СПОСОБ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН БОБОВЫХ ТРАВ
METHOD OF LEGUMINOSE GRASSES SEED PREPLANT TREATMENT

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к растениеводству, и может найти применение при подготовке семян к посеву.
Известен способ стимуляции прорастания семян путем обработки растений лучом лазера, с определением режимов облучения и одновременным контролем жизнедеятельности живых организмов. В известном способе для установления режима облучения определяют площадь освещаемой поверхности объекта в зависимости от геометрических параметров и угол рассеивания сформированного потока излучения гелий-неонового лазера с определением расстояния от центра рассеивания до облучаемого живого организма (патент №20055344, МПК А01G 7/04, опубликовано 22.12.1992 г.).
Недостатком данного способа является сложность определения режимов обработки в зависимости от геометрических параметров и угла рассеивания. Для облучения мелких семян способ малоэффективен.
Наиболее близким техническим решением является способ стимуляции, при котором семена обрабатываются лазером с длиной волны 632,8 нм (патент №2286037, МПК А01С 1/00, опубликовано 27.10.2006 г.). Однако воздействие на семена (в особенности твердые) лазером с такой длиной волны является недостаточно эффективным, поскольку излучение аппаратов, работающих в диапазоне видимого света, проникает в биоткани на меньшую глубину и уже на первых миллиметрах теряет свою когерентность и поляризованность.
Цель изобретения - повышение эффективности способа. Поставленная цель достигается тем, что семена подвергают однократному полифакторному облучению с частотой повторения импульсов 1000 Герц (Гц) и экспозицией 18-20 мин на расстоянии 1-1,5 см от объекта.
Способ осуществляется следующим образом.
Сухие семена бобовых трав облучают однократно на расстоянии 1-1,5 см с помощью магнито-инфракрасно-лазерного аппарата «РИКТА-05» в режиме «Стандарт» с частотой повторения импульсов 1000 Гц и экспозицией 18-20 минут. Такой режим облучения стимулирует процесс пробуждения семян и способствует реализации генетического потенциала.
Выбор частоты повторения импульсов при облучении (1000 Гц) объясняется тем, что при этой частоте возрастает стимулирующее воздействие на семена благодаря увеличению плотности потока мощности и плотности потока энергии. Это создает оптимальный температурный градиент для осуществления мембранного переноса и повышения потенциальной энергии клеток с образованием в тканях семян физиологически активных соединений.
Параметры облучения: расстояние от излучателя до объекта и временная экспозиция выявлены экспериментальным путем. При расположении излучателя на расстоянии 1-1,5 см от объекта потери энергии излучения в виде рассеивания при обработке семян минимальные, так как плотность потока мощности расходящегося оптического луча падает обратно пропорционально квадрату расстояния от излучателя до поверхности семян.
Экспозиция облучения 18-20 мин позволяет обеспечить достаточную дозу облучения, необходимую для теплового расширения цитоплазмы и мембранных каналов, стимуляции воздействия на мембранный клеточный обмен веществ, активизации ферментов.
Квантовое воздействие использует экологически чистые виды электромагнитных излучений и основано на использовании самых малых доз электромагнитных излучений. Это излучение представляет собой полифакторное, одновременное воздействие на биологические структуры объекта импульсного инфракрасного лазерного излучения, пульсирующего широкополосного инфракрасного излучения, красного излучения и постоянного магнитного поля и не сводится к простой суммации действия лазера в инфракрасном, красном диапазонах и магнитного поля.
Диапазон волн широкополосного пульсирующего инфракрасного излучения магнито-инфракрасно-лазерного аппарата составляет 800-900 нм. Энергия квантов здесь составляет 1,6 эВ. Однако некогерентный и неполяризованный широкополосный характер такого излучения обеспечивает полную безопасность воздействия на биоткани.
Пульсирующее широкополосное красное излучение аппарата с длинами волн 600-700 нм имеет чуть большую энергию квантов по сравнению с инфракрасной частью спектра (менее 2 эВ), также недостаточную для возникновения деструктивных процессов в тканях, но активизирующую фотобиологические процессы в семенах.
