II Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

ЭФФЕКТИВНОСТЬ БИИНОКУЛЯЦИИ ЗЛАКОВЫХ КУЛЬТУР (НА ПРИМЕРЕ ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ СОРТА «ЛЕНИНГРАДКА») ШТАММАМИ АЗОТФИКСИРУЮЩИХ БАКТЕРИЙ.

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Шустов М.В. 1

---

1ГБОУ СОШ №197 с углубленным изучением предметов естественнонаучного цикла (физика, химия, биология) Центрального района Санкт-Петербурга

Пахомова Н.В. 1

---

1ГБОУ СОШ №197 с углубленным изучением предметов ЕНЦ

Работа в формате PDF

713.5 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Актуальность:в наше время, когда постоянно дорожают удобрения, сельхоз техника, горюче-смазочные материалы, когда неуклонно растет спрос на экологически чистые продукты. Сельхоз производители, начиная с мелких подворий и заканчивая крупными аграрными хозяйствами, стоят пред двумя тяжелыми проблемами, которые им приходится решать. Первая из них: необходимо получить максимальный урожай с наименьшими затратами. Что непросто сделать, так как необходимые для богатых урожаев удобрения стоят немалых денег, а без них урожай невелик. И вторая как, применяя удобрения получить экологически чистую продукцию. Ведь если применять, к примеру, азотные удобрения (даже навоз!) то азот накапливается в почве и в продукции, выросшей на этой почве. Что ведет к высокому содержанию нитратов в готовой продукции. Именно поэтому тема данной научной работы: инокуляция злаковых культур азотфиксирующими бактериями актуальна как никогда благодаря инокуляции семян азотфиксирующими бактериями можно решить обе сельхоз проблемы, то есть получить относительно дешевый способ удобрения растений и при этом получить экологический чистый урожай!

Цель:Определить эффективность моноинокуляции и биинокуляции семян пшеницы яровой сорта «Ленинградка» ассоциативными азотфиксирующими бактериями.

Задачи:

1) Оценить влияние бактериальных препаратов на всхожесть семян пшеницы яровой сорта Ленинградка.

2) Установить стимулирующею роль моноинокуляции и биинокуляции на рост зародышевого корня и проростков пшеницы яровой сорта Ленинградка.

3) Выявить эффективность использования биинокуляции в сравнении с моноинокуляцией в отношении пшеницы яровой сорта Ленинградка.

Глава 1. Литературный обзор

1.1 Значение яровой пшеницы как основной сельскохозяйственной культуры

Наиболее ценной и самой распространенной на земном шаре зерновой продовольственной культурой является пшеница. Пшеничный хлеб отличается высокими вкусовыми качествами и по питательности и переваримости превосходит хлеб из муки всех других зерновых культур (Г.В. Коренев , 1983).

Зерно яровой пшеницы содержит наиболее важные элементы питания (белки, крахмал, сахар, витамины) человека. По калорийности пшеничный хлеб превосходит ржаной: в 1кг пшеничного хлеба 2000-2250 калорий. Пшеничные отруби – ценный концентрированный корм, содержащий белок, жир, сахар, клетчатку. Солома пшеницы идет на корм и подстилку для скота. Твердая пшеница отличается большим выходом высококачественной муки – крупчатки (И.И. Беляков , 1983).

По посевным площадям пшеница занимает первое место среди других зерновых культур. В России на долю пшеницы среди зерновых культур приходится 50,3% посевных площадей.

Производство зерна в последние годы постоянно возрастает.

Зерно имеет первостепенное значение в обеспечении питанием возрастающей численности населения мира. Зерно легко транспортабельно, требует относительно низких затрат на транспорт и хранение. При влажности зерна не выше 14% оно долго хранится, а средние годовые потери не превышают 2-3%. Поэтому мировые запасы продуктов питания – это в первую очередь запасы зерна. И поэтому рост урожайности пшеницы – важнейшая народнохозяйственная задача (Д. Шпаар, 2000).

1.2 Биологические особенности яровой пшеницы.

Зерно пшеницы прорастает при температуре два градуса.

Средняя продуктивная кустистость яровой пшеницы колеблется от 1,2 до 2,5. Факторы, определяющие продуктивную кустистость пшеницы, следующие: срок посева, запас влаги, азотистых и других питательных веществ в почве, площадь питания растений, глубина нахождения узла кущения.

Продолжительность периода от всходов до кущения в среднем составляет 15-22 дня.

