СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТИМУЛИРУЮЩЕЙ АКТИВНОСТИ ПРЕПАРАТОВ-СТИМУЛЯТОРОВ ДЛЯ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР
METHOD FOR DETERMINING STIMULATING ACTIVITY OF STIMULANT AGENTS FOR PRE-SOWING GRAIN SEED TREATMENT

Область техники
Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к обработке семян стимуляторами роста растений и касается нового способа оценки качества препаратов-стимуляторов для предпосевной обработки семян, повышающих урожайность растений по значению их стимулирующей активности.
Уровень техники
Известен способ оценки качества стимуляторов для предпосевной обработки семян по урожайности растений [Христева Л.А., Галушка A.M. Эффективность применения физиологически активных гумусовых веществ для предпосевной обработки семян / Сб. научн. тр. Теория и практика предпосевной обработки семян. К.: ЮО ВАСХНИЛ, 1984. с. 16-20].
Недостатком данного способа является низкая производительность (в силу климатических особенностей в средней полосе России эксперименты можно проводить 1 раз в год) и дополнительная вариабельность результатов, возникающая из-за изменяющихся год от года погодных условий.
В связи с тем, что обработка семян стимуляторами повышает посевные качества семян, в качестве аналога заявляемого способа известен способ определения энергии прорастания и всхожести зерна [ГОСТ 12038-84. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести], заключающийся в проращивании семян во влажном песке. Чашки Петри наполняют увлажненным песком, разравнивают его. Затем раскладывают семена и трамбовкой вдавливают в песок на глубину, равную их толщине.
Основным недостатком известного способа является низкая производительность при проведении экспериментов. Для большинства зерновых культур время определения прорастания составляет 3-4 суток, а всхожести - 7-8 суток. Кроме того, не удается получать результаты достаточной статистической значимости, так как испытания проводятся, как правило, в 4-х кратной повторности при использовании в одном опыте 100 зерновок. Это связано с тем, что проросшие семена надо пересчитывать, что при большом количестве семян (более 100) требует значительных трудозатрат. Также, не обеспечивает возможности оценки в полной мере посевных качеств семян, так как принимается во внимание только наклевывание проростков за определенное время, а не их длина. При этом, по мнению физиологов растений наиболее сильное влияние стимуляторов развития семян возможно именно на этапе роста проростков [Обручева Н.В., Антипова О.В. Физиология инициации прорастания семян // Физиология растений, 1997, т. 44, №2, с. 287-302].
Наиболее близким к заявляемому способу является способ оценки эффективности стимулятора по сравнению суммарной длины проростков (корней и ростков), развившихся за определенный период, у семян, обработанных стимулятором, и у семян контрольного образца [Гринев B.C., Любунь Е.В., Егорова А.Ю. Рострегулирующая активность бен-зо-(2,3-b)-1,4-диаза и бензо-1-аза-4-окса-бицикло|3.3.0|октан-8-онов на растениях мягкой пшеницы // Агрохимия, 2011, №3, с. 46-50]. Проращивание семян проводили в чашках Петри на влажной фильтровальной бумаге в течение 3 сут в темном месте при температуре 25°С. Контролем были семена, пророщенные в дистиллированной воде. Ростстимулирующий эффект вещества оценивали по таким количественным показателям, как средняя длина корней и колеоптилей проростков по отношению к контролю, а также по общему количеству проросших семян. Каждый опыт проводили в 3-х повторностях, в каждой повторности по 20 семян. Результаты были статистически обработаны при Р<0.95.
