Применение метода микрофокусной рентгенографии для контроля качества семян плодовых культур

УДК 634.1: 535-34

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА МИКРОФОКУСНОЙ РЕНТГЕНОГРАФИИ ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СЕМЯН ПЛОДОВЫХ КУЛЬТУР

Е.П. БЕЗУХ, канд. с.-х. наук; Н.Н. ПОТРАХОВ1, доктор техн. наук; В.Б. БЕССОНОВ1, канд. техн. наук

1Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова

Представлены результаты исследований по изучению жизнедеятельности семян плодовых культур методом микрофокусной мягкой рентгенографии. Опыт заложен в 2015-2016 гг. Изучаемые семена яблони, груши, сливы, алычи и вишни в количестве 1500 шт. подвергались рентгеновскому облучению на аппарате ПРДУ-02. В результате проведенных исследований выявлено, что методом микрофокусной мягкой рентгенографии можно определить внутренние скрытые дефекты семян плодовых растений, которые незаметны снаружи. В частности выявлены такие дефекты как невыполненность или недовыполненность семян, отставание эндосперма от оболочки, травмированность внутренних органов, поражение эндосперма гнилями и вредителями, прорастание семян. По ходу проведенных работ сделаны следующие выводы: микрофокусная рентгенография позволяет оперативно отобрать выполненные и не пораженные вредителями семена с целью использования их для последующего посева, результаты рентгенографического анализа семян яблони и груши совпадают с результатами их проращивания, а это значит, что метод может быть применен для определения жизнеспособности семян. Микрофокусная мягколучевая рентгенография семян плодовых культур имеет ряд преимуществ перед существующими традиционными методами: быстрота исполнения, большая информативность, анализируемый материал полностью сохраняется для дальнейшей работы. Этот метод особенно эффективен при анализе малого количества семян как в питомниководстве, так и в селекции плодовых культур.

Ключевые слова: семена яблони, груши, сливы, алычи и вишни; микрофокусная рентгенография; качество семян.

APPLICATION OF MICROFOCUS X-RAY DIFFRACTION FOR QUALITY CONTROL OF FRUIT CROP SEEDS

E.P. BEZUKH, Cand Sc

1 Saint Petersburg State Electrotechnical University "LETI" them. V.I. Ulyanov

The paper describes the research results of fruit crop seeds activity by the method of microfocus soft x-ray diffraction. Experiment was laid in 2015-2016. The studied seeds of apple, pear, plum, and cherry trees in the amount of 1500 pieces were subjected to x-ray irradiation by the mobile X-ray unit ПРДУ-02. The study revealed that the soft X-ray microfocus method allows determining the internal latent defects in the seeds of fruit plants, even if they appear undamaged. In particular such defects as undersize or under-plumpness of seeds, endosperm detachment from the seed coat, the injury to internal organs, infestation of endosperm with rot and pests, and seed germination were identified. In the course of this work the following conclusions may be made: the method of soft microfocus X-ray diffraction allows determining the defects in

the internal structure of fruit crops seeds, and quickly picking the good-sized seeds, unaffected by pests, in order to use them for future planting. The results of X-ray analysis of apple and pear seeds compile with the results of their germination. This means that the method can be used to determine the viability of seeds. This method has several advantages over existing conventional methods: the speed of execution, greater information content, and the analyzed material is fully retained for further work. This method is particularly effective in analyzing the small amounts of seeds in both fruit crops nurseries and fruit crops breeding.

Key words: seeds of apple, pear, plum, alycha and cherry; microfocus X-ray; seed quality.

