ваниль |
Корни – присоски | Придаточные корни растений паразитов способны проникать в стебли растения хозяина | Ведут паразитический образ жизни, питаясь соками “соседей” | Омела, повилика |
Минеральное питание растений
Минеральное питание растений — это поглощение воды и растворенных в ней неорганических (минеральных) веществ.
Если рассмотреть под микроскопом поперечный срез корня зоны всасывания, то увидим 2 части: кору корня и центральный цилиндр. Наружные клетки коры корня образуют корневые волоски, по которым вода и неорганические вещества движутся через паренхиматозные клетки коры к сосудам центрального цилиндра. Внутри центрального цилиндра находятся проводящие ткани: флоэма (ситовидные трубки) и ксилема (сосуды и трахеиды). Вода и неорганические вещества по сосудам ксилемы поднимаются вверх к листьям под действием корневого давления. По ситовидным трубкам флоэмы в корень поступают органические вещества из листьев.
V. Обобщение и систематизация материала.
Викторина «Верите ли вы, что…»
Рост корня неограниченный.
Зона роста находится на кончике корня.
Из зародышевого корешка развиваются боковые и придаточные корни.
Основная функция корневого чехлика – механическая.
Мертвые клетки входят в состав ксилемы.
Подведение итогов. Выставление оценок.
VI. Сообщение домашнего задания.
1. I вариант (облегченный) выучить §8-9 с 37-44 (В.И. Соболь), записать биологические термины в тетрадь.
2. II вариант (средней сложности) Творческое задание:
Подумайте, как условия произрастания влияют на размер корневого чехлика?
Почему у верблюжьей колючки корни растут в глубину до 20 м и больше?
Литература
И.Н. Пономарева, О.А. Корнилова, В.С. Кучменко. Биология : 6 класс : учебник для учащихся общеобразовательных учреждений
В.В. Пасечник. Пособие для учителей общеобразовательных учреждений Уроки биологии.
5—6 классы
Цель обучения (когнитивная):
познакомить учащихся со строением различных зон корня, их местоположением, значением и функцией каждой зоны.
Цель личностного развития:
– Создать условия для развития коммуникативных навыков (совместная работа над общей проблемой), логического мышления и творческих способностей у учащихся
Ожидаемый результат:
Ученик:
А – знает что такое корень.
В – умеет определять зоны корня.
С – сможет охарактеризовать зоны корня.
Ход урока.
I. Мотивационный этап. Психологический настрой.
Учитель проводит бодрячок.
Рефлексия пройденного дня
Проверяю домашнее задание (написать эссе, синквейн по теме: строения корня)
Организует группу по методу, собирают разрезанную картинку с изображением корня.
– Как вы думаете с какой целью вы образовали группу?
– Какую тему мы будем изучать?
– Выявите, как строение корня связано с выполняемыми функциями?
II. Операционный этап.
Показ слайдов «Зоны корня»
– Аргументируйте, какая зона главная?
Ресурс №1.
Шестиклассник, рассмотрев верхушку корня под микроскопом, сказал: “У корешка неряшливый вид, особенно у верхушки, на которой одета “шапочка”. Какую “шапочку” увидел ученик? Почему “шапочка” была неряшливой, а клетки её отставали друг от друга?
На рисунке изображены зоны корня. Что обозначено под цифрами 1–5? Назовите функции, которые выполняет каждая из зон. Сможет ли расти корешок если Ученики получает карточки с названиями зон корня(зона деления и зона роста), с помощью стикера прикрепляет подписи к рисунку.
Ресурс №2.
Рассмотрите рисунок (поперечный срез зоны всасывания).
Что такое корневой волосок? Влияет ли количество корневых волосков урожайность растений? Ответ поясните
Дополнительный ресурс стр32 учебника «Биология» 6 класса
Ресурс №3.
Рассмотрите рисунок (поперечный срез через зону проведения). Из каких участков корня сделаны срезы? По каким характерным признакам определили участки корня? В связи, с чем изменяется форма и строение клеток корня?
Показывает гимнастику для глаз.
III. Рефлексия.
Проверка изученного материала
Выберите номера правильных утверждений.
1) Корень – специализированный орган почвенного питания
2) Существует корневые системы : стержневая, мочковатая и придаточная
3) Боковые корни отходят только от главного.
4) Придаточные корни образуются на боковых корнях.
5) Корень всасывается воду из почвы с помощью корневых волосков.
6) Кончик корня покрыт корневым чехликом.
7) В корне за зоной всасывания находится зона поглощения.
– А теперь познакомимся с внутреннем строением корня. Посмотрите на рисунок 34 в учебнике.
– Какие зоны корня вы видите?
– Почему названа зона деления?
– А что значит зона растяжения?
– Почему корневые волоски называют зоной всасывания?
– Выше зоны всасывания находиться зона проведения, почему она получила такое название, какие функции она может выполнять в корне?
– Итак, скажите с чем связано названия зон корня?
– Почему для корня необходимо наличие всех зон?
Весь материал – в документе.
Биология, 6 класс
Урок 2. Удобрения и почвенное питание растений
Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке
Тезаурус
Удобрения – вещества для питания растений и повышения плодородия почв.
Минеральные удобрения – это препараты, состоящие их полезных элементов, которые необходимы огородным культурам для нормального развития и созревания урожая.
Органические удобрения – удобрения, содержащие элементы питания растений преимущественно в форме органических соединений. К ним относят навоз, компосты, торф, солому, зелёное удобрение, ил (сапропель)
Корневое давление – давление в проводящих сосудах корней растений, которое образуется при всасывании корнями воды с растворенными в ней веществами.
Почвенное питание – процессы поступления в организм растения растворов минеральных веществ из почвы и усвоения их клетками.
Корневые волоски – выросты клеток поверхностной ткани в поглощающей зоне корня.
Основная и дополнительная литература по теме урока
Теоретический материал для самостоятельного изучения
В этом уроке мы продолжим формирование понятия об обмене веществ, о питании организмов как одном из составляющих процессов обмена веществ, об особенностях почвенного питания растений, знания о почве как среде обитания растений, о составе и структуре почвы.
Любое растение – это настоящий живой организм, и для того, чтобы его развитие шло полноценно, требуются жизненно важные условия: свет, воздух, влага и питание. Все они равнозначны и недостаток одного пагубно сказывается на общем состоянии.
Особенности процесса питания Являющаяся основным источником энергии, без которой угасают все жизненные процессы, пища необходима каждому организму. Следовательно, питание – не просто важное, а одно из основных условий для качественного роста растения, и они добывают пищу, пуская в ход все надземные части и корневую систему. Посредством корней они извлекают из грунта воду и нужные минеральные соли, пополняющие необходимый запас веществ, осуществляя почвенное или минеральное питание растений.
Существенная роль в этом процессе отведена корневым волоскам, поэтому подобное питание носит еще одно название – корневое. С помощью этих нитевидных волосков растение вытягивает из земли водные растворы самых разных химических элементов. Работают они по принципу насоса и располагаются на корне в зоне всасывания. Растворы солей, поступающие в ткани волоска, перемещаются в проводящие клетки – трахеиды и сосуды. По ним вещества попадают в проводные зоны корня, далее по стеблям распространяются по всем надземным частям.
Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля
Задание 1. Как сказывается избыток удобрений на росте и развитии растений? Выберите несколько вариантов ответа.
Варианты ответов:
1. Растение становится бледно – зеленым.
2. Растение сильно вытягивается в длину.
3. В клетках растений накапливаются нитраты.
4. Приводит к гибели рыбы и других организмах в ближайших водоёмах.
5. Листья растения желтеют.
Правильный вариант ответа:
2. Растение сильно вытягивается в длину.
3. В клетках растений накапливаются нитраты.
4. Приводит к гибели рыбы и других организмах в ближайших водоёмах.
Задание 2. Заполните пропуски в тексте.
Слизь, образующаяся на поверхности _______ волосков, растворяет ____ частицы почвы, облегчая их поглощение. Поглощенные корневыми волосками вода и минеральные вещества поступают в ______ зону корня. Здесь по сосудам они поступают в стебель. Это давление называют _________. Наличие такого давления доказывает ______ растений – выделение сока из поврежденного или перерезанного стебля. Особенно интенсивно сокодвижение происходит ______.
Варианты ответов:
1. корневым
2. минеральные
3. проводящую
4. корневых
5. плач
6. весной
7. летом
8. проводниковую
Правильный ответ:
Слизь, образующаяся на поверхности корневых волосков, растворяет минеральные частицы почвы, облегчая их поглощение.
Поглощенные корневыми волосками вода и минеральные вещества поступают в проводящую зону корня. Здесь по сосудам они под давлением поступают в стебель. Это давление называют корневым. Наличие корневого давления доказывает «плач» растений – выделение сока из поврежденного или перерезанного стебля. Особенно интенсивно сокодвижение происходит весной.
Тема: Зоны корня.
Ход урока
Сегодня мы с вами продолжаем дальше изучать корень.
Тема нашего урока: «Зоны корня».
ПАУЗА В ВИДЕО
Слайд 2 [Вставить анимацию: тема урока.]
Давайте вспомним:
Какие функции выполняет корень?
Слайд 3 [Вставить анимацию: вопрос]
ПАУЗА В ВИДЕО
Функции корня.
1.Опорная. Любое растение удерживается в почве благодаря хорошо разветвлённым корням.
2.Питающая. С помощью корней растения получают воду и минеральные соли. Какие функции выполняет корень?
3. Запасающая. В корнях многих растений откладываются про запас питательные вещества.
Слайд 4 [Вставить анимацию: функции корня.]
Показать функции корня.
Дайте определение трем типам корней
Главный корень-это…
Боковые корни – это…
Придаточные корни – это…
ПАУЗА В ВИДЕО
Слайд 5 Вставить анимацию: три определения…]
Выделяют 3 типа корней:
1. Главный – развивающийся из зародышевого корешка.
2. Боковые-отходящие от главного корня.
3. Придаточные- образовательные на нижней части стебля.
Слайд 6 [Вставить анимацию: поочередное появление трех определений]
Показать определения.
3.Изучение нового материала.
Сегодня мы проведем урок в форме путешествия. Ведь любое путешествие – это познание нового и интересного.
Сила растения кроется в корне.
Что мы ещё недостаточно хорошо знаем о корне? Какие новые сведения о корне мы можем получить на уроке?
Слайд 7 [Вставить анимацию: вопросы]
ПАУЗА В ВИДЕО
Предположительные ответы учащихся.
Когда мы изучали прорастание семян, вы, наверное, заметили, что корень проростка постоянно растет. Причем растет он своей верхушкой внизу. Такой тип роста называется верхушечным.
Слайд 7 [Вставить анимацию: изображение зон корня.]
По мере рассказа текста показывать зоны корня, соответствующие тексту.
Под лупой, если рассмотреть молодой неповрежденный корень.
То видим, что он белый, ведь мы проращивали семена в банке, а не в земле.
На «хвосте» темнее остальной части корня.
Кончик корня «одет в колпачок» это корневой чехлик. Под ним спрятана зона деления корня, которая состоит из молоденьких клеток образовательной ткани. Верхушка корня покрыта корневым чехликом, предохраняющим клетки зоны деления при похождении корня сквозь почву.
Над чехликом расположен гладкий участок корня-зона роста. Именно благодаря этой своей части корень интенсивно растет в длину. Почему же рост происходит именно здесь? Так ведь в зоне деления постоянно образуются новые клетки. Они все время вытесняют вверх клетки, которые образовались раньше.
Слайд 8 [Вставить анимацию: изображение зон роста и деления корня.]
Мы поднимаемся по корню выше зоны роста. Это что еще такое? Мы запутались в каких то нитках и веревках! Куда мы попали?
Слайд 9 [Вставить анимацию: изображение корневых волосков.
]
Так, ясно, это корневые волоски -тончайшие выросты клеток наружного слоя молодого корня.
