Способ активации проращивания семян рапса при моноспектральном освещении
METHOD FOR ACTIVATING THE GERMINATION OF RAPESEED SEEDS UNDER MONOSPECTRAL ILLUMINATION

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может найти применение  при повышении всхожести семян растений в растениеводстве, в селекции и расширении области применения в технологиях получения пророщенных семян рапса для  здорового питания.
Известна технология применения  светодиодных источников света в светокультуре  растений в теплицах и оранжереях, которая даёт возможность длительного  постоянного облучения комбинированным светом с включением в световой поток полихромного освещения красного (СД КС), синего (СД СС) и зеленого (СД ЗС) светов  (Курьянова И.В., Олонина С.И.» Оценка влияния различных спектров светодиодного светильника на рост и развитие овощных культур» Вестник НГИЭИ, 2017.№7(74) с.35-44).
Такие источники света  предлагаются многими производителями как фитолампы. Как правило, искусственное освещение для различных видов растений в теплицах исследуется только с точки зрения возможности повышения фотосинтеза на разных стадиях вегетативного и генеративного развития при вегетации конкретных растений в условиях защищенного грунта.
Для каждого растения конкретно исследуются вопросы влияния искусственного освещения в различных его составляющих по спектрам электромагнитного излучения, интенсивности и времени воздействия на разных этапах вегетации и фотосинтеза при разработке элементов технологий для защищенного грунта (патент № 2601055,опубликован 27.10.2014 Бюл.№30. МПК А01С1/00, А01С1/02).
В последние несколько десятилетий активно в практику сельскохозяйственной науки и биотехнологии входят агробиотехносистемы различных конструкций и модификаций, предназначенные для исследования процессов выращивания растений в контролируемых условиях проведения эксперимента. В России эти технические системы наиболее известны под термином фитотроны.  Последние годы появились и модификации   фитотронов для решения вопросов выращивания растений для космического питания и медицины (Коновалова И.О., Беркович Ю.А., Ерохин А.Н., Смолянина С.О., О.С. Яковлева, А.И. Знаменский, И.Г. Тараканов, С.Г. Радченко, С.Н. Лапач. Обоснование оптимальных режимов освещения растений для космической оранжереи «Витацикл-Т» // Авиакосм. и экол. мед. – 2016. – Т. 50, № 4. – С. 28-36), а также класс фитотронов – синерготроны с программно- управляемыми параметрами, включая и режимы освещения светодиодными источниками света (Жизненный цикл и экология растений: регуляция и управление  средой  обитания в агробиотехносистемах. Сборник научных трудов. Выпуск 1/ под редакцией проф. В.Н. Зеленкова – М.: Техносфера, 2018. - 208с. ISBN 978-5-94836-543-5). Известно техническое решение, в котором растения картофеля in vitro облучают светодиодными источниками разного цвета (красного, синего, зеленого, белого) с различной интенсивностью в нанометрах. (Ю.Ц. Мартиросян, Л.Ю. Мартиросян, А.А. Кособрюхов. Динамика фотосинтетических процессов в условиях переменного спектрального облучения растений. Сельскохозяйственная биология, 2016, том 51, №5, с.680-687). Однако в известном решении не выявлены четкие зависимости по росту и развитию растений и обозначены параметры одной изучаемой культуры при чередовании темноты и облучения разных цветов для листьев картофеля в условиях фотосинтеза вегетации культуры. Аналогом предлагаемого решения является работа по изучению досвечивания горчицы салатной в фазе технической зрелости растений светодиодными светильниками с красным, и синим полидисперсным спектром (Зеленков В.Н., Кособрюхов А.А., Лапин А.А., Латушкин В.В./ Продуктивность и антиоксидантная активность горчицы салатной при облучении красным и синим светом в замкнутой системе фитотрона класса синерготрон ИСР-1.1. // Жизненный цикл и экология растений: регуляция и управление средой обитания в агробиотехносистемах. Сборник научных трудов. Выпуск 1/ под редакцией проф. В.Н. Зеленкова – М.: Техносфера, 2018 - С.144-154. ISBN 978-5-94836-543-5, DOI: 10.22184/978-5-94836-543-5-142-152.
Однако данный аналог рассматривает источник света в красной области излучения светодиодного светильника как полидисперсный фотонный источник широкой области красного излучения регулируемого светильника синерготрона модели 1.01 (разработка АНО Институт стратегий развития, г. Москва) и дает решение вопросов интенсификации роста растений салатной культуры только в фазе в фазе технической зрелости. Известно, что влияние света на этапе прорастания семян мало связано с интенсивностью фотосинтеза, т.к. фотосинтетический аппарат – листья растений, еще не сформированы. Близким к предлагаемому решению является исследование в ВНИИ лекарственных и ароматических растений при рассмотрении фактора освещения при проращивании семян лекарственных растений с длительным периодом покоя, что снижает эффективность их применения в лекарственном растениеводстве из-за низкой всхожести, как лабораторной, так и полевой.
Авторы работы используют полные спектры излучателей красного и синего света при проращивании семян паслена и белладонны (Н.Ю. Свистунова, П.С. Савин/ Влияние различных условий на всхожесть семян некоторых лекарственных растений после длительного хранения. //Идеи Н.И. Вавилова в современном мире: тезисы докладов в IV Вавиловской международной конференции. Санкт-Петербург, 20–24 ноября 2017 г. СПб.: ВИР, 2017, С.149). В известном способе авторы применяют не уточненные спектры синего и красного освещения без оценки влияния различных его участков и высокую энергетическую составляющую генерируемых пучков фотонов. Наиболее эффективным для реализации проращивания семян лекарственных растений белладонны и паслена оказался вариант с красным освещением семян при проращивании. Однако авторы не указывают интенсивности освещения и точных длин волн красного и синего света, что является существенным для практической реализации способа в технологиях проращивания как лекарственных, так и других сельскохозяйственных культур широкого применения в народном хозяйстве и имеющих высокую всхожесть семян. Это не позволяет применить приведенные данные авторов, например, для рапса.