Основным недостатком данного способа является очень низкая производительность и невозможность в связи с этим получения статистически значимых результатов за разумное время, позволяющих отличать длину проростков семян, обработанных стимулятором от длины проростков контрольного образца семян. Это определяется наличием у семян зерновых культур разнокачественности. Существует три типа разнокачественности: генетическая, матриакальная и экологическая. Основную роль в неоднородности семенного материала играют матриакальная и экологическая разнокачественности. Матриакальная разнокачественность обусловлена расположением семян в колосе (наиболее сильные семена находятся в средней части колосьев, а в верхней и нижней части колосьев располагаются более слабые семена) и наличием у куста зерновых колосьев разных порядков. Семена в колосьях более старших порядков, образовавшихся позднее, слабее семян колосьев низших порядков. На это накладывается существование на полях макро- и микронеоднородностей рельефа. В сухие годы в понижениях рельефа образуются более сильные кусты зерновых, в колосьях которых находятся более сильные семена. При уборке все эти семена смешиваются в бункере комбайна, но это перемешивание не устраняет разброс свойств в семенном материале. Поэтому для получения статистически значимых результатов необходимо сравнивать между собой длину проростков многих сотен (600-800), а лучше 1000 и более семян. В противном случае воспроизводимость результатов будет очень низкой, что не позволит отличить длину проростков обработанных семян от длины проростков контрольного образца. Однако работа с большими партиями семян и измерение длины их проростков сталкивается с ограничениями по производительности труда. Так измерение проростков одной зерновки ячменя занимает от 40 до 60 сек. Для измерения 600 семян опыта и 600 семян контроля потребуется около 60000 секунд ил почти 17 часов (2 рабочих дня), что делает проведение подобных экспериментов практически невыполнимым. При этом за время промера семена продолжают рост, что требует дополнительных усилий (охлаждение или замораживание образцов), чтобы предотвратить возникновение дополнительных ошибок в эксперименте.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является разработка способа оценки стимулирующей активности препаратов-стимуляторов, рекомендуемых для повышения посевных качеств семян зерновых культур, позволяющего обрабатывать большие партии семян за короткое время.
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого изобретения, заключается в обеспечении возможности проведения измерений больших партий семян (от 1000 до 1200 семян), что ведет к повышению достоверности получаемых результатов за счет возможности увеличения объема статистической выборки. Результат (данные по стимулирующей активности препарата-стимулятора, полученные заявляемым способом) может быть получен уже через 40-52 часа. Способ может быть реализован с тысячами семян злаковых культур (таких как пшеница, рожь, ячмень, тритикале). Увеличение количества семян практически не усложняет работу, так как определяют интегральный параметр, но значительно повышает достоверность.
Поставленная задача решается тем, что способ определения (оценки) стимулирующей активности препаратов-стимуляторов для предпосевной обработки семян зерновых культур включает следующие этапы:
- обработка семян раствором препарата-стимулятора,
- обеспечение контакта навесок опытного образца обработанных семян и контрольного образца необработанных семян с влагосодержащим субстратом,
- выдержка указанных навесок семян в контакте с влагосодержащим субстратом в термостатируемом шкафу до проращивания,
- удаление влагосодержащего субстрата с пророщенных семян,
- помещение опытного и контрольного образцов пророщенных семян в идентичные прозрачные емкости с водой,
- уплотнение пророщенных семян в емкостях посредством вибрационного воздействия в вертикальной плоскости, и ударного воздействия на дно емкости, при этом после вибрационного воздействия на образцы семян в емкости помещают идентичные по массе грузы,
- определение насыпного объема опытного (V2) и контрольного (V3) образцов пророщенных семян по высоте размещения груза от дна емкости,
- определение стимулирующей активности (СА) препарата-стимулятора по формуле:
СА=((V2-V3)/(V3-V1))*100%,
где V1 - насыпной объем набухших семян, проращиваемых 24 часа;
V2 - насыпной объем проросших семян опытного образца;
V3 - насыпной объем проросших семян контрольного образца.
2
Выдержку навесок семян в контакте с влагосодержащим субстратом проводят в течении времени, обеспечивающем достижение средней суммарной длины ростков образца семян от 5000 -7000 мм и до 10000 мм на 7,5 г семян. Вибрационное воздействие в вертикальной плоскости осуществляют с частотой не более 50 Гц и амплитудой 3-4 мм с допустимой величиной отклонений от указанных значений не более 10%. При ударном воздействии обеспечивают его силу, равную силе свободного падения цилиндрической емкости (с водой и образцом семян) на поверхность стола с высоты 1 см с допустимой величиной отклонений от указанных значений не более 10%. В качестве идентичных прозрачных емкостей используют прозрачные цилиндры с соотношением высоты и диаметра 5:8. Выдержку в термостатируемом шкафу осуществляют при температуре 22±2°С и 90-100% влажности. Объем воды в прозрачных емкостях рассчитывают исходя из массы семян, взятых для проращивания, и превышает массу образца семян по меньшей мере в 10 раз, а масса грузов составляет 1-2 г/см.
Суммарная длина проростков семян определяет их насыпной объем. Чем больше длина проростков, тем больше насыпной объем проросших семян. Таким образом, изменение насыпного объема проросших семян характеризует общую длину их проростков и дает возможность сравнивать проросшие семена, обработанные стимулятором с контрольными образцами. Причем, подобное сравнение можно проводить примерно в 25 раз быстрее, по сравнению с измерением длины проростков при той же точности (200 зерновок оценивается за 5-7 минут, старым способом 3 часа). Лимитирующая стадия подсчета средней суммарной длины проростков сокращается до 30-40 минут для 600 зерновок опыта и 600 зерновок контроля, подсчет обычным измерением такой же партии семян требует 16-17 часов.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлена фотография семян тритикале россыпью на фильтровальной бумаге, прораставших в течение 45 часов 5 г.
