Исследовательская работа: «Влияние микробных удобрений на скорость прорастания и развитие семян»

Районная научно-практическая конференция школьников

«К вершине знаний»

Секция «Естественнонаучное направление»

Исследовательская работа:

«Влияние микробных удобрений на скорость прорастания и развитие семян»

Работу выполнил:

учащийся 9 класса МБОУ Лицея №2

Слепынин Фёдор Александрович

Руководитель:

учитель химии МБОУ Лицея №2

Аааааааааааааааааааааааавысшей квалификационной категории

Гарбузова Вера Евгеньевна

Контактный телефон: 23 - 013

г. Купино

2023 г.

Оглавление стр.

Введение………………………………………………………………………...2-3

1.Обзор литературных и Интернет источников

1.1Бактериальные удобрения…………………………………………………….3

1.2 История использования биологических удобрений………………………..4

1.3 Биологические удобрения в России…………………………………….....4-5

1.4 Фазы прорастания семян и факторы их определяющие………………5-6

Основная часть

2. Опытно экспериментальная работа……………………………………… .6

2.1Эксперимент №1 «Влияние микробных удобрений на рост и развитие семян» ……………………………………………………………………………. 6

Опыт №1 «Подготовка к эксперименту……………………………………… 6-7

Опыт№2 «Приготовление бактериального осадка методом центрифугирования»……………………………………………………………..7

Опыт№3 «Приготовление физиологического раствора»………………………7

Опыт№4 «Приготовление среды для проращивания семян»…………………..7

Опыт №5 «Пропитка семян средой»………………………………………….7- 8

2.2 Наблюдение за скоростью развития семян……………………………….8-9

Вывод по эксперименту №1……………………………………………………..9

Заключение……………………………………………………………………9-10

Список литературы…………………………………………………………….10

Приложение

Приложение 1………………………………………………………………..11-12

Приложение 2……………………………………………………………… .13-18

Приложение 3………………………………………………………………..19-20

Введение

С давних времен люди, занимавшиеся растениеводством, стремились ускорить рост и развитие растений, повысить урожайность. Для этих целей использовали как органические, так и минеральные удобрения. Известно, что большую роль в урожайности любой сельскохозяйственной культуры играет и всхожесть семян. В домашних условиях для прорастания семян их замачивали заранее, и в дальнейшем проросшие семена высаживали в грунт. Но наука не стоит на месте. На смену простой воде, используемой для замачивания семян, приходят биостимуляторы. На полках современных садовых магазинов можно увидеть много видов биостимуляторов, но вот какой же выбрать, всегда остается загадкой. В силу глобальных изменений экологии, в последние годы всё больше жителей городов стали выращивать овощи и фрукты на своих дачных участках, так как сельхозпродукция, продаваемая в магазинах и на рынках, выращена, в основном, на загрязнённых удобрениями почвах, напичканных вредными для организма человека нитратами. Поэтому люди стремятся вырастить для себя и своей семьи абсолютно экологически чистую, полезную для здоровья продукцию, чтобы не бояться аллергий, отравлений многочисленными химическими добавками, которыми «удобряют» различные фрукты и овощи для быстроты выращивания и созревания.

Многие считаю, что невозможно получить хороший урожай без использования химических удобрений. И они сильно ошибаются! Не все удобрения положительно влияют на рост и развитие семян. Есть гораздо более современные и гуманные для растений и людей способы подкормки, которым доверяют многие огородники. Это микробные микроорганизмы. О их влиянии на растения известно и написано уже довольно много. Биопрепараты, состоящие из полезных бактерий, выходят на первое место по популярности использования в современных садах и огородах. Страны Европы и, особенно, Япония, первыми начали замену минеральных удобрений на микробиологические препараты. Микробиологические удобрения отличаются тем, что содержат не сами химические элементы, а микроорганизмы, которые сами «вырабатывают» их в безопасной органической форме. Все препараты данной направленности действия условно разделены на три типа: средства биозащиты, препараты для ускоренного компостирования органики и биоудобрения.

