«МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИЗУЧЕНИЯ РОСТОСТИМУЛИРУЮЩИХ СВОЙСТВ СЦЕНЕДЕСМУСОВЫХ ВОДОРОСЛЕЙ В ШКОЛЬНОМ БИОЛОГИЧЕСКОМ ЭКСПЕРИМЕНТЕ» - ВКР

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 3

ГЛАВА 1. ХАРАКТЕРИСТИКА ГИДРОПОНИКИ КАК МЕТОДА КУЛЬТИВИРОВАНИЯ РАСТЕНИЙ 6

1.1. Гидропонные системы и методы 9

1.1.1. Гидропонные системы 9

1.1.2. Методы гидропоники 11

1.1.3. Субстраты гидропоники 17

1.2. Компоненты гидропоники 21

1.2.1. Макро- и микроэлементы 22

1.2.2. Вода, как один из ингредиентов питательного раствора. 24

1.3. Общие параметры гидропоники 25

1.3.1. Температура 25

1.3.2. Кислотность 26

1.4. Положительная и отрицательная роль микроводорослей в гидропонике 28

1.5. Преимущества и недостатки гидропонных систем 30

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ 33

2.1. Материалы и оборудование 33

2.2. Методика проведения эксперимента 33

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ 39

ГЛАВА 4. МЕТОДИЧЕСКИЕ ПРИЕМЫ ПРОВЕДЕНИЯ ШКОЛЬНОГО БИОЛОГИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА 44

4.1. Использование результатов исследования в преподавании биологии 48

4.2. План-конспект занятия курса «Школа юного агронома» по

теме «Значение водорослей» 50

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ 62

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 63

ПРИЛОЖЕНИЕ 77

---

Введение

Актуальность. Мировой рост населения, сокращение площадей выращивания, снижение количества воды, а также климатические условия создают серьезную проблему с точки зрения производства продуктов питания и голода в некоторых странах мира (Marfa, 2000).

Одной из самых больших проблем в этом столетии будет сохранение поставок пресноводных удобрений для человека (Simonovic, 2002). Эта проблема во многом связана с прогнозируемыми оценками роста населения в мире и последующим увеличением спроса на продовольствие. В настоящее время 70% использования пресной воды связано с сельскохозяйственной практикой (Wallace, 2000; Despommier, 2010). Учитывая, что сельское хозяйство является мировым лидером в области потребления пресной воды, следует, что уменьшение воды, используемой этой отраслью, будет иметь наибольшее влияние (Wallace, 2000).

Немаловажной проблемой является снижение доступности пахотных земель. Почва обычно является наиболее доступной средой для растений. Она обеспечивает закрепление, питательные вещества, воздух, воду и т.д. для успешного роста растений (Ellis et al., 1974). Однако почвы иногда создают серьезные ограничения для роста растений: присутствие болезнетворных организмов и нематод, неподходящая реакция на почве, неблагоприятное уплотнение почвы, плохой дренаж, деградация вследствие эрозии и т.д. являются некоторыми из них (Beibel, 1960). Кроме того, обычное выращивание сельскохозяйственных культур в почве (полевое сельское хозяйство) довольно сложно, так как оно связано с большим пространством, массой труда и большим объемом воды (Beibel, 1960). Более того, в некоторых местах, таких как города, почва недоступна для выращивания сельскохозяйственных культур вообще или в некоторых районах обнаруживается дефицит плодородных обрабатываемых пахотных земель из- за их неблагоприятных географических или топографических условий. В таких условиях может быть успешно внедрена культура без почвы (Beibel, 1960; Butler, Oebker, 2006).

К примерам решения данной задачи стоит отнести вертикальные сады и гидропонику. Гидропоника представляет собой уникальный метод выращивания растений с применением водного раствора в качестве источника питательных веществ. Это современная технология обработки сельскохозяйственных культур, широко применяемая для овощей, фруктов, кормов, лекарственных растений и цветов. Процесс состоит из выращивания растений в растворах питательных веществ (не в земле). Система, в зависимости от специфики каждой культуры, может быть, как простой, так и сложной, поэтому данная система может применяться не только в крупных хозяйствах, но и в теплицах, в индивидуальном домашнем хозяйстве (Grad et al., 2014). Эти типы систем культуры имеют ряд преимуществ и недостатков.

Побочным явлением гидропоники является рост микроводорослей, которые мешают эффективному освоению питательных элементов растениями.

Целью нашего исследования было изучение влияния сценедесмусовых водорослей на примере штамма Р3 Scotiellopsis rubescens на рост и развитие растений в условиях школьного биологического эксперимента с помощью гидропоники.

Исходя из цели, были поставлены следующие задачи:

1. Изучить метод гидропоники и ее составные элементы.

2. Разработать собственную методику экспериментов.

3. Провести эксперименты и произвести статистическую обработку полученных данных по выявлению влияния сценедесмусовых водорослей на рост и развитие растений.

