Вопрос 14. Физиологические основы выращивания растений без почвы, использование в практике защищенного грунта.
Выращивание растений без почвы на питательных растворах называется гидропоникой. В зависимости от среды, в которой развивается корневая система растений, различают 3 вида гидропоники:
— водная культура – отсутствует субстрат, а корневая система погружена непосредственно в раствор
— субстратная культура – корневая система развивается в твердом инертном субстрате (почве, песке, торфе, перлите и др.), а в свободном пространстве циркулирует питательный раствор
— воздушная (аэропонная) культура – питательный раствор поступает к корням растений в виде аэрозоля
При выращивании растений на гидропонике очень важно поддерживать достаточную аэрацию корней. Еще одной проблемой является состав питательных растворов. Между ионами в питательном растворе возможны взаимодействия 3 типов:
— аддитивность – ионы не влияют друг на друга, поэтому физиологическое действие смеси ионов равно сумме действий каждого из этих ионов
— синергизм – ионы усиливают физиологическое действие друг друга, поэтому действие смеси ионов превышает сумму действий отдельных ионов
— антагонизм – ионы ослабляют действие друг друга, поэтому действие смеси ионов меньше, чем каждого из ионов
В питательных смесях между отдельными компонентами должен быть антагонизм – в этом случае токсическое действие различных типов ионов на растение взаимно подавляется.
Реакция питательной среды должна находиться в пределах 5,5-6,5.
Концентрацию питательного раствора меняют по мере роста и развития растений. Проростки растений снабжаются питательными веществами за счет запасов семени, поэтому проращивание проводят на питательных растворах низкой концентрации. Во время интенсивного роста вегетативной массы возрастает потребность в азоте, поэтому в смеси нужно увеличить количество азотсодержащих солей. Перед цветением увеличивается потребность в фосфоре и калии, и нужно увеличить концентрацию их соединений в растворе. Для более длительного плодоношения в питательном растворе на 1 часть аммиачного азота должны приходиться 2 и более части нитратного азота.
Глава 6 рост и развитие
1.Рост и развитие растений
1. Понятие роста и развития (примеры роста и развития на различных структурных уровнях организации растительного организма).
Рост— это необратимое новообразование структуры клеток, тканей, органов целого растения, сопровождаемое увеличением их числа, объема.
Развитие— это качественные изменения структуры организма, сопровождаемые превращением уже существующих форм и их функций в другие во времени и пространстве. Возникновение качественных различий между клетками, тканями и органами получило название дифференцировки
Пример: Верхушечная меристема побега формирует новые зачатки листьев и междоузлий – это рост. В ее деятельности происходят изменения и начинают образовываться зачатки цветков или соцветий – это развитие.
2. Фазы роста н развития клетки, их физиолого-биохимические особенности и пути регулирования.
Эмбриональная фаза или митотический цикл клетки
Новая клетка начинает свое существование благодаря меристематической клетке; правильная форма клетки; тонкие клеточные стенки; сплошь заполнены цитоплазмой с крупным ядром; анаэробное дыхание; субстратное фосфорилирование; дочерняя клетка вырастает до размеров материнской; энергопотребность снижена за счет анаэробного дыхания; после роста цитоплазмы переход к делению либо к растяжению.
митотический цикл клетки делится на два периода:собственно деление клетки (2-3 ч) и период между делениями – интерфаза (15-20 ч).Митоз – это такой способ деления клеток, при котором число хромосом удваивается,так что каждая дочерняя клетка получает набор хромосом, равный набору хромосомматеринской клетки. В зависимости от биохимических особенностей различают следующие этапы интерфазы: пресинтетический – G1 (от англ. gap – интервал), синтетический — S и премитотический — G2. В течение этапа G1 синтезируются нуклеотиды и ферменты, необходимые для синтеза ДНК. Происходит синтез РНК. В синтетический период происходит удвоение ДНК и образование гистонов. На этапе G2 продолжается синтез РНК и белков. Репликация митохондриальной и пластидной ДНК происходит напротяжении всей интерфазы.
Характеризуется значительным увеличением размеров клетки; появляются вакуоли; клеточная стенка растягивается (микрофибрилл целлюлозы); повышенная активность митохондрий; продолжительность 10-20 час.; клетки корня увеличиваются в 10-30 раз, тычиночные нити увел. в 150 раз; лист увел. в 2 раза за несколько суток; новообразование цитоплазмы.