Эта тема является очень актуальной, ведь мы употребляем большое количество растительной пищи и хотим, чтобы урожайность огородных культур была высокой, и они были безопасными для человека. Успех применения биопрепаратов на сегодняшний день состоит в том, что при минимальных затратах можно получить максимальный экологический и экономический эффект. Актуальность данной работы заключается в её практическом применении. Именно поэтому я решил изучить влияние разных микробных удобрений на скорость роста и активность развития семян.

Цель: изучить и дать оценку эффективности влияния микробных удобрений на всхожесть, рост и развитие семян.

Гипотеза: микробные удобрения положительно влияют на рост и развитие семян.

Задачи:

1. Изучить материал литературы о микробных удобрениях и их влиянии на всхожесть, рост и развитие семян.

2. Провести эксперимент по определению влияния биопрепаратов на семена исследуемых культур.

3. Сделать вывод по проведенному эксперименту.

3. Выработать рекомендации по использованию микробиологических удобрений при замачивании семян.

Объект исследования: семена моркови, лука и редиса.

Предмет исследования: рост и развитие семян при их обработке микробными удобрения («Калийвит», «Фосфатовит», «Байкал ЭМ1», «Азотовит») в сравнении с контрольным вариантом.

Этапы работы:

1. работа с информационными источниками (ноябрь - декабрь 2022г);

2. проведение эксперимента (декабрь-февраль 2022 – 2023г);

3 обработка результатов исследования (февраль – март 2023г);

4. отчет о работе (март 2023г)

Методы исследования: эксперимент по проверке выдвинутой гипотезы, наблюдение, сравнение экспериментальных и контрольных растений , биометрия, анализ результатов исследования.

1. Обзор литературных и Интернет источников

1.1 Бактериальные удобрения

Бактерии – это микроорганизмы, в которых отсутствует ядро (прокариоты). Они присутствуют в нашей жизни везде. Живут доменами. Всем известно, что жизнь на нашей планете началась именно с бактерий. Они по сей день нас сопровождают в течение всей жизни, помогая нам и убивая нас.

Бактериальные удобрения - это препараты, относящиеся к микробиологическим инкулянтам (биопрепараты, содержащие живые культуры полезных для растений микроорганизмов), способствующие улучшению питания растений. Питательных веществ они не содержат.

Преимущества бактериальных удобрений:

1.Большая «простота» организации генома (обеспечивает лучшие возможности для изменения и перестроек наследственного материала).

2. Достаточно легкая приспособляемость к среде обитания в естественных и искусственных условиях (облегчает культивирование микроорганизмов, причем можно подобрать микроорганизмы для сред с почти любыми характеристиками).

3. Большие скорости протекания ферментативных реакций и нарастание клеточной массы в единицу времени (облегчает и ускоряет обмен веществ с окружающей средой и темпы роста биомассы)

1.2 История использования биологических удобрений

Методы биотехнологии активно используются в сельском хозяйстве уже сотни лет. Однако чаще всего носил случайный экспериментальный характер. Первым задокументированным фактом наличия бактерий в клубеньках бобовых растений было описано учёным Лахманом в 1858 году. В последствие в 1888 году были выделены чистые культуры этих микроорганизмов. В 1901 году учёный Бейеринк открыл свободноживущую азотфиксирующую бактерию Azotobacter, которую впоследствии стали использовать в сельском хозяйстве для обогащения почвы азотом. Сразу после определения роли клубеньковых бактерий в жизни растения начались эксперименты по внесению этих микроорганизмов в почву. Данные технологии позволяли добиться значительного увеличения всхожести семян и повышение плодородности земли. Стали активно использовать бобовые растения для восстановления и улучшения азотного баланса почв. Так появились первые биологические удобрения на основе микроорганизмов.

1.3 Биологические удобрения в России

В СССР из бактериальных удобрений нашли применение нитрагин, азотобактерин и фосфоробактерин.

