XXVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

ВЫЯВЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ ВЫРАЩИВАНИЯ МИКРОЗЕЛЕНИ ГОРОХА Pisum

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы

Фомина У.С. 1

---

1Кировское областное государственное общеобразовательное автономное учреждение «Лицей естественных наук»

Широкова Е.С. 1

---

1Кировское областное государственное общеобразовательное автономное учреждение «Лицей естественных наук»

Работа в формате PDF

1.6 MB

Введение

Вопросы здорового образа жизни актуальны для современного человека. Отличным источником витаминов, микро- и макроэлементов может служить микрозелень гороха Pisum[14-16]. Для выращивания микрозелени используют гидропонные и беспочвенные субстраты[1, 15].^. Качество и объем выращиваемой микрозелени зависят от освещенности, температуры, питательных веществ, используемого субстрата. Для семян с жесткой семенной необходимо размягчение оболочки для облегчения прорастания, т.н. предпосевная обработка. Целью данной работы является выявление оптимальных условий выращивания микрозелени гороха Pisum. Для достижения поставленной цели решались задачи:

1. Изучить варианты проращивания микрозелени; варианты предпосевной обработки семян; составы питательных растворов.

2. Вырастить микрозелень гороха Pisum с использованием различных субстратов и освещенности; оценить их эффективность.

3. Вырастить микрозелень гороха Pisum с использованием различных вариантов предпосевной обработки и оценить ее по ряду показателей.

4. Вырастить микрозелень гороха Pisum с использованием самостоятельно приготовленных питательных растворов и оценить их эффективность.

5. Сформулировать оптимальные условия для выращивания микрозелени гороха Pisum.

1. Обзор литературы

1.1 Общие представления о предпосевной обработке семян [2, 7, 8]

Предпосевная подготовка семян – это их об­ра­бот­ка пе­ред посевом, направленная на улучше­ние урожайности, обеспечение защиты семян от фитопатогенных организмов, улучшение всхожести, роста и развития растений.

Существует множество способов предпосевной обработки. Одни направлены на обеззараживание, другие – на нарушение плотной оболочки, третьи – на пробуждение ростка и прерывание состояния покоя. Можно выделить следующие приемы подготовки семян к посеву: стратификация, снегование, механическое, термическое и химическое воздействие на внешние покровы, обработка микроэлементами и стимуляторами роста, звуковое, ультразвуковое и магнитное облучение, дезинфекция и дезинсекция.

Наиболее распространенным методом подготовки к посеву является стратификация, или выдерживание набухших семян во влажной и хорошо аэрируемой среде при определенных температурных условиях. Снегование – стратификация семян в снегу при устойчивом сохранении низкой температуры, близкой к 0°С. Обработка холодом повышает энергию прорастания и грунтовую всхожесть семян, повышает жизнеспособность молодых растений, их морозо- и засухоустойчивость. Замачивание семян в горячей воде перед посевом используют для семян с плотной, трудно проницаемой для воды и воздуха оболочкой. Температура воды не должны превышать 90°С.

Твердая семенная оболочка может быть удалена механическим путем. Для устранения твердой семенной оболочки также можно использовать химическую обработку - чаще всего кислотой.

Может быть проведена предпосевная обработка семян стимуляторами роста. Она повышает энергию прорастания и грунтовую всхожесть, положительно влияет на рост сеянцев и их устойчивость к грибковым заболеваниям.

Предпосевную обработку семян могут проводить также водными растворами микроудобрений: борной кислоты, сернокислого цинка, сернокислой меди, азотнокислого кобальта, молибденовокислого аммония, сернокислого марганца в концентрации 0,01-0,03%.

1.2 Питательные растворы для гидропоники [6]

Питательный раствор для гидропоники – это специальная жидкость, обогащенная минеральными солями, которую используют для полива растений. Для каждого определенного вида культур готовится тот или иной тип раствора, но существуют и универсальные виды.

По химическому составу удобрения делятся на минеральные и органические (рисунок 1).

Рисунок 1. Классификация удобрений [10, 11]

Минеральные удобрения могут быть простыми, если они содержат один основной питательный элемент, например азот, фосфор или калий, и комплексными, если удобрение содержит два и более основных питательных элементов.

Иногда их подразделяют на макро- и микроудобрения. Макроудобрения содержат макроэлементы (N, Р, К, а иногда и Са, Mg, S), т. е. те элементы, которые входят в состав растений и потребляются ими в значительных количествах (от сотых долей до нескольких процентов от веса сухой массы).

