«ПРОЕКТИРОВАНИЕ ШКОЛЬНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА ПО ИССЛЕДОВАНИЮ ВЛИЯНИЯ ЦИАНОБАКТЕРИЙ НА УЛУЧШЕНИЕ ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВЫ» - ВКР

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. Взаимоотношения почвенных микроскопических водорослей и цианобактерий с высшими растениями

1.1. Общая характеристика почвенных водорослей и цианобактерий. 5

1.2.Взаимовлияние почв енных водорослей и цианобактерий и выс ших растений 14

1.3. Цианобактерии как ценный биоресурс для сельского хозяйства .30 1.4. Цианобактерии как потенциальные удобрения 32

1.5. Инокуляция цианобактерий для улучшения стабильности и плодородие почвы на почвах с различной текстурой 36

ГЛАВА II. Материал и методика исследований 39

2.1. Биология водорослей и цианобактерий, использованных для эксперимента 39

2.2. Характеристики сельскохозяйственных культур, используемых в исследованиях 40

2.3. Методика проведения экспериментов 45

ГЛАВА III. Результаты и обсуждение 46

ГЛАВА IV. Использование результатов диссертации в преподавании биологии в школе 50

Выводы 55

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 56

---

Введение

Актуальность исследования.

В настоящее время во всем мире наблюдается бурное развитие биотехнологии водорослей (включая цианобактерии). Учитывая огромное биоразнообразие водорослей, их неприхотливость к условиям культивирования, способность к быстрому росту, а также прогресс в области биотехнологии, микроводоросли являются одними из наиболее перспективных объектов для получения новых биологических продуктов. Согласно отчету 2019 года Oilgae (www.oilgae.com) - глобального интернет-ресурса индустрии водорослей - из водорослей в настоящее время получают около 15 тысяч компонентов, среди которых биотопливо, антиоксиданты, антибиотики нового поколения, ферменты, биопестициды и биоудобрения (Корховой, Блюм, 2013; Чернова и др., 2008; Chisti, 2007; Gouveia, 2011; Spolaore et al.,2006; Handbook of Microalgal Culture., 2013).

Цианобактерии известны своей способностью улучшать плодородие почвы. За рубежом наибольшее развитие получили исследования об использовании азотфиксирующих цианобактерий для удобрения рисовых полей (Singh, 1961; Штина, 1963; Singh, Singh,1989; Vaishampayan et al., 2001; Whitton, 2002; Song et al., 2005; Singh, 2008). Показано, что в процессе своей жизнедеятельности цианобактерии выделяют субстанции, которые увеличивают продуктивность растений и почвенное плодородие.

Свойство цианобактерий к улучшению плодородия почвы могут найти широкое применение и при организации научно-исследовательской работы школьников. Они просты в культивировании, обладают коротким жизненным циклом. Эксперименты с использованием цианобактерий не требуют использования дорогостоящего оборудования, что особенно важно для сельской школы.

Целью исследования было выявление степени влияния цианобактерий на улучшение плодородия почвы.

Исходя из цели, были поставлены следующие задачи:

1) проанализировать литературу;

2) провести эксперименты по изучению влияния цианобактерий на улучшение плодородия почвы.

3) проанализировать результаты исследований;

4) разработать методику использования результатов работы в проектировании школьного эксперимента в преподавании биологии в школе.

Научная новизна. Разработана оригинальная методика по изучению влияния цианобактерий на плодородие почвы в школьном биологическом эксперименте.

Научно-практическая значимость работы. Результаты исследований будут использоваться в преподавании школьного курса биологии.

Список публикаций

По результатам исследования в печать были направлены 2 публикации:

1) Максютов И.Р. Использование результатов исследований влияния цианобактерий на улучшение плодородия почвы при проектировании школьного эксперимента// Студенческий вестник. 2021. В печати.