ВВЕДЕНИЕ

Практика показывает, что за счет повышения качества высеваемых семян можно повысить продуктивность получаемых из них подвоев на 20%. Высококачественные семена обладают высокой энергией прорастания, высокой всхожестью, отличной силой роста и высокой продуктивностью растений, из них выросших. Посевные качества определяют после заготовки семян, перед их стратификацией и перед посевом не менее трех раз для каждой партии. К дефектным семенам относят семена недоразвитые (щуплые, мелкие); проросшие, раздавленные, разрезанные и голые; поврежденные вредителями, загнившие. Есть такое понятие как жизнеспособность семян - это отношение количества живых семян к общему количеству семян, взятых для определения, выраженное в процентах. Существует три метода оценки жизнеспособности семян: органолептический, химический и ускоренного проращивания. Органолептическая оценка основана на внешних признаках семян. Этот метод применяют при предварительной оценке. Семена должны быть хорошо выполненными, зрелыми, нетравмированными, неповреждёнными вредителями и не заражёнными грибной или иной инфекцией все эти свойства лишь частично могут быть диагносцинированны по внешнему виду. В основном же качественные показатели семян обусловлены состоянием внутренней структуры.

При химических методах определения жизнеспособности зародыши нестратифицированных семян окрашивают 0,05%-ным водным раствором индигокармина.

Более совершенным является тетразоловый способ окрашивания, который позволяет получить показатели жизнеспособности семян, близкие к их всхожести в лабораторных условиях.

Распространенным методом оценки качества семян является определение их всхожести путем проращивания в лабораторных условиях, метод прост, но продолжительность проведения анализа и потеря пророщенных семян отрицательно влияют на малые партии, также невозможно провести экспресс оценку качества семян. Все известные методы определения жизнеспособности семян носят разрушительный характер по отношению к проанализированным семенам.

Однако существует метод микрофокусной мягколучевой рентгенографии. Метод позволяет, не разрушая структуру семени, рассматривать детали его внутреннего устройства и их дефекты: аномалии развития, механические повреждения, поврежденность насекомыми и грибами. Характерно, что за счет низких показателей напряжения на рентгеновской трубке, применяемые при съемках, исключается вредное воздействие рентгеновского излучения на семена.

Рентгенография используется для анализа качества семян сельскохозяйственных культур [1, 2, 3], овощных культур [4], в виноградарстве [5], плодовых декоративных культур [6], зимних прививок яблони [7].

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Все исследования были выполнены в лаборатории ЗАО «ЭЛТЕХ-Мед» ЛЭТИ Санкт-Петербургского электротехнического университета в 2015-2016 гг. В опытах было задействовано 1500 шт. семян яблони, груши, сливы, алычи и вишни. Срок выполнения исследований март. Семена не были застратифицированными. Повторность опытов 3-х кратная по 100 семян в повторности. Размещение вариантов рандомизированное.

Рентгенографический контроль был проведен на стационарной рентгеновской установке. Стационарная рентгеноустановка представлена ПРДУ-02. ПРДУ состоит из рентгенозащитной камеры, источника излучения и пульта управления рентгеновским излучением. Внешний вид установки ПРДУ-02 представлен на рис. 1.

ÜUi^.f*«  ♦ • «

Рис. 1. Внешний вид установки ПРДУ-02

Диапазон изменения анодного напряжения - 5...50 кВ, диапазон изменения анодного тока - 20.200 мкА. Основным достоинством установки ПРДУ-02 является малый размер фокусного пятна рентгеновской трубки (менее 50 мкм), который сохраняется в широком диапазоне анодных напряжений, что позволяет получать для различных объектов изображения удовлетворительного качества с увеличением до 50 раз. В качестве цифрового приемника излучения используется пластина с фотостимулируемым люминофором. Рентгенозащитная камера снабжена дверью для загрузки объектов съемки. Органы управления (кнопки и ЖК-дисплей) вынесены на переднюю панель камеры. Внутри

108

рентгенозащитной камеры располагается моноблок источника рентгеновского излучения. Управление источником излучения осуществляется с помощью микропроцессорного устройства. Выбор режимов съемки: напряжения, тока и времени экспозиции производится нажатием на соответствующую кнопку. Информация об установленных режимах, готовности к работе и окончании съемки, а также о возможных неисправностях источника излучения выводится на ЖК-дисплей. Предусмотрена возможность управления источником излучения от внешнего ПК. Дверь рентгенозащитной камеры снабжена блокировкой, отключающей высокое напряжение на трубке при открывании. Внутри рентгенозащитной камеры располагается столик для размещения объектов съемки и пластины с фотостимулируемым люминофором. На внутренних боковых стенках рентгенозащитной камеры закреплено несколько рядов опор на разной высоте от дна с целью размещения столика для образцов и выбора, тем самым, коэффициента увеличения изображения. Пластина с фотостимулируемым люминофором располагается на дне рентгенозащитной камеры.