Слайд 10 [Вставить анимацию: изображение зона всасывания.]
Теперь мы находимся в зоне всасывания. Корневые волоски проникают между самыми маленькими комочками почвы и плотно прилипают к ним. Эти волосы всасывают находящиеся в почве водные растворы минеральных веществ. Вот почему этот участок корня называется зоной всасывания.
Наконец-то мы добрались до этой зоны проведения. На поверхности ничего особенного не видно, вся работа идет внутри. Конечно, ведь снаружи корень в этой зоне покрыт слоем коры. Толстая кора не может поглощать воду из почвы. Здесь в корень проводят воду, полученную в зоне всасывания, к верхним надземным частям растения. Зона проведения постоянно удлиняется по мере роста корня. В старых корнях деревьев и многолетних трав основную часть длины составляет именно зона проведения.
Слайд 11 [Вставить анимацию: изображение зоны проведения.]
Давайте теперь разберем, какие ткани входят в каждую зону корня, и какие функции они там выполняют. Рассмотрим таблицу.
|
Зона корня |
Рабочая ткань |
Особенности участка корня и его клеток |
Функции |
|
Корневой й чехли |
Покровная ткань |
Живые клетки, которые постоянно обновляются. Клетки выделяют слизь, она покрывает поверхность молодого корня. |
-защищает зону деления, -облегчает продвижение корня в почве, -обеспечивает ориентацию корня в пространстве. |
|
Зона деления |
Образовательая ткань — меристема |
Клетки зоны деления тонкостенные и заполнены цитоплазмой, вакуоли отсутствуют. Зону деления можно отличить на живом корешке по желтоватой окраске, длина её около 1 мм. |
Обеспечивает рост корня. |
|
Зона роста |
Образовательная ткань |
Клетки зоны роста уже не делятся, но способны растягиваться в продольном направлении, проталкивая корневое окончание вглубь почвы. |
Обеспечивает рост корня растяжением. В пределах зоны роста происходит разделение клеток на ткани. Закладываются элементы первичной ксилемы. |
|
Зона всасывания (зона корневых волосков) |
Покровная ткань |
Длина зоны от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров. В отличие от зоны роста участки этой зоны уже не смещаются относительно частиц почвы. Корневые волоски — это выросты клеток поверхностной ткани поглощающей зоны корня растения.Они содержат слой протоплазмы, ядро, крупную вакуоль; их тонкие, легко проницаемые для воды, оболочки плотно склеиваются с комочками почвы. Корневые волоски выделяют в почву различные вещества. Длина варьируется у разных видов растений от 0,06 до 10 мм. С увеличением влажности почвы образование замедляется; не образуются они и в очень сухой почве. По прошествии определённого времени корневой волосок отмирает. Продолжительность его жизни не превышает 10-20 дней |
Участвует в поглощении воды и минеральных веществ. Основную массу воды и питательных веществ молодые корни всасывают с помощью корневых волосков. |
|
Зона проведения |
Проводящая ткань |
В состав проводящих тканей этой зоны корня входят:
|
Проведение поглощенных веществ в надземную часть |
Слайд 12 [Вставить анимацию: таблица.]
Таблицу заполнять по мере комментирования таблицы.
4.Физкультурная минутка.
|
Раз — подняться, потянуться |
|
Слайд 13 [Вставить анимацию: физкультминутки]
Давайте еще раз, разложим все по полочкам.
Какие зоны можно выделить в корне, и за какие функции отвечает каждая зона.
Корень
Зоны корня
Корневой чехлик
Зона деления Зона роста Зона всасывания Зона проведения
Рост корня, Рост корня Всасывание воды Проведение воды
развитие развитие и мин в-в и мин в-в к других зон других зон верхним органам
Слайд 14 [Вставить анимацию: схема «Зоны корня и их функции».
]
Одна зона переходит в другую постепенно, резких границ между ними нет.
Основная функция корня – питание растения веществами, всасываемыми из почвы. Корень осуществляет минеральное питание растения.
Минеральное питание – это поглощение корнями растений необходимых элементов из почвы, их передвижение и усвоение растениями. Большинство питательных веществ доставляется в побеги растений в виде минеральных растворов. Проводящая система корней доводит питательные вещества ко всем тканям.
Для нормального роста и развития растениям необходимы многие элементы, но прежде всего – азот, фосфор и калий.
Азот необходим всему живому для нормального роста и развития. При недостатке азота растение отстает в развитии, листья желтеют и опадают, боковые побеги не развиваются.
Фосфор обеспечивает образование клеточной оболочки, способствует накоплению углеводов в плодах и масла в семенах.
Калий – обеспечивает развитие опорной ткани растения, нормальное развитие корней и корнеплодов и отложение питательных веществ в запас.
Слайд 14 [Вставить анимацию: подобрать изображения для определения минеральное питание.]
Для улучшения роста и развития растений в почву вносят удобрения, обогащающие почву теми или иными веществами.
Органические удобрения – вещества растительного и животного происхождения: навоз, торф, птичий помет и т.д.
Слайд 15 [Вставить анимацию: подобрать изображение для определения органические удобрения.]
Минеральные удобрения – специальные комплексы, состоящие из одного либо нескольких минеральных компонентов.
Слайд 16 [Вставить анимацию: подобрать изображение для определения минеральные удобрения.]
5.Закрепление знаний.
1.Первым при прорастании семени появляется корень:
а) главный в) придаточный
б) боковой г) главный или боковой
ПАУЗА В ВИДЕО
2.
Мочковатая корневая система характерна для растении:
а) пшеницы и ржи в) лопуха и одуванчика
б) ржи и лопуха г) одуванчика и подорожника
ПАУЗА В ВИДЕО
3.Стержневая корневая система характерна для растений:
а) одуванчика и подорожника в) лопуха и одуванчика
б) подорожника и лопуха г) все ответы верны
ПАУЗА В ВИДЕО
4.Функции корня:
а) опорная в)запасающая
б)транспортная г) все ответы верны
ПАУЗА В ВИДЕО
Слайд 17 [Вставить анимацию: поочередное появление вопросов и вариантов ответов.]
Правильный ответ показывать после прочтения вопросов и вариантов ответов. Правильный ответ выделен жирным шрифтом.
Сформулируйте 3 вопроса по сегодняшней теме.
Слайд 18 [Вставить анимацию.]
8. Подведение итогов.
Спасибо вам за урок.
-До свидания!
Слайд 19 [Вставить анимацию.]
Функции корня
Корни закрепляют растение в почве и удерживают его.
Корни всасывают из почвы воду с растворёнными минеральными солями и обеспечивают ими все органы растения.
В корне могут откладываться запасы питательных веществ.
Рис. \(1\). Корни дерева | Рис. \(2\). Корнеплоды |
У растений есть разные корни.
Рис. \(3\). Виды корней
Главный корень образуется из зародышевого корешка и появляется первым из семени при его прорастании.
Придаточными называют корни, которые появляются на стеблях, листьях, клубнях, луковицах, корневищах.
Главный и придаточные корни могут ветвиться. При этом на них образуются боковые корни.
Типы корневых систем
Совокупность всех корней растения составляет его корневую систему. В зависимости от того, какие корни в неё входят, различают \(2\) типа корневых систем:
Рис. \(4\). Корневые системы
Стержневая корневая система состоит из одного главного и множества боковых корней. Такая корневая система имеется у одуванчика, щавеля, моркови, свёклы и др.
Мочковатая корневая система образована придаточными и боковыми корнями примерно одинаковых размеров. В такой корневой системе главный корень не развит или отмирает. Мочковатая корневая система имеется у ржи, кукурузы, лука, подорожника и др.
На самом кончике корешка находится корневой чехлик.
Он состоит из клеток покровной ткани и защищает самую уязвимую часть корня от механических повреждений. Клетки корневого чехлика живут недолго, они постоянно слущиваются и разрушаются.
Рис. \(5\). Корневой чехлик
Под корневым чехликом расположены клетки образовательной ткани (конус нарастания). Там происходит непрерывное деление клеток. Поэтому этот участок корня называется зоной деления.
Рис. \(6\). Зоны корня
За зоной деления находится зона роста (растяжения). Здесь молодые клетки вытягиваются, в результате чего растут в длину и обеспечивают удлинение корня.
За зоной роста находится зона всасывания, в которой происходит поглощение воды и минеральных веществ корневыми волосками.
Поглощённая вода и минеральные вещества двигаются вверх по корню по зоне проведения.
Корневые волоски
Корневой волосок — это вырост клетки покровной ткани корня.
Рис. \(7\). Корневые волоски
Большое количество корневых волосков увеличивает поверхность всасывания. Корневые волоски непосредственно соприкасаются с почвой и поглощают воду и растворённые в ней минеральные вещества. Поэтому при пересадке растений корни надо беречь и перемещать с наиболее возможным количеством окружающей их почвы.
Источники:
Рис. 1. Корни дерева. https://cdn.pixabay.com/photo/2017/02/04/14/43/tree-roots-2037454_960_720
Рис. 2. Корнеплоды. https://www.shutterstock.com/ru/image-photo/fresh-sweet-carrot-on-grey-wooden-440493100
Рис. 3. Виды корней. https://image.shutterstock.com/image-vector/illustration-biology-types-roots-root-600w-1334535095
Рис. 4. Корневые системы. https://image.shutterstock.com/image-vector/plants-different-types-root-systems-600w-1185197410
Рис.
5. Корневой чехлик. https://image.shutterstock.com/image-photo/onion-alium-cepa-root-tip-600w-1281821146.
Рис. 6. Зоны корня. https://image.shutterstock.com/image-vector/diagram-showing-root-structure-plant-600w-1739665265
Рис. 7. Корневые волоски. https://image.shutterstock.com/image-photo/water-cress-roots-600w-1032806212
Рост корней можно представить себе как строительную площадку. Корень создает новые клетки, чтобы расширяться и способствовать дальнейшему развитию растения. На строительной площадке люди должны носить каски, чтобы защитить голову. В корнях корневой чехлик служит той же цели. Эта внешняя область основания корня защищает другие ткани корня, поскольку корень продолжает расти в почве.
Клетки корневого чехлика предназначены для нескольких разных целей. Во-первых, они могут чувствовать гравитацию, поэтому корни растут вниз.
Во-вторых, они выделяют слизистое вещество, которое помогает корням двигаться в почве. Мы можем видеть корневой чехол на диаграмме ниже.
Непосредственно за корневым чехликом находится корневая меристема , в которой происходит деление клеток. Это означает, что когда корень растет, новые клетки появляются из меристемы корня.Помните, что корневой чехлик служит для защиты корня и, следовательно, защищает эту область нового роста.
В росте первичных корней участвуют три основные области. Новые клетки начинаются в меристематической области , которая является местом клеточного деления. Это первая область сразу за корневым чехликом, которая выглядит как перевернутый конус. Мы можем видеть меристематическую область ниже на нашей диаграмме. Это очень активная область корня, и клетки в этой области делятся примерно каждые 12-36 часов.
Образовавшиеся здесь клетки в конечном итоге создают три ткани, необходимые для роста первичного корня: протодерму, прокамбий и основную меристему.
Протодерма в конечном итоге станет эпидермисом или кожей корня. Прокамбий в конечном итоге станет сосудистой тканью.
Помните, что существует два типа сосудистой ткани: ксилема для перемещения воды и флоэма для перемещения пищи. Прокамбий будет производить клетки, которые образуют оба типа тканей.Третий тип клеток, созданный в меристематической области, — это наземная меристема, которая станет наземной тканью и поможет растению хранить воду и питательные вещества.
Следующей областью, участвующей в росте первичного корня, является область удлинения . Это зона удлинения корня. Клетки, образовавшиеся в меристематической области, растут в области растяжения. Здесь не образуются новые клетки, но это область, которая фактически создает рост корня. На этой диаграмме видно, что клетки в этой области действительно выглядят длиннее, чем в меристематической области.
