«Влияние гидрогеля при выращивании tr1ticum aestivum l. и secale cereale l. с использованием культуральных жидкостей микроскопических водорослей и цианобактерий па безжизненных субстратах» - Дипломная работа

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 3

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 7

1.1. Полимерный гидрогель 17

1.1.1. Полиакриламид и акриламид 27

1.1.2. Влияние гидрогеля на растения 31

1.2. Характеристика использованных видов 33

1.2.1. Chlorella vulgaris Beijer 33

1.2.2. Eustigmatos magnus (B. Petersen) Hibberd 34

1.2.3. Scotiellopsis rubescens Vinatzer 35

1.2.4. Nostoc sp. (Cyanobacteria) 36

1.3. Сельскохозяйственные культуры 37

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 42

2.1. Характеристика гидрогеля 42

2.2. Методика культивирования микроводорослей и цианобактерий 42

2.3. Методика подсчета клеток в камере Горяева и определения плотности биомассы с помощью фотоэлектроколориметра 44

2.4. Методика проращивания и определения всхожести семян Triticum aestivum L. и Secale cereale L 47

2.5. Методика проведения исследования 48

2.6. Методика оценки жизнеспособности проростков 50

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 52

ВЫВОДЫ 82

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 84

Введение

Актуальность исследования:

Для получения максимальной урожайности решающее значение имеет оптимальная площадь питания каждого растения. При этом, наряду со значениями объема воздуха и почвы, важнейшим показателем является ее влагообеспеченность, что в совокупности влияет на густоту, качество посевов и урожайность. Обеспечение оптимальной влажности почв - одно из основных условий повышения плодородия, их санитарно-защитных функций. Оптимизация водного режима почв, сохранение в ней запасов влаги, нивелирование дефицита влаги - актуальные проблемы агроценозов (Тлеукеева, Шайдуллина, 2012).

Для поддержания необходимого влагообеспечения растений предлагается использовать влагоудерживающий сополимер (гидрогель) (Филиппова, 2000).

Гидрофильные акриловые полимеры находят широкое применение в различных областях народного хозяйства как суперабсорбенты. Перспективной сферой их использования является производство влагоудерживающих препаратов для нужд сельского хозяйства, декоративного и приусадебного растениеводства (Наумов и др., 2011).

Гидрогель представляет собой набухшие в растворителе длинные полимерные цепи, сшитые друг с другом поперечными ковалентными связями (сшивками) в единую пространственную сетку. Полимерные гидрогели обладают уникальной способностью поглощать и удерживать при набухании до двух литров дистиллированной воды на 10 г гидрогеля или около 0,11 л питательного раствора на 1 г препарата. Это в свою очередь вызывает большой интерес, в связи с проблемами влагосохранения в почвах в экстремально жарких странах и засушливых регионах (Филиппова, 2000).

В то же время, помимо воды, растениям необходима «подкормка», в виде удобрений. Удобрения бывают минеральные и органические. Одним из видов органических удобрений являются биомасса микроводорослей.

Экспериментальным путем было доказано, что биомасса (культуральная жидкость) почвенных водорослей способна улучшать физико - химический режим почв (Голлербах, Штина, 1969). Водорослевая биомасса обогащает почву азотом, фосфором, калием, йодом и значительным количеством микроэлементов, пополняет также её бактериальную микрофлору. При этом в почве микроводоросли разлагаются быстрее, чем навозные удобрения, и не засоряют её семенами сорняков, личинками вредных насекомых, спорами фитопатогенных грибов, оказывая значительную помощь в повышении плодородия почв, их рекультивации, пополнении запасов органических веществ и повышении урожайности сельскохозяйственных культур (Стифеев, 2012; Лукьянов, 2014).

В связи с этим, актуальным и перспективным направлением решения проблем сельского хозяйства в засушливых регионах, является возможность совместного использования полимерного гидрогеля и культуральной жидкости микроводорослей.

Целью данной работы является изучение влияния гидрогеля на основе сополимера диаллилдиметилламоний хлорида и акриламида, разработанный на кафедре химии БГПУ им. М. Акмуллы, при выращивании Triticum aestivum L. и Secale cereale L., с использованием культуральных жидкостей микроскопических водорослей и цианобактерий, на безжизненных субстратах.

