XVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке. Летняя площадка 2022

Изучение эффективности использования ризосферных бактерий и стимуляторов роста для повышения урожайности овощных культур

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Баринова С.А. 1

---

1МБОУ СОШ 16

Краева Е.В. 1

---

1МБОУ СОШ 16

Работа в формате PDF

3 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение.

В нынешней экологической ситуации защита растений от болезней, вредителей и стрессов, вызываемых как природными факторами, так и связанных с деятельностью человека, - первоочередная задача крупных хозяйств и владельцев личных приусадебных участков. Возможности природных механизмов адаптации растений к различного рода повреждающим факторам не безграничны.

Один из альтернативных способов преодоления иммунодефицита и повышения сопротивляемости растений к болезням и стрессам - активизация собственных защитных сил растения. К настоящему времени проблема фитоиммуннокоррекции принципиально решена. Это иммунизация фитопатогенами или выделенными из них токсинами или использование регуляторов роста растений, приводящие в действие сеть процессов индукции и регуляции фитоиммунитета.

Природные стимуляторы содействуют вырабатыванию в растениях фитогормонов. В результате обработки регуляторами роста семена большинства культур более дружно всходят и быстрее адаптируются к новым условиям произрастания. Рассада после обработки стимуляторами роста оказывается более крепкой и устойчивой к болезням и вредителям, легче переносит пересадку на новое место и быстрее адаптируются в новых условиях произрастания.

К регуляторам роста относятся ауксины, цитокинины, гиббереллины, и некоторые виды витаминов. Они укрепляют корневую систему растений, ускоряют процессы цветения, способствуют более раннему образованию плодов, увеличивая их размер.

Ризосфера-это динамичная область, управляемая сложными взаимодействиями между растениями и организмами, которые тесно связаны с корнем. Эта зона имеет ширину около 1 мм, но не имеет четкого края. Между организмами ризосферы и растениями существуют полезные или вредные отношения, которые влияют на функцию корней и рост растений. Также ризосфера может включать организмы, которые не приносят прямой пользы или вреда растениям, но влияют на рост и продуктивность растений.  Преимущества изучения ризосферы включают использование организмов, способствующих росту растений, и подавление болезней растений и сорняков с использованием средств биоконтроля. Организмы ризосферы могут быть использованы для усиления образования устойчивых почвенных агрегатов, в качестве восстановления загрязненных почв и для повышения продуктивности растений и качества окружающей среды.

Гипотеза: использование препаратов с арахидоновой кислотой и выращивание растений на субстрате, обогащенном ризосферными бактериями, положительно повлияет на скорость роста и интенсивность плодоношения огурцов и томатов.

Цель:

Исследовать влияние ризосферных микроорганизмов и стимуляторов роста на основе арахидоновой кислоты на рост, онтогенез и урожайность овощных культур на примере огурца и томата.

Задачи:

Изучение природных регуляторов роста, их действие, области применения

Изучение действия препаратов с арахидоновой кислотой на овощные культуры на примере огурца и томата.

Изучение влияния ризосферных микроорганизмов на рост и развитие огурца

Глава 1. Влияние регуляторов роста на развитие растений.

Влияние арахидоновой кислоты на физиологическое состояние растений.

Арахидоновая кислота — органическое соединение, омега-6-ненасыщенная жирная кислота. В растительном организме арахидоновая кислота индуцирует устойчивость к абиотическим и биотическим повреждающим факторам. Растения приобретают повышенную устойчивость к фитопатогенам, которая сохраняется не менее месяца после обработки. В определенных концентрациях арахидоновая кислота стимулирует синтез веществ, способствующих повышению локальной устойчивости растений к повреждениям и фитопатогенным организмам.
Попав в растение, арахидоновая кислота «включает» защитные реакции растения, что повышает его устойчивость к болезням, т.е. у растений стимулируется иммунитет. Действует арахидоновая кислота в чрезвычайно малых концентрациях и быстро трансформируется в другие соединения, не причиняя вреда, выступает в роли щита от вредных пестицидов, насекомых-вредителей, сорняков. Данное вещество является органическим соединением, которое используется в качестве эффективной добавки к средствам защиты на химической основе. Главное правило – своевременное внесение с определением оправданного способа.

