Спосіб оптимізації багатокомпонентної суміші для культивування рослин

Спосіб оптимізації багатокомпонентної суміші для культивування рослин, який складається з двох етапів визначення оптимальної величини кожного компонента і співвідношення компонентів у живильній суміші, що забезпечують максимальний прояв реєструємої ознаки рослини, який відрізняється тим, що на першому етапі визначають опти Запропонований винахід відноситься до біотехнології. а саме до інтродукції рослин та їх вирощування у тепличному та оранжерейному господарствах. Відомий спосіб оптимізації живильної суміші для культивування рослин у багатофакторному експерименті, який складається з двох етапів. № першому етапі визначають характер залежності ознаки рослини, що реєструють, від величини кожного компонента у живильної суміші, використовуючи можливі сполучення компонентів у суміші, при цьому кількість досліджень визначається степеневою функцією за формулою: N = Гк де N - кількість досліджень; = = Г- кількість градацій; К- кількість компонентів у живильній суміші. На другому етапі знаходять оптимальну величину компонентів і їх співвідношення - за максимальною величиною реєструємої ознаки рослини, яка визначається у експерименті з множинною градацією компонентів. До недоліків цього способу відноситься можливість його використання тільки для невеликої кількості (5-10) компонентів, збільшення їх кількості призводить до різкого збільшення кількості необхідних досліджень, а ці показники, що зв'язані сте мальне співвідношення компонентів суміші по максимальній величині відгуку реєструємої ознаки рослини на множинну градацію кожного компонента живильної суміші, при незмінних величинах інших компонентів, а на другому етапі визначають оптимальну величину кожного компонента по максимальній величині відгуку реєструємої ознаки рослини на множинну градацію компонентів живильної суміші, узятих у оптимальному співвідношенні, при цьому кількість досліджень визначається за формулою: М=ГК, де N - кількість досліджень; Г - кількість градацій кожного компонента; К - кількість компонентів у живильній суміші. пеневою функцією їх визначення, вимагають потужної обчислювальної техніки, але, навіть при її наявності, можливо оптимізувати не більш 15 компонентів. В основу винаходу поставлене завдання вдосконалення способу оптимізації багатокомпонентної живильної суміші для культивування рослин, в якому здійснення способу реалізують у два етапи, причому на першому етапі визначають оптимальне співвідношення компонентів за максимальною величиною ознаки рослини на множинну градацію кожного компонента живильної суміші, при незмінних величинах інших компонентів, а на другому етапі - визначають оптимальні величини кожного^ компонента за максимальною величиною відгуку реєструємої ознаки рослини на множинну градацію усіх компонентів живильної суміші, які беруться у оптимальному співвідношенні і забезпечують вимагаємий компонентний комплекс, при якому досягається максимальне виявлення реєструємої ознаки рослини, цим забезпечується зменшення кількості досліджень, необхідних для оптимізації компонентного складу суміші, значно збільшується кількість компонентів (до 30-40), що оптимізують, спосіб не потребує використання потужної обчислювальної техніки. Поставлене завдання вирішується тим, що у ю 4 41591 способі оптимізації багатокомпонентної живильної суміші для культивування рослин, який включає два етапи визначення оптимальної величини кожного компонента та співвідношення компонентів у живильній суміші, що забезпечують максимальне виявлення ознаки рослини, яку реєструють, згідно з винаходом, передбачені наступні зміни - на першому етапі визначають оптимальне співвідношення компонентів - за максимальною величиною відгуку реєструємої ознаки рослини на множинну градацію кожного компонента живильної суміші, при незмінних величинах інших компонентів, -на другому етапі визначають оптимальну величину кожного компонента - за максимальною величиною реєструємої ознаки рослини на множинну градацію усіх компонентів живильної суміші, які беруться у оптимальному співвідношенні, - кількість досліджень визначають за формулою N- Г К, де N- КІЛЬКІСТЬ досліджень, Г - КІЛЬКІСТЬ градацій кожного