РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ ВОДЯНОГО ГИАЦИНТА (EICHHORNIA CRASSIPES)
|
Введение 2
1. Обзор литературы 8
1.1 Использование Eichhomiacrassipes 8
Е2 Инициация цветения 10
1.3 Особенности семенного материала 10
2 Объект и методы 12
2.1 Объект исследования 12
2.1.1 Систематическое положение 12
2.1.2 Ботаническое описание 12
2.1.3 Цветение Eichhomiacrassipes 14
2.2 Индукция цветения. Способ перевода растения водяного гиацинта
(Eichhomiacrassipes) из вегетативной фазы в репродуктивную 15
2.3 Получение семян 21
2.4 Способ поддержания Eichhornia crassipes в вегетативной фазе 27
2.5 Проращивания семян Eichhomiacrassipes
определена.
2.6 Дражирование семян
3 Результаты и обсуждения
Таблица 2
Выводы: 29
Список использованной литературы 30
1. Обзор литературы 8
1.1 Использование Eichhomiacrassipes 8
Е2 Инициация цветения 10
1.3 Особенности семенного материала 10
2 Объект и методы 12
2.1 Объект исследования 12
2.1.1 Систематическое положение 12
2.1.2 Ботаническое описание 12
2.1.3 Цветение Eichhomiacrassipes 14
2.2 Индукция цветения. Способ перевода растения водяного гиацинта
(Eichhomiacrassipes) из вегетативной фазы в репродуктивную 15
2.3 Получение семян 21
2.4 Способ поддержания Eichhornia crassipes в вегетативной фазе 27
2.5 Проращивания семян Eichhomiacrassipes
определена.
2.6 Дражирование семян
3 Результаты и обсуждения
Таблица 2
Выводы: 29
Список использованной литературы 30
Снижения почвенного плодородия — это повсеместная проблема, обусловленная ростом населения. На сегодняшний день, единственной сельскохозяйственной технологией, которая не приводит к истощению плодородия почв является пастбищное скотоводство. В ней изъятие биогенов (азота, фосфора, калия и пр.) из почвы сбалансировано их возвратом с навозом скота. Основная причина снижения плодородия земель, используемых в растениеводстве заключается в изъятии питательных веществ из почвы посредством вывоза растительной продукции за пределы территории, где она получена.
В связи с этим является актуальной задача разработки технологий, которые снизят или хотя бы замедлят процесс истощения почвенных ресурсов. Одно из перспективных направлений поиска решения данной проблемы - это использование аквакультур. Особенно это перспективно в условиях севера Российской Федерации и, в частности, в Сибири. Дело в том, что климат вышеназванных территорий обусловливает дисбаланс продукционного и деструкционного процессов в водоемах, что приводит к их эвтрофированию, заболачиванию (а, с точки зрения растениеводства - естественному удобрению) водоемов. Использование таких водоемов для производства продукции растениеводства будет препятствовать данному процессу. Происходит это в силу того, что вещества, накапливающиеся в воде и являющиеся причиной их эвтрофирования, активно используются растениями для развития и, впоследствии, выносятся из водоема вместе с урожаем. Таким путем одновременно решаются две задачи - хозяйственная (снижение себестоимости продукции растениеводства и сохранение плодородия почвы) и природоохранная - ремедиация деградирующих водоемов. Кроме этого, за счет транспирации количество воды в водоеме, используемом для
аквакультуры, существенно уменьшается, что приводит к повышению степени дренированное™ прилегающей территории и ее осушению. Так кочкарно- болотная растительность у берегов таких водоемов закономерно меняется на луговую. А это полезно не только в плане увеличения площади земель, пригодных для сельскохозяйственного использования, но и как мероприятие по ликвидации мест выплода кровососущего гнуса (слепней, мокрецов), что немаловажно не только для комфорта людей, проживающих в этой местности, но и для животноводства, которое часто является основной сферой сельскохозяйственного производства на северных территориях РФ.
