Способ активации проращивания семян пшеницы
METHOD FOR ACTIVATION OF GERMINATING WHEAT SEEDS

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности, в растениеводстве, может найти применение для повышения всхожести семян, в селекции с использованием агробиотехносистем с искусственным освещением и расширении области применения гидротермального нанокремнезема в технологиях получения пророщенной пшеницы и микрозелени для диетического питания.
В России введен государственный стандарт определения всхожести семян сельскохозяйственных растений, где рассматривают условия проращивания семян и, как правило, в темноте с учетом факторов температуры и времени для оценки энергии проращивания и всхожести семян (ГОСТ 12038-84. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести. - М. Стандартинформ, 2011). Для семян, отзывчивых по проращиванию к свету, рассматривается в стандарте только естественное освещение. В соответствии с указанным ГОСТ, для семян мягкой и твердой пшеницы нормировано определять их всхожесть на 7 и 8 сутки, соответственно после посева при комнатной температуре (200 С).
Стандарты для проращивания семян при искусственном освещении на данный момент не существуют. 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 20 лет активно в практику сельскохозяйственной науки и биотехнологии входят агробиотехносистемы различных конструкций и модификаций, предназначенные для исследования процессов выращивания растений в контролируемых условиях. 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., Яковлева О.С., Знаменский А.И., Тараканов И.Г., Радченко С.Г., Лапач С.Н.. 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 агробиотехнотехносистемах. Сборник научных трудов. Выпуск 1 / Под редакцией проф. В.Н. Зеленкова – М.: Техносфера, 2018. - 208с. ISBN 978-5-94836-543-5).
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 агробиотехнотехносистемах. Сборник научных трудов. Вып. 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 техническое решение вопросов интенсификации роста растений салатной культуры только 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.
in vitro
Известно техническое решение, в котором растения картофеля облучают светодиодными источниками разного цвета (красного, синего, зеленого, белого) с различной интенсивностью (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 только одной изучаемой культуры при чередовании темноты и облучения светом разного спектра листьев картофеля в условиях фотосинтеза при его вегетации.
Наиболее 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-прототипа 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-прототипе авторы применяют не уточненные ими спектры синего и красного освещения без оценки влияния различных его участков и высокой энергетической составляющей 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 разную всхожесть семян. Это не позволяет применить приведенные данные авторов, например для зерновых культур, в частности для пшеницы.
Технический результат - расширение возможностей использования светодиодного освещения в варианте монохроматического спектра дальней области красного света в комбинации с обработкой перед проращиванием семян наночастицами кремнезема гидротермального происхождения для повышения энергии прорастания и всхожести семян пшеницы и для повышения качества проростков, а именно их высоты, продуктивности.
Техническое решение заявленного объекта заключается в том, что в отличие от прототипа, семена пшеницы до высева выдерживают в приготовленном перед обработкой рабочем растворе водного золя гидротермального нанокремнезема с концентрацией наночастиц 0,01 % в течение 2-х часов, после чего проводят посев в стандартных условиях по температуре и увлажнении семян с применением в качестве источника света моноспектральное освещение светодиодами дальнего красного света (СД ДКС) с длиной волны 730 нм и низкой интенсивностью пучка фотонов в 2 мкмоль м-2 с-1 на уровне подложки с семенами в течение всего времени проращивания.
Способ осуществляют следующим образом:
Пример. Для экспериментальной проверки способа в качестве зерновой культуры использовали озимую пшеницу сорта Немчиновская 24 (оригинатор сорта ФИЦ «Немчиновка»).