Согласно исследованиям, препараты с арахидоновой кислотой обеспечивают:

Повышение урожайности выращиваемых культур (приблизительно на 25%).

Снижение пагубного действия разных гербицидных средств.

Понижение уровня содержания и накопления токсичных веществ в растительном организме.

Угнетение роста и содержания токсинов, вредных соединений в почве.

Если сравнивать препараты с арахидоновой кислоты и без нее, можно увидеть разницу.

Как применять стимуляторы роста растений с арахидоновой кислотой? При обработке посевного материала в расчете 0,05-100,0 мг. /центнер, или же, при обработке почвы при посадке с добавлением к основному средству 0,001-0,2 мг/сотка, можно достичь положительного результата.

Существуют готовые препараты, в которых сконцентрирована адекватная дозировка арахидоновой кислоты для домашнего использования. Одним из известных является стимуляторы роста растений «Проросток» и «Оберегъ». Созданы они на основе фитогормонов, которые извлекаются из морских водорослей. Благодаря арахидоновой кислоты в его составе, обеспечивается быстрое прорастание семенного материала при замачивании, усиливается функциональность иммунной системы и увеличивается всхожесть высаженных в почву семян.

Как использовать стимуляторы роста растений на основе арахидоновой кислоты?

Например, в описании препарата «Оберегъ» показана простота его применения: достаточно взять 0,5 литра воды и добавить в нее одну ампулу препарата. В случае необходимости, можно создать и меньшее количество раствора. Для этого необходимо соблюдать пропорцию: 10капель/100мл. воды.  После разведения средства, следует на протяжении полутора часа его использовать, иначе он потеряет свои свойства.

Глава 2. Что такое ризосфера.

2.1. Состав ризосферы.

Первое упоминание о ризофере относится к 1904 году, когда немецкий ученый Лоренц Гильтнер методом посева обнаружил повышенное содержание микроорганизмов в прикорневой зоне ряда травянистых растений и высказал предположение о связи этого явления с жизнедеятельностью корней. Он предложил термин ризосфера для обозначения той части почвы, которая непосредственно примыкает к корням растения и в которой концентрируются микроорганизмы.

Состав ризосферы во многом зависит от вида растения и архитектуры его корней, физических и химических характеристик почвы, плотности микробной популяции. Одним из самых важных её составляющих ризосферы является микробиота.

Микробиота 

Это набор всех микроорганизмов, которые сосуществуют в ризосфере. В основном это бактерии и грибы разных видов, и их разнообразие важно для поддержания гомеостаза в среде, в которой они обитают.

Однако на относительную численность некоторых сообществ микробиоты сильно влияют корни и соединения, которые они выделяют, чтобы «привлечь» или «отогнать» эти микробы, т.к. растениям в большинстве случаев необходимы определенные симбиотические взаимодействия с этими организмами для получения необходимых питательных веществ.

К основным типам микроорганизмов, характерных для ризосферной микробиоты, относятся:

Микоризные грибы.

Азотфиксирующие бактерии.

Ризобактерии и др.

Каждый из органов высших растений представляет собой особую экологическую нишу, заселяемую микроорганизмами. Для обозначения этих ниш приняты термины филлосфера, филлоплана, ризосфера и ризоплана.

Активное выделение корнями растений в окружающую среду различных органических соединений обеспечивает питательными веществами почвенные микроорганизмы, что создает благоприятные условия для их существования в зонах ризосферы и ризопланы. Корневые выделения представляют собой низкомолекулярные органические вещества, являющиеся продуктами фотосинтеза и метаболизма растений, а также физиологически активные вещества – витамины, ферменты, гормоны и др.

