Биоэкологические особенности нового растения азоллы каролинской в ЮКО

Получение пищевого и кормового белка – одна из главных проблем человечества. В условиях непрерывного увеличения народонаселения земного шара и недостатка пищевого и кормового белка важное значение приобретают исследования, направленные на поиск наиболее экономичных методов фиксации атмосферного азота. В связи с этим большое внимание ученых различных стран привлекают явления биологической фиксации атмосферного азота.

Важная роль в природе принадлежит азотфиксирующим симбиотическим системам, которые обычно эффективно усваивают азот воздуха, к ним относятся фотоавтотрофные азотофиксирующие организмы, например, система Azolla-Anabaenaazollae, которая давно используется в народном хозяйстве Вьетнама и других стран Юго-Восточной Азии для удобрения рисовых полей и как корм животных.

Актуальность данной темы обусловлена тем, что изученное нами растение             интродукцирована в ЮКО и является новым видом растений для Казахстана. Этим мы обогащаем флору Республики Казахстан. Биомасса азоллы содержит 20-25% белка и 10-11% липидов. В ней имеются углеводы, каротин, витамин В и другие физиологически активные соединения. Поэтому в перспективе эта культура может оказаться ценным питательным сырьем и для людей.  Также данное растение используется как белково-витаминная биодобавка в кормах  для животноводства и птицеводства, а также, как зеленое удобрение для рисоводства.

Предмет исследования-Азолла каролинская (AzollacarolinianaWilld.). Азолла представляет собой симбиоз между водным папоротником   Azolla и азотофиксирующими цианобактериями  (сине-зеленые водоросли) Anabaenaazollae, которые развиваются в полостях листовых пластинок папоротника. Такие специфические фототрофные симбиотические системы привлекают внимание исследователей [1-3].

Цель исследования— Разработать методы массового культивирования азолла каролинской в водоемах ЮКО и изучить размножение, развитие и биоэкологическую особенности этого растения.

Практическая значимость работы заключается в том, что это растение впервые интродукцирована в водоемах ЮКО (Жетысай). Было изучено для массового культивирования оптимальные питательные среды и первоначальной плотности маточной культуры. Изучено размножение, развитие и биоэкологиские особенности этого растения.

Изученная тема может использоваться, как новый материал для школьной программы (ботаника 7 класс), а также в специализированных колледжах и ВУЗах нашей страны.

Azolla относится к сем. Azollaceae, порядку Salvinales, классу Polypodiopsida [6].

Впервые Azolla была использована для практических целей во Вьетнаме в провинции Тхай-Бинь крестьянкой Ба Хен. Эффект от применения Azolla был так велик, что после смерти Ба Хен ей был поставлен памятник под названием «Богиня Азоллы». Осенью ежегодно в честь дня смерти Ба Хен там устраиваются торжественные молитвы с жертвоприношениями.

Размножаясь вегетативным путем, азолла легко распространяется и благодаря способности ее симбионата ассимилировать N успешно конкурирует с другими водными растениями в местах с низким содержанием связанного азота. Обычно азолла обитает в стоячих водоемах с прохладной водой. Хотя азолла и распространена в основном в странах с тропическим климатом, для своего развития она предпочитает невысокую температуру (20-25 °С).

Азолла – это красивое маленькое водное растение, высотой 1-2 см, плавающее на поверхности воды (рис.1), размножается в основном вегетативным путем. При этом боковые ветки легко отламываются от главного стебля и разносятся течением воды в другие места (рис.2). Азолла способна и к половому размножению [8].

Азолла — папоротник; у нее нет корней, их заменяют подводные листья. Плавает на поверхности воды, мелкие листочки ее расположены попарно, подобно черепице, на ветвистом стебельке. Однолетнее растение, а растения, произрастающие в водоемах с тропическим режимом — многолетние.

Азолла каролинская с перисто-разветвленными, двурядными, черепитчатыми, мелкоизрезанными, овальными листочками 5-10 мм длиной, из-за чего похоже на кружевной мох. Шаровидные сорусы прикреплены у основания подводного листа.