Постоянное магнитное поле аппарата с индукцией 35±10 мТл оказывает заметное потенцирующее влияние на все составляющие полифакторного излучения. Фотоэлектрический эффект усиливается постоянным магнитным полем. При этом генерируется энергия, совершающая, с одной стороны, безызлучательные переходы в межклеточных пространствах, а с другой стороны - способствующая созданию температурного градиента в структурах биообъекта. Кроме того, под влиянием магнитного поля увеличивается диэлектрическая проницаемость биополимеров, что способствует увеличению проникновения инфракрасного излучения вглубь семян.
Эффективность облучения семян бобовых трав была подтверждена серией опытов.
Пример 1. Облучали семена клевера лугового магнито-инфракрасно-лазерным аппаратом «Рикта-05» в режиме «Стандарт» с частотой повторения импульсов 1000 Гц при расположении излучателя на расстоянии 1 см от семян и временной экспозиции 18 мин. После облучения семена без отлежки проращивали в чашках Петри на фильтровальной бумаге, при постоянном температурном и световом режиме.
Пример 2. Облучали семена люцерны посевной магнито-инфракрасно-лазерным аппаратом «Рикта-05» в режиме «Стандарт» с частотой повторения импульсов 1000 Гц при расположении излучателя на расстоянии 1,5 см от семян и временной экспозиции 20 мин. После облучения семена без отлежки проращивали в чашках Петри на фильтровальной бумаге, при постоянном температурном и световом режиме.
В опытах определяли энергию прорастания, лабораторную всхожесть и подсчитывали количество твердых семян. Данные опытов представлены в таблице.
Определение показателей жизнеспособности семян клевера лугового и люцерны посевной в зависимости режимов облучения
Варианты опыта
Энергия прорастания, %
Всхожесть, %
Количество твердых семян, %
Клевер луговой
Люцерна посевная
Клевер луговой
Люцерна посевная
Клевер луговой
Люцерна посевная
Контроль
32
35
43
47
17
15
Прототип
58
56
53
50
15
14
Обработка семян на расстоянии 0,3-0,8 см, экспозиция 10-15 мин
73
75
82
81
11
12
Обработка семян на расстоянии 1,0-1,5 см, экспозиция 18-20 мин - предлагаемое
76
78
88
86
9
6
Обработка семян на расстоянии 2,0-2,5 см, экспозиция 25-30 мин
71
73
78
79
8
7
Полифакторное излучение потенцирует фотофизические и фотохимические процессы в тканях семян. Фотофизические реакции обусловлены преимущественно нагреванием тканей и безызлучательным распространением тепла в них. Фотохимические реакции связаны с перемещением электронов на разных орбитах атомов поглощающего вещества.
Основным фактором воздействия аппарата является импульсное инфракрасное лазерное излучение полупроводникового арсенид-галиевого лазерного диода с длиной волны 890 нанометров (нм), что соответствует большей глубине проникновения лазерного излучения в биологические ткани, поскольку для ближнего инфракрасного диапазона спектра биоткани обладают наибольшей оптической прозрачностью. Это излучение обладает монохроматичностью, пространственной и временной когерентностью и поляризованностью и благодаря этим свойствам оказывает мощное стимулирующее воздействие на мембранный клеточный обмен веществ, активизирует ферменты, синтез белка, повышает выработку АТФ. Оно не вызывает избыточных энергетических изменений, так как энергия кванта инфракрасного излучения, применяемого в аппарате, составляет порядка 1,5 электрон-вольт (эВ), при этом естественные процессы не нарушаются. В то же время этой энергии достаточно для стимуляции колебательных процессов в молекулах облучаемого вещества и активации электронного возбуждения атомов. При этом световая энергия почти полностью затрачивается на фотофизические реакции, то есть превращается в тепловую. Это вызывает тепловое расширение цитоплазмы и мембранных каналов, катализацию биологических процессов, изменение вязкоэластичных свойств плазмалеммы и внутриклеточных мембран. При этом температурный градиент, вызываемый излучением аппарата, весьма мал и не способен вызвать необратимые изменения клеточных структур, но достаточен для осуществления мембранного переноса и повышения потенциальной энергии клеток с образованием в тканях физиологически активных соединений.
Таким образом, оптимальный режим облучения создается частотой повторения импульсов 1000 Гц, временной экспозицией 18-20 мин и расположением излучателя на расстоянии 1-1,5 см от поверхности семян.