Установка для криогенной стимуляции всхожести семян растений

Полезная модель относится к области сельского хозяйства, а именно к стимулированию всхожести семян, увеличению скорости роста биомассы и повышению морозостойкости растений методом криогенного охлаждения, и может быть использована в растениеводстве, овощеводстве, плодоводстве, зеленом строительстве, лесном хозяйстве.
Предварительная обработка семян перед хранением и посевом позволяет не только повысить урожайность, но и привить устойчивость семян к внешним неблагоприятным воздействиям.
Известны способы обработки растений, проводимых в целях повышения всхожести семян, усиления развития корневой системы растений, размеров проростков, устойчивости к гнилям биологически активными веществами, которые, как правило, проводятся посредством биологических регуляторов роста растений (Муромцев Г.С. и др. Основы химической регуляции роста и продуктивности растений // М.: Агропромиздат, 1987. 382 с.; Верзилов В.Ф. Регуляторы роста растений и их применение в растениеводстве // М.: Наука, 1971. 144 с.; Казакова В.Н. и др. Методика испытаний регуляторов роста растений // М.: Изд-во, 1990. 91 с.). Для этого, в данном случае, используют препараты на основе индолилуксусной кислоты, натриевых солей гибберелловых кислот, гуминовых солей одновалентных катионов, янтарной кислоты, арахидоновой кислоты и др. При этом эффективность химической регуляции роста и развития растительного организма не всегда может быть проявлена при обработке с целью повышения всхожести семян, устойчивости к заболеваниям, морозостойкости растений и, соответственно, повышения урожайности, улучшения качества продукции, выращиваемой, например, в северных климатических условиях.
Известны способы долговременного хранения и стимуляции исходного материала для размножения семян путем замораживания (Н.М.Воронкова, А.Б.Холина. Биология прорастания и криохранение семян некоторых пищевых и лекарственных видов растений Дальнего Востока России // Вестник КрасГАУ, № 9, 2011, С. 55-59). Авторами источника установлено, что глубокое замораживание семян в жидком азоте не оказывает отрицательного действия на их жизнеспособность. Кроме того, у некоторых видов растений, например, Hylotelephium triphyllum, всхожесть семян была существенно выше, чем в контрольных образцах.
°
°
Способ предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур (SU №1757498, МПК А01С 1/00, опубл. 30.08.1992), включающий охлаждение при температуре (-70) - (-196)С в течение 10-30 мин и отогревание в воздушной среде при температуре 10-35С, может быть осуществлен с помощью охлаждающего устройства, обеспечивающего заданные температурные пределы.
Среди устройств для предпосевной обработки семян замораживанием известны установки (SU № 1160959, МПК А01С 1/00, опубл. 31.10.1983; SU №674709, МПК А01С 1/00, опубл. 25.07.1979), содержащие бункер для семян, камеры обработки, транспортеры с ячейками для семян, ленту и устройства для обработки семян в виде распылителя.
Недостатками известных устройств является низкая эффективность криогенной обработки семян, обусловленная омыванием их только парами жидкого азота, т.к. в отдельных случаях требуется более длительная «холодовая» обработка.
Задача, на решение которой направлено заявленное решение, выражается в создании устройства для криогенной обработки семян, позволяющего проводить более длительное охлаждение семян до отрицательных температур и контролировать при этом расходование жидкого азота.
Технический эффект, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в упрощении конструкции, удешевлении стоимости и обеспечении постоянной температуры охлаждения в процессе криогенной обработки семян. При этом достигается улучшение посевных качеств семян, полевой всхожести, повышение устойчивости растений к низким температурам и связанных с этим заболеваний, усиление процессов корнеобразования, роста, развития и, как результат, урожайности растений. Кроме того, простота и компактность устройства, возможность введения температурного наблюдения в камере криогенной обработки при стационарных условиях позволяют использовать его в научных целях в качестве лабораторной установки.
Для решения поставленной задачи установка для криогенной стимуляции всхожести семян растений путем обработки жидким азотом содержит камеру для обработки, устройство для размещения семян, при этом камера обработки выполнена в виде герметичного короба с теплоизолированными стенками и крышкой, а устройство для размещения семян – в виде отдельных съемных контейнеров. На крышке короба выбрано отверстие для подачи жидкого азота в камеру, закрываемое пробкой. Внутренняя часть короба разделена посредством перфорированных стенок на отдельные ячейки с термодатчиками, в которые загружаются контейнеры для семян, выполненные, например, цилиндрической формы. При этом каждый контейнер снабжен верхней ручкой для облегчения размещения и извлечения из ячеек, а в качестве термодатчиков могут быть использованы хромель-алюминиевые термопары, которые подключаются к общему блоку управления.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».
Совокупность признаков обеспечивает решение заявленной технической задачи, а именно создание простой и надежной по конструкции установки для криогенной стимуляции растений жидким азотом.
Заявленное техническое решение иллюстрируется чертежами, где на фигуре 1 схематично показано устройство установки; на фигуре 2 – диаграмма изменения температуры по времени при криогенной обработке на примере семян перца сорта «Богатырь».
Установка представляет собой герметичный короб 1 из теплоизолированных стенок и крышки 2, причем в крышке 2 выбрано сквозное загрузочное отверстие 3, предназначенное для подачи азота в установку, закрываемое в процессе криогенной обработки пробкой.
Внутри короба 1 сформированы отдельные ячейки 4 посредством перфорированных стенок, на которых прикреплены термодатчики 5, связанные с общим блоком управления 6, и съемные контейнеры 7 для семян, выполненные перфорированным корпусом и ручкой для снятия и установки в условленное место в ячейке 4 (см. фигуру 1).
