Способ криогенной обработки семян растений
METHOD OF CRYOGENIC TREATMENT OF SEEDS OF PLANTS

Изобретение 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 использовано в растениеводстве, овощеводстве, плодоводстве, зеленом строительстве, лесном хозяйстве.
Предварительная обработка семян перед посевом позволяет не только повысить урожайность, но и привить устойчивость семян к внешним неблагоприятным воздействиям.
Известны способы обработки растений, проводимые 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 (см. например, 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. Однако 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 климатических условиях Севера.
Известны способы долговременного хранения и стимуляции исходного материала для размножения семян путем замораживания (см. 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 (см. 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 10-35°С, может быть осуществлен с помощью охлаждающего устройства, обеспечивающего заданные температурные пределы.
Недостатками известных решений является низкая эффективность криогенной обработки семян, обусловленная, прежде всего, использованием оборудования, позволяющего омывать обрабатываемые семена только парами жидкого азота, т.к. в отдельных случаях требуется более длительная «холодовая» обработка.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение эффективности криогенной обработки семян.
Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в улучшении посевных качеств семян, полевой всхожести, повышении устойчивости растений к низким температурам и связанных с этим заболеваниям, в результате более интенсивной криогенной обработки семян растений.
0
C
ЖА
0
C
ЖА
Для решения поставленной задачи способ криогенной обработки семян растений, включающий охлаждение семян до отрицательных температур и последующее хранение или отогрев перед посевом при температуре 25-35°С, при этом охлаждение семян выполняется посредством устройства для обработки жидким азотом, содержащего камеру для обработки в виде герметичного короба с теплоизолированными стенками и крышкой с отверстием для подачи жидкого азота, закрываемого съемной пробкой, внутренние ячейки, сформированные посредством перфорированных стенок с установленными в них термодатчиками для температурного наблюдения, и съемные контейнеры с перфорированным корпусом, включает загрузку контейнеров сухими семенами растений, предварительно упакованными в хлопчатобумажные мешочки, и их установку в ячейки, последующее наполнение камеры жидким азотом и охлаждение семян при температуре точки кипения жидкого азота и выдержке согласно предварительно разработанной для конкретного растения программы криогенной стимуляции всхожести семян и развития проростков, условно определяемой дозой температурного воздействия, равной TДО=t+(k-1)Т, в °С*сут, где ТДО – температурная доза охлаждения («холодового» воздействия); t – средняя начальная температура в первые сутки выдержки, экспериментально установлена на уровне минус 176,5°С; k – количество суток выдержки семян при охлаждении до отрицательных температур, сут; Т – температура кипения жидкого азота, °С, принимаемая для расчетов равной минус 195,0°С. После чего выполняют предусмотренные программой криогенной обработки переупаковку, хранение и/или отогрев, посев семян.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».
Совокупность признаков обеспечивает решение заявленной технической задачи, а именно повышение эффективности криогенной обработки семян посредством жидкого азота при использовании относительно простого по конструкции охлаждающего устройства.
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».
Для выполнения заявленного решения используют установку, которая 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 с перфорированным корпусом и ручкой для снятия и установки в условленное место в ячейке 4 (см. фигуру 1).
Способ криогенной обработки семян растений с использованием заявленной установки, которая позволяет дозировать количественно интенсивность обработки семян отрицательными температурами, характерными для жидкого азота, осуществляется 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, 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.
Контроль за уровнем содержащегося в камере жидкого азота осуществляется известными способами, например посредством стеклянной палочки, используемой, в данном случае, в качестве щупа, который вставляют в загрузочное отверстие 3 до контакта с жидким азотом. При необходимости жидкий азот доливают до верхнего уровня стенок ячеек 4.
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°С.
После обработки контейнеры 7 с семенами выгружаются из ячеек 4, из них извлекаются мешочки с семенами. Далее обработанные семена переупаковывают и направляют, например, на хранение, осуществляемое известными способами (основные условия при этом: температура в среднем 14°С, влажность воздуха не более 50%, обеспечение неполного поступления воздуха). Перед посевом семена могут пройти предварительную подготовительную обработку, например прогревом в горячей водяной ванне в полиэтиленовых пакетиках или на воздухе при температуре 25-35°С.
В известных решениях количественную величину «холодового» воздействия на семена характеризуют ступенчатыми (дискретными) образами типа: «семена охлаждали в парах жидкого азота в течение 30 минут…». В данном случае предложен непрерывный интегральный метод учета величины «холодового» воздействия на семена растений, основанный на вычислении температурной дозы охлаждения.
В научных целях для получения экспериментальных данных строится диаграмма изменения температуры по времени, где можно определить температурную дозу охлаждения (ТДО), измеряемую в условных единицах (°С*сут). Таким образом, предварительно могут быть установлены оптимальные для стимуляции режимы криогенной обработки семян для конкретного вида растения.
Экспериментально установлено, что в процессе криогенной обработки наблюдается переменный характер изменения температуры, в частности, на стадии охлаждения в 1-е сутки при интенсивном охлаждении за счет испарения жидкого азота средняя температура в камере составляет около минус 176,5°С*сут. 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 1 сутки (ТДО = -176,5°С*сут), а у перца сорта «Богатырь» - приближенно 5 суток (ТДО = -956,5°С*сут). При этом на скорость роста криогенная обработка влияет иначе: для обоих видов экспериментальных растений достаточна выдержка в течение 5 суток (см. таблицу 3).
Таким образом, предлагаемая установка для криогенной стимуляции всхожести семян растений имеет следующие преимущества по сравнению с известными устройствами:
- простота конструкции, состоящей из герметичного короба, снабженного датчиками для температурного наблюдения, например, в целях исследовательских работ, включающей внутренние перфорированные стенки ячеек и съемные контейнеры для размещения семян, что в совокупности способствует более эффективной криогенной обработке и экономичному, контролируемому расходованию жидкого азота, загружаемого в камеру охлаждения простой заливкой через отверстие в крышке;
- возможность количественного дозирования интенсивности воздействия холодом на семена растений через измерение температурной дозы охлаждения;
- 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
Температурная доза охлаждения, °С*сут
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
-176,5
32
22
68,75
17,6
2 сутки
-371,5
20
10
50
16,5
3 сутки
-566,5
27
16
59,26
16,3
5 суток
-956,5
22
12
54,54
17,6
Таблица 2
Влияние криогенной обработки на всхожесть семян и скорость развития проростков перца сорта «Богатырь»
Выдержка при охлаждении
Температурная доза охлаждения, °С*сут
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
-176,5
40
29
72,5
10,25
2 сутки
-371,5
34
27
79,41
10,25
3 сутки
-566,5
42
30
71,43
9,60
4 сутки
-761,5
37
24
64,86
10,00
5 суток
-956,5
46
41
89,13
10,30
Таблица 3
Оптимальные режимы криогенного воздействия на семена экспериментальных растений
№№п/п
Вид растения и сорт
Температурная доза охлаждения, °С*сут
Выдержка при охлаждении, сут
1
Томат сорта «Титан»
-176,5
1
2
Перец сорта «Богатырь»
-956,5
5