Нитрагин — удобрение для бобовых растений. Готовят из активных, специфических для каждого вида растений этого семейства, клубеньковых бактерий, размножаемых на стерилизованном и богатом органическим веществом субстрате. Впервые препарат получен в 1896 в Германии. По стандарту в 1 г нитрагина должно содержаться не менее 70 млн. клеток клубеньковых бактерий для люпина, сои, сераделлы, арахиса и 300 млн. клеток для остальных бобовых растений. Бактерии, проникая в корневые волоски, образуют на корнях бобовых культур клубеньки. Усиленно размножаясь в ткани клубенька, они связывают атмосферный азот, значительная часть которого усваивается растением. Нитрагин наиболее эффективен при сочетании препарата с органическими и минеральными удобрениями.

Азотобактерин (азотоген) готовят из активных культур микроорганизма — азотобактера. Различают азотобактерин почвенный (или торфяной) и агаровый. В 1 г почвенного азотобактерина должно быть не менее 50 млн. клеток азотобактера. Азотобактер активно развивается лишь в плодородных, содержащих много органических веществ, почвах; улучшает азотное питание и рост растений. Азотобактеры фиксируют азот из воздуха и питают растения не химическим, а биологическим азотом.

Фосфоробактерин — порошок белого, светло-серого или желтоватого цвета, в котором содержатся в большом количестве (8,5—16 млрд. в 1 г) споры микроорганизмов, обладающих повышенной способностью переводить фосфорорганические соединения в удобоусвояемую для растений форму. Наиболее эффективен на фоне органических и минеральных удобрений. Влияет и на усвоение калия.

Калийбиовит – предназначен для экологического земледелия; микробиологическое универсальное удобрение на основе живых почвенных бактерий. Бактерии превращают калий из сложных соединений в простые и снабжают растения природными элементами питания.

В годы начала перестройки появился биопрепарат «Байкал», состав которого впоследствии был дополнен. Это биоудобрение активирует полезную почвенную микрофлору, ускоряет начало цветения, увеличивает количество завязей и период плодоношения, стимулирует прорастание семян и развитие корневой системы. Повышает иммунитет растений, стрессоустойчивость к заморозкам и засухе.

При работе с биопрепаратами нужно соблюдать технику безопасности: группа опасности 4 (малоопасный продукт), не токсичные, не патогенные, пожаро взрывобезопасные, не содержат генномодифицированные микроорганизмы и стимуляторы. При попадании на кожу и в глаза – промыть большим количеством воды.

1.4 Фазы прорастания семян и факторы их определяющие.

Для прорастания семян необходимы влага, тепло, воздух и свет. Прорастание семян – сложный биологический процесс, при котором зародыш, используя запасные питательные вещества, превращается в проросток. Процесс развития растения от семени до проростка проходит несколько фаз.

1. Фаза водопоглощения - сухие семена поглощают воду до наступления max влажности. Воду впитывают гидрофильные коллоиды семени. В это время не происходит заметной активации биохимических процессов и не наблюдается морфологических изменений.

2.Фаза набухания семени - начинается с момента появления в семенах свободной влаги; активизируются ферменты, возрастает интенсивность дыхания, обеспечивается мобилизация запасных питательных веществ и поступление их к точкам роста, заканчивается фаза деления клеток первичного корешка; семена увеличиваются в объёме.

3.Фаза роста первичных корешков - начинается деление клеток первичного корешка (наклёвывание) и идёт рост корешков.

4.Фаза развития ростка - начинается с появления ростка, продолжается рост корешков, интенсивно растёт росток.

5.Фаза становления проростка - проросток ещё не порвал связи с семенем и получает из него питательные и физиологически активные вещества; зародыш растёт не только за счёт запасных питательных веществ, но и использует дополнительное питание в виде биоудобрений

Основная часть

2. Опытно - экспериментальная работа

Из информационных источников по теме проекта узнал, что биоудобрения, которые я взял для эксперимента, могут быть использованы не только для обработки семян, но и полива/опрыскивания рассады, обработки грунта и приготовления компостов. Для исследования я выбрал предпосевную обработку. Подготовка и технология обработки семян изложена в описании опытов №1- 6.

2.1 Эксперимент №1 «Влияние микробных удобрений на рост и развитие семян»

Цель: изучить влияние микробных удобрений на рост и развитие семян.