Примеры и назначения отдельных видов минеральных удобрений представлены в таблицах 1 и 2.

2. Методики исследования

2.1. Методика подготовки семян для выращивания микрозелени

В качестве семян для проращивания микрозелени были использованы семена гороха Pisum[4].

Работа по подготовке семян к включала в себя следующие этапы: промывка семян теплой проточной водой; предпосевная обработка (в случае ее выполнения), выдержка в темноте, размещение на субстрате под пленкой в течение 12 часов; проращивание с/без использования фитолампы (общий вид организации системы проращивания семян представлен в Приложении на фото 1).

Таблица 1. Примеры и назначение минеральных макроудобрений [12]

Таблица 2. Примеры и назначение минеральных микроудобрений [6]

2. Методики исследования

2.1. Методика подготовки семян для выращивания микрозелени

В качестве семян для проращивания микрозелени были использованы семена гороха Pisum[4].

Работа по подготовке семян к включала в себя следующие этапы: промывка семян теплой проточной водой; предпосевная обработка (в случае ее выполнения), выдержка в темноте, размещение на субстрате под пленкой в течение 12 часов; проращивание с/без использования фитолампы (общий вид организации системы проращивания семян представлен в Приложении на фото 1).

2.2 Организация проращивания микрозелени на гидропонике

Гидропоника [1, 9, 15] является преобладающей системой выращивания, используемой в вертикальном земледелии. В гидропонных системах корни растений погружаются в жидкие растворы, содержащие макроэлементы, такие как азот, фосфор, сера, калий, кальций и магний, а также микроэлементы, включая железо, хлор, марганец, бор, цинк, медь, и молибден.

Для создания установки были взяты пластиковые емкости (2 шт.), субстрат. В дне емкости 1 по периметру проделывались отверстия, через которые проникала вода или питательный раствор и прорастала корневая система. В емкости 1 располагался субстрат. В емкость 2 наливался питательный раствор или вода. В процессе проведения эксперимента уровень воды или питательного раствора в емкости 2 поддерживался постоянным.

2.3 Оценка эффективности выращивания гороха Pisum в различных условиях

Для выбора типа субстрата и необходимости освещения для эффективного выращивания микрозелени гороха Pisum использовали следующие показатели: время появления проростков, день; развитость корневой системы; оценка биомассы ростков взвешиванием их надземной части с использованием бытовых весов.

Для оценки эффективности предпосевной обработки использовали следующие показатели: изменение поверхности семян после обработки; время появления проростков, день; скорость прорастания (высота растения), мм, на 7 и 14 день; оценка биомассы ростков взвешиванием их надземной части с использованием бытовых весов; оценка вкусовых качеств микрозелени путем дегустации и анализа отзывов респондентов.

Для оценки эффективности выращивания гороха Pisum с использованием различных питательных растворов оценивали следующие параметры: скорость прорастания (высота растения), мм, на 7 и 14 день; развитость корневой системы; оценка биомассы ростков взвешиванием их надземной части с использованием бытовых весов.

3. Выявление оптимальных условий выращивания микрозелени гороха Pisum

3.1 Результаты оценки эффективности использования различных субстратов и фитолампы [3, 5, 9]

В качестве субстратов для исследования были выбраны спанбонд, агровата и кокосовый субстрат.

Агровата (минеральная вата) – смесь базальта, известняка и кокса, сплавленных при высокой температуре (1600° С), причем кокс играет роль топлива.

Кокосовый субстрат готовят из кокосовой скорлупы. Он является побочным продуктом после отделения и сбора волокон для изготовления множества товаров - веревок, половиков, веников и т.п. Отходы представляют собой сор, короткие волокна и «мякоть» скорлупы, так называемую «сердцевину», накоторую приходится около 25% скорлупы. Эти остатки высушивают и спрессовывают в брикеты, плиты или гранулы.

Агроткань – это искусственный тканый материал из полипропилена. Характеризуется водо- и воздухопроницаемостью, но в то же время препятствуют резким перепадам температуры и влажности, отчасти задерживают ультрафиолетовое излучение.

Каждый эксперимент по проращиванию семян выполнялся в двухкратной повторности.

Согласно методике, описанной в п. 2.2, проводилось проращивание и фотосъемка ростков, помещенных на различные субстраты с/без использования фитолампы. Результаты наблюдений в течение 14 дней представлены в Приложении в таблице 1.

Без использования фитолампы отмечалось значительно более медленное прорастание семян.