Для обработки семян пшеницы использовали гидротермальный нанокремнезем (ГНК), полученный ультрафильтрационным концентрированием и очисткой от примесей термальной природной воды с северного склона вулкана Мутновский в ООО НПФ «Наносилика» (г. Петропавловск-Камчатский). Используемый в испытаниях исходный золь нанокремнезема характеризовался исходной концентрацией по кремнезему 5,0%, полидисперсностью составляющих его наночастиц с преобладанием частиц размером 10-20 нм. Исходный золь 5 % ГНК разводили дистиллированной водой (из расчета 1 мл исходного раствора на 500 мл воды) для приготовления 0,01 %-ной концентрации рабочего раствора гидротермального нанокремнезема для обработки семян.
Обработку семян проводили, замачивая их в рабочем растворе в течение 2-х часов.
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 см2).
Количество семян 100 шт., повторность трехкратная. Масса 100 семян пшеницы сорта Немчиновская 24, использованных для посева, составляла 4.6 г. Полив проводили дистиллированной водой по мере подсыхания подложки. В качестве контроля использовали проращивание семян пшеницы в темноте в соответствии с ГОСТ 12038-84, которые перед посевом предварительно выдерживали в дистиллированной воде в течение 2-х часов, а в опытных вариантах проводили проращивание с дополнением узкополостных спектров излучения с низкой интенсивностью фотонов. Для этого использовали светодиодный источник дальнего красного света (СД ДКС) длиной волны 730 нм в режиме интенсивности генерируемого потока фотонов в 2 мкмоль м-2 с-1 на уровне подложки с семенами.
На 3-й день определяли энергию прорастания, а на 7-й день определяли всхожесть семян в опытном и контрольном вариантах и измеряли высоту ростков, их массу (для 100 ростков) в 3-х повторностях. Определяли среднее арифметическое по всхожести и измеренным метрическим показателям высоты и массы образцов.
Результаты испытаний реализации способа по параметрам проращивания семян приведены в таблице 1. В таблице 2 приведены метрические показатели ростков пшеницы по высоте, массе 100 ростков на 7-е сутки.
Таблица 1 - Энергия прорастания ( 3-и сутки, %) и всхожесть (7-е сутки, %) семян пшеницы озимой сорта Немчиновская 24 для вариантов контроля и в предлагаемом способе
Вариант опыта
Энергия, %
Увеличение энергии, %
Всхожесть, %
Увеличение всхожести, %
Проращивание семян в темноте в соответствии с ГОСТ 12038-84 - контроль
88
-
89
-
Обработка семян водным раствором 0,01% ГНК при освещенииСД ДК (740 нм) и интенсивности светового потока2 мкмоль м-2 с-1
95
+8,0
96
+7,9
Таблица 2. Количественные показатели качества ростков пшеницы озимой сорта Немчиновская 24 для вариантов контроля и предлагаемого способа
Вариант опыта
Высота ростков, см
Увеличение высоты ростков относительно контроля, %
Средняя масса 100 ростков пшеницы, г
Увеличение массы относительно контроля, %
Проращивание семян в темноте в соответствии с ГОСТ 12038-84 - контроль
10,4
-
6,0
-
Обработка семян водным раствором 0,01% ГНК при освещенииСД ДК (740 нм) иинтенсивности светового потока2 мкмоль м-2 с-1
<b>18,2</b>
<b>+75,0</b>
<b>13,0</b>
<b>+116,7 </b>
Полученные данные позволяют заключить, что проведение проращивания семян пшеницы озимой сорта Немчиновская 24 с предварительной предпосевной обработкой водным раствором 0,01% гидротермального нанокремнезема в течение 2-х часов с последующим проращиванием в варианте низкоэнергетического монохроматического освещения светодиодами дальнего красного света с длиной волны 730 нм, позволяет повысить энергию прорастания и всхожесть на 8,0 и 7,9 %, соответственно и увеличить высоту проростков и среднюю массу 100 семян на 75,0% и 116,7 %, соответственно.
Это может найти применение в селекционных работах, семеноводстве по отбору высокопродуктивных форм, отзывчивых на избирательное действие света и гидротермальный нанокремнезем, и в технологиях получения пророщенных семян растений и микрозелени для здорового питания.