ПИТАТЕЛЬНАЯ СРЕДА ДЛЯ ОГУРЦА ПОСЕВНОГО С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СУСПЕНЗИИ CHLORELLA VULGARIS ПРИ ГИДРОПОННОМ ВЫРАЩИВАНИИ Российский патент 2024 года по МПК A01G31/00 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для выращивания растений в условиях гидропоники. Питательная среда для культивирования огурца посевного представляет собой раствор Кнопа с добавлением суспензии Chlorella vulgaris в соотношении 1:1. Изобретение позволяет добиться увеличения длины проростков, корней, а также биомассы корней огурца посевного.

Для выращивания растений в гидропонных системах наиболее часто используется раствор Кнопа (Knop, 1865) (Таблица 1, см. в графич. части). Кроме того, применяются среды Стейнберга и Хогланда-Арнона (Steinberg, 1946; Hoagland, Arnon, 1938), отличающиеся низким содержанием минеральных компонентов. Недостатком данных сред является их универсальность, что не позволяет учитывать индивидуальные потребности каждого отдельно взятого растительного объекта.

Известен способ выращивания растений на гидропонике, включающий подачу к растениям питательного раствора, содержащего сок из листьев растений, удаленных при уходе за растениями (патент №2109441). Данный способ выращивания растений позволяет повысить безотходность производства и урожайность на 5-10%. Недостатком способа является отравление растений собственными продуктами метаболизма, которые высвобождаются из них с удаляемыми листьями.

Известен состав среды для культивирования растений семейства Рясковые в условиях in vitro (патент №2472338). В состав среды входят соли калия, кальция, цинка, натрия, этилендиаминтетрауксусная и борная кислоты, сахарозу и другие компоненты. Недостатком способа является большое количество компонентов среды, что усложняет процесс ее приготовления.

Известен субстрат для выращивания бобовых растений на гидропонике на основе промышленных молибденсодержащих отходов после очистки тяжелых металлов с добавками глинистых отложений (патент №2461184). Недостатком этого способа является потенциальная токсичность тяжелых металлов.

Также известен способ регулирования клубнеобразования и продуктивности растений картофеля в условиях гидропоники (патент №2660 918), предусматривающий однократную обработку корневой системы растений-регенерантов раствором брассиностероидов низкой концентрации. Однако реализация этого способа требует использования четко дозированных концентраций гормональных препаратов.

Результаты предыдущих исследований показывают, что микроскопические водоросли оказывают стимулирующее действие на сельскохозяйственные культуры (Garcia-Gonzalez, Sommerfeld, 2016; Kholssi et al.; Puglisi et al., 2020). В качестве стимулятора роста наиболее часто используется водоросль Chlorella vulgaris. Доказано, что в результате однократной обработки пшеницы 50% жидким экстрактом Chlorella vulgaris через 25 дней после посева отмечалось увеличение урожайности и веса зерен на 140% и 40% соответственно (Spolaore et al., 2006). Chlorella vulgaris способствовала ускорению роста и увеличению урожайности (содержания питательных веществ) листового салата (Shaaban, 2001; Faheed, Abdel Fattah, 2008). Установлено, что обработка суспензией Chlorella sp.семян и корней кукурузы увеличивало всхожесть семян, рост, биомассу и метаболическую активность проростков (Grzesic, Romanowska-Duda, 2014).

Известен способ стимуляции развития, роста и продуктивности растений на гидропонных установках тепличного комплекса с использованием хлореллы (патент №2448457). Реализация способа предполагает увлажнение субстрата гидропонным раствором, состоящим из смеси четырехдневной суспензии зеленой водоросли Chlorella vulgaris, плотность которой составляет 60-70 млн клеток/мл. Суспензию насыщают кислородсодержащим газом раствором неорганических веществ. Соотношение компонентов в гидропонном растворе и качественный и/или количественный состав раствора неорганических веществ изменяют в течение всей вегетации растений. Недостатком способа является сложность его реализации, так насыщение раствора газом и коррекция состава требуют специального оборудования.

В дальнейшем данный способ был дополнен и усовершенствован (патент №2448453). Суть метода заключается в обработке растений смесью четырехдневной суспензией зеленой водоросли Chlorella vulgaris, плотностью 60-70 млн клеток/мл на протяжении всего периода развития и роста растения - от замачивания семян до периодического опрыскивания листьев растений композицией, состоящей из 4-дневной суспензии зеленой водоросли Chlorella vulgaris плотностью 60-70 млн клеток/мл и питательной среды в соотношении от 1:1 до 1:20. Недостатком способа является большой расход суспензии, что, вероятно, увеличивает стоимость получаемой урожайной продукции.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка состава питательной среды для стимулирования роста и развития овощных культур при выращивании в условиях гидропоники. Техническим результатом будет являться увеличение прироста биомассы огурца посевного.