Как видно из таблицы, в начальный период времени отмечалось хорошее прорастание семян на всех используемых субстратах. На спанбонде в последующем рост проростков прекратился. Что предположительно связано с нехваткой воды и ее быстрым испарением с данного субстрата.

Наибольшая длина проростков отмечена при использовании агроваты.

Развитость корневой системы при использовании различных субстратов представлена в Приложении на фото 2 и 3. Как видно из фото, в случае использования агроваты корневая система более развита.

Оценка биомассы ростков за 14 дней при использовании в качестве субстрата агроваты и кокосового субстрата с/без использование фитолампы представлены на рисунке 2.

Рисунок 2. Оценка биомассы ростков гороха за 14 дней при использовании в качестве субстрата агроваты и кокосового субстрата с/без использование фитолампы

Как видно из диаграммы использование фитолампы благоприятно сказывается на росте микрозелени. Наиболее эффективным субстратом по данному показателю также является агровата.

3.1. Оценка эффективности предпосевной обработки

Были выбраны варианты предпосевной обработки, представленные в таблице 3 Приложения. В качестве контроля использовались семена, которые были замочены в воде на 12 часов. Проращивание микрозелени проводилось согласно методике, описанной в п.2.2.

Обнаружено, что после извлечения из темного места отмечено прорастание семян во всех вариантах эксперимента, кроме варианта обработки препаратом «Фитоспорин».

По интенсивности прорастания варианты обработки могут быть расположены в ряд:

обработка янтарной кислотой < без обработки <препарат «Эпин» < шоковая обработка.

Результаты оценки длины ростков на 7 и 14 день представлены на рисунке 3.

Рисунок 3. Результаты оценки использования различных вариантов предпосевной обработки

Можно отметить, что наибольшая длина ростков на 7 день отмечена при шоковой обработке, тогда как на 14 день наибольшая длина отмечена при обработке препаратом «Эпин». Результаты оценки биомассы ростков за 14 дней представлены на рисунке 2 Приложения. Наибольшая масса отмечена для случая обработки препаратом «Эпин». Можно заключить, что для инициирования прорастания семян наиболее эффективна шоковая обработка, а для увеличения получаемой биомассы наиболее эффективна обработка препаратом «Эпин».

3.2. Оценка эффективности использования различных универсальных питательных растворов для выращивания микрозелени гороха Pisum

Было приготовлено два вида универсальных питательных растворов. Содержание компонентов и их назначение представлены в таблицах 4 и 5 Приложения. Проращивание с использованием чистой воды использовалось в качестве контрольного образца. Питательные растворы и вода добавлялись в емкости по мере необходимости таким образом, чтобы корневая система на 2/3 была погружена в раствор/воду. Все опыты проводились в двухкратной повторности.

Результаты наблюдений за ростками гороха Pisum в течение 14 дней представлены на фото 2 Приложения. Результаты оценки длины ростков микрозелени гороха Pisum на 14 день и биомассы ростков за 14 дней при использовании различных питательных растворов представлены на рисунке 4.

Рисунок 4. Результаты оценки использования питательных растворов

Как видно из диаграммы, использование питательных растворов благоприятно сказывается на росте микрозелени, также отмечено, что в случае использования питательных растворов корневая система была более развита: при использовании питательного раствора Кнопа масса проростков увеличилась в 1,5 раза; при использовании питательного раствора Эллиса – в 1,3 раза по сравнению с контролем. Наиболее эффективным для выращивания микрозелени гороха Pisum является питательный раствор Кнопа.

Оценка экономической эффективности самостоятельного создания питательных растворов и сравнение с аналогами представлены в таблице 6. Приложения Себестоимость 1 литра питательного раствора Кнопа составила 95 копеек; универсального питательного раствора Эллиса – 67 копеек, что в разы ниже представленных на рынке.

Также стоит отметить, что смесь компонентов может быть расфасована в сухом виде и питательный раствор может готовиться непосредственно перед использованием, что позволит снизить затраты на его транспортировку и хранение.

Заключение

1. Установлено, что наилучшее прорастание семян гороха Pisum наблюдается при использовании в качестве субстрата агроваты. Длинна проростков значительно больше в случае использования фитолампы.

2. Установлено, что для инициирования прорастания семян наиболее эффективна шоковая обработка, а для увеличения получаемой биомассы – обработка препаратом «Эпин».