Третьей областью, участвующей в росте первичного корня, является область созревания .
Как следует из названия, это зона созревания клеток. Это также место, где клетки, выросшие в области удлинения, полностью развиваются и становятся взрослыми клетками. Три разные первичные клетки, которые были созданы в области меристемы, полностью развиваются в клетки, которыми они должны были стать.
Клетки протодермы становятся эпидермисом, похожим на кожу корня.Клетки эпидермиса перемещаются к внешним слоям корня, чтобы обеспечить защиту. Клетки прокамбия либо становятся ксилемой — для переноса воды, либо флоэмой — для переноса пищи. Наконец, клетки основной меристемы становятся основной тканью корня, которая в основном представляет собой все другие клетки, такие как те, которые находятся в коре корня.
Подобно тому, как некоторые растения имеют первичный и вторичный рост, корни также могут иметь не только первичный рост. Рост боковых корней происходит после роста первичных корней и позволяет увеличить площадь поверхности для улучшения поглощения и поддержки растения.
Боковые корни начинают развиваться в перицикле , который является самым наружным клеточным слоем в сосудистом цилиндре. Помните, что ксилема и флоэма составляют сосудистый цилиндр и находятся в центре корня. Мы можем видеть перицикл на диаграмме ниже. Обратите внимание, что это внешний слой сосудистого цилиндра в середине корня. Поскольку боковые корешки начинаются от сосудистого цилиндра, они могут содержать сосудистую ткань.
По мере развития латерального корня он должен пройти через кору и эпидермис, чтобы достичь внешней части корня.Кроме того, все боковые корешки должны оставаться соединенными с сосудистым цилиндром. Если они не связаны с сосудистым цилиндром, они не могут перемещать воду и питательные вещества. Мы можем видеть эту связь с сосудистым цилиндром на картинке ниже. Обратите внимание, что в этой части корня растет несколько боковых корней, но все они связаны с ксилемой и флоэмой для перемещения пищи и воды.
Рост корней жизненно важен для выживания растений.Могут образовываться как первичные, так и боковые корни. Чтобы защитить растущие клетки, корневой чехлик находится на кончике корня. За корневым чехликом находятся три области, участвующие в первичном росте корня, включая области деления, роста и созревания клеток.
Меристематическая область является местом клеточного деления, что означает, что здесь образуются новые клетки. Затем новые клетки перемещаются в область удлинения , чтобы увеличиться в размерах. Наконец, они переходят в область созревания , где три разные первичные клетки, созданные в области меристемы, полностью развиваются в клетки, которыми они должны были стать.Клетки протодермы становятся эпидермисом или кожей корня, клетки прокамбия либо становятся ксилемой — для переноса воды, либо флоэмой — для переноса пищи, а клетки основной меристемы становятся основной тканью корня, которая в основном представляет собой все остальные клетки.
, такие как найденные в коре корня.
При латеральном росте корня клетки наружного слоя сосудистого пучка проталкивают основную ткань и эпидермис, чтобы достичь внешней части корня. Эти боковые корни остаются соединенными с ксилемой и флоэмой.Как первичный, так и боковой рост корней помогают увеличить поглощение воды и питательных веществ растением.
К концу этого урока вы должны уметь:
Корни состоят из множества различных структур:
Они очень важны для потребления воды и минералов.Внутри перицикла расположена сосудистая система корня.Здесь есть два типа тканей: флоэма , которая переносит продукты фотосинтеза из листьев вниз к корням, и ксилема , которая переносит воду и минеральные вещества от корней к остальной части растения.
В отличие от животных, которые в конце концов перестают расти в определенном возрасте, растения продолжают расти на протяжении всей своей жизни. В то время как растения имеют специфические формы листьев и схемы ветвления, новые ветви или корни появляются везде, где находится ткань меристемы.
Апикальная меристема ткань расположена на кончиках корней и снабжает клетки для увеличения длины как побегов, так и корней, называемого первичным ростом. Боковые меристемы обеспечивают клетки для увеличения обхвата, известного как вторичный рост, когда растение становится шире.
Область роста корней находится на кончике корня. Это крошечный конец корня длиной один сантиметр, который содержит новые ткани, составляющие корневой чехлик, покоящийся центр и субапикальную область.
Корневой чехлик содержит клетки, отвечающие за определение гравитации. Они реагируют на свет, а также на давление частиц почвы. Корневой чехлик также производит слизь, называемую муцигель. Mucigel предохраняет новые корни от высыхания, помогает новым корням проникать в почву и увеличивает поглощение воды и питательных веществ. Это также может предотвратить слишком близкое расположение корней других растений. Каждому растению нужно достаточно места в почве, чтобы получать кислород, воду и питательные вещества для выживания.
Корневой чехлик постоянно заменяется новыми клетками.Это скорее похоже на наперсток или шлем, который позволяет корню проталкиваться сквозь почву, защищая более мягкую меристему.
За корневым чехликом находится центр покоя , область клеток, которые организуют модели роста в корне. Вы когда-нибудь видели кривую морковку? Это происходит, когда камень или другое препятствие не позволяет корню расти по прямой линии. Центр покоя прикажет клеткам обходить препятствие.
Субапикальная область разделена на три зоны.Зона клеточного деления апикальной меристемы — это место, откуда происходят клетки, способствующие первичному росту корня. Зона удлинения – это место, где клетки удлиняются в размерах до десяти раз по сравнению с их первоначальной длиной. Этот процесс продвигает корень дальше в почву. Зона созревания — это место, где начинается сосудистая система, переносящая воду и минеральные вещества от корневых волосков к стеблям и листьям.
Существует несколько типов корней.Например:
Примерами являются короткие шишки вдоль стебля помидора и корни, образующиеся у основания растений кукурузы. Корней не видно, но они необходимы растениям. В их функции входит закрепление и поддержка растения, забор воды и питательных веществ, хранение продуктов фотосинтеза. Существует несколько типов корней: стержневые, мочковатые, воздушные, придаточные, боковые и запасающие.Строение корня состоит из корневого чехлика, апикальной меристемы, эпидермиса, корневых волосков, сосудистого цилиндра, коры, эндодермы и перицикла. Области меристемы содержат клетки, ответственные за рост растений, а кончик корня — это место, где происходит рост, в зоне деления клеток.
Корневой чехлик защищает кончик корня своими нежными тканями меристемы. Клетки, которые помогают корням удлиняться, находятся в зоне удлинения, где клетки могут удлиняться в десять раз по сравнению с их первоначальным размером. Зона созревания – это место, где начинается сосудистая система.
Научиться распознавать и регулировать эмоции — большая работа, особенно для маленьких детей! Тем не менее, этот навык необходим ученикам для достижения успеха в школе (и в жизни). Учебная программа «Зоны регулирования», разработанная Лией Кайперс, специалистом по ОТ и ресурсам по аутизму, помогает детям понять и научиться управлять своими эмоциями.
Зоны регулирования, основанные на когнитивно-поведенческой терапии, представляют собой структуру, в которой используются четыре цвета — синий, зеленый, желтый и красный, — чтобы помочь учащимся определить свои чувства и уровень бдительности.Учебная программа также предлагает стратегии поддержки эмоциональной регуляции.
Обучение учащихся тому, как читать сигналы своего тела, обнаруживать триггеры, читать социальный контекст и учитывать, как их поведение влияет на окружающих, приводит к улучшению эмоционального контроля, сенсорной регуляции, самосознанию и навыкам решения проблем.
Чтобы узнать больше о зонах регулирования, ознакомьтесь с этим блоком The Calming Corner, этими ресурсами He’s Extraordinary и этим слайд-шоу от MontanaCEC.
Вот 15 увлекательных занятий для поддержки зон регулирования в вашем классе или дома с онлайн-учащимися.
Эти рабочие тетради знакомят учащихся с упражнениями, которые помогают им определить свои эмоции и триггеры. Попробуйте рабочую тетрадь pre-K–2 для младших школьников и версию для средней школы для учащихся 6–9 классов.
Подобно UNO, эта игра на совпадения задает наводящие на размышления вопросы об эмоциях, ситуациях и стратегиях.
Эта игра помогает научить детей управлять своими эмоциями, а также развивает их разговорные навыки!
Источник: Речевые пути
Вы знаете, что дети все равно будут их делать, так почему бы не сделать версию, которая поможет детям изучить и понять зоны регулирования? Каждый уголок с цветовой кодировкой учит учащихся чувствам и навыкам преодоления трудностей, присущим каждой зоне. Лучше всего для 3 класса и выше.
Источник: Все гении
Различайте удивительные действия (например, проявление уважения и поощрение других) и непристойное поведение (например, использование обидных слов или дурачество во время работы) с этой забавной версией бинго. Пять потрясающих действий подряд = БИНГО! Отлично подходит для небольших групп или всего класса, 1–4 классы.
Источник: советник Кери
Вы можете играть в эту бесплатную распечатанную игру по сортировке эмоций с детьми в школе или дома, чтобы помочь им научиться распознавать и определять многие эмоции, которые являются частью человеческого опыта.
Источник: Mom Endeavors
Игры — лучший способ для детей учиться, даже не осознавая, что они учатся! Эти сделанные на заказ карточки поставляются вместе со стандартной версией CandyLand и помогают детям научиться контролировать свои импульсы. Лучше всего для классов K–3.
Источник: Эшли Хьюз
Источник: Искреннее школьное консультирование
Это веселое занятие станет отличным дополнением вашего уголка спокойствия.Студенты могут выбрать стратегии, которые работают для них, чтобы попасть в зеленую зону и вернуться на правильный путь. Лучше всего для классов K–5.
Ролевая игра — отличный способ помочь учащимся отрепетировать приемлемое поведение. Эти карточки с заданиями помогают учащимся развивать эмоциональный самоконтроль, репетируя ответы на различные сценарии, которые могут вызвать сильные эмоции.
Лучше всего для 4–7 классов.
Источник: Путь 2 Успех
Забавный способ помочь учащимся определить чувства с помощью смайликов и их наблюдательности.Недавно обновленный для домашних учащихся, а также уроков Zoom для всего класса, ознакомьтесь с полным планом урока. Лучше всего для классов K–6.
Источник: Mosswood Connections
Что могут сделать учащиеся, чтобы контролировать свои эмоции, когда они отклоняются от зеленой зоны? Этот набор действий включает в себя удобный флипбук, полный идей. Каждая вкладка охватывает отдельную зону и дает учащимся стратегии восстановления контроля. Лучше всего подходит для учащихся K–3.
Источник: Валери Стейнхардт
Обеспечьте учащимся безопасное место для отдыха, когда им нужно совладать со своими эмоциями. Включите ресурсы для стратегий, которые помогут им управлять.
Чтобы получить бесплатную копию показанного плаката и множество отличных идей о том, что включить в пространство, перейдите по ссылке ниже. Лучше всего для классов K–8.
Источник: The Dynamic Duo Adventures in Speech and Special Ed
Эти замечательные карты разбивания связаны с любимым набором персонажей — покемонами! Каждая карточка помогает учащимся определить, в какой «зоне» они находятся, и стратегии управления эмоциями, которые они испытывают. Доступен в формате PowerPoint, слайд-шоу Google, а также в формате PDF для печати. Включает в себя 4 карты для каждой из 4 зон.
Источник: Социальный CJ
В течение учебного дня учащиеся делают выбор в отношении своего поведения (к лучшему или к худшему).Используйте эти графические карты, чтобы помочь учащимся понять последствия того или иного выбора.
Они очень эффективны, потому что конкретно иллюстрируют результаты как желаемого, так и нежелательного поведения. Лучше всего подходит для учащихся K–5.