Преимущество водяного гиацинта по сравнению с другими быстро размножающимися вегетативно водными культурами (ряска, пистия) обусловлено, в частности, размерами растения (150 г) и склонности к образованию «матов» - сплошных зарослей переплетенных друг с другом растений, за счет чего уборку урожая водяного гиацинта легко механизировать известными техническими средствами. Более того, здесь можно эффективно использовать уже имеющуюся, но сезонно не используемую технику. Речь идет о снегопогрузчиках с лаповыми питателями.
Применение гиацинта в качестве корма для сельскохозяйственных животных показало, что данное растение обладает ценными питательными свойствами, наличием значительного количества белка с большой концентрацией незаменимых аминокислот, витаминов и микроэлементов, в частности железа в усвояемой форме. Выращенная растительная масса в качестве корма полностью отвечает существующим ГОСТам и может быть использована в зеленом виде на корм КРС, свиньям, птице, нутриям, овцам, козам, а также для приготовления обезвоженных кормов как высококалорийная добавка к рациону всех видов животных и птиц.
В дополнение к вышеназванному необходимо отметить, что водяной гиацинт также можно эффективно использовать в качестве:
• Сидерата
• Декоративного растения
• Сырья для получения биогаза
Главным фактором, сдерживающим масштабное промышленное использование гиацинта в кормопроизводстве, является высокая стоимость посадочного материала, получаемого в настоящее время в виде рассады, путем сохранения части зеленых растений в морозный период в теплицах и размножение ее вегетативным путем.
Для полного покрытия поверхности водоема требуется около 60 растений на кв. м. В Томской области за вегетативный сезон в сренем получается 60 растений из одного. Таким образом, для полноценного использования акватории нужно высаживать 1 растение на квадратный метр в начале июня, т.е. 10 000 растений на гектар. Ситуация здесь схожа с капустой, у которой у нас посадочным материалом также является рассада. Но капуста слишком дорога для использования ее в качестве корма для скота, и поэтому выращивается для использования в пищу людьми.
Кардинальным способом снижения себестоимости кормов на основе ВГ является использование в качестве посадочного материала семян растения. При этом, разумеется, нормой высева будет не одна штука на квадратный метр, как в случае использования рассады (учитывая, что из семени полноценное растение, способное к вегетативному размножению, вырастает за месяц, а время удвоения биомассы при вегетативном размножении - 11-12 дней), а 4-5 семян, или 40-50 тыс. семян на га (20 г).
Для этого требуется решить следующие задачи:
• Отработать способ управления цветением гиацинта, т.к. в условиях Томской области он цветет редко и не прогнозируемо, а в теплицах может годами вообще не цвести. Эта задача решена. Факторами инициации цветения являются переменный уровень освещенности в течение светового дня (фактор индукции) и резкое (в течение 1-2 часов) изменение концентрации питательных веществ в воде (фактор эвокации).
• Отработать способ искусственного опыления цветков (оптимальное время от момента распускания цветка, влияние перекрестного опыления на количество, массу семян, их всхожесть и энергию прорастания) и определить условия для полноценного созревания семян (температура воды, химический состав воды, освещенность, наличие патогенной микрофлоры). Решение в общем уже известно. Опыление лучше проводить в первые часы после открытия цветков, беличьей кисточкой. Через сутки цветок вянет, цветонос загибается и погружается в воду. Без этого плод не созревает. Семена не образуются, если в воде мало кальция. Через 14-18 дней плод коричневеет и можно его потрошить. Зеленые семена не прорастают. Вредным фактором является бурное размножение в воде цианобактерий, которые выделяют в воду ингибиторы. Тип ингибирования пока не определен. Способом предотвращения размножения цианобактерий в теплицах является высокая плотность посадки ВГ, исключающая инсоляцию открытой водной поверхности.
• Определить тип покоя семян, т.к. простое замачивание (в темноте, на свету), промывание и т.п. не обеспечивает прорастания семян и способ его преодоления. Выяснили, что тип покоя семян ВГ - твердосемянность. Способ выведения из состояния покоя - прокол иголкой в области микропиле. Другие варианты скарификации (наждачной бумагой, песком, серной кислотой) приводят к тому, что из места повреждения оболочки выдавливается эндосперм, а проросток так и не появляется.