Методика исследования

Опыт №1 «Подготовка к эксперименту 14.12.2022 года я вскрыл пакеты с семенами: редис «Красный великан», морковь «Нантская - 4», лук порей «Элефант МС», которые купил в магазине «Приусадебное хозяйство» и произвёл сортировку семенного материала, оставив для экспериментов семена только хорошего качества./Приложение№1, фото№1/

Для проведения эксперимента я взял 5 чашек Петри, в каждую из них положил разрезанную на 3 части фильтровальную бумагу, посередине положил кусочек ватки (для того, чтобы разделить семена). На каждую из частей бумаги я разложил семена одной из 3х культур (по 6 штук). Каждому сорту семян я присвоил свой номер: №1- редис «Красный великан», №2- морковь «Нантская - 4», №3- лук порей «Элефант МС». /Приложение №1, фото№2/

Опыт№2 «Приготовление бактериального осадка методом центрифугирования». Затем я взял микробные удобрения «Байкал ЭМ1», «Калийвит», «Фосфатовит», «Азотовит», перелил из каждой банки по 20 мл содержимого в эппендорфы и центрифугировал 10 минут со скоростью 5000 об/мин. Затем достал эппендорфы, на дне которых образовался бактериальный осадок (именно он нам и нужен). Чтобы его отделить, слил раствор с остатками удобрений. /Приложение№ 1, фото№3-5/

Опыт№3 «Приготовление физиологического раствора» Пока шло центрифугирование препаратов, я приготовил физиологический раствор. Для его приготовления, я взвесил 0,5 г хлорида натрия NaCl и отмерил 50 мл дистиллированной воды.

Физиологический раствор я разлил в эппендорфы с бактериальным осадком, пока в каждой пробирке не получится по10 мл.

На крышках чашек Петри я подписал вид удобрений и пронумеровал расположение семян. В каждую чашку Петри я налил бактериальное удобрение. /Приложение№1, фото№6-10/

Опыт№4 «Приготовление среды для проращивания семян»

В колбу налил 500 мл дистиллированной воды, взвесил и в неё насыпал 0,22 г. хлорида натрия (NaCl), 0,2 г. сульфат магния (MgSO₄₎, 0,1 г. гидрофосфата калия (K₂HPO₄) и 1 г. нитрата калия (KNO₃). Раствором этих солей я залил семена и оставил чашки Петри на 2 часа для их пропитки. Через два часа промыл семена дистиллированной водой от излишка микробов. /Приложение№1, фото№ 12-14/

Опыт №5 «Пропитка семян средой».

Далее я положил новую фильтровальную бумагу и хорошо пропитал средой. Чашки Петри поставил в одинаковые условия: освещение и t⁰= 20 - 25C⁰. Начиная с 14 декабря,15 дней провожу визуальный, а в последствии и измерительный осмотр действия биопрепаратов на рост и развитие семян с добавлением микробных удобрений. Наблюдения и измерение семян в контрольной группе провожу по той же методике.

Так как целью исследования является изучение влияния микробных удобрений на рост и развитие семян, я каждый день делал замеры и фотографировал результаты роста. Замеры от конца корешка до семядоли я записывал в таблицы. /Приложение №1, фото №15,16/

Опыт №6 «Приготовление контрольного экземпляра». В чашку Петри поместил фильтровальную бумагу, на каждый сегмент положил по 6 штук семян каждого сорта и смочил водой. Чашка Петри с контрольным раствором находится в аналогичных условия: освещение и t⁰= 20 - 25C⁰

2.2 «Наблюдения за развитием семян»

Прорастание семян начинается с поглощения воды. Вода проникает через кожуру и семя набухает. Затем появляется зародышевый корешок, он разрывает семенную кожуру. Корень растет, от главного корня отходят боковые. Корень всегда стремиться вниз. Затем появляется проросток, который стремиться к свету вверх.

1.Набухание семян (при использовании биологических удобрений) началось в 1й же день, первые ростки появились у семян редиса в 1 день, у моркови и лука - на 6 день. Скорость набухания семян в контрольной чашке: набухание семян пошло во 2 день, первые ростки семян редиса - на 2 день, а лука и моркови - на 7 день

Вывод: можно отметить, что применение биостимуляторов действительно ускорило процесс прорастания семян.