Источник: Помощник по аутизму
Разместите эти интерактивные таблички с именами на партах учащихся, чтобы помочь им самостоятельно регулировать свои эмоции и чувства, обращая внимание на то, в какой зоне они находятся.В течение дня учащиеся самостоятельно контролируют свое эмоциональное состояние, проводя скрепкой по ячейкам зон слева. Если учащиеся находятся в желтой, синей или красной зоне, они могут использовать одну из стратегий в своем наборе инструментов, чтобы вернуться к зеленой зоне. Набор инструментов каждого учащегося будет различаться в зависимости от того, какие стратегии лучше всего подходят для них. Лучше всего для классов K–5.
Источник: Солнечный свет в пасмурный день
Кризис и эмоциональная регуляция влияют на всю семью.
Поделитесь этим блогом со своими семьями, чтобы помочь им разработать стратегии вместе с детьми дома. Полный полезных советов и ценной информации, это отличный ресурс, который поможет поддержать более спокойных и счастливых детей.
Ассунсао, А.Г. Л. и др. . Повышенная экспрессия генов переносчиков металлов у трех образцов металлический гипераккумулятор Thlaspi caerulescens . Растительная клетка и Окружающая среда 24 , 217–226 (2001) doi:10.1111/j.1365-3040.2001.00666.x.
Bizily, S.P., Rugh, C.L., & Meagher, R.B. Фитодетоксикация
опасных ртутьорганических соединений с помощью генно-инженерных растений. Nature Biotechnology 18 , 213–217 (2000) doi:10.
1038/72678.
Бояджян, Г. Э. и Каррейра, Л. Х. Фиторемедиация: очистка переход от лаборатории к рынку. Природа Биотехнология 15 , 127–128 (1997) doi: 10.1038/nbt0297-127.
Клеменс, С., Палмгрен, М. П., и Кремер, У. Долгий путь вперед: Понимание и проектирование заводов по накоплению металла. Тенденции в растениеводстве 7 , 309–315 (2002) doi: 10.1016/S1360-1385(02)02295-1.
Горе В. и Пашковски У.Вклад арбускулярный микоризный симбиоз с фиторемедиацией тяжелых металлов. Planta 223 , 1115–1122 (2006) doi:10.1007/s00425-006-0225-0.
Джаффре, Т. и др. . Sebertia accuminata : никель аккумулирующее растение из Новой Каледонии. Science 193 , 579–580 (1976) doi:10.1126/science.193.4253.579.
Lanphear, B.P. и др. .
Низкоуровневое воздействие свинца в окружающей среде и интеллектуальная функция детей:
международный объединенный анализ.
Окружающая среда
Перспективы здоровья 113 , 894–899
(2005) doi: 10.1289/ehp.7688.
Ласат М.М. Фитоэкстракция ядовитых металлы: обзор биологических механизмов. Журнал качества окружающей среды 31 , 109–120 (2002) doi: 10.2134/jeq2002.0109.
Меерс, Э. и др. . Химически вспомогательная фитоэкстракция: обзор потенциально улучшающих почву повышенное поглощение растениями тяжелых металлов. Международный Журнал фиторемедиации 10 , 390–414 (2008) doi: 10.1080/15226510802100515.
Пилон-Смитс, Э. Фиторемедиация. Годовой Обзор биологии растений 56 , 15–39 (2005).
Rugh, C.L. и др. . Создание трансгенного тополя желтого для ртутной фиторемедиации. Nature Biotechnol o gy 16 , 925–928 (1998) doi:10.1038/nbt1098-925.
Солт, Д. Э., Смит, Р. Д., и Раскин, И.
Фиторемедиация. Ежегодный обзор завода
Физиология и молекулярная биология растений 49 ,
643–668 (1998).
Вангронсвелд, Дж. и др. Фиторемедиация загрязненных почв и подземных вод: практические уроки. Экология и загрязнение окружающей среды Исследование 16 , 765–794 (2009) doi: 10.10070/s11356-009-0213-6.
Wu, CH и др. . Создание растительно-микробного симбиоза для ризоремедиации тяжелые металлы. Прикладные и экологические Микробиология 72 , 1129–1134 (2006) doi: 10.1128/AEM.72.2.1129-1134.2006.
Биология Проект > Ячейка Биология > Введение to Onion Root Tips Activity > Activity Онлайн кончики корней лукаОпределение времени, проведенного в разных фазы клеточного цикла
Следующий Словарь Биология Проект > Ячейка Биология > Введение to Onion Root Tips Activity > Activity КРЕДИТЫ Биологический проект Университет Аризоны Пересмотрено: апрель 2004 г. Пересмотрено: август 2004 г. Связаться с командой разработчиков http://www.biology.arizona.edu | |
Mitkowski, N.A. и G.S. Abawi. 2003. Галловые нематоды. Инструктор по здоровью растений . DOI:10.1094/PHI-I-2003-0917-01
Пересмотрено в 2011 г.
Нематода галловая
Meloidogyne видов (~100 видов)
Сотни видов, включая фрукты, травы, овощи и многочисленные сорняки .
Авторы
Натаниэль А. Митковски , Университет Род-Айленда
Джордж С. Абави , NYSAES-Корнельский университет
| Северная галловая нематода повреждает поле моркови в штате Нью-Йорк. |
Симптомы галловой нематоды на корнях растений весьма драматичны. В результате питания нематодами по всей корневой системе зараженных растений могут образовываться крупные галлы или «сучки».Тяжелые инфекции приводят к снижению урожайности многих культур, а также могут повлиять на принятие потребителями многих растений, включая овощи (рис. 1, 2). Степень галлообразования корней обычно зависит от трех факторов: плотности популяции нематод, видов и «расы», видов и даже сортов растений-хозяев. По мере увеличения плотности нематод на конкретном поле будет увеличиваться и количество галлов на одном растении.
Большое количество нематод, проникающих в корни в непосредственной близости, также приводит к более крупным галлам. Meloidogyne hapla (северная галловая нематода) производит галлы вдвое меньшего размера, чем M. incognita (южная галловая нематода) на тех же растениях-хозяевах. Наконец, каждая культура по-разному реагирует на заражение галловой нематодой (рис. 3, 4, 5). Морковь обычно подвергается сильному разветвлению с образованием корок преимущественно на боковых корнях (рис. 2, 6). Галлы галловых нематод на листьях салата имеют форму шариков (рис. 4, 7). На злаках и луке галлы обычно мелкие и едва заметные, часто не более чем легкие вздутия (рис. 8).В зависимости от пораженной культуры и тяжести инфекции эти симптомы часто могут приводить к значительным экономическим потерям для производителей.
Большинство галловых нематод имеют очень широкий круг хозяев. Таким образом, сельхозпроизводителям, у которых есть проблема с галловыми нематодами, может быть трудно контролировать нематод и их повреждение с помощью севооборота, хотя иногда это жизнеспособный вариант.
Хлопкоробы, зараженные M. incognita , часто могут выращивать арахис в последующие годы, чтобы уменьшить популяцию нематод.К сожалению, арахис является отличным хозяином для расы M. arenaria расы 1, которую можно найти на полях, содержащих также M. incognita . Производители, у которых есть проблемы с M. javanica , могут использовать сладкий перец в качестве севооборотной культуры, но не в том случае, если у них также есть M. incognita . Эти два примера демонстрируют важность понимания того, какие виды Meloidogyne присутствуют. Кроме различий в патогенности на конкретной культуре может быть еще большая степень специализации.Например, M. hapla не будет размножаться на травах. Напротив, M. graminis размножается только на травах. Таким образом, производители, которые испытывают проблемы с M. hapla , могут перевести кукурузу и пшеницу в традиционное производство овощей при условии, что у них есть соответствующее оборудование.
Несмотря на то, что наиболее диагностическое поражение корневой нематодой происходит под землей, многочисленные симптомы также могут наблюдаться над землей. Сильно пораженные растения часто быстро увядают.Поскольку поврежденные корни имеют лишь ограниченную способность поглощать и транспортировать воду и питательные вещества к остальной части растения, сильно зараженные растения могут увядать даже при достаточной влажности почвы, особенно во второй половине дня. Растения также могут проявлять симптомы дефицита питательных веществ из-за их сниженной способности поглощать и транспортировать питательные вещества из почвы. Дополнительные удобрения, как правило, не приводят к устранению хлороза, вызванного галловыми нематодами. У культур-хозяев, выращиваемых на полях, зараженных галловыми нематодами, часто наблюдается отставание в росте, и урожайность снижается.Для высокочувствительных культур, таких как салат и морковь, исходная плотность 2 и < 1 яйца/см3 почвы соответственно достаточна, чтобы вызвать экономические потери.
При высокой плотности галловые нематоды могут фактически убивать растения-хозяева, особенно если высокие популяции возникают в начале вегетационного периода, когда растения имеют минимальную корневую массу (рис. 1).
Надземные симптомы обычно появляются на скоплениях растений (очагах). Поскольку нематоды медленно перемещаются по почве, заражение будет постепенно распространяться наружу от начальной точки заражения.Это может привести к тому, что большие очаги пораженных растений будут окружены, казалось бы, незатронутыми растениями (рис. 1). Культивация и другие методы, которые физически перемещают почву и растения, быстро распространяют галловые нематоды.
Галловые нематоды впервые были обнаружены в 1855 году Беркли, который наблюдал, как они наносят ущерб огурцам. До работы Читвуда в 1949 году, которая определила 4 вида и один подвид ( M. incognita acrita ) внутри рода Meloidogyne , все галловые нематоды считались одним и тем же видом, Heterodera radicola .
В статье 1887 г. (переизданной в 1892 г.) Гоэльди описал Meloidogyne exigua , типовой вид рода. Из этого описания Читвуд получил название, которое мы в настоящее время используем для галловых нематод. Название Meloidogyne имеет греческое происхождение и означает «женщина в форме яблока». Описано около 100 видов Meloidogyne . Наиболее распространенными и хозяйственно важными видами являются M. incognita , M. javanica , M.arenaria , M. hapla , M. chitwoodi и M. graminicola . Галловые нематоды в основном относятся к тропическим и субтропическим организмам, однако M. hapla и M. chitwoodi хорошо приспособлены к умеренному климату.
Как и все нематоды, паразитирующие на растениях, галловые нематоды обладают стилетом для введения секрета, а также поглощения питательных веществ из клеток растения-хозяина (рис. 9, 10). Нематоды не имеют внутреннего скелета, а их «кожа» или кутикула противодействуют внутреннему тургорному давлению, поддерживая форму тела и способствуя передвижению.
| Рисунок 9 | Рисунок 10 |
В отличие от большинства других нематод, паразитирующих на растениях, самки галловых нематод в зрелом возрасте имеют шаровидную форму и сидят. Их длина колеблется от 400 до 1000 мкм. Как только они устанавливают место питания, они навсегда остаются в этом месте в корне растения. Местом питания галловой нематоды на самом деле является группа клеток, известных как «гигантские клетки» (рис. 11). Когда нематода впервые проникает в растительную клетку своим стилетом, она вводит секреторные белки, которые стимулируют изменения внутри паразитирующих клеток.Паразитированные клетки быстро становятся многоядерными (содержат много ядер), поскольку деление ядер происходит без формирования клеточной стенки. Этот процесс считается «несвязанным» с клеточным делением. Клетки никогда не делятся на новые клетки; они просто становятся больше и содержат больше ядерного материала.
Это позволяет гигантской клетке производить большое количество белков, которые затем поглощает нематода. Гигантские клетки также действуют как поглотители питательных веществ, направляя питательные вещества растений питающейся нематоде. Галловая нематода не питается непосредственно из клеток.Он образует питательную трубку (из секрета клеток пищеводной железы), выделяемого из стилета в цитоплазму растительной клетки, которая действует как сито для фильтрации цитозоля, который проглатывает нематода. Как следует из названия, гигантские клетки могут достигать очень больших размеров. Было показано, что увеличение производства регуляторов роста растений, вызванное секрецией клеток пищеводных желез нематод, играет роль в этом увеличении размера и деления клеток. Корневые клетки, соседствующие с гигантскими клетками, также увеличиваются и быстро делятся, предположительно в результате диффузии регуляторов роста растений, что приводит к образованию галлов.
| Рисунок 11 |
По мере роста самки нематоды ее задняя часть может прорвать эпидермис корня, и яйца отложатся в студенистую яичную массу (Рисунки 12, 13 14, 15, 16) .