• Определить оптимальные условия для формирования из проростков полноценных сеянцев (с двумя листочками и корешком) и роста до появления поплавков. Скарифицированные семена укладывали в чашки Петри на фильтровальную бумагу и заливали водой. Здесь главная проблема - зараженность грибами и цианобактериями. Сеянцы гибнут. Способ решения проблемы - обеззараживание сеян и асептические условия в течение всего времени проращивания и формирования полноценной рассады с поплавками.
Таким образом, получение семенного материала на основании полученного лабораторного опыта проблемы не составляет. Ручное опыление цветка и надевание сетчатого мешочка на конец загнувшегося цветоноса механизировать или как-то оптимизировать не представляется возможным. Механизация и автоматизация разбавления питательной среды дистиллированной водой в три-четыре раза легко реализуемы, но не имеют экономического смысла. Автоматизация изменения освещенности проста (два источника света и управление ими по таймеру) и уже решена. Но не решена задача удержания культуры в вегетативной фазе, когда цветение не требуется, а нужен набор биомассы.
Получение из семян рассады в теплицах значительно снижает себестоимость рассады в сравнении с вариантом ее получения в теплицах путем вегетативного размножения. Но еще большее снижение себестоимости ожидается при использовании в качества посадочного материала самих семян. Но для этого требуется разработать мероприятия, обеспечивающие асептические условия прорастания обеззараженных скарифицированных семян в полевых условиях. Решением такой проблемы представляется создание для каждого семечка микроасептических условий путем дражирования семян. При этом необходимо учитывать, что материал прилипателей и наполнителей должен обеспечить и достаточную «плавучесть» семян, необходимую на время формирования из сеянцев полноценных растений с поплавками, удерживающими гиацинт на поверхности воды.
Целью данной работы является разработка экономичной технологии культивирования водного гиацинта в природных водоемах. С учетом указанного выше перечня решенных и не решенных проблем, для достижения цели требуется решить следующие задачи:
1. Получить жизнеспособный семенной материал водяного гиацинта
2. Разработать и технически реализовать способ поддержания водяного гиацинта в вегетативной фазе после интенсивного действия фактора индукции
3. Разработать способ получения сеянцев и формирования из них растений с поплавками в природном водоеме
Работа выполнена в лаборатории экологической биотехнологии и инженерии НИИББ ТГУ под руководством кандидата биологических наук, доцента Семенова Сергея Юрьевича.
В связи с этим является актуальной задача разработки технологий, которые снизят или хотя бы замедлят процесс истощения почвенных ресурсов. Одно из перспективных направлений поиска решения данной проблемы - это использование аквакультур. Особенно это перспективно в условиях севера Российской Федерации и, в частности, в Сибири. Дело в том, что климат вышеназванных территорий обусловливает дисбаланс продукционного и деструкционного процессов в водоемах, что приводит к их эвтрофированию, заболачиванию (а, с точки зрения растениеводства - естественному удобрению) водоемов. Использование таких водоемов для производства продукции растениеводства будет препятствовать данному процессу. Происходит это в силу того, что вещества, накапливающиеся в воде и являющиеся причиной их эвтрофирования, активно используются растениями для развития и, впоследствии, выносятся из водоема вместе с урожаем. Таким путем одновременно решаются две задачи - хозяйственная (снижение себестоимости продукции растениеводства и сохранение плодородия почвы) и природоохранная - ремедиация деградирующих водоемов. Кроме этого, за счет транспирации количество воды в водоеме, используемом для
аквакультуры, существенно уменьшается, что приводит к повышению степени дренированное™ прилегающей территории и ее осушению. Так кочкарно- болотная растительность у берегов таких водоемов закономерно меняется на луговую. А это полезно не только в плане увеличения площади земель, пригодных для сельскохозяйственного использования, но и как мероприятие по ликвидации мест выплода кровососущего гнуса (слепней, мокрецов), что немаловажно не только для комфорта людей, проживающих в этой местности, но и для животноводства, которое часто является основной сферой сельскохозяйственного производства на северных территориях РФ.