4. Разработать методические рекомендации по изучению ростостимулирующих свойств сценедесмусовых водорослей в школьных исследованиях.

Объект исследования - сценедесмусовые водоросли.

Предмет исследования - использование свойств сценедесмусовых водорослей на примере штамма Р3 Scotiellopsis rubescens в выращивание растений в условиях школьного биологического эксперимента.

Новизна исследования и научные результаты. Впервые проведены исследования по оценке влияния сценедесмусовых водорослей на рост и развитие огурца посевного в условиях школьного биологического эксперимента с помощью гидропоники.

Практическая значимость и реализация результатов исследования. Результаты, полученные автором, могут быть применены в сельскохозяйственных работах в регионах с засушливым климатом и нарушенным почвенным покровом, а также найдут применения в преподавании школьного курса биологии.

---

Выдержка из текста работы

ГЛАВА 1. ХАРАКТЕРИСТИКА ГИДРОПОНИКИ КАК МЕТОДА КУЛЬТИВИРОВАНИЯ РАСТЕНИЙ

С развитием цивилизации, быстрыми темпами роста урбанизации и индустриализации открытое полевое / почвенное земледелие сталкивается с некоторыми серьезными проблемами; самое важное снижение доступности пахотных земель для возделывания. Немаловажной проблемой является плодородие почвы. Уровень плодородия достиг уровня насыщения, а производительность не увеличивается с увеличением уровня применения удобрений. Кроме того, малая вероятность того, что почва восстановится за счет микробов, на ранее обрабатываемых участках из-за непрерывного культивирования, частых засух и непредсказуемости климатических и погодных условий, повышения температуры, загрязнения рек, плохого управления водными ресурсами и потери огромного количества воды, снижение уровня грунтовых вод и т. д. угрожают производству продуктов питания в рамках традиционного земледелия. В таких условиях в ближайшем будущем станет невозможно прокормить все население только с использованием открытой сельскохозяйственной системы производства. Естественно, культура без почвы становится более актуальной, чтобы справиться с этими проблемами (Mamta et al., 2013).

Почва имеет две основные функции в росте растений. Почва действует как резервуар для сохранения питательных веществ и воды, а также обеспечивает поддержку растения через его корневую систему. Хорошо дренированная, безвредная почва однородная текстура является идеальной средой для роста растений, но почва не всегда встречается в этой форме. Патогенные микроорганизмы являются обычным явлением в полевых почвах, влияющих на растениеводство (Gericke, 1940). Поэтому возникает необходимость в поиске субстрата, альтернативной почве.

Гидропоника - это метод выращивания растений в системах, изолированных от почвы, либо с питательной средой, либо без питательной среды, и питанием общей водой и питательными веществами, которые требуются растениям. Термин происходит от греческих слов «гидро» - вода и «ponos» - труд. Его иногда называют «беззаботной культурой» и «гидрокультурой» (Carruthers, 2015).

Впервые термин был придуман в 1930-х годах доктором Уильямом Ф. Герике, профессором растений из Калифорнийского университета. Герике прославился, когда он произвел томатные растения высотой 7,6 м (25 футов) методом беззаботного садоводства. Однако гидропоника - это документально подтвержденная техника, относящаяся к концу 17 века (Hershey, 1994; Jones, 1982).

Гидропоника, по определению, является методом выращивания растений в водном растворе, богатом питательными веществами. Гидропоника не использует почву, вместо этого корневая система поддерживается с использованием инертной среды (Gupta, 2017).

Корневая функция в системах гидропоники зависит от растительного субстрата, который механически поддерживает корневую систему растения и питательный раствор вокруг корней (Ok et al., 2015a, b).

Гидропоника - очень молодая наука. Она используется на коммерческой основе всего 40 лет. Однако даже в этот относительно короткий период времени она была адаптирована ко многим ситуациям: от полевой культуры на открытом воздухе до внутренней тепличной культуры для выращивания свежих овощей. Эта наука для космического века, но в то же время она может быть использована в развивающихся странах третьего мира для обеспечения интенсивного производства продуктов питания в ограниченном пространстве.

Имеются ограничения - это источники пресной воды и питательных веществ. В районах, где даже пресноводная вода может быть недоступна, гидропоника может использоваться через опреснение морской воды. Она имеет потенциальное применение в обеспечении продуктами питания в районах, имеющих обширные районы непахотных земель, таких как пустыни и сухие прибрежные полосы.

Наука гидропоники характеризуется тем, что почва не нужна для роста растений, но элементы, минералы и питательные вещества, содержащиеся в почве, определенно требуются. Почва - это просто держатель питательных веществ, место, где традиционно живут корни растений и базовая поддержка структуры растения. Исключая почву, гидропоника также устраняет болезни, сорняки и обеспечивает точный контроль над питательными потребностями растения. В гидропонных растворах обеспечиваются точные питательные вещества, необходимые растению в правильных соотношениях, так что они могут развиваться без стресса, быстрее зреют и, при сборе урожая, являются лучшими по качеству, что является приоритетным условием для потребителей.