В связи с поставленной целью были определены следующие задачи:

1. Изучить токсичность и влияние гидрогеля на морфометрические показатели клеток микроводорослей и цианобактерий: Chlorella vulgaris, Eustigmatos mangus, Scotiellopsis rubescens и Nostoc sp.;

2. Оценить совместное воздействие гидрогеля и культуральных жидкостей на Triticum aestivum L. и Secale cereale L. с посевом на различные субстраты;

3. Определить длину проростков, всхожесть семян и оценить жизнеспособность зерновых культур;

4. Провести статистическую обработку результатов эксперимента;

5. Разработать методические рекомендации по проведению экологических исследований в школе с применением гидрогелей.

Научная новизна исследования: Впервые было исследовано

воздействие гидрогеля, разработанный на кафедре химии БГПУ им. М. Акмуллы, при выращивании Triticum aestivum L. и Secale cereale L. на разных видах субстрата с использованием культуральных жидкостей.

Апробация материалов. Материалы выпускной квалификационной работы опубликованы в печати:

1. Габидуллина Г. Г. Влияние разных видов гидрогелей на почвенную водоросль Scotiellopsis rubescens (Chlorophyta) [Текст] / Г. Г. Габидуллина, М. А. Ярыева, Л. М. Сафиуллина // Современные аспекты изучения экологии растений: материалы VI Международной молодежной дистанционной конкурс-конференции. - Уфа: Мир печати, 2018. - С. 19-22.

2. Габидуллина Г.Г. Влияние полимерных гидрогелей разных производителей на почвенные микроводоросли [Текст] / Г. Г. Габидуллина // Международное научно-практическое периодическое сетевое издание «Форум молодых ученых». Выпуск № 12(28) (декабрь, 2018).

3. Габидуллина Г.Г. Влияние гидрогеля на морфометрические показатели клеток Eustigmatos mangus [Текст] / Г. Г. Габидуллина // Международное научно-практическое периодическое сетевое издание «Форум молодых ученых». Выпуск № 12(28) (декабрь, 2018).

4. Габидуллина Г. Г. Влияние разных видов гидрогелей на почвенную водоросль Eustigmatos mangus (B. Petersen) Hibberd (Eustigmatophyta) [Текст] / Г. Г. Габидуллина, Э. А. Туктарова, Л. М. Сафиуллина // Современные аспекты изучения экологии растений: материалы V Международной молодежной дистанционной конкурс- конференции. - Уфа: Мир печати, 2017. - С. 20-24.

5. Габидуллина Г.Г. Влияние полимерных гидрогелей разных производителей на Chlorella vulgaris [Текст] / Э. А. Туктарова, Габидуллина Г.Г., Л. М. Сафиуллина // Современные аспекты изучения экологии растений: материалы V Международной молодежной дистанционной конкурс- конференции. - Уфа: Мир печати, 2017. - С. 59-63.

6. Габидуллина Г.Г. Альгофлора отвалов горнодобывающего предприятия ООО «Башкирская медь» [Текст] / М.В. Ярыева, Г.Г. Габидуллина, Л.М. Сафиуллина // Современные аспекты изучения экологии растений: материалы VI Международной молодежной дистанционной

конкурс-конференции. - Уфа: Мир печати, 2018. - С. 112-116.

7. Габидуллина Г.Г. Влияние культуральной жидкости микроводорослей на рост и развитие семян корнеплодов [Текст] / Г.Г. Габидуллина [и др.] // Международный научно-исследовательский журнал / INTERNATIONAL RESEARCH JOURNAL. - Екатеринбург, 2017. - С. 127130.

Практическая значимость работы. Результаты проведенных исследований в дальнейшем могут использоваться в сельскохозяйственных работах в регионах с засушливым климатом и нарушенным почвенным покровом.