Наиболее близким техническим решением к заявленному объекту является способ светодиодного облучения рапса (CN 106665297 А. (XU Z) 17.05,2017). Недостатком известного способа – прототипа является отсутствие данных для реализации возможностей использования низкоинтенсивного уровня моноспектрального светодиодного зеленого освещения семян рапса при проращивании семян с использованием приведенных вариантов реализации способа.
Технический результат - расширение возможностей использования светодиодного освещения в варианте монохроматического спектра зеленого света, определение параметров длины волны и излучения для повышения всхожести семян рапса и повышения качества проростков, а именно высоты и урожайности.
2
Техническое решение заявленного объекта заключается в том, что семена рапса проращивают 7 суток на положке из минеральной ваты с поливом дистиллированной водой по мере подсыхания подложки, воздействие на проращиваемые семена осуществляют при постоянном моноспектральном светодиодном освещении зеленым светом с длиной волны 525 нм в режиме заданной низкой интенсивности фотонов в 1,68 мкмоль/м с на уровне подложки с семенами.
Способ осуществляют следующим образом.
2
2
2
2
Пример. Для экспериментальной проверки способа в качестве растительной культуры использовали сорт рапса (оригинатор сорта ВНИИ рапса, г. Липецк). Проращивание семян проводили согласно ГОСТ 12038-84 с изменениями, а именно: вместо фильтровальной бумаги использовали подложку из минеральной ваты в виде пластин 20*20 см (400 см). Количество семян 100 шт., повторность трехкратная. Полив проводили дистиллированной водой по мере подсыхания подложки. В качестве контроля использовали проращивание семян рапса в темноте в соответствии с ГОСТ 12038-84, а также 3 варианта с монохроматическим светодиодным низкоэнергетическим освещением синего (СД СС), зеленого (СД ЗС) и красного (СД КС) света с длинами волн 440 нм, 525 нм и 660 нм и интенсивностью 6,90 мкмоль / м с, 1,68 мкмоль / м с и 2,58 мкмоль / м с.
2
На 7-е сутки день определяли всхожесть семян в опытном и контрольных вариантах и измеряли высоту проростков и их биомассу с расчетом на 1 м (урожайность) в 3-х повторностях. Определяли среднее арифметическое по всхожести и измеренным метрическим показателям высоты и урожайности по проросткам.
Результаты испытаний вариантов реализации способа приведены в таблицах 1 и 2.
Таблица 1. Энергия проращивания (3-и сутки), всхожесть (7-е сутки) семян рапса (сорт Антарес) в опытах и контроле
Вариант опыта
Энергия проращивания, %
Изменение энергии относительно контроля, %
Всхожесть, %
Изменение всхожести относительно контроля, %
Проращивание семян в темноте – контроль
88,2
-
88,8
-
Проращивание семян при постоянном освещении СД СС 440 нм
89,2
+1,1
89,6
+ 0,9
Проращивание семян при постоянном освещении СД ЗС 525 нм
94,8
+ 7,5
95,2
+ 7,2
Проращивание семян при постоянном освещении СД КС 660 нм
88,8
+ 0,7
89,7
+ 1,0
Применение предложенного способа с использованием монохроматического освещения СД ЗС позволяет повысить энергию прорастания и всхожесть семян рапса на 7,5% и 7,2%, соответственно, относительно контроля. При использовании монохроматического освещения СД СС и СД КС увеличение энергии и всхожести не превысило 1,1 % (табл.1).
Применение предложенного способа с использованием монохроматического освещения СД ЗС позволило увеличить высоту ростков пророщенных семян рапса на 7,9% и повысить их урожайность на 8,3% относительно контроля. Использование монохроматического освещения СД СС и СД КС ведет к уменьшению высоты ростков при проращивании семян рапса на 7-е сутки на 30,5 % и 19,9 % и снижению урожайности на 11,0 % и 8,7 %, соответственно (табл.2).
2
Таблица 2. Высота  (см)  и урожайность (г/ м) проростков рапса (сорт Антарес)  в опытах и контроле
Вариант опыта
Высота ростков, см
Изменение высоты относительно контроля, %
Урожайность, г/ м<sup>2  </sup>
Изменение урожайности относительно контроля, %
Проращивание семян в темноте – контроль
15,1
-
200,8
-
Проращивание семян при постоянном освещении СД СС 440 нм
10,5
- 30,5
178,8
- 11,0
Проращивание семян при постоянном освещении СД ЗС 525 нм
13,9
+ 7,9
219,0
+ 8,3
Проращивание семян при постоянном освещении СД КС 660 нм
12,1
- 19,9
183,3
- 8,7
Полученные данные позволяют заключить, что проведение проращивания семян рапса в варианте  низкоэнергетического  монохроматического воздействия светодиодным освещением зеленым светом  с длиной волны 525 нм,  позволяет повысить всхожесть семян до 94,8% (увеличение на 7,5%), увеличить высоту ростков на 7,9% и их урожайность на 8,3%, что может найти применение в селекционных работах  по отбору высокопродуктивных биотипов,  отзывчивых на  монохроматическое излучение, а также в практическом семеноводстве и в технологиях получения  пророщенных семян растений для здорового питания.