Для решения задачи предлагается состав питательной среды для выращивания огурца посевного, который отличается добавлением суспензии водоросли Chlorella vulgaris в отношении 1:1.

Культуру хлореллы поддерживают на жидкой питательной среде Болда (Bischoff, Bold, 1963). Для проведения исследования используют следующие материалы и оборудование: семена огурца посевного F1 Журавленок, аутентичный штамм Chlorella vulgaris ВСАС 76*, стеклянные емкости объемом 200 мл (200 шт.), питательный раствор Кнопа для гидропоники (https://gidroponika.com). Наружной поверхностью гидропонной системы служат стеклянные емкости объемом 250 мл, через которые можно наблюдать рост корней, а также заметные морфологические изменения.

Накопительную культуру водорослей Chlorella vulgaris культивируют на растворе Кнопа при температуре 25±5°С и чередовании 12/12 ч светло-темпового цикла в течение двух недель. Питательный раствор Кнопа представляет собой смесь дистиллированной воды и сухих питательных солей (Таблица 1, см. в графич. части).

Полученный раствор автоклавируют для устранения бактерий и простейших. Семена огурца замачивают в дистиллированной воде в чашках Петри для прорастания. Спустя три дня проростки переносят в емкости с растворами. Для оценки влияния суспензии водоросли Chlorella vulgaris на рост растений огурца, пророщенные семена, помещают в раствор, содержащий готовую питательную среду Кнопа и суспензию водоросли в соотношении 1:1, что составляет 10⁶ клеток водоросли на 1 мл. Контролем служит раствор Кнопа без добавок. Все эксперименты проводят в 100-кратной повторности. Питательного раствор наливают таким образом, чтобы он покрывал корневую систему растений (примерно 3-4 см). Сверху образцы закрывают пищевой пленкой с небольшими отверстиями для поддержания влажности в образцах. Пленку снимают спустя 6 дней после начала культивирования.

Проростки огурца измеряют через 14 дней после пересадки в гидропонную систему. Для этого их разделяют на проростки и корни для измерения отдельных параметров роста. Замер длины проростков и корней проводится с использованием линейки. Для измерения биомассы растений используют метод сухого веса. Побеги и корни выкладываются па фильтровальную бумагу до полного высыхания. Конечный сухой вес измеряют на аналитических весах.

При статистической обработке вычисляют значения средней арифметической и ее ошибки, медианы, стандартного отклонения и коэффициента вариации (Лакин, 1990). Достоверность результатов исследований определяют с помощью критерия Стьюдента (Лакин, 1990). Статистическую обработку результатов проводят с использованием программы Statistica for Windows 10.0.

Результаты экспериментов показали, что суспензия Chlorella vulgaris оказывает стимулирующее воздействие на растения огурца посевного, вызывая укорачивание проростков и корней с одновременным увеличением их биомассы (Таблица 2, см. в графич. части). Средние значения длины проростков и корней в контрольных вариантах со средой Кнопа (Таблица 2, см. в графич. части) превышали данные показатели в эксперименте (на 3,15 см - для проростков, на 5,82 см - для корней) при значениях критерия Стьюдента 12,07 и 11,38 соответственно (Таблица 2, см. в графич. части). При этом средние значения биомассы проростков при воздействии хлореллы увеличивались на 0,03 г, корней - на 0,01 г (Таблица 2, см. в графич. части). Увеличение биомассы корней было достоверным, критерий Стьюдента был равен 2,31 (Таблица 2, см. в графич. части). Следует отметить, что уменьшение длины проростков и корней облегчает их дальнейшее культивирование, так как более короткие растения меньше повреждаются в случае их перемещения в другие емкости в случае производственной необходимости.

Полученные данные свидетельствует о положительном влиянии суспензии хлореллы на прирост биомассы растений огурца в условиях гидропоники и позволяют рекомендовать водоросль для использования при выращивании овощей на гидропонных системах.

Источники информации

Патент РФ 2660918 от 7 декабря 2017 г., кл. A01G 31/00, A01G 22/25. Способ регулирования клубнеобразования и продуктивности растений картофеля в условиях гидропоники. Головацкая И.Ф., Ефимова М.В., Кузнецов В.В., Хрипач В.А., Бойко Е.В., Малофий М.К., Плюснин И.Н., Коломейчук Л.В., Видершпан А.П., Мурган О.К., Медведева К.В., Большакова М.А., Дорофеев В.Ю., Лаптев Н.И. Опубл. 11.07.2018, Бюл. №20.