компонента, К - КІЛЬКІСТЬ компонентів у живильній суміші Проведені патентні дослідження довели, що ні в патентній документації, ні в науково-технічній літературі немає відомостей про способи оптимізації багатокомпонентних живильних сумішей для культивування рослин, охарактеризованих таким чином, як у формулі винаходу способу, що заявляється, і це дає підстави його ВІДПОВІДНОСТІ критерію патентоздатності «новизна» Зіставлений аналіз способу, що заявляється, з відомими у даній галузі, у тому числі і з прототипом, вказує на суттєві переваги способу оптимізації багатокомпонентної живильної суміші для культивування рослин, в якому спосіб здійснюється у два етапи, при цьому на першому етапі визначають оптимальне співвідношення компонентів за максимальною величиною відгуку ознаки рослини на множинну градацію кожного компонента живильної суміші, при незмінних величинах інших компонентів, а на другому етапі визначають оптимальну величину кожного компонента за максимальною величиною реєструємої ознаки рослини на множинну градацію усіх компонентів живильної суміші, взятих у знайденому співвідношенні, цим забезпечується необхідний компонентний комплекс, при якому досягається максимальне виявлення реєструємо1 ознаки рослини, при цьому зменшується КІЛЬКІСТЬ досліджень, необхідних для оптимізації суміші, значно збільшується КІЛЬКІСТЬ оптимізуємих компонентів (до 30-40), спосіб не вимагає потужної обчислювальної техніки Досягнені переваги вказують на те що вирішуване завдання виконано на винахідницькому рівні, оскільки воно не витікає очевидним образом з відомих в цій галузі рішень, а тому відповідає критерію патентоздатності "вінахідницький рівень" Спосіб реалізується наступним чином Рослину можна уявити у вигляді складної системи взаємозв'язаних біохімічних процесів, що уявляють собою потоки речовин усередині організму Злагоджена робота цієї системи забезпечується надходженням необхідних речовин (так званих вхідних потоків) ІЗ ЗОВНІШНЬОГО середовища, які беруться у необхідному співвідношенні компонентів і при достатній величині кожного компонента Ці показники контролюються величиною відгуку реєструємої ознаки рослини Відхилення співвідношення компонентів суміші та величини кожного компонента від оптимального значення призводить до зниження величини реєструємої ознаки рослини Реалізацію способу можна простежити на оптимізації живильної суміші для культивування проростків райграсу пасовищного в умовах вегетації на водно-піщаній культурі Для цього завчасно проросле насіння рослини висівають у склянки, заповнені кварцовим піском, промитим проточною дистильованою водою У кожну склянку висівають 10 насінь, а КІЛЬКІСТЬ СКЛЯНОК залежить від КІЛЬКОС ТІ досліджень для отримання оптимальної живильної суміші і визначається за формулою N = Г К де N - кількість досліджень - ЗО, Г - КІЛЬКІСТЬ градацій -10, К - КІЛЬКІСТЬ компонентів (солей) у живильній суміші - З Склад суміші для проростків райграсу - іони Са, NO3, К, Н2РО4, Mg, SCu, які вводять в суміш у вигляді трьох солей нітрат кальцію чотириводний С а ^ О з ^ Н г О , фосфат калію однозаміщений КНгРСч, сульфат магнію семиводний MgSO47H2O КІЛЬКІСТЬ ступенів градацій кожної солі дорівнює 10 (по 5 градацій на один іон) Таким чином заповнюють ЗО склянок пророслим насінням райграсу і нумерують їх послідовно, як варіанти дослідження, та розташовують у камері з освітленням 6000 лк, при температурі 22° С Початкова живильна суміш містить Са(МОз)г 4 ммоль, КН2РО4 - 5,4 ммоль, МдЗСч -1,3 ммоль Дослідження проводять у два етапи На першому етапі визначають оптимальне співвідношення компонентів за максимальною величиною реєструємої ознаки рослини (у даному випадку заміряють висоту проростків райграсу) на множинну градацію кожного компонента (солі), при незмінних величинах концентрації інших компонентів живильної суміші В таблиці 1 показано вміст живильної суміші за ЗО варіантами ДОСЛІДІВ Таблиця 1 Схема першого досліду по визначенню оптимального співвідношення компонентів у живильній суміші Складові суміші Варіанти ДОСІДІВ Ca(NQ)24H2O, ммоль 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 КН2РО4, ммоль MgSO4 7H2O, ммоль 2 4,0 3,5 3,1 2,7 2,2 1,8 1.3 0,9 0,5 0,0 4,0 3 5,4 5,4 5,4 5,4 5,4 5,4 