Обычно ко времени кущения корни яровой пшеницы углубляются на 50см (на черноземах), а к фазе колошения – на 100-130см.

Для нормального укоренения и питания растений необходимо развитие не только зародышевых, но и узловых корней, при слабом развитии которых почвенная влага растением используется лишь на 60%, а при хорошем – на 83%.

Узловые корни начинают появляться в фазе 3-4 листа и развиваются только при наличии влаги в зоне узла кущения.

Пшеницу относят к растениям длинного дня. При повышении влажности почвы и воздуха, улучшении азотного питания и одновременном понижении температуры воздуха период формирования колоса удлиняется.

Вследствие невысокой усвояемой способности корневой системы и слабого ее развития пшеница очень требовательна к плодородию почвы.

Яровая пшеница относится к культурам слабой соли выносливости. Для получения высоких урожаев на подзолистых почвах необходимо внесение извести и органоминеральных удобрений.

По отношению к почвенной влаге яровая пшеница является требовательной. Транспирационный коэффициент составляет примерно 450-470

Оптимальная влажность для пшеницы – 70-80% полной влагоемкости.

При прорастании зерна всходы пшеницы при высокой влажности почвы погибают при температуре - 4,40 Цельсия, а при меньшей влажности переносят заморозки до -11,10 Цельсия.

Таким образом, повышенная требовательность яровой пшеницы к условиям возделывания, с одной стороны, и неустойчивость ее урожайности, с другой, во многом объясняются биологическими особенностями культуры: относительно слабой усвояющей способностью корневой системы, небольшой продуктивной кустистостью и неглубоким размещением узлов кущения (Г.В. Коренев, 1983).

1.3 Описание сорта яровой пшеницы «Ленинградка»

Данный сорт - среднеспелый. Продолжительность развития от полных всходов до восковой спелости - около 105 дней. Высота растений в среднем достигает 117 сантиметров. Стеблестой выровненный, устойчив к полеганию. Фазы развития и созревания проходят сравнительно дружно и равномерно. Не боится засухи и переувлажнения почвы, устойчив к осыпанию зерна. Средняя масса 1000 зерен в годы испытания составила 38,2 грамма, а содержание белка в зерне - 14,6%.

Яровая пшеница Ленинградка пригодна для возделывания на минеральных и торфяно-болотных почвах, культура слабо повреждается вредителями и в средней степени - болезнями (http://honeygarden.ru).

1.4. Общее описание бактериальных препаратов

Для инокуляции семян использовали широко применяемые в земледелии и перспективные для внедрения 2 бактериальных препарата, полученные в лаборатории экологии симбиотических и ассоциативных ризобактерий Всероссийского НИИ сельскохозяйственной микробиологии РАСХН Они изготовлены на основе штаммов ассоциативных азотфиксирующих ризобактерий. Данные биопрепараты рекомендованы для инокуляции семян и другого посадочного материала многих небобовых растений (А. А. Завалин, 2005).

1.5. Описание бактериального средства Ризоагрин

Ризоагрин – создан на основе штамма, относящегося к роду Agrobacterium (A. radiobacter, штамм 204). В 1г торфяного препарата содержится 3-10 млрд. клеток бактерий. Бактерии хорошо приживаются в ризосфере пшеницы, риса, ряда кормовых злаков и других сельскохозяйственных растений. При использовании ризоагрина доза минерального азота может быть сокращена на 25-30% от рекомендуемой. Урожай пшеницы повышается на 2-5 ц/га, при увеличении содержания белка на 0,5-1% (А. А. Завалин, 2005).

1.6. Описание бактериального средства Азоризин

Азоризин – создан на основе штаммов, относящихся к роду Azospirillum (Azospirillum lipoferum, штамм 137). Азоспириллы проявляют эффективность на посевах пшеницы, ячменя, риса, сорго, кормовых злаков и других культур. Прибавка урожая у злаковых культур достигает 10-30%. Применение отобранного штамма повышало в несколько раз процесс фиксации молекулярного азота и увеличивало размеры корневой системы. Урожай зерна в опытах увеличился на 6 ц/га. Применение бактериальных удобрений на основе азоспирилл оказалось эквивалентным внесению 30 кг/га минерального азота (А. А. Завалин, 2005).