Взрослых самок корневых узлов (жемчужно-белого цвета) можно наблюдать без увеличения. Молодь второй стадии (J2) и самцов можно наблюдать только с помощью микроскопа (рис. 17, 18). Обычно самки галловых нематод имеют шаровидное тело с короткой «шеей», содержащей клетки стилета, метакорпуса и пищеводной железы.
J2 галловой нематоды чаще всего встречаются в почвах и имеют червеобразную форму (червеобразную форму) (рис. 17). Обычно они не превышают 500 мкм в длину и 15 мкм в ширину. Это единственная инфекционная стадия.
Самцы галловой нематоды также червеобразны и имеют длину от 1100 до 2000 мкм (рис. 18). У них отчетливые губы и сильно развитые стилеты. Кроме того, у них часто есть видимые спикулы для спаривания и тупой округлый хвост. Многие виды Meloidogyne являются партеногенными или факультативно партеногенными.Это означает, что самцы не нужны для завершения жизненного цикла нематод, а жизнеспособные яйца могут производиться самками нематод в отсутствие оплодотворения.
Из-за этого самцы могут быть редкими у ряда видов и встречаются только тогда, когда популяция нематод подвергается экологическому стрессу.
Галловые нематоды можно идентифицировать до вида с помощью ряда методов, но одним из распространенных методов является анализ промежностного рисунка (рис. 19). Промежность (область, окружающая вульву и анус) самок нематод имеет набор гребней и колец для каждого вида.Хотя среди отдельных особей существуют некоторые различия, эти закономерности вполне согласуются внутри вида. Анализ изоферментных электрофоретических профилей, часто с использованием эстеразы и малатдегидрогеназы, является распространенным методом диагностики видов Meloidogyne в должным образом оборудованных лабораториях. Точно так же анализ ДНК можно использовать для идентификации различных видов галловых нематод.
| Рисунок 19 |
Галловые нематоды начинают свою жизнь в виде яиц, которые быстро развиваются в нематоды J1 (ювенильная стадия первой стадии) (рис.
16).Стадия J1 полностью находится внутри полупрозрачной оболочки яйца, где она линяет в нематод J2. Подвижная стадия J2 является единственной стадией, которая может инициировать инфекцию (рис. 20). J2 атакуют растущие кончики корней и проникают в корни межклеточно, за корневым чехликом (рис. 21). Они перемещаются в область удлинения клеток, где инициируют место питания, вводя секрет пищеводных желез в клетки корня. Эти выделения нематод вызывают резкие физиологические изменения в зараженных клетках, превращая их в гигантские клетки (рис. 11).Если нематода умрет, то погибнут и гигантские клетки, которыми она питается.
| Рисунок 16 | Рисунок 20 |
| Рисунок 21 | Рисунок 11 |
J2 не обладают репродуктивными органами. Как и все нематоды, галловые нематоды проходят четыре ювенильные стадии, каждая из которых проходит через процесс «линьки», аналогичный процессу линьки насекомых.
В результате этого процесса молодые галловые нематоды мало похожи на взрослых самцов и самок.На стадии J4 становится отчетливо виден переход от ювенильных к шаровидным взрослым самкам или к червеобразным взрослым самцам. Во взрослом состоянии они появляются из кутикулы J4 (рис. 22). Одна самка нематоды может производить от 500 до более 1000 яиц (рис. 13, 23).
| Рисунок 22 | Рисунок 13 |
| Рисунок 23 | |
Продолжительность жизненного цикла галловой нематоды варьируется у разных видов, но может составлять всего две недели.Нематоды в более прохладных регионах обычно имеют более длительный жизненный цикл. Яйца могут оставаться внутри корневой ткани или могут попасть в почвенную матрицу. Яйца вылупляются случайным образом, т. е. вылупление не требует контакта с корневым экссудатом.
Сообщается, что при благоприятных условиях яйца галловых нематод выживают в почве не менее одного года.
Использование методов культурального контроля для борьбы с галловыми нематодами является наиболее экологически устойчивым и потенциально наиболее успешным методом ограничения ущерба, наносимого галловыми нематодами.Однако, поскольку галловые нематоды имеют очень большой диапазон хозяев, методы борьбы с культурой требуют тщательного планирования. Овощные поля, зараженные M. hapla , потенциально могут быть засажены культурами, не являющимися хозяевами, такими как кукуруза, но краткосрочная экономическая отдача производителя может быть уменьшена. Кроме того, производителю, возможно, придется инвестировать в новое оборудование или нанять субподрядчиков для выполнения некоторых работ. Если производитель может определить альтернативную культуру, не являющуюся хозяином, с высокой экономической отдачей, севооборот может быть очень успешным.
Напротив, с M. incognita на хлопчатнике, как обсуждалось ранее (см. Симптомы), обычно можно эффективно бороться с помощью севооборота
Еще одна стратегия борьбы с культурой – использование покровных культур. Покровные культуры можно выращивать вне обычного сельскохозяйственного вегетационного периода, и некоторые из них являются антагонистами нематод. Покровные культуры, такие как суданская трава и бархатцы, на самом деле производят химические вещества, токсичные для нематод. Покровные культуры имеют дополнительные преимущества стабилизации верхнего слоя почвы и улучшения качества почвы.Однако, как и в случае севооборота, для работы с различными покровными культурами может потребоваться специальное оборудование. Другие методы, в том числе затопление и соляризация полей, контролировали нематод, но только в теплом климате и когда определенное поле может быть исключено из возделывания на длительное время во время обработки. Хотя методы культурного контроля являются чрезвычайно ценными инструментами, они требуют тщательного рассмотрения, планирования и экономических вложений, прежде чем можно будет добиться их успешного применения.
С галловыми нематодами очень трудно бороться, поскольку они являются почвенными патогенами с широким кругом хозяев. Поскольку галловые нематоды живут в почве, химическая борьба требует применения большого количества химикатов с использованием специального оборудования. Фумиганты (такие как 1,3-дихлорпропен, бромистый метил и дазомет) обычно применяются в качестве предпосевной обработки для уменьшения численности нематод, но для того, чтобы они были эффективными, они должны полностью проникать в большие объемы почвы.Некоторые фумиганты очень быстро улетучиваются, поэтому обработанная почва должна иметь покрытие или брезент, чтобы фумигант оставался в почве достаточно долго, чтобы он был эффективным. Поэтапный отказ от бромистого метила (эффективного фумиганта) активизировал поиск альтернатив, которые могли бы использоваться фермерами.
В дополнение к фумигантам широкого спектра действия токсины нервной системы (включая оксамил и фенамифос) оказались чрезвычайно эффективными для борьбы с галловыми нематодами (Рисунок 24).
Поскольку и у нематод, и у людей есть нервная система, химическая обработка, нацеленная на нервы нематод, также представляет потенциальную опасность для нервов человека.Эти химические вещества (карбаматы и органофосфаты) чрезвычайно токсичны для человека и других нецелевых организмов. В настоящее время эти химические вещества являются наиболее экономически целесообразным методом борьбы с галловыми нематодами. Поскольку они не токсичны для растений, они являются единственным химическим вариантом для укоренившихся растений.
| Рисунок 24 |
В некоторых культурах галловые нематоды эффективно контролируются генами устойчивости (рис. 4).У томата генетическая устойчивость к галловым нематодам обеспечивается геном Mi, полученным от Lycopersicon peruvianum , дикого родственника обыкновенного томата. Когда гены устойчивости переносятся в восприимчивую зародышевую плазму, генетически измененные растения становятся устойчивыми к заражению некоторыми видами галловых нематод.
Тем не менее, как в теплицах, так и на сельскохозяйственных полях были идентифицированы популяции галловых нематод, которые могут обойти галловую устойчивость, что указывает на возможность возможной потери устойчивости к галловым гнилям.Также было идентифицировано множество других генов устойчивости, которые эффективны против видов Meloidogyne . К ним относятся гены от Mi2 до Mi8 (все из Lycopersicon ) и гены Me и N из перца. Однако во многих случаях эти гены становятся неэффективными при более высоких температурах. Помимо этих генов, существует ряд генов, названия которых еще не названы, и часто выявляются новые источники генетической устойчивости к галловым нематодам.
| Рисунок 4 |
Меры борьбы с использованием организмов, антагонистических галловым нематодам, предпринимались многими исследователями.
Наиболее часто используемыми агентами биологической борьбы являются грибы и бактерии. Существует много видов нематофагов (питающихся нематодами) грибов. Некоторые грибы используют мицелиальные ловушки или липкие споры для захвата нематод (рис. 25, 26), например, Arthrobotrys spp. и Monacrosporium spp. Другие грибы паразитируют на яйцах и самках галловых нематод, например, Pochonia chlamydosporia и Paecilomyces lilacinus . Основными бактериальными антагонистами являются Pasteuria penetrans и виды Bacillus .Эндоспоры P. penetrans прикрепляются к кутикуле ювенильной нематоды, образуют проникающие структуры, которые проникают в нематод и медленно поедают ее. Несколько антагонистов нематод были изучены как в теплицах, так и в полевых экспериментах. Имеется ряд коммерческих продуктов на основе агентов биоконтроля для борьбы с галловыми и другими нематодами. Однако серьезной проблемой при разработке эффективных агентов биологической борьбы является невозможность экономичного производства большого количества биологического материала, необходимого для применения на больших площадях.
| Рисунок 25 | Рисунок 26 |
Наиболее успешные подходы к борьбе с нематодами основаны на интегрированных стратегиях борьбы с вредителями (IPM). IPM сочетает в себе варианты управления для поддержания плотности нематод ниже экономических пороговых уровней. Методы ИЗР по-прежнему сложно применять против таких агрессивных и устойчивых патогенов, как галловые нематоды. Тем не менее, сочетание тактик/инструментов управления, включая агротехнические приемы (севообороты с культурами, не являющимися хозяевами, и покровными культурами, которые способствуют накоплению антагонистов нематод), устойчивые сорта и, при необходимости, химическая обработка почвы, в целом обеспечивает приемлемый контроль корнеплодов. узловатые нематоды.Однако степень этого успеха зависит от наличия точных пороговых значений плотности повреждений и доступных и легко приемлемых устойчивых сортов.
На нематоды приходится примерно 14% всех мировых потерь растений, что составляет почти 100 миллиардов долларов в год. На сегодняшний день галловые нематоды являются наиболее распространенными и разрушительными возбудителями нематод. Они вызывают одни из самых серьезных симптомов и могут существенно снизить урожайность (рис. 1).Галловые нематоды встречаются во всех сельскохозяйственных регионах мира. Они могут выживать в умеренном климате и уничтожать посевы, выращенные в тропиках (рис. 27, 28). Большинство галловых нематод также имеют чрезвычайно широкий круг хозяев. Хотя трудно определить число хозяев для какого-либо одного вида галловых нематод, вполне вероятно, что некоторые галловые нематоды могут выжить на сотнях различных видов растений. Это может чрезвычайно затруднить борьбу с галловой нематодой, особенно если нематода может выжить на сорняках.Кроме того, неоднократно было показано, что галловые нематоды предрасполагают растения-хозяева к заражению другими патогенами сельскохозяйственных культур, увеличивая вероятность потери урожая.
| Рисунок 1 | |
| Рисунок 27 | Рисунок 28 |
Баркер, К.Р., Г.А. Педерсон и Г. Л. Виндхэм. 1998. Взаимодействие растений и нематод. ASA, CSSA, SSA Publishers, Мэдисон, Висконсин.
Франция, Р.А. и Г. С. Абави. 1993. Взаимодействие между Meloidogyne incognita и Fusarium oxysporum f. сп. Phaseoli на выбранных генотипах фасоли. Журнал нематологии 26:467-474.