Стебель горизонтальный, несколько вильчато-разветвленный, корневище слабо выражено и имеет вид тонкого конуса с небольшими ответвлениями корешков, висящее в воде.

Сверху растение красивого голубовато-зеленого цвета, снизу розоватое. При ярком солнечном свете может производить большое количество антоцианов, окрашивая листья в насыщенный красный цвет.

Размножается летом так быстро, что в несколько недель в состоянии покрыть сплошь всю поверхность воды аквариума. Размножение двумя способами — вегетативное (отдельными веточками) и половое (спорами).

Рис.1    Азолла каролинская

Максимальное развитие растения

Способность ассоциации Azolla —  Anabaenaс высокой скоростью фиксировать молекулярный азот обусловила ее применение в качестве зеленого удобрения при выращивании риса во многих странах Юго-Восточной Азии[9]. Интерес к азолле как источнику связанного азота существенно возрос. Полевые испытания этой культуры с целью повышения плодородия почв начаты в Индии, США, на Филиппинах и в странах Западной Европы [5-7].

В ряде стран азоллу начали использовать как источник кормового белка и биостимулятор при выращивании рыб, уток, свиней и крупного рогатого скота. Биомасса азоллы содержит 20-25% белка и 10-11% липидов. В ней имеются углеводы, каротин, витамин В и другие физиологически активные соединения. Поэтому в перспективе эта культура может оказаться ценным питательным сырьем и для людей [9].

Рассмотренные особенности ассоциации водного папоротника Azollaс азотофиксирующей циано бактериейAnabaenaazollae свидельствуют о том, что она представляет научный и практический интерес. Благодаря способности к непрерывному размножению вегетативным путем без образования репродуктивных органов азоллу можно культивировать на дешевых средах с высокими скоростями роста (0,35 сут), азотфиксации (1-2 кгN/сут. га) и выходом биомассы (2 т сухой биомассы/ га в месяц), богатой белком (20-25%) и другими ценными соединениями. Это позволяет широко использовать азоллу для повышения плодородия почв в качестве зеленого удобрения при выращивании риса и как кормовую добавку в животноводстве и птицеводстве.

Мы впервые разработали метод массового культирования A. CarolinianaWilld в условиях интропродукции в ЮКО. Подробраны оптимальные питательные среды и изучено влияние первоначальной плотности маточной культуры A. CarolinianaWilld на ее урожайность. Установлено, что оптимальная первоначальная плотность маточной культуры A. CarolinianaWilld. 300-400 г сырой биомассы /м² водной поверхности, при высокой или низкой плотности ее рост замедляется, а урожайность снижается.

Посадочный материал A. CarolinianaWilld. выращен в специально построенных лотковых установках . Питательной средой для выращивания и накопления биомассы МA. CarolinianaWilld. Была водопроводная вода и вытяжки из коровьего навоза из расчета 5 г/л. A. CarolinianaWilld. Выращивали также в сбросах и коллекторах (рис.3).

Азоллукаролинскую следует культивировать при ярком верхнем освещении и при температуре воды 20-25’C. Если температура опускается до 16’С и ниже, то это приводит к остановке роста, а через некоторое время листочки растения начинают загнивать и оно погружается в воду.
Жизненный цикл Азоллы каролинской можно разделить на 5 периодов:

1. Зимний период. Декабрь, январь, февраль
2. Ранний весенний период. Март и апрель.
3. Весенний-летний период. Начиная с третьей недели апреля, май июнь.
4. Летний-осенний период. Июль, август, сентябрь.
5. Поздний осенний период. Октябрь, ноябрь.
6. Зимний период. Характеризуется самым медленным развитием особей, находящихся в состоянии зимующих побегов на поверхности воды незамерзающих участков.водоемов.
7. Ранний весенний период. Наступает после завершения таяния льдов на водоемах. Характеризуется наступлением ассимиляционной деятельности и началом роста особей. Растения приобретают вид небольших розеток (2-5 мм диам.) со светло-зелеными вайями. В этот период виды почти не различаются. Особи растут быстро.
8. Весенний-летний период. Характеризуется усилением роста, розетки A. Caroliniana 7-9 мм в диам. В июне характеризуется еще более усиленным ростом. Особи увеличиваются до 10-13 мм в диам. Скопление особей занимают большие площади акваторий водоемов.
9. Летний-осенний период. Июль -Характеризуется максимальным развитием особей A. Caroliniana., и в этот период в сутки азолла дает большую биомассу(250-300г/м²)