Глава 2. Экспериментальная часть

2.1. Материалы и оборудование

Для проведения эксперимента потребовались:

1) Чашки Петри 12 штук;

2) Круги фильтровальной бумаги размерами с дно чашки Петри 12 штук;

3) Ножницы 1 штука;

4) Семена пшеницы яровой сорта Ленинградка 240 штук;

5) Дистиллированная вода 24 миллилитра;

6) Пипетка 1 штука;

7) Бактериальное средство «Ризоагрин» 6 миллилитров;

8) Мерная пипетка Мора (пипетка, настроенная на заданный объем жидкости) 1 штука;

9) Бактериальное средство «Азоризин» 12 грамм;

10) Шпателёк 2 штуки;

11) Маркер 1 штука;

12) Термостат, настроенный на +25 градусов по Цельсия 1 штука;

13) Линейка 1 штука;

14) Тетрадь и ручка 1 штука;

15) Пинцет 1 штука;

2.2. Методика проведения эксперимента

Эксперимент проводится следующим образом:

1) Берём 12 чашек Петри.

2) Раскладываем их на столе рядами по 3 чашки в каждом ряду.

3) Берем маркер и подписываем: 1 ряд контроль, 2 ряд азоризин, 3 ряд ризоагрин, 4 ряд азоризин+ризоагрин.

4) Берем фильтровальную бумагу и ножницами вырезаем из неё круги размером с дно чашки Петри. Нужно вырезать 12 кругов.

5) Кладем круги фильтровальной бумаги в чашки Петри.

6) Берем пипетку, набираем в неё 2 миллилитра дистиллированной воды, смачиваем круги фильтровальной бумаги в одной из чашек Петри.

7) Повторяем пункт 6 еще 11 раз. Каждый круг фильтровальной бумаги должен быть смочен двумя миллилитрами дистиллированной воды (во всех 12 чашках Петри).

8) Берем семена пшеницы яровой сорта Ленинградка (нам нужно 240 здоровых равноценных семян).

9) Кладем в каждую чашку Петри по 20 семян. Класть семена нужно на одинаковом расстоянии друг от друга, семена не должны лежать друг на друге (у них должно быть место для развития).

10) Чашки Петри первого ряда (на них написано «контроль») можно закрыть крышками и отложить в сторону.

11) Берем пакет с азоризином и аккуратно кладем шпательком 2 грамма азоризина в каждую чашку Петри 2 ряда (на них написано «азоризин»).

12) Затем перемешиваем шпательком семена с азоризином и раскладываем шпательком семена на одинаковое расстоянии друг от друга, семена не должны лежать друг на друге (у них должно быть место для развития).

13) Чашки Петри второго ряда (на них написано «азоризин») можно закрыть крышками и отложить в сторону.

14) Берем колбу с ризоагрином. Из нее пипеткой Мора забираем 1мл ризоагрина и аккуратно капаем им в чашку Петри третьего ряда (на них написано «ризоагрин»)

15) Затем, повторяем 14 пункт еще 2 раза (в каждую чашку Петри 3 ряда нужно накапать ризоагрином).

16) Теперь носиком пипетки Мора аккуратно перемешиваем семена с каплями ризоагрина. И раскладываем носиком пипетки мора семена на одинаковое расстояние друг от друга, семена не должны лежать друг на друге (у них должно быть место для развития).

17) Чашки Петри третьего ряда (на них написано «ризоагрин») можно закрыть крышками и отложить в сторону.

18) Берем пакет с азоризином и аккуратно кладем шпательком 2 грамма азоризина в каждую чашку Петри четвертого ряда (на них написано «азоризин+ризоагрин»).

19) Берем колбу с ризоагрином. Из нее пипеткой Мора забираем 1мл ризоагрина и аккуратно капаем им в чашку Петри четвертого ряда (на них написано «азоризин+ризоагрин»).

20) Повторяем 19 пункт еще 2 раза (в каждую чашку Петри 4 ряда нужно накапать ризоагрином). То есть должно получится так: в каждой чашке Петри 4 ряда должно быть насыпано 2 грамма азоризина и накапано 1мл ризоагрина.

21) Теперь перемешиваем семена чашек Петри 4 ряда с азоризином и ризоагрином чистым шпательком. И растаскиваем семена на одинаковое расстояние друг от друга, семена не должны лежать друг на друге (у них должно быть место для развития).

22) Чашки Петри 4 ряда (на них написано «азоризин+ризоагрин») можно закрыть крышками и отложить в сторону.

23) Берем все чашки Петри (12 штук) и кладем их все в термостат.

24) Настраиваем термостат на температуру +25 Цельсия.

25) Ждем одну неделю (в соответствии с ГОСТ Р 52325-2005)

26) Если семена не проросли, начинаем всё с начала (перед этим выявляем причину отсутствия всхожести и устраняем её).