На фиг. 2. представлена фотография семян тритикале в мерном цилиндре, прораставших в течение 45 часов 5 г.
На фиг. 3 показана зависимость «насыпной объем - длина проростков» для 5 г семян тритикале, прораставших в дерново-подзолистой почве разное время.
На фиг. 4 представлены фотографии проросших семян тритикале 7,5 г в мерном цилиндре. Структура получена без вибровоздействия на цилиндр (а) и с вибровоздействием (б).
На фиг. 5 представлена зависимость «насыпной объем в воде - длина проростков» для 7,5 г семян тритикале, прораставших в песке разное время.
Осуществление изобретения
Определение стимулирующей активности заявляемым способом можно проводить на хлебных злаковых зерновых культурах, таких как пшеница, рожь, ячмень, тритикале и др. злаковым зерновым культурам, у которых мочковатая корневая система.
Для проращивания семян используют любые емкости, используемые для данных целей. В качестве субстратов для проращивания можно использовать песок, любые почвы зонального ряда: дерново-подзолистые, серые лесные, черноземы, каштановые почвы. Количество субстрата, используемого для проращивания, принципиального значения не имеет. Необходимым условием является одинаковое количество субстрата для проращивания опытной, контрольной и поправочной (для учета объема набухших семян (VI)) партии семян. Одинаковые навески семян (обработанные препаратом-стимулятором, контрольные необработанные и поправочной группы), помещают в емкости, засыпают песком или почвой и добавляют воду.
2
После этого емкости с образцами помещают в термостатируемый шкаф (при 22±2°С), в котором создают атмосферу 90-100% влажности и выдерживают в течение времени, которое определяется размером проростков, при этом максимальное время определяется средней суммарной длинной не превышающей 10000 мм и не менее 5000-7000 мм на 7,5 г семян (приблизительно 200 штук). По прошествии времени отмывают проросшие семена от почвы (песка) на сите и помещают в мерный цилиндр с водой. Насыпают семена постепенно, чтобы они оседали в цилиндре раздельно, при этом на цилиндр оказывают вибрационное воздействие, заставляя его колебаться с частотой 50 Гц в вертикальной плоскости с амплитудой 3-4 мм с допустимой величиной отклонений от указанных значений не более 10% (на специальном вибрационном столике), облегчая перемещение семян друг относительно друга, когда их проростки придут в соприкосновение. После чего уплотняют проросшие семена в цилиндре легкими постукиваниями цилиндра с проросшими семенами о стол (30-40 ударов), поместив предварительно на поверхность семян небольшой грузик (из расчета давления груза 1-2 г/см) для создания дополнительного давления на поверхность семян в цилиндре. Затем измеряют насыпной объем проросших семян в цилиндре, ориентируясь на нижнюю плоскую поверхность грузика. Более высокий показатель насыпного объема характеризует лучшие посевные качества семян и качество препарата стимулятора.
Для измерения насыпной плотности в качестве прозрачной емкости (сосуда) используют прозрачные цилиндрические емкости с соотношением высоты и диаметра цилиндра 5:8. Предпочтительно использовать лабораторные мерные цилиндры из прозрачного материала.
Объем воды, предварительно наливаемый в цилиндрическую емкость, рассчитывают исходя из массы семян, взятых для проращивания, и превышает массу образца семян по меньшей мере в 10 раз и при постепенном насыпании проросших семян в цилиндр, обеспечивает раздельное друг от друга оседание семян с сохранением проростков.
Ударное воздействие проводят путем встряхивания емкости с водой и семенами 30-40 раз с силой равной силе свободного падения цилиндра на поверхность стола с высоты 1 см с допустимой величиной отклонений от указанных значений не более 10%, при этом диаметр грузика должен быть меньше диаметра цилиндра на 2 мм (с допустимой величиной отклонений от указанного значения не более 10%).
Ниже представлено более детальное описание заявляемого способа, которое не ограничивает объем притязаний заявляемого изобретения, а демонстрирует возможность осуществления изобретения с достижением заявляемого технического результата.
Пример 1.
Сравнительный, установление границ применения при определении насыпного объема проросших семян в цилиндре без воды.