Благодарность. Выражаем искреннюю благодарность заведующему кафедрой химии, к.х.н., профессору Борисову Ивану Михайловичу и аспирантке Лукша Римме Сергеевне за предоставление гидрогеля разработанного на кафедре химии БГПУ им. М. Акмуллы. А также к.б.н., доценту кафедры генетики Абрамову Сергею Николаевичу за предоставление ФЭК (КФК-3- «3ОМЗ).

Выдержка из текста работы

1.1. Полимерный гидрогель

В последние годы внимание исследователей привлекает новый класс полимеров - полимерные гидрогели, которые набухают в воде, но не растворяются (Максимова и др., 2010).

Гидрогель представляет собой полиакриламидный полимер. Полимеры - вещества, молекулы которых (макромолекулы) состоят из большого числа повторяющихся звеньев; молекулярная масса полимеров может изменяться от нескольких тысяч до многих миллионов. Особые свойства полимеров, такие как: эластичность; малая хрупкость стеклообразных и кристаллических полимеров; способность макромолекул к ориентации под действием направленного механического поля; высокая вязкость раствора при малой концентрации полимера; растворение полимера через стадию набухания; способность резко изменять свои физико-механические свойства под действием малых количеств реагента, - позволяют широко использовать их в быту, машиностроении, текстильной промышленности, сельском хозяйстве и медицине, автомобиле- и судостроении, авиастроении. Особые свойства полимеров объясняются не только большой молекулярной массой, но и тем, что макромолекулы имеют цепное строение и обладают уникальным для неживой природы свойством - гибкостью (Агафонов, 1965).

Гидрогель - это средство для накопления и удержания влаги в почве. Гидрогель является аккумулятором влаги. Его ещё называют кондиционер для растений или кондиционер для земли. Гидрогель представляет собой гранулы полимера, которые при замачивании водой разбухают и доходят до гелеобразного состояния. При этом гидрогель способен впитывать влагу при поливе, от дождя и даже утреннюю росу. При внесении гидрогеля в корневую зону растений гидрогель постоянно питает растение водой в нужных количествах. Растение не получает стресса от изменения влажности почвы и обгоняет контрольные образцы в развитие на 15-30% (Артюшин, 1987).

Гидрогель можно применять на открытом грунте, в теплицах, кашпо и для комнатных растений. В комнатных горшках применение гидрогеля снижает частоту полива растений до одного месяца. В кашпо и дизайнерских композициях частота полива уменьшается в несколько раз в зависимости от климата и расположения. 1 грамм гидрогеля впитывает до 300 мл воды, полностью безопасен для растений и человека. Не теряет своих свойств в почве до 5 лет. Гидрогель работает и после замерзания и полного высушивания, не теряя своих свойств.

Результат испытаний убеждает, что гидрогель:

1. длительно повышает запас воды в почвах и субстратах;

2. сокращает частоту полива минимум на 50%;

3. обеспечивает равномерный подвод воды к растению;

4. уменьшает вынос питательных веществ в грунтовые воды;

5. снижает затраты на полив и удобрение почвы;

6. благодаря своей структуре, кристаллы гидрогеля улучшают характеристики самых разных почв: глинистые почвы становятся более рыхлыми, а сыпучие - комковатыми. Растения, выращиваемые с использованием гидрогеля, даже в самую сильную жару достаточно поливать раз в неделю и реже.

На сегодняшний день сфера применения гидрогеля выглядит так:

1. гидрогель - добавка в почву для удержания влаги;

2. гидрогель - среда для содержания растений;

гидрогель - средство для транспортировки растений (Бедриковская, 1972).

Заключение

1. В ходе лабораторного эксперимента было изучено влияние гидрогеля на морфометрические показатели почвенных водорослей и цианобактерий. Анализ результатов эксперимента показал, что наиболее устойчивым видом являлся S. rubescens, морфологический статус этого вида оставался практически неизменным. E. magnus был подвержен наиболее значительным морфологическим изменениям, это характеризовалось в образовании ярко выраженных каротиноидных глобул, наблюдался плазмолиз, а также наблюдалось деформация хлоропласта и гранулированность протопласта клеток. Большое количество мертвых клеток были на 28 сутки эксперимента (60%). Влияние гидрогеля на Nostoc sp. характеризовалась утолщением оболочек и плазмолизом клеток. На 28 сутки у 40% вегетативных клеток Nostoc sp. наблюдалось гибель. Зафиксирована увеличение количества слизи. Самым чувствительным видом по отношению к гидрогелю была Ch. vulgaris. Морфологические нарушения при этом характеризовались образованием клеток с крупными вакуолями и в гомогенности внутреннего содержимого. На 28 сутки эксперимента было обнаружено 90% мертвых клеток.