Патент РФ 2461184 от 16 ноября 2010 г., кл. A01G 31/00. Субстрат для выращивания бобовых растений. Бекузарова С.А., Хубаева Г.П., Лущепко Г.В. Опубл. 20.09.2012, Бюл. №26.

Патент РФ 2448457 от 24 ноября 2010 г., кл. A01G 31/06. Способ стимуляции развития, роста и продуктивности растений на гидропонных установках тепличного комплекса. Куницын М.В. Опубл. 27.04.2012, Бюл. №12.

Патент РФ 2448453 от 2 ноября 2010 г., кл. A01G 31/00, A01N 65/00. Способ стимуляции развития, роста и продуктивности растений. Куницын М. В. Опубл. 27.04.2012, Бюл. №12.

Патент РФ 2109441 от 11 октября 1993 г., кл. A01G 1/00, A01G 31/02, C05F 11/10, С09К 17/00, A01N 65/00. Способ выращивания растений на гидропонике. Шарупич В.П. Опубл. 27.04.1998.

Патент РФ 2472338 от 6 июня 2011 г., кл. A01G 31/00. Состав среды для культивирования растений семейства рясковые (Wolffia arrhiza) в условиях in vitro. Долгов СВ., Хватков П.А., Черпобровкипа М.А. Опубл. 20.01.2013, Бюл. №2.

Faheed F., Abdel Fattah Z. Effect of Chlorella vulgaris as biofertilizer on growth parameters and metabolic aspects of lettuce plant. Journal of Agriculture and Social Sciences. 2008. 4. P. 165-169.

Garcia-Gonzalez, J., Sommerfeld, M., 2016. Biofertilizer and biostimulanl properties of the microalga Acutodesmus dimorphus. Journal of Applied Phycology. 2016. Vol.28. P.1051-1061.

Grzesic M., Romanowska-Duda Z. Improvements in germination, growth, and metabolic activity of corn seedlings by grain conditioning and root application with cyanobacteria and microalgae // Polish Journal of Environmental Studies. 2014. Vol.23. N4. P. 1147-1153.

Hoagland D.R., Arnon D.I. The water-culture method for growing plants without soil Univ. Calif. Coll. Agric. Exp.Sta. Circ. Berkeley, С.A. 1938. P. 347-353.

Kholssi, R., Marks, E.A.N., Minon, J., Montero, O., Debdoubi, A., Rad, C, 2019. Biofertilizing Effect of Chlorella sorokiniana Suspensions on Wheat Growth. Journal of Plant Growth Regulation. Vol.38. P. 644-649.

Knop W. Arbeiten aus dem Laboratorio der Versuchs-Station zu Moecern. Die Landwirtschaftlichen Versuchs-Stationen. 1865.7. P. 436-450.

Puglisi I., La Bella E., Rovetto E.I., Lo Piero A.R., Baglieri A. Biostimulant Effect and Biochemical Response in Lettuce Seedlings Treated with A Scenedesmus quadricauda Extract. Plants. 2020. 9 (1), 123.

Shwarz D., Gross W. Algae affecting lettuce growth in hydroponic systems. The Journal of Horticultural Science and Biotechnology. 2004. 79 (4), P. 554-559.

Spolaore P., Joannis-Cassan C, Duran E., Isambert A. Commercial applications of microalgae // Journal of Bioscience and Bioenginering. 2006. Vol.101. P. 87-96.

Steinberg R. Mineral requirement of Lemna minor. Plant Physiology. 1946. 21. P. 42-48.

Изобретение относится к области биотехнологии. Изобретение представляет собой состав питательной среды для культивирования огурца посевного, представляющей собой раствор Кнопа с добавлением суспензии водоросли Chlorella vulgaris плотностью 1×10⁶ клеток водоросли в 1 мл в объемном соотношении 1:1, и может использоваться для получения крепкой рассады огурцов для их дальнейшего выращивания на гидропонной системе. Установлено положительное влияние суспензии хлореллы на прирост биомассы растений огурца в условиях гидропоники, что позволяет использовать водоросль при выращивании овощей на гидропонных системах. 2 табл.

Состав питательной среды для культивирования огурца посевного, представляющей собой раствор Кнопа с добавлением суспензии водоросли Chlorella vulgaris плотностью 1×10⁶ клеток водоросли в 1 мл в объемном соотношении 1:1.