Преимущество водяного гиацинта по сравнению с другими быстро размножающимися вегетативно водными культурами (ряска, пистия) обусловлено, в частности, размерами растения (150 г) и склонности к образованию «матов» - сплошных зарослей переплетенных друг с другом растений, за счет чего уборку урожая водяного гиацинта легко механизировать известными техническими средствами. Более того, здесь можно эффективно использовать уже имеющуюся, но сезонно не используемую технику. Речь идет о снегопогрузчиках с лаповыми питателями.
Применение гиацинта в качестве корма для сельскохозяйственных животных показало, что данное растение обладает ценными питательными свойствами, наличием значительного количества белка с большой концентрацией незаменимых аминокислот, витаминов и микроэлементов, в частности железа в усвояемой форме. Выращенная растительная масса в качестве корма полностью отвечает существующим ГОСТам и может быть использована в зеленом виде на корм КРС, свиньям, птице, нутриям, овцам, козам, а также для приготовления обезвоженных кормов как высококалорийная добавка к рациону всех видов животных и птиц.
В дополнение к вышеназванному необходимо отметить, что водяной гиацинт также можно эффективно использовать в качестве:
• Сидерата
• Декоративного растения
• Сырья для получения биогаза
Главным фактором, сдерживающим масштабное промышленное использование гиацинта в кормопроизводстве, является высокая стоимость посадочного материала, получаемого в настоящее время в виде рассады, путем сохранения части зеленых растений в морозный период в теплицах и размножение ее вегетативным путем.
Для полного покрытия поверхности водоема требуется около 60 растений на кв. м. В Томской области за вегетативный сезон в сренем получается 60 растений из одного. Таким образом, для полноценного использования акватории нужно высаживать 1 растение на квадратный метр в начале июня, т.е. 10 000 растений на гектар. Ситуация здесь схожа с капустой, у которой у нас посадочным материалом также является рассада. Но капуста слишком дорога для использования ее в качестве корма для скота, и поэтому выращивается для использования в пищу людьми.
Кардинальным способом снижения себестоимости кормов на основе ВГ является использование в качестве посадочного материала семян растения. При этом, разумеется, нормой высева будет не одна штука на квадратный метр, как в случае использования рассады (учитывая, что из семени полноценное растение, способное к вегетативному размножению, вырастает за месяц, а время удвоения биомассы при вегетативном размножении - 11-12 дней), а 4-5 семян, или 40-50 тыс. семян на га (20 г).
Для этого требуется решить следующие задачи:
• Отработать способ управления цветением гиацинта, т.к. в условиях Томской области он цветет редко и не прогнозируемо, а в теплицах может годами вообще не цвести. Эта задача решена. Факторами инициации цветения являются переменный уровень освещенности в течение светового дня (фактор индукции) и резкое (в течение 1-2 часов) изменение концентрации питательных веществ в воде (фактор эвокации).
• Отработать способ искусственного опыления цветков (оптимальное время от момента распускания цветка, влияние перекрестного опыления на количество, массу семян, их всхожесть и энергию прорастания) и определить условия для полноценного созревания семян (температура воды, химический состав воды, освещенность, наличие патогенной микрофлоры). Решение в общем уже известно. Опыление лучше проводить в первые часы после открытия цветков, беличьей кисточкой. Через сутки цветок вянет, цветонос загибается и погружается в воду. Без этого плод не созревает. Семена не образуются, если в воде мало кальция. Через 14-18 дней плод коричневеет и можно его потрошить. Зеленые семена не прорастают. Вредным фактором является бурное размножение в воде цианобактерий, которые выделяют в воду ингибиторы. Тип ингибирования пока не определен. Способом предотвращения размножения цианобактерий в теплицах является высокая плотность посадки ВГ, исключающая инсоляцию открытой водной поверхности.