В ризосфере и ризоплане в значительных количествах концентрируются бактерии, актинобактерии, микромицеты, существенно превышая содержание этих же организмов в свободной от корней почве.

Для микрофлоры ризосферы и ризопланы характерно наличие грамотрицательных бактерий родов Azotobacter, Аgrobacterium, Enterobacter, , Xantomonas и др., грамположительных бактерий рода Bacillus, актинобактерий родов Nocardia, Streptomyces и др., микроскопических грибов родов Trichoderma, Humicola, микоризообразующих грибов Rhizophagus, Funneliformis и др.

2.2. Влияние ризосферных бактерий на рост и развитие растений.

На основе научных экспериментов было выяснено, что при наличии растений уровень азотфиксации в почве значительно выше, чем в их отсутствие. Причина этого явления кроется в том, что корневые выделения и корневой опад растений являются энергетическим субстратом для бактерий, усваивающих азот и, также в ризоплане создаются благоприятные условия для поддержания высокой активности нитрогеназы, поскольку корни растений быстро поглощают азотсодержащие метаболиты азотфиксаторов. Зависимость эффективности азотфиксации от фотосинтетической активности растений свидетельствует о тесной связи фотосинтеза и азотфиксации.

Образование бактериями фитогормонов, витаминов и других биологически активных веществ относится к важнейшим механизмам взаимодействия в растительно-бактериальных ассоциациях.

Выделение фитогормонов широко распространена среди ризобактерий. Эти вещества необходимы им для собственного развития и для установления связей с растениями и другими почвенными микроорганизмами.

Производители различных фитогормонов обнаружены среди ризобактерий родов Azotobacter, Klebsiella, Bacillus и др.

В улучшении фосфорного питания растений важную роль играет растворение труднодоступных почвенных фосфатов в процессе жизнедеятельности ризобактерий. Фосфор присутствует в почве в виде органики и неорганики, но из общего объема фосфорных соединений только около 5% доступны растениям. Растения не усваивают фосфорорганические соединения.

Более 80–90% всех известных почвенных бактерий способны к фиксации атмосферного азота. В ризосфере развивается смешанная популяция бактерий, а в качестве партнеров азотфиксирующих бактерий часто обнаруживаются бактерии, разрушающие пектин и целлюлозу.

Глава 3. Экспериментальная часть.

Исследование влияния регулятора роста «Оберегъ» на основе арахидоновой кислоты на рост разных сортов огурцов.

Для того, чтобы посмотреть, как работают регуляторы роста работают на практике, я провела ряд опытов, на которых смогла рассмотреть, как препараты повлияли на рост растений.

Эксперимент 1.

Первый эксперимент был проведён на огурцах, сорт «Французский корнишон». В качестве исследуемого регулятора роста был выбран препарат «Оберегъ». Для эксперимента было отобрано 7 контрольных кустов и 8 кустов экспериментальных, одинаковых по размеру и количеству листьев. Огурцы выращивались в теплице и опрыскивались препаратом согласно инструкции по применению, дозой 0,01 л/на куст, с трехкратным повтором обработки через каждые две недели. Оценивалась интенсивность роста растений относительно контрольных.

Результат: увеличение роста растений огурцов сорта «Французский корнишон» при обработке препаратом «Оберегъ» составило в среднем 15 см. В фазе активной вегетации рост экспериментальных образцов увеличивался на 19% после каждой обработки.

Первая обработка

Контроль\эксперимент

Вторая обработка спустя 2 недели

Результаты (спустя месяц после первой обработки)

Эксперимент 2. Второй эксперимент был также поставлен на огурцах сорта «Кураж». Обрабатывались тем же препаратом («Оберегъ») и той же дозой (0,01л/на куст). Для эксперимента было выделено 4 контрольных куста и 4 экспериментальных куста, они также выращивались в теплице.