2) Рахмангулов М.Н., Черноусова О.В., Николаева С.А., Максютов И.Р., Михайлова В.В., Шарипова Г.А. Прикладные аспекты использования штаммов водорослей и цианобактерий// 2-й Международный научнопрактический форум по природным ресурсам, окружающей среде и устойчивому развитию (NRES 2021). Барнаул, 2021 год. В печати.

---

Выдержка из текста работы

ГЛАВА I. ВЗАИМООТНОШЕНИЯ ПОЧВЕННЫХ ВОДОРОСЛЕЙ ЦИАНОБАКТЕРИЙ С ВЫСШИМЫ РАСТЕНИЯМИ

1.1. Общая характеристика почвенных водорослей и цианобактерий

Водоросли и цианобактерии являются постоянной и активной частью почвенной биоты, связанные сложными взаимодействиями со всеми ее компонентами, и принимающие разнообразное участие в почвенных процессах, но вследствие специфики их изучения, довольно часто остаются за рамками почвоведения. Они участвуют в накоплении органического вещества в почве и фиксации атмосферного азота (Голлербах, Штина, 1969; Штина, Голлербах, 1976). Водоросли обладают высокой биологической активностью и выделяют в окружающую среду различные органические соединения: полисахариды, витамины, аминокислоты, альдегиды, ферменты и др.

Слизистые выделения водорослей склеивают почвенные частички, а нитчатые формы, оплетая их, механически закрепляют и приводят к снижению эрозионных процессов. Водоросли способны изменять рН почвы, сдвигая его как в щелочную, так и в кислую сторону.

Водоросли являются началом многих трофических уровней. Ими питаются различные группы животных (амебы, инфузории, клещи, коловратки, личинки насекомых, нематоды, дождевые черви и др.). Водоросли воздействуют на рост и развитие высших растений. Разнообразны взаимоотношения почвенных водорослей с бактериями, микроскопическими грибами, актиномицетами и другими группами микроорганизмов. При зарастании безжизненных субстратов водоросли выступают как создатели первичного гумуса. С их поселения начинается почвообразовательный процесс.

Согласно классификации М.М. Голлербаха и Э.А. Штины (1969), сообщества, образуемые водорослями вневодных местообитаний, подразделяют на аэрофильные, эдафофильные и литофильные с более дробным делением внутри каждой группы. Нас интересуют эдафофильные, или почвенные водоросли. В зависимости от местонахождения водорослей и их образа жизни в пределах этого типа различают три группы сообществ: наземные водоросли, массово развивающиеся на поверхности почвы в условиях атмосферного увлажнения; водно-наземные водоросли, развивающиеся на поверхности постоянно влажной почвы; собственно почвенные водоросли, населяющие толщу почвенного слоя. Типичные условия - жизнь среди почвенных частиц под влиянием среды, очень сложной по комплексу факторов.

Для поддержания своей жизнедеятельности почвенные водоросли должны иметь способность к перенесению неустойчивой влажности, резких колебаний температур и сильной инсоляции. Эти свойства обеспечиваются у них рядом морфологических и физиологических особенностей. Протопласт почвенных водорослей обладает значительной вязкостью протоплазмы и устойчивостью против плазмолиза, высокой концентрацией клеточного сока, отсутствием крупных вакуолей, большой сосущей силой, позволяющей использовать гигроскопическую влагу (Fritsch, 1922). Выживанию способствует высокая пластичность метаболизма, широкий набор пигментов, состав включений (Petersen, 1935; Голлербах, 1951; Седова,1977). Из морфологических приспособлений - утолщение клеточной оболочки; образование и утолщение слизистых капсул, оберток, чехлов; изменение размеров клетки (Штина и др., 1985; Ханисламова и др., 1988). Подвижные виды почвенных водорослей способны покидать неблагоприятные местообитания, перемещаясь в более оптимальные условия.

Перечисленные свойства почвенных водорослей позволяют им обитать в самых неблагоприятных местообитаниях. Этим объясняются широкое распространение почвенных водорослей и быстрота их разрастания даже при кратковременном появлении необходимых условий.