Прекратившие деление клетки переходят к росту растяжением. Под действием ауксина активируется транспорт протонов в клеточную стенку, она разрыхляется, ее упругость повышается и становится возможным дополнительное поступление воды в клетку. Происходит рост клеточной стенки из-за включения в ее состав пектиновых веществ и целлюлозы. Пектиновые вещества образуются из галактуроновой кислоты в везикулах аппарата Гольджи. Везикулы подходят к плазмалемме и их мембраны сливаются с ней, а содержимое включается в клеточную стенку. Микрофибриллы целлюлозы синтезируются на наружной поверхности плазмалеммы. Увеличение размеров растущей клетки происходит за счет образования большой центральной вакуоли и формирования органелл цитоплазмы. В конце фазы растяжения усиливается лигнификация клеточных стенок, что снижает ее упругость и проницаемость, накапливаются ингибиторы роста, повышается активность оксидазы ИУК, снижающей содержание ауксина в клетке.
Фаза дифференцировки клетки.
Образование различных тканей; усложнение и упрощение структуры клеток.
Каждая клетка растения содержит в своем геноме полную информацию о развитии всего организма и может дать начало формированию целого растения (свойство тотипотентности). Однако, находясь в составе организма, эта клетка будет реализовать только часть своей генетической информации. Сигналами для экспрессии только определенных генов служат сочетания фитогормонов, метаболитов и физико-химических факторов (например, давление соседних клеток).
Дифференцировка – возникновение структурных и функциональных различий между клетками, тканями и органами в процессе развития растений. Структурная дифференцировка (различия по морфологическим признакам), Биохимическая (различие в составе белков, в способности к синтезу запасн.в-в.), Физиологическая (различия в функциях)
Детерминация – приобретение клеткой, тканью, органом, организмом способности реализовывать определенные наследственные признаки
Клетка выполняет те функции, которые заложены в ходе ее дифференцировки.
Старение и смерть клетки.
При старении клеток происходит ослабление синтетических и усиление гидролитических процессов. В органеллах и цитоплазме образуются автофагические вакуоли, разрушаются хлорофилл и хлоропласты, эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи, ядрышко, набухают митохондрии, в них снижается число крист, вакуолизируется ядро. Гибель клетки становится необратимой после разрушения клеточных мембран, в том числе и тонопласта, выхода содержимого вакуоли и лизосом в цитоплазму. Старение и смерть клетки происходит в результате накопления повреждений в генетическом аппарате, клеточных мембранах и включения генетической програмированной клеточной смерти – PCD (programmed cell death), аналогичной апоптозу у клеток животных.
Источник
Сообщение по теме выращивание растений без почвы
- Главная
- Список секций
- Биология
- Гидропоника: выращивание растений без почвы
Гидропоника: выращивание растений без почвы
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Каждое лето я провожу каникулы у своей бабушки в г.Выкса Нижегородской области. И каждое лето бабушка занимается огородом: копает грядки, сажает растения, поливает, ухаживает. Сам процесс меня не очень привлекает, но полакомиться свежей зеленью с грядки или сочными ягодами никогда не откажусь. Но так как весь оставшийся год я живу с родителями в центре мегаполиса, разводить грядки нам негде. Вокруг нас только бетон и асфальт. И вот я задумался: а так ли необходима земля, чтобы что-то выращивать? Я решил провести эксперимент: вырастить фасоль в квартире.
Итак, цель моего исследования — выяснить, возможно ли выращивание растений без грунта?
Моя гипотеза: фасоль возможно вырастить без грунта.
Я изучил раздел ботаники, который носит название «гидропоника». В этом мне помогла литература, найденная в библиотеке и информация из интернета. Еще летом я был в городском лагере «Умный Нижний», где вожатые также рассказывали про такую технологию и показывали готовые результаты подобного опыта.
Для того, чтобы провести этот эксперимент мне потребовалось:
— готовый питательный раствор для комнатных растений.
Что такое гидропоника.
Оказывается, при выращивании растений можно обойтись вовсе без почвы. Одним из первых это доказал российский ученый, в честь которого была названа улица, на которой я живу и на которой расположена моя школа. Это Климент Аркадьевич Тимирязев. Всю свою жизнь он посвятил изучению растений. В частности, он занимался и изучением вопроса о том, как питается растение, откуда и как поступают к нему питательные вещества и что с ними происходит в растительном организме.