Растения, произрастающие на открытой поверхности водоема, приобретают красную окраску. Август,сентябрь. Характеризуется более медленным развитием особей из-за воздействия повышенной температуры.

5. Поздний осенний период. Характеризуется процессами к периоду покоя и его началом.

Рис.3   а) лотковая установка;                                      б) сброс, коллектор

Водоем, где проводились опыты

Заключение

1. AzollacarolinianaWilld интродукцирована в ЮКО и является новым видом растений для Казахстана.Этим мы обогащаем флору Республики Казахстан.
2. Изучено размножение, развитие и биоэкологические особенности этого растения. Размножается в основном вегетативным путем. При этом боковые ветки легко отламываются от главного стебля и разносятся течением воды в другие места. Азолла способна и к половому размножению .
3. Впервые разработали метод массового культирования A. CarolinianaWilld в условиях ЮКО. Подробраны оптимальные питательные среды и изучено влияние первоначальной плотности маточной культуры A. CarolinianaWilld на ее урожайность. Установлено, что оптимальная первоначальная плотность маточной культуры A. CarolinianaWilld. 300-400 г сырой биомассы /м водной поверхности, при высокой или низкой плотности ее рост замедляется, а урожайность снижается.
4. Жизненный цикл Азоллы каролинской можно разделить на 5 периодов:
5. Зимний период. Декабрь, январь, февраль
6. Ранний весенний период. Март и апрель.
7. Весенний-летний период. Начиная с третьей недели апреля , май июнь.
8. Летний-осенний период. Июль, август, сентябрь.
9. Поздний осенний период. Октябрь, ноябрь

Летний-осенний период характеризуется максимальным развитием растения, и в этот период в сутки азолла дает большую биомассу(250-300г/м²)

Использованная литература

1.Буй Ку Дап. Весенний посев (ксуан) риса-интенсифицирующий фактор производства риса в Северном Вьетнаме //С.-х. биология. 1976, Т. 11, вып. 6. С. 299-303.

2.Горбачев В.М. Растительность прудов, водоемов и ее кормовое значение // Изв. ТСХА.  1953,  № 2. С. 23-30.

3.Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статической обработки результатов исследований). М.: Агропромиздат 1985. 351 с.

4.Дубына Д.В., Протопопова В.В. Новие для флори УРСР види водяных папоротей з родини Azollaceae // Укр. бот.журн. 1980. Т.37. №5. С. 20-26.

5.Дубына Д.В., Протопопова В.В. Эколого-биологические особенности AzollacarolinianaWilld. и A. filiculoidesLam. // Раст. Ресурсы. 1983. Т.19. Вып. 4. С. 500-506.

6.Дубына Д.В., Протопопова В.В., Кудрявцев В.Ф. Перспективное зеленое удобрение риса. Киев, Урожай.1982. С. 3.

7.Дубына Д.В., Шеляг-Сосонко.Ю.Р. Распространение и запасы видов рода  AzollaLam. в  УССР // Раст. Ресурсы. 1981. Т. 17. Вып. 4. С. 515-521.

8.Нгуен Х.Т. Фотосинтетическая продуктивность и активность азотафиксации симбиотических систем Azolla-Anabaenaazollae перспективы их использования в народном хозяйстве Вьетнама: Автореф. дис. … док. биол.наук. М. 1984. 48с.

9.Шоякубов Р.Ш., Досметов А.Т. О распространении азоллы каралинской в водоемах Узбекистана //  Узб. биол. журн. 2001, №5-6.С.46-52.

 Досметов А.Т.