Распространение водорослей почвах и формирование в них устойчивых ценозов определяется, прежде всего, водным и солевым режимом, температурой, значением рН почвы, составом наземной растительности, характером и интенсивностью антропогенных факторов.

По систематическому составу почвенные водоросли довольно разнообразны. В наибольшем количестве видов и примерно в равных соотношениях в них представлены синезеленые и зеленые водоросли. Менее разнообразны, но также характерны для почв представители отделов желто-зеленых и диатомовых. Известны отдельные находки в почвах эвгленовых, золотистых, пирофитовых, красных водорослей. Одной из ярких флористических особенностей эдафофильных сообществ является видовое разнообразие желтозеленых водорослей, на долю которых приходится в среднем 12%, а в лесных почвах - 24% общего числа видов (Алексахина, Штина, 1984). В водоемах желто-зеленые водоросли составляют обычно 1-3% общего числа видов.

На поверхности почвы нередко можно наблюдать разрастания водорослей в виде кожистых или войлокообразных пленок, слизистых слоевищ, либо “цветение” почвы - позеленение поверхностного слоя почвы, обусловленное массовым разрастанием микроводорослей. Водоросли, населяющие толщу почвы, видны лишь под микроскопом.

---

Заключение

ВЫВОДЫ

1. Изучение влияния цианобактерии Nostoc на плодородие почвы нам показало, что цианобактерии стимулируют прорастание семян томата в почве. В экспериментах со всеми изученными сортами томатов («Бычье сердце красное, «Ракета», «Розовый гигант», «Ямал 200») отмечалось увеличение скорости прорастания и процента взошедших семян.

2. Наибольший стимулирующий эффект отмечался при воздействии суспензии ностока на сорт томатов «Розовый гигант», наименьшее - на сорт томата «Ракета»

3. Полученные результаты позволяют рекомендовать цианобактерию Nostoc для улучшения плодородия почвы и для повышения урожайности сельскохозяйственных растений, а также при организации научно-исследовательской деятельности школьников.

4. На основе анализа теоретического материала по теме ВКР и ее результатов разработан сценарий проведения конференции «Использование почвенных водорослей и цианобактерий в сельскохозяйственной биотехнологии», которая имеет значение для расширения знаний о роли биотехнологии в обеспечении продовольственной безопасности России.

---

Список литературы

Алексахина Т.Н., Штина Э.А. Почвенные водоросли лесных биогеоценозов. М.: Наука. 1984. С. 150.

Болышев Н.Н. 1955. Происхождение и эволюция почв такыров. Изд.

МГУ, М.

Браинский Л.П., Гусева К.А. и др. Экология и физиология еинезеленых водорослей. Закономерности их развития в водоемах. М.:-Л.: Наука. 1965.

Ващенко И.М. Основы сельского хозяйства. М.: Просвещение. 1987

Голлербах М.М. , Штина Э.А. Пеовеюше водоросли. Л. % Наука. 1969.С. 143.

Горюнова G.B. Водоросли как продуценты биологически активных веществ.// Методы изучения и практического использования почвенных водорослей. Киров. 1972.

Горюнова С.В, Прижизненные выделения водорослей, их физиологическая роль и влияние на общий режим водоемов. Гидробиологический , журн. 1966. Т. 2. В.4. С. 80-88.

Горюнова С.В. 1966. Прижизненные выделения водорослей, их физиологическая роль и влияние на общий режим водоемов. Гидробиол. Журн., т.2, в.4.

Горюнова С.В., Демина Н.С. Водоросли - продуценты токсических веществ. М.: Наука. 1974. С. 256.

для повышения плодородия неорошаемых почв//Методы изучения и

Илшенецкий А.А. Эволюция биологической фиксации азота. Труды У - Международного биохимического конгресса. М.: 1961., Симпоз. Ш, Изд. АН СССР, М.: 1962.

+ еще 30 источников

---