Установка для криогенной стимуляции дозирует количественно интенсивность обработки семян отрицательными температурами, характерными для жидкого азота, и работает следующим образом.
На начальном этапе пользователем самостоятельно разрабатывается программа криогенной стимуляции всхожести семян и развития проростков для конкретного растения. К обработке поступают сухие семена растений. В предварительно снятые с установки контейнеры 7 помещаются обрабатываемые семена, упакованные в мешочки из проницаемого материала, стойкого для «холодового» воздействия жидким азотом, например хлопчатобумажные мешочки. Открыв крышку 2 устройства, в ячейки 4 с термодатчиками 5 устанавливают контейнеры 7 с семенами и закрывают установку крышкой 2. После загрузки контейнеров 7 через отверстие 3 в крышке 2 в установку (например, посредством воронки) загружается жидкий азот до верхнего уровня стенок ячеек 4. После загрузки жидкого азота отверстие 3 закрывается съемной пробкой.
°
Таким образом, проводится криогенная обработка загруженных семян в среде жидкого азота, в процессе которой происходит его естественное испарение. Изменение температуры в процессе криогенной обработки фиксируется термодатчиками 5 через блок управления 6. Температура в камере в среде жидкого азота соответствует температуре точки кипения, что составляет порядка минус 195,0.
Контроль за уровнем содержащегося в камере жидкого азота осуществляется известными способами, например посредством стеклянной трубочки со шкалой, используемой, в данном случае, в качестве щупа, который вставляют в загрузочное отверстие 3 до контакта с жидким азотом. При этом контакте, как правило, наблюдаются такие явления, как шипящий звук кипящего жидкого азота и выделение через трубку пара в виде светлого дыма. В данном случае уровень жидкого азота определяют по градуированной шкале стеклянной трубки. При необходимости жидкий азот доливают до верхнего уровня стенок ячеек 4.
°
°
После обработки контейнеры 7 с семенами выгружаются из ячеек 4, из них извлекаются мешочки с семенами. Далее обработанные семена переупаковывают и направляют на посев или хранение, осуществляемое известными способами (основные условия при этом: температура в среднем 14, влажность воздуха не более 50%, обеспечение неполного поступления воздуха). Перед посевом (также и после длительного хранения) семена могут пройти предварительную подготовительную обработку, например, прогревом в горячей водяной ванне в полиэтиленовых пакетиках или в воздухе при температуре 25-35
В научных целях для получения экспериментальных данных, измеряя температуру через определенные временные промежутки, можно построить диаграмму изменения температуры по времени (фиг. 2).
Экспериментально установлено, что в процессе криогенной обработки наблюдается переменный характер изменения температуры, в частности, на стадии охлаждения и существенного уменьшения температуры внутри ячеек из-за испарения жидкого азота. Результаты авторских экспериментов приведены в примерах.
В таблицах 1, 2 показаны результаты влияния криогенной обработки на всхожесть и скорость роста семян растений на примере томата сорта «Титан» и перца сорта «Богатырь».
Наибольшая всхожесть семян томата сорта «Титан» наблюдается при криогенной обработке в среде жидкого азота в течение 1 сутки, а у перца сорта «Богатырь» - в течение 5 суток. При этом на скорость роста криогенная обработка влияет иначе: для обоих видов экспериментальных растений достаточна выдержка в течение 5 суток ( таблица 3).
Таким образом, предлагаемая установка для криогенной стимуляции всхожести семян растений имеет следующие преимущества по сравнению с известными устройствами:
простота конструкции, состоящего из герметичного короба, снабженного датчиками для температурного наблюдения, например, в целях исследовательских работ, включающего внутренние перфорированные ячейки и съемные контейнеры для размещения семян, что, в совокупности, способствует более эффективной криогенной обработке и экономичному, контролируемому расходованию жидкого азота;
возможность количественного дозирования интенсивности воздействия холодом на семена растений через измерение дозы температурного («холодового») воздействия;
экспериментами установлено, что криогенной обработкой семян при предлагаемых режимах достигается максимальный уровень их обеззараживания от гнилостных микроорганизмов, что позволяет исключить использование химических способов предпосевной обработки.
Таблица 1
Влияние криогенной обработки на всхожесть семян и скорость развития проростков томата сорта «Титан»
Выдержка при охлаждении
Заданная температура охлаждения, град.
Общее количество семян, шт.
Число семян со всходами, шт.
Доля всхода семян, %
Средняя высота проростков на 44 день, см
Контроль
19
10
52,63
16,5
1 сутки
-195,0
32
22
68,75
17,6
2 сутки
-195,0
20
10
50
16,5
3 сутки
-195,0
27
16
59,26
16,3
5 суток
-195,0
22
12
54,54
17,6
Таблица 2
Влияние криогенной обработки на всхожесть семян и скорость развития проростков перца сорта «Богатырь»
Выдержка при охлаждении
Заданная температура охлаждения, град.
Общее количество семян, шт.
Число семян со всходами, шт.
Доля всхода семян, %
Средняя высота проростков на 42 день, см
Контроль
43
33
76,74
8,30
1 сутки
-195,0
40
29
72,5
10,25
2 сутки
-195,0
34
27
79,41
10,25
3 сутки
-195,0
42
30
71,43
9,60
4 сутки
-195,0
37
24
64,86
10,00
5 суток
-195,0
46
41
89,13
10,30
Таблица 3
Оптимальные режимы криогенного воздействия на семена экспериментальных растений
№№п/п
Вид растения и сорт
Выдержка при охлаждении, сут
1
Томат сорта «Титан»
1
2
Перец сорта «Богатырь»
5