Оценку качества семян плодовых культур осуществляли на основании существующего ГОСТа [8, 9]. Статистическую обработку результатов исследований осуществляли методом дисперсионного анализа [10].

Цель настоящей работы - проведение рентгеноскопического анализа для определения качества семян яблони, груши, сливы, алычи и вишни на Северо-Западе России.

Рентгенографический метод оценки качества семян позволяет выявить хорошо развитые и полностью сформированные семена без их разрушения. Обнаружено, что нередко выполненные, хорошо сформированные семена имеют значительные дефекты, связанные с повреждениями вредителями.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

В результате проведенного анализа установлено, что ряд исследуемых семян имели скрытые дефекты. Дефектные семена были классифицированы и включены в четыре группы: семена, недовыполненные и пустотелые, семена с отслоением оболочки, семена, имеющие механические повреждения, загнившие семена. Поврежденные семена, как и здоровые, представлены на следующих рисунках 1, 2, 3, 4, 5.

ж

а б в г д е

Рис. 1. Рентгенограмма семян яблони сорта Антоновка обыкновенная: а- здоровое семя; б - семя с отслоением оболочки; в - семя с недоразвитым зародышем; г - проросшее семя; д - загнившее семя; е - травмированное семя; ж - пустотелое семя;

з - семя с дефектами эндосперма.

а б в г д е ж з

Рис. 2. Рентгенограмма семян яблони сорта Ладога: а - здоровое семя; б - семя с отслоением оболочки; в и г - семя с недоразвитым зародышем; д - загнившее семя; е - семя с дефектами ростка; ж - семя с дефектами эндосперма;

з - щуплое семя.

а б в г д е ж з и

Рис. 3. Рентгенограмма семян груши: а - здоровое семя; в - семя с отслоением оболочки; в - семя с недоразвитым зародышем; г - семя с дефектами ростка; д - пустотелое семя; е - семя с признаками загнивания эндосперма; ж - вредитель в семени; з - загнивание семени; и - семя с признаками

загнивания ростка.

а б в г

Рис. 4. Рентгенограмма семян вишни: а - здоровое семя; б - семя с признаками отставания от оболочки; в - пустотелое семя;

г - семя без оболочки.

а б в г д е

Рис. 5. Рентгенограмма семян сливы:

а - здоровое семя; б - семя с признаками отставания от оболочки; в - пустотелое семя; г - семя с признаками загнивания зародыша; д - прорастающее семя; е - семя с двумя

зародышами.

Дефекты семян были классифицированы и представлены в процентах в табл. 1.

Таблица 1

Дефекты семени плодовых культур и их количество, в %.

Дефекты семени Культура

яблоня груша слива алыча вишня

Невыполненность эндосперма 2 12 4 2 2

Отслоение оболочки семян 2 1 2 2 2

Травмированность 1 2 2 0 1

Загнивание 2 1 5 2 5

Характерно, что дефекты семян по яблоне обеих сортов распределились примерно поровну, а по груше 12 % семян имели явно выраженную невыполненность или пустотелость.

Примечательно, что число полноценных семян (по микрофокусной рентгенографии) и нормальных ростков (по результатам лабораторного проращивания), почти совпали по всем пяти образцам (табл.2).