К тому времени, как этим вопросом озадачился К.Тимирязев, науке уже было известно, что растения извлекают из почвы только лишь минеральные вещества и воду. Ученому пришла в голову мысль: раз так, то нельзя ли выращивать растения просто в растворах минеральных солей подходящего состава? Попробовал и оказалось – можно! Этот способ позднее назвали гидропоника.
Гидропоника (« hygro » — вода, « ponos » — труд) – беспочвенная культура разведения растений в обогащенной питательными веществами воде, с использованием или без инертных материалов, таких как песок, гравий, в качестве механической поддерживающей среды.
Одно время казалось, что гидропонные культуры совершат революцию в деле выращивания растений. Ведь как облегчали они труд земледельца! Вместо возни с землей – наболтал минерального раствора, окунул в него корни растений – и никаких забот. Лишь меняй время от времени истощившийся раствор да следи, чтобы какие-нибудь вредители не напали на растение. Но уже первые опыты показали, что далеко не все виды растений обрадовались такому новшеству. От недостатка кислорода в растворах загнивали корни, растения плохо развивались, давали низкий урожай.
Специалисты по гидропонике стали думать, как бы обеспечить корням необходимое количество кислорода. И решили разместить корни в воздухе и периодически окунать в раствор. Это направление назвали «аэропоника».
Потом решили не тратить силы на окунание корней в раствор, а попробовали просто опрыскивать их раствором. И это тоже получилось! Так родился самый экономичный метод аэропонного разведения растений. Вместо купания – дождик.
Но сторонники классической гидропоники запротестовали. Аэропоника – это уже слишком. А вдруг автоматика откажет, а вдруг кто-то проглядит и высохнут корни? Воздух – ненадежное место для них. Лучше этот воздух подать прямо в воду, прямо к корням растений. Примерно так, как подают кислород аквариумным рыбкам. Впервые такой эксперимент провели школьники из г.Санкт-Петербурга. Взяли юннаты у хозяев аквариумов микрокомпрессоры, подвели шланги от них к корням растений, включили воздух… И выросли вполне нормальные горох и огурцы.
Самым сложным во всей процедуре беспочвенного растеневодства оказалось закрепить молодые растения над раствором. Придумывали несколько вариантов: с использованием поролона, древесных спилов. Самую большую популярность приобрел способ субстратной гидропоники.
Субстрат – это основа чего-то. Так вот за основу решили брать песок, керамзит (мелкие обожженные комочки глины), гравий, мох. Эту среду стали использовать в качестве опоры для корней растений. В нее же каждые пять-семь часов подается питательный раствор. Примерно в течении получаса корни находятся в растворе, затем раствор сливается. Но в порах между частицами субстрата и в порах самих частиц немного раствора задерживается, и корни продолжают его всасывать. Воздуха корням тоже хватает.
Чтобы не забывать омывать корни в субстрате питательным раствором, можно использовать еще одну разновидность гидропоники: выращивание растений в двойных сосудах. В таком случае используются две посудины: одна меньшего, другая большего размера. Меньшая должна быть насквозь дырявой. Ее заполняют каким-нибудь субстратом (песком или керамзитом, например) и вставляют в сосуд большого размера, в который налит питательный раствор. Раствора должно быть столько, чтобы он лишь слегка касался дна меньшего сосуда. Через дырки в стенках внутренней посудины корни растений проникают наружу в питательный раствор. Между корнями происходит как бы разделение труда: те из них, которые находятся в субстрате, добывают растению воздух, наружная же их часть впитывает удобрения.
Распространенные заблуждения о гидропонике.
Миф 1: Гидропоника — это новая технология.
Еще в древнем Египте фараоны наслаждались вкусом фруктов и овощей, выращенных с помощью гидропоники. Одно из семи чудес света всего мира, Висячие сады Семирамиды в Вавилоне, на самом деле, было просто гидропонным садом. В Индии растения выращиваются прямо в кокосовом волокне, корни растений погружены в воду. Если гидропоника – это новая технология, то она новая уже тысячи лет. Гидропоника – не новинка – она просто отличается от прочих методов выращивания.
Миф 2: Гидропоника — это что-то искусственное и ненатуральное.