Джепсон, С.Б. 1987. Идентификация галловых нематод (виды Meloidogyne ). CAB International, Уоллингфорд, Великобритания.
Karssen, G. 2002. Род паразитических нематод Meloidogyne Goeldi, 1892 (Tylenchida) в Европе.Издательство Brill Academic Publishers, Бостон, Массачусетс.
Lamberti, F. and CE Taylor, Eds. 1979. Галловые нематоды ( Meloidogyne Species). Академик Пресс, Нью-Йорк.
Perry, RN, M. Moens and FJ Starr, Eds. 2009. Галловые нематоды. CAB International, Уоллингфорд, Великобритания.
Сассер, Дж.Н. и К.С. Картер, ред. Расширенный трактат о Meloidogyne : Том I, Биология и контроль. 1985. Кафедра патологии растений и генетики, Университет штата Северная Каролина и Агентство США по международному развитию, Роли, Северная Каролина.
Старр Дж. Л., Дж. Бридж и Р. Кук, ред. Устойчивость растений к паразитическим нематодам. 2002. Издательство CABI, Кембридж, Массачусетс.
Viaene, N.M. 1998. Управление Meloidogyne hapla на салате в органической почве с суданской травой в качестве покровной культуры. Болезни растений 82:945-952.
29 апреля 2011 г.
Теперь, когда мы полностью восстановили функциональность всех затронутых сервисов, мы хотели бы поделиться с нашими клиентами более подробной информацией о событиях, произошедших с Amazon Elastic Compute Cloud («EC2») на прошлой неделе, о наших усилиях по восстановлению сервисов и что мы делаем, чтобы предотвратить повторение подобных проблем.
Мы прекрасно понимаем, что это событие сильно повлияло на многих наших клиентов, и, как и в случае любой серьезной проблемы с обслуживанием, мы намерены поделиться подробностями о том, что произошло, и о том, как мы улучшим обслуживание для наших клиентов.
Проблемы, с которыми столкнулись клиенты EC2 на прошлой неделе, в основном касались подмножества томов Amazon Elastic Block Store («EBS») в одной зоне доступности в Восточном регионе США, которые перестали обслуживать операции чтения и записи.В этом документе мы будем называть их «зависшими» томами. Это приводило к тому, что экземпляры, пытающиеся использовать эти затронутые тома, также «зависали» при попытке чтения или записи в них. Чтобы восстановить эти тома и стабилизировать кластер EBS в этой зоне доступности, мы отключили все API-интерфейсы управления (например, создание тома, присоединение тома, отсоединение тома и создание моментального снимка) для EBS в затронутой зоне доступности на протяжении большей части продолжительности периода доступности.
событие. В течение двух периодов в течение первого дня проблемы неисправный кластер EBS влиял на API-интерфейсы EBS и приводил к высокой частоте ошибок и задержке вызовов EBS к этим API во всем Восточном регионе США.Как и в случае любой сложной операционной проблемы, эта была вызвана несколькими основными причинами, взаимодействующими друг с другом, и поэтому дает нам много возможностей защитить службу от повторения любого подобного события.
Обзор системы EBS
Полезно понять архитектуру EBS, чтобы мы могли лучше объяснить событие. EBS — это распределенное реплицированное блочное хранилище данных, оптимизированное для обеспечения согласованности и доступа для чтения и записи с малой задержкой из экземпляров EC2.Служба EBS состоит из двух основных компонентов: (i) набор кластеров EBS (каждый из которых полностью работает внутри зоны доступности), которые хранят пользовательские данные и обслуживают запросы к экземплярам EC2; и (ii) набор служб плоскости управления, которые используются для координации пользовательских запросов и их распространения на кластеры EBS, работающие в каждой из зон доступности в регионе.
Кластер EBS состоит из набора узлов EBS. Эти узлы хранят реплики данных тома EBS и обслуживают запросы на чтение и запись к инстансам EC2.Данные тома EBS реплицируются на несколько узлов EBS для надежности и доступности. Каждый узел EBS использует одноранговую стратегию быстрой отработки отказа, которая агрессивно выделяет новые реплики, если одна из копий выходит из синхронизации или становится недоступной. Узлы в кластере EBS связаны друг с другом через две сети. Основная сеть — это сеть с высокой пропускной способностью, используемая в обычном режиме для всей необходимой связи с другими узлами EBS, экземплярами EC2 и службами плоскости управления EBS.Вторичная сеть, сеть репликации, представляет собой сеть с меньшей пропускной способностью, используемую в качестве резервной сети, чтобы позволить узлам EBS надежно взаимодействовать с другими узлами в кластере EBS и обеспечить избыточную емкость для репликации данных. Эта сеть не предназначена для обработки всего трафика из основной сети, а обеспечивает высоконадежное подключение между узлами EBS внутри кластера EBS.
Когда узел теряет связь с узлом, на который он реплицирует данные, предполагается, что другой узел вышел из строя.Чтобы сохранить устойчивость, он должен найти новый узел, на который он может реплицировать свои данные (это называется повторным зеркалированием). В рамках процесса повторного зеркального отображения узел EBS ищет в своем кластере EBS другой узел с достаточным количеством свободного места на сервере, устанавливает соединение с сервером и распространяет данные тома. В нормально функционирующем кластере поиск места для новой реплики происходит за миллисекунды. Во время повторного зеркалирования данных все узлы, у которых есть копии данных, удерживают данные до тех пор, пока не подтвердят, что другой узел стал владельцем их части.Это обеспечивает дополнительный уровень защиты от потери данных клиентов. Кроме того, при повторном зеркалировании данных на томе клиента доступ к этим данным блокируется до тех пор, пока система не определит новую первичную (или доступную для записи) реплику.
Это необходимо для согласованности данных тома EBS при всех возможных режимах отказа. С точки зрения экземпляра EC2, пытающегося выполнить ввод-вывод на томе, пока это происходит, том будет казаться «зависшим».
В дополнение к кластерам EBS существует набор служб плоскости управления, которые принимают запросы пользователей и распространяют их на соответствующий кластер EBS.На каждый регион EC2 приходится один набор сервисов плоскости управления EBS, но сама плоскость управления сильно распределена по зонам доступности, чтобы обеспечить доступность и отказоустойчивость. Эти службы уровня управления также действуют как полномочия для кластеров EBS, когда они выбирают первичные реплики для каждого тома в кластере (для согласованности в любой момент времени должна быть только одна первичная реплика для каждого тома). Хотя существует несколько различных сервисов, составляющих плоскость управления, в этом документе мы будем называть их вместе «плоскостью управления EBS».
Первичный отказ
21 апреля в 00:47 по тихоокеанскому времени изменение сети было выполнено в рамках наших обычных действий по масштабированию AWS в одной зоне доступности в Восточном регионе США.
Изменение конфигурации было направлено на повышение пропускной способности основной сети. Во время изменения одним из стандартных шагов является переключение трафика с одного из резервных маршрутизаторов в основной сети EBS, чтобы обновление могло произойти. Сдвиг трафика был выполнен неправильно, и вместо того, чтобы направить трафик на другой маршрутизатор в основной сети, трафик был направлен в резервную сеть EBS с меньшей пропускной способностью.Для части кластера EBS в затронутой зоне доступности это означало, что у них не было функционирующей первичной или вторичной сети, поскольку трафик был намеренно смещен из основной сети, а вторичная сеть не могла обрабатывать тот уровень трафика, который она получала. . В результате многие узлы EBS в затронутой зоне доступности оказались полностью изолированы от других узлов EBS в своем кластере. В отличие от обычного прерывания сети, это изменение одновременно отключило как основную, так и вторичную сеть, оставив затронутые узлы полностью изолированными друг от друга.
Когда возникла эта проблема с сетевым подключением, большое количество узлов EBS в одном кластере EBS потеряли подключение к своим репликам. Когда неправильное смещение трафика было отменено и подключение к сети было восстановлено, эти узлы быстро начали искать в кластере EBS доступное пространство на сервере, где они могли бы повторно отразить данные. Опять же, в нормально функционирующем кластере это происходит за миллисекунды. В этом случае из-за того, что проблема затронула такое большое количество томов одновременно, свободная емкость кластера EBS была быстро исчерпана, в результате чего многие узлы «застряли» в цикле, постоянно ища в кластере свободное пространство.Это быстро привело к «шторму повторного зеркалирования», когда большое количество томов фактически «зависло», пока узлы искали в кластере место для хранения, необходимое для новой реплики. На данный момент около 13% томов в затронутой зоне доступности находились в таком «зависшем» состоянии.
После первоначальной последовательности событий, описанных выше, ухудшенный кластер EBS оказал непосредственное влияние на плоскость управления EBS.
Когда кластер EBS в затронутой зоне доступности попал в шторм повторного зеркалирования и исчерпал доступную емкость, кластер перестал обслуживать запросы API «создать том».Поскольку плоскость управления EBS (и, в частности, API создания тома) была настроена с длительным периодом ожидания, эти медленные вызовы API начали выполнять резервное копирование, что привело к нехватке потоков в плоскости управления EBS. Плоскость управления EBS имеет региональный пул доступных потоков, которые она может использовать для обслуживания запросов. Когда эти потоки были полностью заполнены большим количеством запросов в очереди, плоскость управления EBS не имела возможности обслуживать запросы API и также начала отказывать в запросах API для других зон доступности в этом регионе.В 2:40 по тихоокеанскому времени 21 апреля команда развернула изменение, которое отключило все новые запросы на создание тома в затронутой зоне доступности, а к 2:50 по тихоокеанскому времени задержки и частота ошибок для всех других API, связанных с EBS, были восстановлены.
Два фактора привели к дальнейшему ухудшению ситуации в этом кластере EBS в начале события. Во-первых, узлы, которым не удавалось найти новые узлы, не отступали достаточно агрессивно, когда не могли найти место, а вместо этого продолжали повторять поиск.Также было состояние гонки в коде на узлах EBS, которое с очень малой вероятностью приводило к их сбою, когда они одновременно закрывали большое количество запросов на репликацию. В нормально работающем кластере EBS эта проблема приведет к очень небольшому количеству сбоев узлов, если они вообще будут; однако во время этого шторма повторного зеркалирования количество попыток подключения было чрезвычайно высоким, поэтому эта проблема стала возникать чаще. Узлы начали выходить из строя из-за ошибки, в результате чего осталось больше томов, нуждающихся в повторном зеркалировании.Это создало больше «зависших» томов и добавило больше запросов в шторм повторного зеркалирования.
К 5:30 утра по тихоокеанскому времени частота ошибок и задержки для вызовов EBS API в регионе снова увеличились.
Когда необходимо повторно отразить данные для тома, должно произойти согласование между экземпляром EC2, узлами EBS с данными тома и плоскостью управления EBS (которая действует в этом процессе как орган), чтобы только одна копия данных обозначается как первичная реплика и распознается экземпляром EC2 как место, куда должны отправляться все обращения.Это обеспечивает надежную согласованность томов EBS. По мере того как все больше узлов EBS продолжали выходить из строя из-за состояния гонки, описанного выше, объем таких согласований с плоскостью управления EBS увеличивался. Поскольку повторное зеркальное отображение данных не было успешным, количество этих вызовов увеличивалось по мере того, как система повторяла попытки и поступали новые запросы. Нагрузка вызвала отказ плоскости управления EBS и снова повлияла на API-интерфейсы EBS в регионе. В 8:20 утра по тихоокеанскому времени команда начала отключать всю связь между поврежденным кластером EBS в затронутой зоне доступности и плоскостью управления EBS.
Хотя это предотвратило любой доступ к EBS API в затронутой зоне доступности (мы обсудим восстановление этого в следующем разделе), другие задержки и частота ошибок вернулись к норме для EBS API для остальной части региона.