2.Если внимательно рассмотреть проросшие семена, то можно отметить, что ростки с добавлением удобрений «Байкал» и «Калийвит», наиболее длинные и здоровые». Семена, проросшие в простой воде, разного размера и «слабее», чем с использованием биопрепаратов. В результате изучения влияния биостимуляторов на прорастание семян, выявлена следующая закономерность:

- Биопрепарат «Байкал ЭМ-1»: оказал влияния на скорость прорастания и всхожесть всех семян.

- Биопрепарат «Калийвит»: в растворе этого биоорганического препарата быстрее проросли и взошли семени редиса.

-Биопрепарат «Азотовит» оказал лучшее влияние на всхожесть семян моркови.

-Биопрепарат «Фосфавит» оказал лучшее влияние на скорость прорастания и рост семян лука.

- Отсутствие биостимуляторов показало, что семена прорастают чуть медленнее и проростки менее выраженной формы.

Семена трёх растений обработанные биоудобрениями отличались скоростью прорастания. Всходы с редисом появились уже на 1 день, с луком и морковью на 6 день, а в контрольном замачивании редис пророс на 2 день; лук и морковь - на 7 день. /Приложение № 2, фото №1 – 50/ и /Приложение 3,таблицы1-6/

Вывод: проведя эксперимент, я сделал вывод, что микробные удобрения положительно влияют на рост и развитие семян, сравнивая рост с добавлениями удобрений и без них. Каждое удобрение избирательно влияет на семена разных культур. Надо учитывать «Байкал» наиболее хорошо повлиял на рост семян в целом, т.к. семена с его добавлением взошли раньше семян с другими удобрениями. «Калийвит» показал наибольшее влияние на редис, потому что корешки семян с его добавлением самые большие. На морковь в большей степени повлиял «Азотовит», с его добавлением почти все семена взошли одновременно и имеют одинаковые размеры корешка. А «Фосфавит» повлиял (в большей степени) на рост лука.

Вывод по экспериментальной части: анализируя результаты проведённых исследований, обобщённых в таблицах, можно отметить эффективное влияние всех микробных удобрений, представленных в данном проекте, на всхожесть, рост и развитие растений в отличие от контрольного образца. Они, действительно, повышают всхожесть и энергию прорастания семян. Но стоит отметить, что действие препаратов проявляется индивидуально./Приложение №3, таблиц № 7/

Заключение

1. В ходе выполнения исследования работы был изучен теоретический материал по данной теме. Рассмотрено качество влияния биоудобрений «Байкал ЭМ - 1», «Азотовит», «Калийвит» и «Фосфатовит», на скорость и качество прорастание семян. Из литературных источников я узнал, что многие из микробиологических удобрений можно использовать для многих целей: обработка семян сельскохозяйственных культур, полива или опрыскивания рассады в открытом и закрытом грунте, обработка почвы, приготовление компостов. 2. Предпосевная обработка семян редиса, лука и моркови биологическими удобрениями даёт хороший результат по скорости прорастания . Поэтому считаю, что их можно рекомендовать огородникам для получения хорошего урожая различных культур. Результаты исследования я подтвердил практикой применения биопрепаратов.

Считаю, что микробиологические препараты найдут широкое применение в сельском и лесном хозяйствах, так как именно эти препараты не только ускоряют проклёвывание семян, но и способствуют ускоренному росту корней растений и устойчивости к различным заболеваниям. По данным различных исследований в стране и за рубежом технология использования биоудобрений даёт увеличение урожайности в 1,5 - 2 раза. Это поможет решить проблему обеспечения населения овощами, фруктами, кормовыми и техническими культурами. Основываясь на выше изложенном материале исследования, считаю, что цель достигнута и гипотеза, выдвинутая мною, подтвердилась.