Рост растения реален и натурален. Растениям требуются простые, природные вещи для нормального роста. Гидропоника обеспечивает все потребности растения в нужном количестве и в нужное время. Нет никаких генетических мутаций в гидропонных установках, нет ничего необычного в химических составах питательных растворов, которые подаются корням растений, нет никаких мифических «стероидов» при использовании гидропоники. При производстве чистых питательных растворов теперь стало возможным выращивать полностью органическую продукцию с помощью гидропоники. Вы не найдете ничего натуральнее во всем мире.
Миф 3: Гидропоника вредит окружающей среде.
Это абсолютно неверно. Выращивание растений гидропонными методами намного бережливее к земле и водоемам, чем традиционные методы садоводства и огородничества. Мы считаем воду одним из наших драгоценнейших ресурсов, а с помощью гидропоники мы экономим от 70 до 90 процентов воды, чем при обычном садоводстве. Еще одна выгода в том, что никакие удобрения не попадают в естественные водоемы, как это происходит при традиционном выращивании.
Миф 4: Гидропоника — это что-то из области космических технологий, слишком сложна и высокотехнологична для понимания обычным человеком.
Как уже было сказано, гидропоника – это выращивание без почвы и для этого не требуется особых устройств и изысков. Недорогое ведро или цветочный горшок, заполненные субстратом и орошение гидропонным раствором – вот и вся гидропоника. Лист пенопласта с отверстиями, в которые вставлены горшочки, плавает на поверхности воды в ванне с аэрируемым раствором – тоже гидропоника и эта система очень популярна для простых образовательных школьных проектов.
Миф 5: Гидропоника слишком дорогая.
Это не совсем верно. Как и с любым хобби, вам захочется новых «игрушек» или вы захотите улучшить и расширить ваши знания. И садоводы всегда тратят средства на своих любимцев, будь это бонсаи, орхидеи, огородничество и т.д. Однако, не всегда бывает легко добиться желаемого результата и уложиться в размеры планируемого бюджета. Так и с гидропоникой.
Миф 6: Использование гидропоники не получило распространения.
Снова неверно. Гидропоника используется во всем мире. Она используется в странах, где климат не позволяет или ограничивает выращивание и где почва слишком бедна для производства больших урожаев. Она также используется в странах, включая США, где почвы были так отравлены удобрениями и стали токсичными, что на них невозможно более выращивание. В Британской Колумбии 90% всей тепличной индустрии теперь гидропонное.
Миф 7: Гидропонику можно использовать только в закрытых помещениях.
Гидропонику легко использовать как на улице под солнцем так и в помещениях. Одно преимущество в выращивании в закрытых помещениях в том, что вы, а не матушка-природа, контролируете и управляете сезонами, и для вас сезон выращивания длится 12 месяцев в году. Однако это справедливо для любого метода выращивания. Почвенное выращивание можно производить в закрытых помещениях, также как и гидропонику можно использовать на улице.
Миф 8: Гидропоника не требует никаких пестицидов.
Это единственный миф, в который хотелось бы верить. Конечно, необходимость пестицидов очень сокращается, потому что сильные здоровые растения менее уязвимы атакам и болезням, чем слабые. Кроме того, ликвидируется главный рассадник заразы – почва. Но даже в закрытых помещениях существует опасность проникновения вредителей. Наблюдение и контроль требуется за любым садом, чтобы предотвратить проблемы появления вредителей. Хорошо то, что использование в этом случае токсических препаратов минимально.
М иф 9: На гидропонике вырастают огромные супер-растения.
Этот миф имеет под собой некоторую основу, но есть несколько аспектов. Каждое семя, как и все живые существа, имеет заложенный генетический код, который определяет размер растения, потенциальный урожай и вкус. Гидропоника не может превратить томаты-черри в томаты для соуса, но может дать самые лучшие томаты-черри, которые возможны. Если к этому конечно располагают гены растения.
Миф 10: Гидропоника в основном используется для криминальных целей.
Использование гидропоники для криминальных целей вызвано тем, что это очень эффективный и успешный метод скрытого выращивания. Это бросает тень на индустрию и методы, которые способны решить проблему голода и недостатка питания. Процент использования гидропонных систем для нелегальных целей параллелен проценту использования машин Форда при ограблениях банков.
Эксперимент. Выращиваем фасоль на подоконнике.
