Способ активации проращивания семян злаковых луговых трав
METHOD FOR ACTIVATING GERMINATION OF SEEDS OF CEREAL MEADOW GRASS

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности, к растениеводству и может найти применение для повышения всхожести семян, в селекции с использованием агробиотехносистем с искусственным освещением и расширении области применения гидротермального нанокремнезема, в технологиях получения пророщенных семян злаковых луговых трав для  здорового питания и при подсеве трав на кормовых угодьях сенокосов и пастбищ.
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 агробиотехносистемах. 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 в аналоге  рассматривают 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.
Известна  технология  применения светодиодных источников света в светокультуре  растений в теплицах и оранжереях которая даёт возможность длительного  постоянного облучения комбинированным светом с включением в световой поток полихромного освещения красного (СД КС), синего (СД СС) и зеленого (СД ЗС) светов  (Курьянова И.В., Олонина С.И. Оценка влияния различных спектров светодиодного светильника на рост и развитие овощных культур» Вестник НГИЭИ, 2017.№7(74) с.35-44).
Такие источники света  предлагаются многими производителями как  фитолампы.  Как правило, искусственное освещение для различных видов растений в теплицах исследуется только с точки зрения возможности повышения фотосинтеза на разных стадиях вегетативного и генеративного развития при вегетации конкретных растений в условиях защищенного грунта. При проращивании семян  и отсутствии сформированных листьев растений, как правило, подобранные фитолампы с определенными спектральными характеристиками малоэффективны,  а применяемые обычно на практике интенсивности потока фотонов, оказывают не стимулирующее, а ингибирующее действие на проращиваемые семена растений.
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).
Solanum tuberosum
2
2
2
.
Известно техническое решение, в котором растения картофеля (L.) сорта Жуковский ранний выращивали методом аэропоники в двух камерах фитотрона с преимущественным облучением растений светодиодами синего (λmax = 470 нм, СД СС) или красного света (λmax = 660 нм, СД КС) в области ФАР. В одной камере доля синего света при общей интенсивности облучения ФАР 400±28 мкМоль/ м с, составляла 293,6 мкМоль/ м с, в другой доля красного света — 262,0 мкМоль / м с (Ю.Ц.Мартиросян, Л.Ю.Мартиросян, А.А. Кособрюхов. Динамика фотосинтетических процессов в условиях переменного спектрального облучения растений. Сельскохозяйственная биология, 2019, том 54, №5, с.130-139)
Используя разные интенсивности освещения с преобладанием в спектрах  синей или красной составляющей светового потока,  авторы решали задачи понимания механизма приспособления растений в естественных условиях произрастания и о возможностях использования светодиодных источников   различного спектрального состава для светокультуры с учетом времени действия синей или красной составляющей спектра облучения. Полученные авторами,  данные можно применить только для картофеля в условиях фитотронов при использовании только полихромного освещения. Вопрос об использовании данного подхода с реализацией конкретного способа искусственного освещения, например для злаковых луговых трав, остается открытым.
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  спектры синего и красного освещения широкого диапазона 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 для других сельскохозяйственных культур. Это не позволяет применить приведенные данные авторов, например для злаковых луговых культур.
Технический результат
- расширение возможностей использования светодиодного освещения в варианте монохроматических спектров синего, зеленого и красного света в комбинации с обработкой перед проращиванием семян наночастицами кремнезема гидротермального происхождениядля повышения всхожести семян злаковых луговых трав,  продуктивности ростков при 10-суточном проращивании.
Техническое решение
2
2
заявленного объекта, заключается в том, что в отличие от прототипа,  семена злаковых луговых трав обрабатывают в приготовленном рабочем растворе водного золя гидротермального  нанокремнезема  с концентрацией наночастиц 0,0005% в течение 120 минут с последующим посевом  и проращиванием  в стандартных условиях при комнатной  температуре и увлажнении  семян с применением в качестве источников света монохроматического непрерывного освещения светодиодами синего света с длиной волны 440 нм (СД СС) или   светодиодами зеленого  света с длиной волны 525 нм (СД ЗС), или светодиодами красного света с длиной волны 660 нм (СД КС), при генерации фотонов низкой интенсивности в диапазоне 1,44 мкМоль / м с до 6,52 мкМоль / м с на уровне  подложки с семенами.