2
Для проращивания семян брали емкость с площадью 4900 мм, в нее насыпали 20 г дерново-подзолистой почвы влажностью 22-23% и равномерно разравнивали. На нее помещали 5 г семян озимого тритикале сорт «Немчиновский 56», располагая их по всей поверхности почвы. Затем сверху на семена насыпали еще 20 г дерново-подзолистой почвы и разравнивали. После этого из мерной пипетки на поверхность почвы равномерно (по каплям) подавали 7,5 г воды. Приготовленные образцы помещали на 40-48 часов в воздушный термостат при 22°С, в котором поддерживалась близкая к 100% влажность.
По прошествии времени проросшие семена с почвой из емкости переносили на сито с диаметром отверстий 2 мм и отмывали почву дистиллированной водой. После удаления почвы семена переносили на фильтровальную бумагу, удаляя капиллярную влагу (Фиг. 1). Затем проросшие семена насыпали в мерный цилиндр на 25 мл с внутренним диаметром 18 мм. После этого, постукивая мерным цилиндром о стол 30-40 раз с силой равной силе свободного падения цилиндра на поверхность стола с высоты 1 см, семена в цилиндре уплотняли и фиксировали насыпной объем (Фиг. 2). Затем семена высыпали из мерного цилиндра, охлаждали (прекращая развитие проростков) и проводили измерение общей длины проростков (корней и ростков). Выдерживая семена в контакте с влажной почвой разное время построили для семян тритикале зависимости длины проростков от измеряемого насыпного объема (Фиг. 3).
На представленных графиках хорошо видно, что до суммарной длины проростков около 2000 мм у исходных 5 г семян тритикале (Фиг. 3) наблюдается линейная зависимость насыпного объема от длины проростков. При дальнейшем увеличении длины проростков они теряют жесткость и линейная зависимость нарушается. Более того, при превышении суммарной длины проростков величины 2000 мм насыпной объем начинает уменьшаться.
Из полученных результатов следует, что на линейном участке кривой «длина проростков - насыпной объем» данный метод можно использовать для определения длины проростков по насыпному объему и, следовательно, для оценки эффективности влияния стимуляторов на развитие семян.
Линейная зависимость между общей длиной проростков и насыпным объемом проросших семян позволяет не измерять длину корней, а по сравнению насыпных объемов проросших семян опытного образца (V2) и контроля (V3) определять «процент стимуляции», беря за 100% увеличение насыпного объема контрольного образца при проращивании. Для определения процента стимуляции сначала измеряли объем набухших семян, поправочной партии семян, проращиваемой 24 часа, уплотнив их в цилиндре - V1. Процент стимуляции (стимулирующей активности (СА)) определяли по формуле:
Стимуляция (СА)=((V2-V3)/(V3-V1))*100%,
где V1 - насыпной объем набухших семян, проращиваемых 24 часа;
V2 - насыпной объем проросших семян опытного образца;
V3 - насыпной объем проросших семян контрольного образца
Пример 2.
Определение насыпного объема проросших семян в воде.
2
Для проращивания семян брали емкость с площадью 7850 мм, в нее насыпали 30 г сухого песка, равномерно разравнивали, на него помещали 7,5 г семян озимого тритикале сорт «Немчиновский 56», располагая их по всей поверхности песка. Затем сверху на семена насыпали еще 30 г сухого песка и разравнивали. После этого из мерной пипетки на поверхность песка равномерно (по каплям) подавали 15 г воды. Приготовленные образцы помещали на 40-52 часа в воздушный термостат при 22°С, в котором поддерживалась близкая к 100% влажность.
По прошествии времени проросшие семена с песком из емкости переносили на сито с диаметром отверстий 2 мм и отмывали песок дистиллированной водой. После удаления песка семена переносили в цилиндр с водой объемом 100 мл с внутренними диаметром 28 мм. При этом на цилиндр оказывали вибрационное воздействие, заставляя его колебаться с частотой 50 Гц в вертикальной плоскости с амплитудой 3-4 мм (на специальном вибрационном столике). Насыпали проросшие семена в цилиндр постепенно, чтобы они оседали раздельно друг от друга. Из полученных данных (Фиг. 4) хорошо видно, что использование вибрационного воздействия на цилиндр позволяет избавиться от пустот, возникающих в структуре из проросших семян и, следовательно, повышает воспроизводимость метода.