Первое, что нужно было сделать – это получить из жесткого семени росток. Для этого я завернул несколько зерен фасоли в мокрый кусочек ткани и положил в теплое место на кухне. По мере высыхания ткани, я снова увлажнял ее. Спустя примерно 10 дней зернышки стали более мягкими, а из них показался небольшой зеленоватый росток. Это как раз самое время для высаживания ростка в грунт. Но мы же решили вырастить его совсем без земли. Поэтому нужно переходить к следующему этапу.
Теперь нужно было подготовить емкость для дальнейшего выращивания нашего ростка. Мы с папой отрезали от пластиковой бутылки горлышко (примерно на 7-10 см). Нижнюю часть бутылки наполнили водой и добавили питательные вещества, купленные в цветочном магазине. Можно было бы приготовить питательный раствор и самостоятельно, но это мне показалось довольно сложным делом.
Что же делать дальше? Бросить в воду росток, мне показалось, плохой идеей. Излишняя влага также губительная для растений, как и ее нехватка.
Обычно влагу и полезные вещества растения получают из земли, которую поливают, удобряют, рыхлят. А если от земли мы сознательно отказались, то как же тогда доставить необходимую для роста и развития растения воду и питательные вещества? Я решил использовать принцип двойных сосудов (см. рис.1).
В большой емкости была бы вода с растворенными в ней питательными веществами. Вторая часть – это отрезанное горлышко бутылки, куда мы планировали поместить пророщенное зерно фасоли. В перевернутое горлышко насыпали крупный керамзит (см. рис. 2). Туда же поместили наш росток.
Чтобы керамзит не высыпался из горлышка и был доступ воздуха к корням, на горлышко я намотал бинт, концы которого свисали к воде. Это позволило увлажнять керамзит на первых порах, пока корни еще не доросли до воды.
Теперь осталось поставить нашу конструкцию на подоконник и наблюдать.
За две недели наша фасоль вытянулась на пятнадцать сантиметров в длину, у нее появились первые маленькие листочки. Спустя два месяца это уже был не росток, а полноценное растение, высотой около 1 метра с крупными листьями (см. рис. 3).
А чуть позже я обнаружил на нем и первые плоды – это настоящие стручки фасоли (см. рис. 4)!
Я изучил что такое гидропоника. Оказывается, это очень древняя наука. Нет в ней ничего сверхъестественного, опасного или архисложного. Вырастить растение с помощью гидропонной технологии под силу любому школьнику. Эту технологию используют и в сельском хозяйстве. Например, часть зелени, которую мы покупаем в супермаркетах, выращивают по гидропонной технологии.
Мне очень хотелось попробовать вырастить самому какое-то растение. И у меня получилось! На подоконнике выросла фасоль и даже дала свои плоды.
Проводя наблюдения за ростом и развитием растений проекта, я убедился, что гидропоника, как метод, очень перспективен. Сегодня ресурсов планеты не хватает, чтобы прокормить население, а в дальнейшем потребуется все больше и больше продуктов питания. Если мы не научимся применять современные технологии, то населению планеты будет грозить голод. Гидропоника — способ выращивания растений без почвы, позволяющий экономить так необходимые сегодня ресурсы планеты: воду и почву.
Наше общество всё больше задумывается о том, что потребляет и, конечно же, мы хотим видеть на своём столе экологически чистые продукты. При выращивании растений в гидропонной системе мы точно знаем, что вошло в растения, и можем гарантировать, что в них нет вредных пестицидов, которые могут нанести вред нашему здоровью и здоровью окружающей среды.
В качестве продолжения своей научной работы по данной теме я планирую сравнить скорость роста фасоли по гидропонной технологии и классическим способом, в почве. Понаблюдаю за тем, когда появятся первые плоды. Я уже прорастил зерна и начал новый эксперимент.
Список литературы и ссылки
Энциклопедический словарь юного земледельца. Сост. А.Д.Джахангиров, В.П. Кузьмищев. – М. Педагогика, 1983 г. – 368с., ил.
Всемирная энциклопедия: Биология. Гл. ред. М.В. Адамчик. Гл. науч. ред. В.В. Адамчик. 2004г. – 832с.
Сад и огород в доме. Е.Б. Попов. Детская литература, 1985.- 116 с.
«Выращивание растений без почвы», В.А. Чесноков, Е.Н. Базырина, Ленинград, Ленинградский университет, 1984 г.
Источник