5,4 5,4 5,4 5,4 4,8 4 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 1.3 1,3 13 1,3 1.3 1,3 41591 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 ЗО 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,8 4,2 3,6 3,0 2,4 1,8 1,2 0,6 0,0 5,4 5,4 5,4 5,4 5,4 5,4 5,4 5,4 5,4 5,4 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 1,2 1.1 0,9 0,7 0,6 0,5 0,3 0,2 0,0 солей) у живильному розчині Враховуючи оптимальне співвідношення компонентів з таблиці 2, складають схему досліду по визначенню відгуку висоти проростків райграсу на градацію всього компонентного комплексу живильної суміші, щ о відображена у таблиці 3, де у першому варіанті д о сліду беруть мінімальне значення кожного компонента (юна солі) І далі, у кожному наступному варіанті, збільшують у декілька разів кожний показник, додержуючись пропорції співвідношення компонентів усуміші Ступе- Концентрація іон в, ммоль Сумарна ні града- Са" NO3 1 С Н 2 Р0 4 мд SO 4 ~ концентрація, ції ммоль 1 Кожен графік показує величину компонента у оптимальному (необхідному рослині) співвідношенні з другими компонентами у суміші, де кожному юну одній з солей відповідає своя вершина на осі абсцис Так з графіків 1,2,3 видно, що оптимальна концентрація д л я окремих ІОНІВ дорівнює Са - 2 ммоль, N O 3 - 6, К - 2, Н 2 РО 4 - 3, Mg - 1, S O 4 0,5 На підставі цих величин визначається оптимальне співвідношення компонентів, які наведені у таблиці 2 + ++ Іон Са++ NO3+ К Н 2 РО 4 М д SO4 2 Оптималь- 4 не співвідношення 6 2 3 1 05 12 4 б 2 1 В таблиці 2 у першому рядку відображена концентрація ІОНІВ кожної солі живильної суміші, а в другому - оптимальне співвідношення кожного компонента у суміші, яке обчислене за мінімальним значенням градації юну S O 4 Отримані оптимальні співвідношення компонентів у суміші використовують при визначенні оптимальної величини концентрації компонентів (ІОНІВ 0,4 1,2 0,4 0,6 0,2 0,1 2,9 2 На 11-й день вегетації заміряють висоту проростків, обчислюють середнє значення у кожній склянці і використовують цей показник як реєструєму ознаку рослини при побудові графіків відгуку висоти проростків на градацію одного з компонентів (ІОНІВ солей) живильної сумілп На фіг 1 графік показує відгук висоти проростків райграсу на градацію ІОНІВ солі сульфату магнію, на фіг 2 графік показує відгук висоти проростків райграсу на градацію ІОНІВ солі нітрату кальцію, на фіг 3 графік показує відгук висоти проростків райграсу на градацію ІОНІВ солі фосфату калію Концентрація, ммоль 6 0,8 2,4 0,8 1,2 0,4 0,2 6,2 3 1,6 4,8 1,6 2,4 0,8 0,4 11,6 4 8,0 24,0 8,0 6,0 4,0 2,0 52,0 5 16,0 48,0 16, 0 24,0 8,0 4,0 116,0 6 24,0 96,0 24, 0 48,0 16,0 8,0 216,0 4 6 2 1 Спів- 4 відношення 12 На підставі даних таблиці 3 будують графік (фіг 4)де на осі абсцис відображені ступені градації (концентрації компонентного комплексу суміші), а на осі ординат - відгук висоти проростків райграсу на відповідну концентрацію компонентного комплексу живильної суміші Як видно з побудованої на підставі цих даних кривої графіка, вершина її відповідає третьому ступеню градації (концентрації) компонентного комплексу - 1 1 .бммоль Таким чином, оптимальна багатокомпонентна суміш для культивування райграсу, відповідає третьому ступеню градації і дорівнює 11,6 ммоль, у тому числі Са - 1,6 ммоль, N O 3 - 4,8 ммоль, К 1 6 ммоль, НгРО 4 - 2,4 ммоль, Мд - 0,8 ммоль, SO 4 - 0,4 ммоль Застосування запропонованого способу оптимізаци багатокомпонентної живильної суміші для культивування рослин дозволить забезпечити зменшення КІЛЬКОСТІ досліджень, необхідних для оптимізаци компонентного складу живильної суміші, значно збільшити КІЛЬКІСТЬ компонентів, що досліджують (до ЗО - 40 проти 1 0 - 1 5 компонентів, які максимально можна досліджувати за с п о с о б о м , що взятий за прототип) Спосіб не потребує використання потужної обчислювальної техніки 41591 12 n H, см 9 6З Ступені градації, ммоль 0,0 0,3 0,6 0,0 1,2 ФІГ. 1 12 1 Н.ем б 6 зСтуїенІ градації1, ммогь 0,0 0,9 1,6 2,7 3,5 Фіг. 2 12 Н.СМ 9 Є • З Ступені градації; ммоль 0 0,0 1,2 2Л Фіг. З З.в 15 -, Н.ем 12 8 6З Ступені градаціг Фіг. 4 ДП "Український інститут промислової власності "(Укрпатент) Україна, 04119, Київ-119, вул. сім'ї Хохлових, 15 (044) 456-20-90