Подавляющее большинство томов в неисправном кластере EBS по-прежнему функционировали должным образом, и основное внимание уделялось восстановлению кластера, не затрагивая другие тома. В 11:30 утра по тихоокеанскому времени команда разработала способ предотвращения бесполезного обращения серверов EBS в деградировавшем кластере EBS к другим серверам (у которых в любом случае не было свободного места в этот момент), не влияя на другие важные коммуникации между узлами в кластере.После внесения этого изменения кластер прекратил дальнейшую деградацию, а дополнительные тома больше не подвергались риску «зависания». До того, как это изменение было развернуто, отказ серверов из-за состояния гонки приводил к «зависанию» дополнительных 5% томов в затронутой зоне доступности.
Тем не менее, тома также медленно резеркалировались по мере того, как освобождалась некоторая емкость, что позволяло существующим «зависшим» томам «отклеиваться». Конечным результатом стало то, что при развертывании этого изменения общее количество «зависших» томов в затронутой зоне доступности составило 13 %.
Клиенты также сталкивались с повышенным уровнем ошибок до полудня 21 апреля по тихоокеанскому времени при попытке запустить новые инстансы EC2 с поддержкой EBS в зонах доступности, отличных от затронутой зоны. Это происходило в течение примерно 11 часов, с начала отключения до полудня 21 апреля по тихоокеанскому времени. За исключением периодов более широких проблем с API, описанных выше, клиенты могли создавать инстансы EC2 с поддержкой EBS, но сталкивались со значительно повышенным уровнем ошибок и задержками. На новые запуски EC2, поддерживаемые EBS, влиял определенный API в плоскости управления EBS, который необходим только для присоединения новых экземпляров к томам.
Первоначально наше оповещение не было достаточно точным для этого API уровня управления EBS, и ошибки запуска были омрачены общей ошибкой из деградировавшего кластера EBS. В 11:30 по тихоокеанскому времени изменение уровня управления EBS устранило эту проблему, а задержки и частота ошибок для новых инстансов EC2 с поддержкой EBS быстро снизились и вернулись к норме в полдень по тихоокеанскому времени.
Восстановление EBS в затронутой зоне доступности
К 12:04 по тихоокеанскому времени 21 апреля сбой был ограничен одной затронутой зоной доступности, а неисправный кластер EBS был стабилизирован.API хорошо работали для всех других зон доступности, и дополнительные тома больше не «зависали». Наше внимание переключилось на завершение восстановления. Приблизительно 13 % томов в зоне доступности оставались «зависшими», а API-интерфейсы EBS были отключены в одной затронутой зоне доступности. Ключевым приоритетом стало подключение дополнительной емкости хранилища к сети, чтобы позволить «зависшим» томам найти достаточно места для создания новых реплик.
Команда столкнулась с двумя проблемами, которые задержали подключение ресурсов к сети.Во-первых, когда узел выходит из строя, кластер EBS не использует отказавший узел повторно, пока каждая реплика данных не будет успешно повторно зеркалирована. Это сознательное решение, позволяющее восстановить данные, если кластер не будет вести себя должным образом. Поскольку мы не хотели перепрофилировать эту неисправную емкость до тех пор, пока не будем уверены, что сможем восстановить затронутые пользовательские тома на отказавших узлах, команде пришлось установить большой объем дополнительной новой емкости, чтобы заменить эту емкость в кластере. Это потребовало трудоемкого процесса физического перемещения избыточных серверных мощностей из восточного региона США и установки этих мощностей в деградировавший кластер EBS.Во-вторых, из-за изменений, внесенных для уменьшения связи между узлами, используемой одноранговыми узлами для поиска новой емкости (что стабилизировало кластер на шаге, описанном выше), команда столкнулась с трудностями при включении новой емкости в кластер.
Команде пришлось осторожно внести изменения в свои дроссели согласования, чтобы согласование происходило с вновь построенными серверами без повторного переполнения старых серверов запросами, которые они не могли обслужить. Этот процесс занял больше времени, чем мы ожидали, поскольку команде пришлось решать ряд проблем, связанных с отключением связи.Примерно в 02:00 по тихоокеанскому времени 22 апреля команда успешно начала добавлять значительные объемы новой емкости и работать с невыполненной репликацией. Тома последовательно восстанавливались в течение следующих девяти часов, и к 12:30 по тихоокеанскому времени 22 апреля все тома в затронутой зоне доступности, кроме примерно 2,2%, были восстановлены. Несмотря на то, что восстановленные тома были полностью реплицированы, не все из них сразу стали «отсоединенными» с точки зрения подключенных инстансов EC2, поскольку некоторые из них были заблокированы, ожидая, пока плоскость управления EBS станет доступной, чтобы они могли безопасно восстановить соединение с Экземпляр EC2 и выберите новую доступную для записи копию.
После того, как к кластеру была добавлена достаточная емкость, группа работала над повторным установлением доступа API плоскости управления EBS к затронутой зоне доступности и восстановлением доступа к оставшимся «зависшим» томам. Существовало большое количество невыполненных изменений состояния, которые необходимо было распространить как с деградировавших узлов EBS на плоскость управления EBS, так и наоборот. Эти усилия предпринимались постепенно, чтобы избежать воздействия на восстановленные тома и плоскость управления EBS. Наши первоначальные попытки предоставить доступ через API к затронутой зоне доступности были сосредоточены на регулировании распространения состояния, чтобы избежать перегрузки плоскости управления EBS.Мы также начали создавать отдельный экземпляр плоскости управления EBS, которую мы могли бы разделить на затронутую зону доступности, чтобы избежать влияния на другие зоны доступности в регионе, пока мы обрабатывали отставание. Мы быстро разработали дроссели, которые оказались слишком грубыми, чтобы пропускать правильные запросы и стабилизировать систему.
С вечера 22 апреля до утра 23 апреля мы работали над созданием более мелкозернистых дросселей. К субботнему утру мы закончили работу над специальной панелью управления EBS и более мелкими дросселями.Первоначальные тесты трафика на уровне управления EBS продемонстрировали прогресс, и вскоре после 11:30 по тихоокеанскому времени 23 апреля мы начали неуклонно обрабатывать отставание. К 15:35 по тихоокеанскому времени мы завершили предоставление доступа к плоскости управления EBS в поврежденной зоне доступности. Это позволило большинству оставшихся томов, которые ожидали на уровне управления EBS согласования реплик, доступных для записи, снова можно было использовать из подключенных к ним экземпляров. В 18:15 по тихоокеанскому времени 23 апреля доступ API к ресурсам EBS был восстановлен в уязвимой зоне доступности.
С открытием доступа к API в затронутой зоне доступности API теперь работают во всех зонах доступности в регионе. Для восстановления оставшихся 2,2% затронутых томов потребовался более ручной процесс восстановления.
Команда сделала моментальные снимки этих томов в резервные копии S3 в начале мероприятия в качестве дополнительной меры предосторожности против потери данных во время развертывания события. На этом команда закончила разработку и тестирование кода для восстановления томов из этих моментальных снимков и начала обработку пакетов в течение ночи.В 12:30 по тихоокеанскому времени 24 апреля мы завершили работу с томами, которые смогли восстановить таким образом, и восстановили все затронутые тома, кроме 1,04 %. В этот момент команда начала расследование оставшихся томов, на которых произошел сбой машины и для которых мы не смогли сделать моментальный снимок. В 15:00 по тихоокеанскому времени команда начала их восстанавливать. В итоге 0,07 % томов в затронутой зоне доступности не удалось восстановить для клиентов в согласованном состоянии.
Влияние на Amazon Relational Database Service (RDS)
Помимо прямого влияния этой проблемы EBS на инстансы EC2, она также повлияла на службу реляционной базы данных («RDS»).
RDS зависит от EBS для хранения базы данных и журналов, и в результате часть баз данных RDS, размещенных в основной затронутой зоне доступности, стала недоступной.
Клиенты могут использовать экземпляры RDS либо в одной зоне доступности («одна зона доступности»), либо с репликацией в нескольких зонах доступности («нескольких зонах доступности»). Экземпляры базы данных в одной зоне доступности подвержены сбоям в зоне доступности. В этом случае экземпляр базы данных в одной зоне доступности пострадал бы, если бы один из томов EBS, на который он полагался, «завис».В основной затронутой зоне доступности 45 % инстансов в одной зоне доступности были затронуты «зависанием» операций ввода-вывода. Это была относительно большая часть популяции RDS, чем соответствующая популяция томов EBS, поскольку экземпляры базы данных RDS используют несколько томов EBS. Это увеличивает совокупную емкость операций ввода-вывода для рабочих нагрузок базы данных в нормальных условиях, но означает, что «застрявший» ввод-вывод на любом томе для экземпляра базы данных в одной зоне доступности может сделать его неработоспособным до тех пор, пока том не будет восстановлен.
Процент «зависших» экземпляров базы данных в одной зоне доступности в затронутой зоне доступности неуклонно снижался во время события по мере продолжения восстановления EBS.Процент «зависших» экземпляров базы данных в одной зоне доступности в затронутой зоне доступности снизился до 41,0 % к концу 24 часов, 23,5 % к 36 часам и 14,6 % к концу 48 часов, а остальные восстановились в течение выходных. Хотя мы восстановили почти все затронутые экземпляры базы данных, 0,4% экземпляров баз данных в одной зоне доступности в затронутой зоне доступности имели базовый том хранилища EBS, который невозможно было восстановить. Для этих экземпляров базы данных клиенты с включенным автоматическим резервным копированием (настройка по умолчанию) имели возможность инициировать операции восстановления базы данных на определенный момент времени.
RDS в нескольких зонах доступности обеспечивают избыточность за счет синхронной репликации данных между двумя репликами баз данных в разных зонах доступности.
В случае сбоя на первичной реплике RDS автоматически обнаруживает сбой и переключается на вторичную реплику. Из экземпляров баз данных в нескольких зонах доступности в Восточном регионе США 2,5 % не выполнили автоматический переход на другой ресурс после «зависания» операций ввода-вывода. Основная причина заключалась в том, что быстрая последовательность прерывания сети (которая отделяла первичную реплику от вторичной) и «зависание» ввода-вывода на первичной реплике вызвали ранее не встречавшуюся ошибку.Эта ошибка оставила первичную реплику в изолированном состоянии, когда наш агент мониторинга не мог автоматически переключаться на вторичную реплику без риска потери данных, и требовалось ручное вмешательство. Мы активно работаем над исправлением для решения этой проблемы.
Предотвращение события
Триггером для этого события было изменение конфигурации сети. Мы проведем аудит нашего процесса изменений и увеличим автоматизацию, чтобы предотвратить повторение этой ошибки в будущем.
Тем не менее, мы сосредоточены на создании программного обеспечения и услуг, чтобы выдерживать сбои. Большая часть работы, которую предстоит выполнить в результате этого события, будет направлена на дальнейшую защиту службы EBS перед лицом аналогичного сбоя в будущем.
Мы внесем ряд изменений, чтобы предотвратить попадание кластера в шторм с повторным зеркалированием в будущем. Имея дополнительную избыточную емкость, деградировавший кластер EBS быстрее обработал бы большое количество запросов повторного зеркалирования и избежал бы бури повторного зеркалирования.Теперь мы понимаем объем ресурсов, необходимых для крупных событий восстановления, и будем модифицировать наше планирование ресурсов и аварийную сигнализацию, чтобы у нас были дополнительные ресурсы безопасности, необходимые для крупномасштабных отказов. Мы уже значительно увеличили буферную емкость и рассчитываем получить необходимую новую мощность через несколько недель. Мы также изменим нашу логику повторных попыток в узлах сервера EBS, чтобы предотвратить попадание кластера в шторм повторного зеркалирования.
Когда происходит большое прерывание, наша логика повторных попыток будет более агрессивно отступать и фокусироваться на восстановлении связи с предыдущими репликами, а не на бесполезном поиске новых узлов для повторного зеркалирования.Мы начали работу над этими изменениями и уверены, что сможем устранить основную причину повторного зеркалирования шторма, изменив эту логику. Наконец, мы определили источник состояния гонки, которое привело к сбою узла EBS. У нас есть исправление, и мы будем тестировать его и развертывать на наших кластерах в ближайшие пару недель. Эти изменения предоставляют нам три отдельных средства защиты от повторения этого события.