27) Раскладываем чашки Петри на столе. И снимаем с них крышки.

28) Считаем количество проросших и не поросших семян в каждой чашке Петри.

29) Записываем полученные данные и переводим их в процентное соотношение из расчета, что 20 семян это 100% (указывая название чашки Петри («ризоагрин», «азоризин» и т.д.).

30) Находим средний процент прорастания семян в каждом ряду (3 чашки Петри с одинаковыми названиями).

31) Заполняем полученными данными следующую таблицу.

32) Теперь берем линейку и измеряем длину 10 средних (не самых крупных и не самых маленьких) зародышевых корней проросших семян. Из каждой чашки Петри.

33) Записываем полученные данные и находим среднюю длину корней в каждой чашке Петри.

34) Теперь находим среднюю длину зародышевых корней в каждом ряду (3 чашки Петри с одинаковыми названиями).

35) Заполняем полученными данными следующую таблицу.

Длина зародышевых корней

36) Берем линейку и измеряем длину 10 средних (не самых крупных и не самых маленьких) проростков. Из каждой чашки Петри.

37) Записываем полученные данные и находим среднюю длину проростков в каждой чашке Петри.

38) Теперь находим среднюю длину проростков в каждом ряду (3 чашки Петри с одинаковыми названиями).

39) Заполняем полученными данными следующую таблицу.

Длина проростков

40) Анализируем получившиеся таблицы и записываем вывод.

41) На этом эксперимент закончен.

2.3. Математическая обработка полученных данных

1. Влияние моноинокуляции и биинокуляции ассоциативными ризобактериями на длину зародышевых корней пшеницы яровой сорта Ленинградка.

2. Влияние моноинокуляции и биинокуляции ассоциативными ризобактериями на длину проростков пшеницы яровой сорта Ленинградка.

3. Влияние моноинокуляции и биинокуляции ассоциативными ризобактериями на всхожесть семян пшеницы яровой сорта Ленинградка.

2.3. Результаты эксперимента

На представленных ниже графиках изображены результаты проведенного эксперимента:

1. Длина проростков

2. Длина зародышевых корней

3. Всхожесть

Выводы:

1) Результаты наших опытов показали, что биинокуляция значительно не увеличивает всхожесть в сравнении с моноинокуляцией, а также не оказывают стимулирующего влияния на увеличение длины проростка и зародышевого корня. Что может быть связано с конкурентными отношениями между схожими ризобактериальными штаммами.

2) Результаты наших исследований выявили стимулирующую роль ризоагрина и азоризина в отношении повышения всхожести, а также длинны проростков и их зародышевых корней. Эти результаты, возможно, объясняются комплементарностью корневых выделений проростков пшеницы и ассоциативных азотофиксирующих штамбов.

3) Данные наших исследований не позволяют выделить более эффективный бактериальный штамб из использованных нами. Азоспириллы (Азоризин) и Агробактерии (Ризоагрин) поскольку оба бактериальных штамма дают схожие показатели по всхожести (96.6%-93.3%) и сумме ростовых показателей длины проростков и зародышевого корня. Однако можно наблюдать стимулирующие влияние данных штамбов на рост и развитие пшеницы сорта Ленинградка уже на ранних этапах её органогенеза.

4) Таким образом, по совокупности наших исследований мы установили, что бактериальные препараты Азоризин и Ризоагрин существенно повышают всхожесть и ростовые процессы яровой пшеницы сорта Ленинградка. Но при этом преимущества биинокуляции не наблюдается. Из-за возможных антагонистических свойств между инокулируемыми штаммами.

Список использованной литературы:

1. Беляков И.И. Агротехника важнейших зерновых культур. - М.: Высшая школа, 1983.-207 с.

2. Завалин А.А. Биопрепараты, удобрения и урожай. - М.: ВНИИА, 2005.-302 с.

3. Коренев Г.В. и др. Растениеводство с основами селекции и семеноводства. - М.: Колос, 1983.-511 с.

4. Шпаар Д. И др. Зерновые культуры. - Мн.: ФУ Агроинформ, 2000.-421 с.

Интернет ресурсы:

1. http://honeygarden.ru

2. http://agrosbornik.ru/

3. http://referatyk.com/

Приложение

Рисунок 1, на данном рисунке изображены чашки Петри с семенами внутри.

Рисунок 2, на данном рисунке изображены чашки Петри с семенами внутри.

Рисунок 3, на данном рисунке изображены чашки Петри с семенами внутри.