Первая обработка

Контроль\эксперимент

Вторая обработка (спустя 2 недели)

Увеличение роста растений огурцов сорта «Кураж» при обработке препаратом «Оберегъ» составило в среднем 22,75 см. В фазе активной вегетации рост экспериментальных образцов увеличивался на от 27% до 31% после каждой обработки.

Препарат «Оберегъ», используемый в качестве стимулятора роста, положительно влияет на скорость роста исследуемых сортов огурцов.

Эксперимент 3

Данный эксперимент проводился на томатах сорта «Рябчик». Для исследований использовался регулятор роста «Оберегъ». Для опыта было использовано 4 контрольных и 4 экспериментальных кустов томатов, которые выращивались в теплице.

Первая обработка

Контроль\эксперимент

Вторая обработка (спустя 2 недели)

Результат: увеличения роста растений томатов сорта «Рябчик» при обработке препаратом «Оберегъ» не произошло. Обработанные растения были чуть ниже ростом, чем контрольные, но более крепкими, с мощным стеблем, что положительно скажется на общей устойчивости побега в период активного созревания плодов.

Эксперимент 4

Этот эксперимент был поставлен на семенах огурца (сорт «Огурец дальневосточный 27»). Все семена были распределены в 6 чашек Петри по n кол-во штук. Четыре чашки обработали раствором «Оберегъ» с расчетом 3л на 100 м², а две остальные обработали обычной водой. Далее чашки Петри были размешены в специальную тепловую камеру, где они находились около двух суток при температуре 25-27С. Затем на третьи сутки чашки были выставлены под яркий свет. Заметных изменений в скорости прорастания семян обнаружить не удалось. Но на третьи сутки, при освещении под лампой в течение суток, видно, что у обработанных проростков видно резкое увеличение количества боковых корешков.

Исследование влияния ризосферных бактерий, представленных биолабораторией компании «ОРТОН», на разные сорта огурцов.

Для проведения практической работы были использованы почвенные микроорганизмы, предоставленные биолабораторией компании «ОРТОН»: Bacillus pumilus, Bacillus licheniformis, Paenibacillus polymyxa, Paenibacillus macerans, Pseudomonasfluorescence, гриб-микромицет Trichodermavirideи эндомикоризный гриб Rhizophagusirregularis.

В качестве тест-объекта были выбраны семена огурца «Ибн Сина» фирмы «Гавриш».

Ход работы:

В стаканчики объёмом 150 мл наполняли простерилизованной смесью почвы с вермикулитом. Стерилизацию почвы проводили в автоклаве при температуре 110 С и избыточном давлении 1 атм.

Далее в стаканчик вносили суспензию микроорганизмов из расчёта 10⁶ КОЕ/мл почвы. В контрольные стаканчики доливали стерильную воду, равную объёму вносимой суспензии микрорганизмов.

Перед высадкой семена проращивали по стандартной методике при комнатной температуре (+18 -25 C) в чашках Петри по 25 семян в каждой чашке. На дно чашки Петри клали 2 слоя фильтровальной бумаги. Увлажняли дистиллированной водой с помощью мерной пипетки. Фильтровальную бумагу перед опытом проглаживали утюгом при 120 C. Перед опытом чашки Петри тщательно мыли теплой водой с мылом и тщательно ополаскивали проточной водой. Затем сушили и обеззараживали техническим спиртом все чашки Петри. Время проращивания 1 сутки.

В каждом стаканчике, предназначенном для высадки растений, формировали лунку глубиной 1 см и помещали в нее проросшие семена огурца.

Рассаду выращивали на столе под фитолампами.

Полив растений осуществляли в соответствии со стандартным графиком полива в поддоны под стаканчиками.

Эксперимент длился 30 дней. Фиксировали общее состояние развития растения. Влияние микроорганизмов на растение оценивали по объему биомассы растения, в качестве характеристики выбран размер листовой пластинки в фазах 1-го, 2-го и 3-го, листа на момент окончания эксперимента.