Воздействие на несколько зон доступности
EC2 предоставляет два очень важных строительных блока доступности: регионы и зоны доступности.По своему замыслу регионы — это полностью отдельные развертывания нашей инфраструктуры. Регионы полностью изолированы друг от друга и обеспечивают высшую степень независимости.
Многие пользователи используют несколько регионов EC2 для достижения чрезвычайно высокого уровня отказоустойчивости. Однако, если вы хотите перемещать данные между регионами, вам нужно делать это через свои приложения, поскольку мы не реплицируем данные между регионами от имени наших пользователей. Вам также необходимо использовать отдельный набор API для управления каждым регионом. Регионы предоставляют пользователям мощный строительный блок доступности, но для того, чтобы воспользоваться преимуществами этой изоляции, требуются усилия со стороны разработчиков приложений.В регионах мы предоставляем зоны доступности, чтобы помочь пользователям легко создавать отказоустойчивые приложения. Зоны доступности — это физически и логически отдельная инфраструктура, построенная так, чтобы быть очень независимой, но при этом предоставлять пользователям высокоскоростное сетевое подключение с малой задержкой, простые способы репликации данных и согласованный набор API-интерфейсов управления. Например, при работе внутри региона пользователи могут делать моментальные снимки EBS, которые можно восстановить в любой зоне доступности, и могут программно управлять ресурсами EC2 и EBS с помощью одних и тех же API.
Мы предоставляем эту слабую связь, потому что она позволяет пользователям легко создавать отказоустойчивые приложения.
Это событие имело два разных последствия. Во-первых, это повлияло на запуск приложений в затронутой зоне доступности, поскольку затронутые тома EBS «зависли». Из-за архитектуры службы EBS влияние на работающие экземпляры было ограничено затронутой зоной доступности. В результате многие пользователи, которые написали свои приложения, чтобы использовать преимущества нескольких зон доступности, не оказали существенного влияния на доступность в результате этого события.Некоторые клиенты сообщили, что в четверг у них «зависли» тома EBS в зонах доступности, отличных от затронутой зоны доступности. Хотя наш мониторинг ясно показывает влияние повторного зеркалирования шторма на плоскость управления EBS и тома в затронутой зоне доступности, он не отражает значительного влияния на существующие тома EBS в других зонах доступности в регионе. Мы видим, что в исправных зонах доступности было несколько больше «зависших» томов, чем мы ожидали, хотя их все равно очень мало.
Чтобы представить это в перспективе, пиковый процент «зависших» объемов, который мы наблюдали в регионе за пределами затронутой зоны доступности, составлял менее 0,07%. Мы исследовали несколько таких «зависших» томов. Слегка повышенное количество «застрявших» томов в этих незатронутых зонах было вызвано задержками в восстановлении из обычных повторных зеркал из-за увеличенных задержек и частоты ошибок плоскости управления EBS, описанной выше; всегда происходит фоновая скорость повторного зеркалирования тома. Мы также считаем, что описанная ниже работа по дополнительной изоляции плоскости управления EBS предотвратит даже это незначительное повышение скорости, если произойдет что-то подобное.
Хотя пользовательские приложения, использующие преимущества архитектур с несколькими зонами доступности («мульти-зона доступности»), смогли избежать воздействия этого события, определенно имело место влияние на плоскость управления EBS, которое повлияло на возможность создания томов EBS и управления ими в пределах всей сети.
Область. Одним из преимуществ EC2 является возможность быстрой замены отказавших ресурсов. Когда уровень управления EBS был поврежден или недоступен, клиентам с затронутыми томами было сложно заменить свои тома или экземпляры EC2 с загрузкой EBS в других работоспособных зонах доступности.Предотвратить повторение подобного — первоочередная задача.
Несмотря на то, что мы обеспечиваем нашим клиентам некоторую степень слабой связи, наша цель разработки состоит в том, чтобы сделать зоны доступности неотличимыми от полностью независимых. Наша плоскость управления EBS позволяет пользователям получать доступ к ресурсам в нескольких зонах доступности, сохраняя при этом устойчивость к сбоям в отдельных зонах. Это событие показало нам, что мы должны сделать дополнительные инвестиции, чтобы реализовать эту цель дизайна. Мы предпримем три действия, чтобы предотвратить влияние одной зоны доступности на плоскость управления EBS в нескольких зонах доступности.Во-первых, мы немедленно улучшим нашу логику тайм-аута, чтобы предотвратить исчерпание потока, когда один кластер зоны доступности слишком долго обрабатывает запросы.
Это предотвратило бы влияние API с 00:50 по тихоокеанскому времени до 2:40 по тихоокеанскому времени 21 апреля. Чтобы устранить причину второго воздействия API, мы также добавим возможность для нашей плоскости управления EBS лучше учитывать зону доступности и разумно сбрасывать нагрузку, когда она выходит за пределы емкости. Это похоже на другие дроссели, которые уже есть в наших системах.Кроме того, мы также видим возможность добавить больше нашей плоскости управления EBS в сервисы кластера EBS. Вынося больше функций из плоскости управления EBS и создавая развертывания этих служб для каждого кластера EBS (которые работают в той же зоне доступности, что и кластер EBS, который они поддерживают), мы можем обеспечить еще лучшую изоляцию зоны доступности для плоскости управления EBS. .
Упрощение использования преимуществ нескольких зон доступности
Мы также намерены упростить клиентам использование нескольких зон доступности.Во-первых, мы предложим несколько зон доступности для всех наших сервисов, включая Amazon Virtual Private Cloud («VPC»).
Сегодня клиенты VPC имеют доступ только к одной зоне доступности. Мы будем корректировать нашу дорожную карту, чтобы как можно скорее предоставить клиентам VPC доступ к нескольким зонам доступности. Это позволит клиентам VPC создавать высокодоступные приложения с использованием нескольких зон доступности точно так же, как сегодня это делают клиенты EC2, не использующие VPC.
Связанный с этим вывод, сделанный на этом мероприятии, заключается в том, что нам необходимо лучше справляться с обеспечением простоты проектирования и эксплуатации высоконадежных развертываний в нескольких зонах доступности.Некоторые клиентские приложения (или критически важные компоненты приложения, такие как база данных) развертываются только в одной зоне доступности, в то время как другие имеют экземпляры, распределенные по зонам доступности, но по-прежнему имеют критические единые точки отказа в одной зоне доступности. В подобных случаях операционные проблемы могут негативно повлиять на доступность приложения, тогда как надежное развертывание с несколькими зонами доступности позволит приложению продолжать работу без каких-либо последствий.
Мы постараемся предоставить клиентам более совершенные инструменты для создания приложений в нескольких зонах доступности, которые могут поддерживать потерю всей зоны доступности, не влияя на доступность приложений.Мы знаем, что нам нужно помочь клиентам разработать логику своих приложений, используя общие шаблоны проектирования. В этом случае некоторые клиенты серьезно пострадали, а у других были ресурсы, которые были затронуты, но практически не повлияли на их приложения.
Чтобы более тесно сотрудничать с нашими клиентами и партнерами в области передового опыта проектирования в облаке, мы проведем серию бесплатных вебинаров, начиная с понедельника, 2 мая. Первыми темами, которые мы затронем, будут проектирование отказоустойчивых приложений, Архитектура для облака и лучшие практики веб-хостинга.Мы ожидаем добавления дополнительных тем в серию в течение следующих нескольких недель и будем продолжать делать это на постоянной основе. Вебинары в течение следующих двух недель будут проводиться несколько раз в день, чтобы поддержать наших клиентов по всему миру в разных часовых поясах.
Мы отложим значительную часть вебинаров для подробных вопросов и ответов. Также будут организованы последующие обсуждения для клиентов или партнеров. Эти веб-семинары, а также серия технических документов по передовым методам проектирования для облака AWS доступны в новом Центре архитектуры на веб-сайте AWS.Мы также продолжим предоставлять дополнительные услуги, такие как S3, SimpleDB и RDS для нескольких зон доступности, которые автоматически выполняют балансировку на уровне нескольких зон доступности, чтобы клиенты могли воспользоваться преимуществами нескольких зон доступности, не выполняя никаких сложных действий в своих приложениях.
Ускорение восстановления
Мы также будем инвестировать в улучшение видимости, контроля и автоматизации для восстановления томов в кластере EBS. У нас есть ряд операционных инструментов для управления кластером EBS, но детальный контроль и регулирование команды, используемые для восстановления кластера, будут встроены непосредственно в узлы EBS.
Мы также автоматизируем модели восстановления, которые мы использовали для различных типов восстановления томов, которые нам приходилось выполнять. Это сэкономило бы нам значительное время в процессе восстановления. Мы также рассмотрим, какие изменения мы можем внести, чтобы сохранить функциональность тома в периоды ухудшения работы кластера, включая добавление возможности делать снимок «зависшего» тома. Если бы у клиентов была такая возможность, им было бы легче восстанавливать свои приложения в других зонах доступности в регионе.
Улучшение средств связи и работоспособности служб во время операционных проблем
Помимо технических идей и улучшений, которые станут результатом этого события, мы также определили улучшения, которые необходимо внести в наши коммуникации с клиентами. Мы хотели бы, чтобы наши сообщения были более частыми и содержали больше информации. Мы понимаем, что во время простоя клиенты хотят знать как можно больше подробностей о том, что происходит, сколько времени займет устранение и что мы делаем, чтобы это не повторилось.
Большая часть команды AWS, включая всю команду высшего руководства, принимала непосредственное участие в координации, устранении неполадок и решении проблемы. Первоначально наша основная цель заключалась в том, чтобы продумать, как решить операционные проблемы для клиентов, а не на выявлении основных причин. Мы чувствовали, что сосредоточение наших усилий на решении, а не на проблеме, было правильным для наших клиентов, и что это помогло нам быстрее восстановить здоровье наших клиентов и услуг.Мы информировали клиентов, когда у нас была новая информация, в достоверности которой мы были уверены, и воздерживались от спекуляций, зная, что как только мы вернем сервисы в нормальное состояние, мы быстро перейдем к этапу сбора и анализа данных, который приведет к этому вскрытию.
Тем не менее, мы думаем, что можем улучшить эту область. Мы перешли на более регулярные обновления во время этого мероприятия и планируем продолжать с такой же частотой обновлений в будущем.Кроме того, мы уже работаем над тем, как мы можем более широко укомплектовать нашу команду поддержки разработчиков на таком мероприятии, как это, и организовать предоставление ранней и значимой информации, избегая при этом спекуляций.
Мы также можем сделать так, чтобы клиентам было проще определить, были ли затронуты их ресурсы, и мы разрабатываем инструменты, которые позволят вам через API видеть, повреждены ли ваши экземпляры.
Кредит на услуги для пострадавших клиентов
Для клиентов с подключенным томом EBS или работающим экземпляром базы данных RDS в затронутой зоне доступности в регионе Восток США на момент сбоя, независимо от того, были ли затронуты их ресурсы и приложения, мы собираемся предоставить 10 дневной кредит, равный 100 % использования ими томов EBS, экземпляров EC2 и экземпляров базы данных RDS, которые работали в затронутой зоне доступности.Этим клиентам не нужно ничего делать, чтобы получить этот кредит, поскольку он будет автоматически применен к их следующему счету AWS. Клиенты могут узнать, имеют ли они право на получение кредита на обслуживание, войдя на страницу действий своей учетной записи AWS.
В заключение
И последнее, но не менее важное: мы хотим извиниться.
У растений корни продолжают расти, пока они ищут
для воды и питательных веществ. Эти области роста хороши для изучения
клеточный цикл, потому что в любой момент времени вы можете найти клетки, которые
подвергаются митозу.