Способ осуществляют следующим образом:
Исследования проводили  с использованием экспериментального образца агробиотехносистемы - синерготрона с цифровым программным управлением основными параметрами среды (модель 1.01. конструкции  АНО «Институт стратегий развития», Москва).  В качестве объекта исследований взят представитель злаковых луговых трав – овсяница сорт Аллегро (селекция ФНЦ «ВИК им. В.Р.Вильямса»).
Для обработки семян овсяницы использовали гидротермальный нанокремнезем (ГНК), полученный очисткой от примесей термальной природной воды Мутновского месторождения в ООО  НПФ «Наносилика» (г. Петропавловск-Камчатский)  концентрированием наночастиц кремнезема ультрафильтрацией. Используемый в испытаниях исходный золь нанокремнезема  характеризовался исходной концентрацией по кремнезему 5,0%,  полидисперсностью  составляющих его  наночастиц с преобладанием  размеров 10-20 нм.  Исходный золь 5% ГНК разводили дистиллированной водой (из расчета 1 мл исходного золя  на 1000 мл воды) для приготовления 0,005%-ной концентрации рабочего раствора гидротермального нанокремнезема для обработки семян. Обработку семян проводили,  замачивая их в рабочем растворе в течение 120 минут.
2
2
2
2
2
Проращивание семян овсяницы проводили согласно ГОСТ 12038-84 с изменениями, а именно: вместо фильтровальной бумаги использовали подложку из минеральной ваты в виде пластин 10*20 см (200 см). Количество семян на каждый вариант испытаний 0,5 г, повторность трехкратная.  Полив проводили дистиллированной водой по мере подсыхания подложки. В качестве контроля 1 использовали проращивание семян овсяницы в темноте в соответствии с ГОСТ  12038-84, а контроль 2 -  проращивании семян с использованием стандартной выпускаемой промышленностью фитолампой (полихроматическое излучение при интенсивности 277,4 мкМоль / м с и соотношения синего к красному излучению как 1/3 как сравнение с прототипом) а  также 3 опытных варианта с монохроматическим светодиодным  низкоэнергетическим освещением синего (СД СС), зеленого (СД ЗС) и красного  (СД КС) света с длинами волн 440 нм, 525 нм и 660 нм и интенсивностью 6,53  мкМоль / м с, 1,44 мкМоль / м с  и 2,36 мкМоль / м с, соответственно.
На 10-е сутки  определяли  всхожесть семян в контрольном  вариантах 1 и 2  и опытных  вариантах,  измеряли  высоту, продуктивность проростков  в 3-х  повторностях.  Определяли среднее арифметическое всхожести и  измерение высоты и сырой биомассы 100 ростков.
Результаты испытаний реализации способа приведены в таблицах 1 и 2.
Применение предложенного способа с предварительной предпосевной обработкой семян овсяницы 0,005 % водным золем гидротермального нанокремнезема в течении 120 минут и использованием светодиодных источников  синего  (СД  СС),  зеленого (СД ЗС) и красного  (СД КС) света с длинами волн 440 нм, 525 нм и 660 нм, соответственно и с низкой интенсивностью при проращивании семян 10 суток при  непрерывном освещении позволяет повысить всхожесть на 9,1 %, 5,7 % и 6,7 %, соответственно, по отношению к контролю 2 при незначительном снижении всхожести от 0,5 % до 2,7 % по отношению к контролю 1 (табл.1).
Применение предложенного способа  с использованием светодиодных источников  синего  (СД  СС),  зеленого  (СД ЗС)  и красного  (СД КС) света с длинами волн 440 нм, 525 нм и 660 нм с низкой интенсивностью при проращивании семян 10 суток позволяет повысить высоту и продуктивность овсяницы на 56,6%, 85,5%, 55,3 % и 49,0%, 54,0%, 50,5%,  соответственно, относительно контроля 2  (сравнение с прототипом).   При  сравнении высоты и продуктивности по росткам (массы 100 ростков),   с применением предлагаемого способа в вариантах освещения СД СС, СД ЗС и СД КС в сравнении с проращиванием в темноте выявлено повышение роста для СД ЗС на 11,9 % при незначительном снижении роста проростков на 5,6% и 6,3% для вариантов СД СС и СД КС, соответственно.  При этом продуктивность для вариантов СД СС и СД ЗС повысилась на 10,5% и 14,2%,соответственно, при незначительном снижении на 7,9% для освещения СД КС (табл.2).