С развитием пластмасс гидропоника сделала еще один шаг вперед и в настоящее время является широко распространенным методом производства определенных специальных культур, таких как помидоры, салат, огурцы, болгарский перец, травы, листовые растения и цветы. Большинство тюльпанов и роз, экспортируемых из Голландии, также выращиваются гидропонически.

Регулируемая окружающая среда сельского хозяйства и гидропоники, по-видимому, является ответом на многие трудности, связанные с производством открытых специальных культур в результате продолжающейся деградации почв, неизбирательного использования химических веществ и, прежде всего, продолжающегося истощения водных ресурсов.

В традиционных областях сельского хозяйства и садах корни растений находятся в почве. Они поддерживают растение и ищут еду и воду. В гидропонике вместо почвы используется растущая среда, которая помогает поддерживать растение и поглощать питательный раствор. Корни гидропонного растения не работают так же сильно, как корни растения, произрастающего в почве, потому что их потребности легко удовлетворяются с помощью предлагаемого питательного раствора. Идеальные среды химически инертны, пористы, чисты и способны свободно стекать (Sheikh, 2006).

---

Заключение

1. Анализ литературы по тематике диссертации показал, что проблема использования водорослей в гидропонике обсуждается в основном в зарубежной литературе. Эти организмы играют как положительное влияние на рост высших растений за счет стимуляции их роста, так и отрицательное из-за засорения гидропонных систем в случае чрезмерного роста.

2. Были модифицированы методики выращивания огурца посевного в условиях гидропоники и разработана методика экспериментов по изучению влияния суспензии водорослей на биологические показатели этого растения. 3.Установлено, что суспензия штамма P3 Scotiellopsis rubescens оказывает стимулирующее воздействие на сухую биомассы корней огурца посевного, которое было статистически значимым (значение критерия Стюдента равно 2,31).

4. Обнаружено, что показатель сухой биомассы более точно отражает влияние суспензии водоросли на высшие растения по сравнению с размерными признаками, поэтому его следует обязательно учитывать при проведении такого рода исследований.

5. Результаты исследования были использованы во внеурочной деятельности обучающихся агрокласса МОБУ СОШ с. Октябрьское, что является одним из способов формирования сельскохозяйственной грамотности.

---

Список литературы

Бедриковская Н. П. Гидропоника комнатных цветов [Текст]: учебник / Н. П. Бедриковская. - Киев: Изд-во: «Наукова Думка», 1972. - 65с.

Курылева Н. В., Гидропоника - как метод выращивания зеленых культур [Текст] / Н. В. Курылева, А. В. Юрина // Молодежь и наука. - 2016. - с. 68 - 79.

Лакин Г.Ф. Биометрия. М: Высш. шк., 1990. 352 с.

Медведев С.С. Физиология растений: Учебник. - СПб:Издательство С.- Петербург, 2004. - 336с.

Обрященко В.А. Использование гидропоники, как перспективного метода выращивания растений на подоконнике. Наука, творчество, исследования: взгляд школьников: материалы IV школьной всероссийской дистанционной конференции для учащихся 4-11 классов (Новосибирск, 13 апреля 2015 г.). - Новосибирск: ООО «ЦСРНИ», 2015. С. 35 - 38.

Юрьева Е.В. Гидропоника и аквапоника - как современные методы выращивания растений и рыбы. Национальная научно-практическая конференция. Состояние и пути развития аквакультуры в РФ в свете импортозамещения и обеспечения продовольственной безопасности страны: материалы национальной научно-практической конференции, Саратов: изд. «Научная книга», 2016, стр. 146 - 150.

Якушкина Н.И. Физиология растений - Издательство «Владос», 2004 - 464с.).

Abd-Elmoniem, E.M., Abdrabbo, M.A., Farag, A.A., Medany, M.A. 2006. Hydroponics for Food Production: Comparison of Open and Closed Systems on Yield and Consumption of Water and Nutrients. 2nd International Conference on Water Resources and Arid Environments. Riyadh, Saudi Arabia: King Saud University. 1-8.

Alberts-Hubatsch, H. , Ende, S. , Schuhn, A. , von der Marwitz, C. , Wirtz, A. , Fuchs, V. , Henjes, J. and Slater, M. J. (2017): Integration of hybrid striped bass Morone saxatilis x M. chrysops, noble crayfish Astacus astacus, watercress

Nasturtium officinale and microalgae Nannochloropsis limnetica in an experimental aquaponic system. Aquaculture Europe 2017, Dubrovnik, Croatia, 17 October 2017 - 21 October 2017

+ еще 40 источников

---