2
После этого на поверхность семян в цилиндре помещали грузик весом 8 г (в воде за вычетом веса вытесненной воды), создавая давление на поверхность семян в цилиндре 1,3 г/см. Постукивая мерным цилиндром о стол 30-40 раз с амплитудой 0-5 см, семена в цилиндре уплотняли повторно и фиксировали насыпной объем. Затем семена высыпали из мерного цилиндра, охлаждали (прекращая развитие проростков) и проводили измерение общей длины проростков (корней и ростков). Выдерживая семена в контакте с влажным песком различное время, построили для семян тритикале зависимость измеряемого насыпного объема в воде проросших семян от длины проростков (Фиг. 5). При суммарной длине проростков более 8500 мм линейная зависимость нарушается.
Таким образом, способ определения насыпного объема проросших семян в воде примерно в 3 раза позволяет увеличить предельную суммарную длину проростков 7,5 г семян тритикале, которая может быть измерена этим способом (с 3000 мм до 8500 мм), по сравнению с измерением насыпного объема сухих семян, что значительно увеличивает возможности способа.
Для удобства пересчета при проведении экспериментов данные «насыпной объем -длина проростков» представлены в виде таблицы (Табл. 1).
2
Таблица 1 - Зависимость насыпного объема проросших семян озимого тритикале сорт «Немчиновский 56» от длины проростков, определенная в цилиндре 100 мл с водой при воздействии на цилиндр с водой при внесении в него семян вибрации частотой 50 Гц с амплитудой 3-4 мм с последующим постукиванием цилиндром о стол (40 раз) при помещении на поверхность семян грузика 8 г с диаметром 26 мм, создавая давление на поверхность семян в цилиндре 1,3 г/см.
Пример 3
. Оценка стимулирующей способности препарата стимулятора
2
Для проращивания семян брали емкость с площадью 7850 мм, в нее насыпали 30 г дерново-подзолистой почвы влажностью 22-23% и равномерно разравнивали. На нее помещали 7,5 г семян озимого тритикале сорт «Немчиновский 56», располагая их по всей поверхности почвы. Затем сверху на семена насыпали еще 30 г дерново-подзолистой почвы влажностью 22-23% и разравнивали. После этого из мерной пипетки на поверхность дерново-подзолистой почвы равномерно (по каплям) подавали 15 г воды/водного раствора стимулятора. Приготовленные образцы помещали на 48 часов в воздушный термостат при 22°С, в котором поддерживали близкую к 100% влажность.
Затем проросшие семена с почвой из емкости переносили на сито с диаметром отверстий 2 мм и отмывали почву дистиллированной водой.
2
После удаления почвы семена переносили в цилиндр с водой объемом 100 мл с внутренним диаметром 28 мм. При этом на цилиндр оказывали вибрационное воздействие, заставляя его колебаться с частотой 50 Гц в вертикальной плоскости с амплитудой 3-4 мм. Насыпали проросшие семена в цилиндр постепенно, чтобы они оседали раздельно друг от друга. После этого на поверхность семян в цилиндре помещали грузик весом 8 г (в воде за вычетом веса вытесненной воды), создавая давление на поверхность семян в цилиндре 1,3 г/см. Постукивая мерным цилиндром о стол с высоты 1 см 30-40 раз, семена в цилиндре уплотняли и фиксировали насыпной объем. Опыты проводили в шестикратной повторности. Ошибка определения длины проростков не превышала 7%.
В качестве стимуляторов использовали препараты:
«Альбит» при рекомендуемом расходе 40 мл препарата на тонну семян при обработке семян раствором препарата при расходе раствора препарата 20 л на тонну семян;
Гумат калия (натрия), произведенный ООО НВЦ «Агротехнологии» (Россия) из бурого угля, проводя обработку семян раствором препарата концентрацией 10 г/л с расходом раствора препарата 20 литров на тонну семян;
Биофунгицид «Фитоспорин-М», проводя обработку семян раствором препарата с концентрацией 100 г/л с расходом раствора препарата 20 литров на тонну семян.
В качестве контроля использовали необработанные семена.
Результаты представлены в таблице (Табл. 2).
Таблица 2 - Увеличение насыпного объема проросших семян озимого тритикале сорт «Немчиновский 56» за 48 часов и рассчитанной по насыпному объему длины проростков при использовании в качестве стимуляторов различных препаратов на дерново-подзолистой почве.
V1=20 мл
Полученные данные свидетельствуют, что лучшей стимулирующей способностью из изученных препаратов обладает препарат «Альбит».
Из представленных примеров хорошо видно, что предлагаемая методика позволяет быстро и достаточно точно оценивать биологическую активность стимуляторов для прорастания семян.
Таким образом, предлагаемый способ, используя простую высокопроизводительную методику, позволяет оценивать биологическую активность стимуляторов для прорастания семян и решать задачу выбора препаратов-стимуляторов для предпосевной обработки семян.