Таблица 1. Всхожесть (10-е сутки) семян овсяницы  (сорт Аллегро)
Вариант опыта
Всхожесть, %
Изменение всхожести относительно контроля 1,   %
Изменение всхожести относительно контроля 2,   %
Проращивание семян в темноте – контроль 1
74,8
-
+ 8,6
Проращивание семян на свету под фитолампой – контроль  2
68,9
- 8,6
-
Проращивание семян при постоянном освещении СД СС 440 нм,6,52 мкМоль / м<sup>2</sup> с
75,2
+ 0,5
+ 9,1
Проращивание семян при постоянном освещении СД ЗС 525 нм,1,44 мкМоль / м<sup>2</sup> с
72,8
- 2,7
+ 5,7
Проращивание семян при постоянном освещении СД КС 660 нм,2,36 мкМоль / м<sup>2</sup> с
73,5
- 1,7
+ 6,7
При этом, следует учитывать, что сравнение с проращиванием в темноте рассматривается как оценка со стандартом,  который характеризует оценочно силу семян по запасу питательных компонентов. Проращивание при низкоэнергетическом освещении монохроматическим светом СД СС, СД ЗС и СД КС позволяет реализовать возможность запуска первичного фотосинтеза и создать новое качество пророщенных семян по ускорению накопления фотосинтетических пигментов (хлорофиллы и каратиноиды) несущих биологическую активность и, соответственно, полезность в применении для здорового питания.  Комплексное сравнение показателей с использованием 2-х типов контроля – темновое проращивание и проращивание с использованием рекомендуемых промышленностью светодиодных фитосветильников с энергетическими характеристиками в сотню раз превышающими энергетические характеристики монохроматических источников СД СС, СД ЗС и СД КС позволило выявить возможности практической реализации нового технического решения в предлагаемом способе.
2
2
2
Таким образом, использование предлагаемого способа с применением низкоэнергетического излучения монохроматических светодиодных светильников СД СС, СД ЗС и СД КС (интенсивности излучения 6,23 мкМоль / м с ,  1,44 мкМоль / м с ,  2,36 мкМоль / м с, соответственно) при проращивании  семян злаковых луговых травпозволяет получать пророщенные семена с содержанием биологически активных компонентов – фотосинтетических пигментов для здорового питания и повысить всхожесть, продуктивность и использовать способ в селекции для получения биотипов растений различной  продуктивности.
Таблица 2. Высота  (см)  и продуктивность ростков  (масса 100 ростков, г) на 10-е сутки проращивания семян овсяницы (сорт Аллегро)
Вариант опыта
Высота ростков, см
Изменение высоты относительно контроля 1, %
Изменение высоты относительно контроля 2, %
масса 100 ростков, г<sup></sup>
Изменение массы 100 ростков относительно контроля 1, %
Изменение массы 100 ростков относительно контроля 2, %
Проращивание семян в темноте – контроль 1
12,6
-
+ 65,8
2,67
-
+ 34,8
Проращивание семян на свету под фитолампой – контроль  2
7,6
- 39,7
-
1,98
- 25,8
-
Проращивание семян при постоянном освещении СД СС 440 нм ,6,52 мкМоль / м<sup>2</sup> с
11,9
- 5,6
<b>+ 56,6</b>
2,95
<b>+ 10,5</b>
<b>+ 49,0</b>
Проращивание семян при постоянном освещении СД ЗС 525 нм,1,44 мкМоль / м<sup>2</sup> с
14,1
<b>+ 11,9</b>
<b>+ 85,5</b>
3,05
<b>+ 14,2</b>
<b>+ 54,0</b>
Проращивание семян при постоянном освещении СД КС 660 нм,2,36 мкМоль / м<sup>2</sup> с
11,8
- 6,3
<b>+ 55,3</b>
2,46
<b>- 7,9</b>
<b>+ 50,5</b>