3. Приготовлено два состава питательных растворов, содержащих разные типы и количества микро и макроудобрений; растворы испытаны при выращивании микрозелени гороха Pisum на вертикальной ферме.

4. Установлено, что при использовании питательных растворов наблюдается наилучшее прорастание семян: при использовании питательного раствора Кнопа масса проростков увеличилась в 1,5 раза; при использовании питательного раствора Эллиса – в 1,3 раза по сравнению с контролем.

5. По результатам проведенных исследований можно заключить, что наиболее эффективными будут являться следующие условия выращивания микрозелени гороха Pisum: комбинация шоковой предпосевной обработки и обработки препаратом «Эпин»; использование для выращивания фитолампы, агроваты в качестве субстрата и питательных растворов.

Список литературы

1. Вертикальные фермы // URL: https://future.fandom.com/ru/wiki/Вертикальные_фермы (дата обращения: 14.08.2021).

2. Как стимулировать прорастание // Ваше хозяйство URL: https://www.vhoz.ru/articles/ogorod/vzoydut-li-prosrochennye-semena-kak-stimulirovat-prorastanie/ (дата обращения: 26.05.2025).

3. Кокос // Овощеводство закрытого и открытого грунта URL: http://bibliotekar.ru/7-ovoschi/index.htm (дата обращения: 14.08.2021).

4. Микрозелень гороха и чем она может быть полезна // Микрозелень URL: https://zelen.pro/obschee/fresh/292-mikrozelen-goroha.html (дата обращения: 14.08.2021).

5. Минеральная вата // Овощеводство закрытого и открытого грунта URL: http://bibliotekar.ru/7-ovoschi/index.htm (дата обращения: 14.08.2021).

6. Питательный раствор для гидропоник // Fermerok.info - Сельское хозяйство URL: https://fermerok.info/pitatelnyj-rastvor-dlya-gidroponiki (дата обращения: 16.08.2022).

7. Предпосевная подготовка семян // Управление Россельхознадзора по Иркутской области и Республике Бурятия URL: https://38.fsvps.gov.ru/news/predposevnaja-podgotovka-semjan/ (дата обращения: 29.5.2025).

8. Способы подготовки семян к посеву // Леспром ИНФОРМ URL: https://lesprominform.ru/jarticles.html?id=3835 (дата обращения: 29.5.2025).

9. Тексье У. Гидропоника для всех. Mama Edition, 2013. - 265 с.

10. Удобрения // Википедия — свободная энциклопедия URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Удобрения (дата обращения: 16.08.2022).

11. Удобрения и их классификация // Персональный сайт Гончаров О.Г. КГБПОУ «Каменский агротехнический техникум» URL: http://k-a-t.ru/agro/41-udobrenia_1/index.shtml (дата обращения: 16.08.2022).

12. Удобрения // Пестициды.ru URL: https://www.pesticidy.ru/dictionary/fertilizers (дата обращения: 16.08.2022).

13. Шаклеина М. Н., Алалыкин А. А., Соловьева М. С. Оценка содержания витаминов в микрозелени нескольких видов культурных растений // Химия растительного сырья, 2022. № 2. С. 165-171. URL: http://journal.asu.ru/cw/article/view/9988.

14. Florencia P. Alloggia, Roberto F. Bafumo, Daniela A. Ramirez, Marcos A. Maza, Alejandra B. Camargo,сBrassicaceae microgreens: A novel and promissory source of sustainable bioactive compounds, Current Research in Food Science, Volume 6, 2023, 100480,https://doi.org/10.1016/j.crfs.2023.100480.

15. Vertical farming // Wikipedia, the free encyclopedia URL: https://en.wikipedia.org/wiki/Vertical_farming (датаобращения: 20.08.2023).

16. Zhang, Y., Xiao, Z., Ager, E., Kong, L., & Tan, L. (2021). Nutritional quality and health benefits of microgreens, a crop of modern agriculture. Journal of Future Foods, 1(1), 58–66.

Приложение

Фото1. Общий вид организации системы проращивания семян

Aото 2. Развитость корневой системы при использовании различных субстратов: а –кокосовый субстрат; б – агровата

Фото 3. Внешний вид микрозелени гороха Pisum на 14 день при использовании различных питательных растворов

Таблица 3. Результаты наблюдений за ростками гороха с использованием фитолампы и различных субстратов в течение 14 дней

Таблица 4. Состав и назначение компонентов раствора Кнопа

Таблица 5. Состав и назначение компонентов раствора Эллиса

Таблица 6. Сравнение с аналогами