Таблица 2

Жизнеспособность семян плодовых культур определенная различными методами, в %

Метод Культура

определения жизнеспособности яблоня груша слива алыча вишня

семян

Лабораторное проращивание 92 85 87 93 89

Микрофокусная рентгенография 93 84 87 94 90

Следовательно, рентгенографический анализ может быть успешно применен для определения жизнеспособности семян плодовых культур.

ВЫВОДЫ

1. Метод мягколучевой микрофокусной рентгенографии позволяет определить дефекты внутренней структуры семян плодовых культур.

2. Микрофокусная рентгенография позволяет оперативно отобрать выполненные и не пораженные вредителями семена с целью использования их для последующего посева.

3. Результаты рентгенографического анализа семян яблони и груши совпадают с результатами их проращивания, что подтверждает возможность его применения для определения жизнеспособности семян.

4. Микрофокусная мягколучевая рентгенография семян плодовых культур имеет ряд преимуществ перед существующими традиционными методами: обладает быстротой

исполнения, имеет большую информативность, анализируемый материал полностью сохраняется для дальнейшей работы.

5. Метод микрофокусной рентгенографии определения качества семян особенно эффективен при анализе их малого количества как в питомниководстве, так и в селекции плодовых культур.

ЛИТЕРАТУРА

1. Дерунов И.В. Рентгенографическое исследование семян различных сельскохозяйственных культур и продуктов их переработки: Дис. ... канд. биол. наук: 06.01.03: СПб., 2004. - 116 с. РГБ ОД, 61:04-3/1444

2. Архипов М.В., Потрахов Н.Н. Микрофокусная рентгенография растений. - СПб.: Технолит, 2008. - 194 с.

3. Архипов М.В., Демьянчук А.М., Гусакова Л.П., Великанов Л.П., Алферова Д.В. Рентгенография растений при решении задач семеноведения и семеноводства //Известия СПбГАУ. - 2010. - №19. - С. 36-40.

4. Рентгенографический анализ качества семян овощных культур: метод. указания/ отв. сост. к. с.-х. н. Ф.Б. Мусаев. - СПб.: Изд-во СПБГЭТУ «ЛЭТИ», 2015. - 42 с.

5. Рентгенография в виноградарстве: метод. указания/ сост.: Н.Н. Потрахов, М.А. Никольский, А.Ю. Грязнов, К.К. Жамова, Н.Е. Староверов. - СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2015. - 53 с.

6. Староверов Н. Е., Грязнов А.Ю., Жамова К.К., Ткаченко К.Г., Фирсов Г.А. Применение метода микрофокусной рентгенографии для контроля качества плодов и семян репродуктивных диаспор// Биотехносфера. - 2015. - № 6 (42). - С. 16-19.

7. Безух Е.П., Потрахов Н.Н., Бессонов В.Б. Микрофокусная рентгенография для оценки качества выполнения зимних прививок плодовых культур/ Плодоводство и ягодоводство России. - 2016. - Т. 44. - С. 106-112.

8. ГОСТ 13204-91 Семена косточковых и семечковых древесных пород. - М., Комитет стандартизации и метрологии СССР. - 1991. - 15 с.

9. ГОСТ 13056.1-67 Семена деревьев и кустарников. Правила отбора образцов и методы определения посевных качеств семян. - М.: Издательство стандартов, 1988. - 40 с.

10. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. - М.: Агропромиздат, 1985. - 351 с.

УДК 631.5:633.581.14

ПОДДЕРЖАНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ЗНАЧЕНИЙ КИСЛОТНОСТИ И ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ ПИТАТЕЛЬНОГО РАСТВОРА В РАБОЧЕМ ЦИКЛЕ СВЕТОКУЛЬТУРЫ САЛАТА

А.Е. МАРКОВА, канд. с.-х. наук; А.П. МИШАНОВ; С.А. РАКУТЬКО, д-р техн. наук; Е.Н. РАКУТЬКО

В статье рассмотрены вопросы изменения кислотности (рН) и электропроводности (ЕС) питательного раствора, для выращивания растений салата сортотипа «Батавия» в культивационных