• Определить тип покоя семян, т.к. простое замачивание (в темноте, на свету), промывание и т.п. не обеспечивает прорастания семян и способ его преодоления. Выяснили, что тип покоя семян ВГ - твердосемянность. Способ выведения из состояния покоя - прокол иголкой в области микропиле. Другие варианты скарификации (наждачной бумагой, песком, серной кислотой) приводят к тому, что из места повреждения оболочки выдавливается эндосперм, а проросток так и не появляется.
• Определить оптимальные условия для формирования из проростков полноценных сеянцев (с двумя листочками и корешком) и роста до появления поплавков. Скарифицированные семена укладывали в чашки Петри на фильтровальную бумагу и заливали водой. Здесь главная проблема - зараженность грибами и цианобактериями. Сеянцы гибнут. Способ решения проблемы - обеззараживание сеян и асептические условия в течение всего времени проращивания и формирования полноценной рассады с поплавками.
Таким образом, получение семенного материала на основании полученного лабораторного опыта проблемы не составляет. Ручное опыление цветка и надевание сетчатого мешочка на конец загнувшегося цветоноса механизировать или как-то оптимизировать не представляется возможным. Механизация и автоматизация разбавления питательной среды дистиллированной водой в три-четыре раза легко реализуемы, но не имеют экономического смысла. Автоматизация изменения освещенности проста (два источника света и управление ими по таймеру) и уже решена. Но не решена задача удержания культуры в вегетативной фазе, когда цветение не требуется, а нужен набор биомассы.
Получение из семян рассады в теплицах значительно снижает себестоимость рассады в сравнении с вариантом ее получения в теплицах путем вегетативного размножения. Но еще большее снижение себестоимости ожидается при использовании в качества посадочного материала самих семян. Но для этого требуется разработать мероприятия, обеспечивающие асептические условия прорастания обеззараженных скарифицированных семян в полевых условиях. Решением такой проблемы представляется создание для каждого семечка микроасептических условий путем дражирования семян. При этом необходимо учитывать, что материал прилипателей и наполнителей должен обеспечить и достаточную «плавучесть» семян, необходимую на время формирования из сеянцев полноценных растений с поплавками, удерживающими гиацинт на поверхности воды.
Целью данной работы является разработка экономичной технологии культивирования водного гиацинта в природных водоемах. С учетом указанного выше перечня решенных и не решенных проблем, для достижения цели требуется решить следующие задачи:
1. Получить жизнеспособный семенной материал водяного гиацинта
2. Разработать и технически реализовать способ поддержания водяного гиацинта в вегетативной фазе после интенсивного действия фактора индукции
3. Разработать способ получения сеянцев и формирования из них растений с поплавками в природном водоеме
Работа выполнена в лаборатории экологической биотехнологии и инженерии НИИББ ТГУ под руководством кандидата биологических наук, доцента Семенова Сергея Юрьевича.
1. Получен жизнеспособный семенной материал путем искусственной инициации цветения (фактор индукции - тенепауза в середине светового периода, факторы эвокации - разбавление питательной среды), искусственного опыления и контроля за погружением цветоноса в воду.
2. Разработан способ поддержания постоянного гидрохимического состава веществ в питательной среде. Техническая реализация требует использования таймера и перистальтического насоса.
3. Для выполнения задачи использования семян для получения рассады
водяного гиацинта непосредственно в природном водоеме предложено использовать дражирование обеззараженных
скарифицированных семян стерильными гидрогелем и
наполнителем, имеющими плотность ниже плотности воды. В частности, это гидрогель с пылью пенопласта.
2. Разработан способ поддержания постоянного гидрохимического состава веществ в питательной среде. Техническая реализация требует использования таймера и перистальтического насоса.
3. Для выполнения задачи использования семян для получения рассады
водяного гиацинта непосредственно в природном водоеме предложено использовать дражирование обеззараженных
скарифицированных семян стерильными гидрогелем и
наполнителем, имеющими плотность ниже плотности воды. В частности, это гидрогель с пылью пенопласта.