Рекомендации

Исследуемые биопрепараты «Азотовит», «Байкал М-1», «Фосфатовит» и «Калийвит» рекомендую применять для предпосевной обработки семян редиса, моркови и лука порея, так как они стимулируют всхожесть семян и дальнейшее их развитие.

Практическая значимость исследования: привлечение внимание людей к экологическому качеству употребляемым ими продуктам. Материал данной работы рекомендую использовать на уроках биологии, экологии, при участии в конкурсах по биотехнологии, во внеурочной деятельности учащихся.

Перспективы деятельности: в следующем году продолжить исследование действия биопрепаратов для установления зависимости влияния их не только на прорастание семян, но и развитие растений в разные периоды вегетации; вырастить овощи в открытом грунте, проанализировать урожай экспериментальных культур и сравнить с контрольной группой. Установить возможность полной независимости развития растений от изменений факторов окружающей среды.

Список использованной литературы

1. Белик В.Ф., Советкина В.Е. Овощные культуры и технологии их возделывания. — М.: Агропромиздат, 1991. http://udobreniya.info/promyshlennye/bajkal/

2.Доспехов Б.А. Методика полевого опыта с основами статистической обработки результатов исследований: учеб. для студ. высш. с.-х. учеб. заведений по агрономической спец. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Колос, 1979. 3.Настольная книга овощевода: Справочник/ Е. С. Каратаев- Л.:Агропромиздат,1989. Ссылка: http://emcooperation.ru/ 4.Тараканов Г.И., Мухин В.Д., Шукин К.А. Овощеводство. М.: Колос, 2003. dansnpa: «биологические удобрения» Ссылка: https://studfile.net/preview/14053736/

Приложение№1

Фото №1 Фото № 2 Фото №3 Фото№ 4 Фото№5

Фото №6 Фото№7

Приложение №1

Ф ото №9 Фото №10 Фото №8

Фото№11 Фото№12

Фото №13 Фото 14

Фото №15 Фото №16

Приложение №2 2 день эксперимента, первые измерения

«Байкал ЭМ-1»

Фото№1 Фото №2

«Калийвит»

Фото №3 Фото №4

«Азотовит»

Фото №5 Фото№6

«Фосфатовит» Контрольный образец

Фото №7 Фото №8 Фото № 9

Приложение №2 3 день эксперимента

«Байкал»

Фото № 10 Фото №11

«Калийвит

Фото №12 Фото №13

«Азотовит»

Фото № 14 Фото № 15

Фото №16 «Фосфатовит» Фото №17 Контроль Фото №18

Приложение №2 4 день эксперимента

«Байкал»

Фото №19 Фото №20

«Калийвит» Фото №21 Фото №22

«Азотовит» Фото№24 Фото№23

Контроль Фото№27 Фото№25 «Фосфатовит» Фото№26

Приложение№ 2 5 день эксперимента

«Байкал»

Фото № 27 Фото № 28

«Калийвит»

Фото № 29 Фото № 30

«Азотовит»

Фото № 31 Фото № 32

Фото№33 «Фосфатовит» Фото№34 Контроль Фото№35

Приложение№2 10 день эксперимента

«Байкал»

Фото№36 Фото№37

«Калийвит»

Фото№38 Фото №39

«Азотовит»

Фото №40 Фото №41

Фото №42 «Фосфатовит» Фото №43 Контроль Фото№44

Приложение №2 15день эксперимента

Фото №45

«Байкал ЭМ-1» «Калийвит»

Рисунок 45

Фото №46 Фото №47

«Азотовит» «Фосфатовит»

Фото№48 Фото№49

Контроль

Фото №47

Фото№50

Приложение №3

Таблица №1 «Обзор роста семян Таблица №2 «Обзор роста семян

с микробным удобрением «Байкал» с микробным удобрением «Калийвит»

Таблица №3 «Обзор роста семян Таблица №4 «Обзор роста семя с микробным

микробным удобрением «Азотовит» удобрением «Фосфатовит»

Приложение №3

Таблица №5 «Обзор роста контрольных семян» Таблица № 6«Изучение всхожести семян

на 15 день действия препаратов в %»

Таблица №7 Выводы по результату экспериментальной части исследования