2. Результаты исследования позволили получить достоверные данные о совместном влияние гидрогеля и культуральной жидкости на всхожесть Triticum aestivum L. и Secale cereale L. Увеличение всхожести семян пшеницы с помощью гидрогеля и биомассы микроводорослей на различных типах грунта позволило установить самую высокую всхожесть при посеве пшеницы в песок с использованием в качестве культуральной жидкости E. magnus - 76% всхожести. Самая низкая всхожесть семян пщеницы была обнаружена во всех контрольных пробах: в глине - 20%, в керамзите и песке 34% и 26% соответсвенно. При исследовании семян ржи сорта «Саратовская 1» было установлено, совместное использование гидрогеля с культуральными жидкостями Nostoc sp., Chlorella vulgaris и E. magnus увеличивают всхожесть до 80%, по сравнению с контролем, где максимальное значение процента всхожести составил 20%.

3. Применение культуральной жидкости Eustigmatos magnus и гидрогеля показала высокие значения средней длины проростков в экспериментальной группе семян пшеницы мягкой сорта «Экада 70» - 19,46 см и корешков - 11,83 см. При выращивании семян ржи сорта «Саратовская 1» с использованием гидрогеля с культуральной жидкостью Eustigmatos magnus наблюдалось максимальное значение показателя средней длины проростков - 20,73 см. а корешков при поливе Nostoc sp.на субстрате из глины (7,31 см). Следовательно, можно сказать, что применение в комплексе полимерного гидрогеля с культуральными жидкостями микроводорослей и цианобактерий: Chlorella vulgaris, Eustigmatos magnus, Scotiellopsis rubescens и Nostoc sp. оказывают положительное влияние на процент всхожести, рост и развитие семян зерновых культур.

4. В ходе визуальной оценки жизнеспособности было выявлено, что в среднем лучшей степенью жизнеспособности обладали пшеница и рожь при выращивании на песке, глине и керамзите с использованем всех водорослей, в том числе и контрольная проба на глине (III). Однако, эти показатели не превышали среднего значения по шкале жизнеспособности. Худшей жизнеспособностью обладали контрольные пробы на керамзите и песке, они имели самые низкие показатели по шкале жизнеспособности (II).

5. На основе проведенного эксперимента по влиянию полимерного гидрогеля на зерновые культуры, с использованием культуральных жидкостей, и перспективы применения на безжизненных субстратах, была разработана методическая рекомендация по проведению экологических исследований в школе с применением гидрогелей.

Таким образом, результаты исследований говорят в пользу возможности совместного использования препаратов на основе культуральной жидкости почвенных микроводорослей и гидрогеля в сельском хозяйстве для стимуляции роста пшеницы и подобных культур.

Список литературы

1. Агафонов, О. А. К вопросу о применении полиакриламида для закрепления песков / О. А. Агафонов, А. А. Шутов // Труды по агрономической физике. - 1965. - Вып. II.

2. Андреева В.М. Почвенные и аэрофильные зеленые водоросли (Tetrasporales, Chlorococcales, Chlorosarcinales) / СПб. 1998. 351с.

3. Андреева В.М. Род Chlorella. Морфология, систематика, принципы классификации / Л.: Изд-во «Наука» Ленингр. отд. 1975. 110 с.

4. Аристовская Т.В. Микробиология процессов почвообразования / Л.: Наука. 1980. 187 с.

5. Артюшин, А. М. Полимеры в земледелии / А. М. Артюшин // Земледелие - 1987. - № 6. - С.57.

+ еще 67 источников

Примечания

Оригинал в pdf