Контроль (стерильная почва)

Paenibacillusmacerans

Pseudomonasfluorescence

Baсillus licheniformis

Paenibacillus polymyxa

Смесьбактерий

Trichodermaviride

Результаты: видно общую закономерность, заключающуюся в увеличении площади первого, второго и третьего листа на субстратах с бактериальными культурами по сравнению со стерильной почвой. Но разные культуры бактерий неодинаково повлияли на увеличение площади листовой пластинки. Самый лучший результат был в варианте со смесью бактерий, т.к. в данном случае к концу эксперименты был четвертый лист. Для каждой овощной культуры требуется подбор наиболее совместимой с ней бактериальной флоры для наиболее эффективным.

Заключение. Выводы.

Использование стимуляторов роста помогает повысить иммунитет растения. Арахидоновая кислота позволяет​ регулировать развитие растения на всех стадиях: прорастание семян, формирование вегетативной массы, цветение, образование завязей, созревание плодов и ягод.

«Оберегъ» – препарат, содержащий арахидоновую кислоту с концентрацией 0.15г/л, положительно повлиял на рост экспериментальных огурцов и томатов. Прирост вегетативной массы при обработке арахидоновой кислотой достиг от 19% до 31% на примере с огурцами и укрепление ствола на примере с томатами.

Отсутствие микробиоты отрицательно влияет на развитие растения в стерильной почве. Микробиота ризосферы стимулирует рост растения.​ Совместное внесение микроорганизмов ризосферы​ оказывает максимальный эффект на развитие рассады растения. За период опыта растения, обработанные смесью бактерий, вошли в стадию развития 4го листа.

Требуется продолжение экспериментов и увеличение периода наблюдения, чтобы проследить эффективность влияния ризосферных компонентов в разные периоды вегетации растения.

Данные исследования очень перспективны и могут быть использованы для повышения продуктивности сельскохозяйственных растений и эффективности использования имеющихся почвенных ресурсов.

5. Список литературы

https://en.wikipedia.org/wiki/Chlormequat

https://heaclub.ru/arahidonovaya-kislota-polza-i-vred-biologicheskaya-rol-gde-soderzhitsya-arahidonovaya-kislota-kakih-produktah-pitaniya-tablica

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D1%80%D0%B0%D1%85%D0%B8%D0%B4%D0%BE%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D0%BA%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%82%D0%B0

https://udobreniya.info/promyshlennye/citokininovaya-pasta/

https://www.glavnaya-dacha.ru/stimulyatory-rosta-rasteniy-primenenie-vidy-harakteristika/

Беззубенкова О.Е., Юхлимова М.Н., Нестерова Н.И. Микрофлора ризосферы и ризопланы и её влияние на растительный организм // Естественные и технические науки. – 2012. – Т. 4. – С. 99–102.

Бухарин О.В., Лобакова Е.С., Немцева Н.В., Черкасов С.В. Ассоциативный симбиоз. – Екатеринбург: Изд-во УрО РАН, 2006. – 264 с.

Звягинцев Д.Г., Бабьева И.Л., Зенова Г.М. Биология почв. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 2005. – 445 с. 4. Иванов В.П. Корневые выделения и их значение в жизни фитоценозов. – М.: Наука, 1973. – 193 с.

З.Н.Павлова «Актуальность применения препаратов «ОБЕРЕГЪ» и «ПРОРОСТОК»»

Л.С Федотов, А.В. Кравченко, Н.А. Тимошина «Применение регуляторов роста на основе арахидоновой кислоты»

Шапошников А.И., Белимов А.А., Кравченко Л.В., Виванко Д.М. Взаимодействие ризосферных бактерий с растениями: механизмы образования и факторы эффективности ассоциативных симбиозов (обзор) // Сельскохозяйственная биология. – 2011. – № 3. – С. 16–22.