Способ активации проращивания семян томата гидротермальным нанокремнеземом
METHOD FOR ACTIVATION OF TOMATO SEEDS GERMINATION WITH HYDROTHERMAL NANOSILICA

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к растениеводству, и может найти применение для предпосевной обработки семян томата как активатора проращивания семян, повышения энергии прорастания, всхожести, роста и продуктивности ростков для селекции и в биотехнологиях получения пророщенных семян и ростков для здорового питания.
В последние годы в нанобиотехнологии для практики сельского хозяйства активно исследуются воздействия наночастиц различного происхождения для активации роста растений. Одним из перспективных направлений для использования в сельском хозяйстве является изучение воздействия наночастиц кремнезема на основе гидротермальных вод, что придает этому направлению высокий уровень экологичности разрабатываемых биотехнологий и препаратов на основе этого вида наночастиц.  Известно воздействие гидротермального нанокремнезема на выращивание  редиса в открытом грунте (Зеленков В.Н., Иванова М.И., Потапов В.В., Литвинов С.С. Опыт применения гидротермального нанокремнезема в технологии выращивания редиса в условиях открытого грунта в осенний период в Московской области // 10-я научно-практическая конференция «Анапа-2018», 3-7 сентября 2018, Анапа, Россия, с.98-101. KZ 20922 A4, 16.03.2009)  и проращивание его семян (патент РФ  № 2747294. Опубл. Бюл. № 13. 04.05.2021).  Выявлены также эффекты воздействия гидротермального нанокремнезема на целый ряд и других сельскохозяйственных культур:  сахарной свеклы (Патент РФ 2747292, 04.05.2021. Бюл. № 13), клевера (Патент РФ 2741109, 22.01.2021. Бюл. № 3), пшеницы (Патент РФ 2744865, 16.03.2021. Бюл. № 8), нуга (Патент РФ 2748073, 19.05.2021. Бюл. № 14), рапса (Патент РФ 2748075, 19.05.2021. Бюл. № 14), сои (Патент РФ 2748077, 19.05.2021. Бюл. № 14), злаковых и бобовых луговых культур (Патент РФ 2748072, 19.05.2021. Бюл. № 14. Патент РФ 2748076, 19.05.2021. Бюл. № 14).
Известно, что специфичность воздействия наночастиц на различные растительные культуры связана с особенностями генетического аппарата растений, а также существенную роль играют особенности структуры их семян и их химический состав. Для сельскохозяйственной культуры томата наиболее близким по  техническому решению известно действие гидротермального нанокремнезема на продуктивность томата связанной с некорневой обработкой растений, что способствует защите растений от мучнистой росы по сравнению с контролем и повышает эффективность защиты листьев растений и экологичность обработки  по сравнению с действием химических    пестицидов (Патент РФ 2646058, 01.03.2018. Бюл. № 7).
В известном техническом решении обработка томата гидротермальным нанокремнеземом проведена путем мелкокапельного распыления по листу вегетирующих растений водным золем нанокремнезема концентрации 0,05 %, что не позволяет утверждать об эффективности этой и других концентраций нанокремнезема для обработки семян томата в условиях их проращивания.
Технический результат
-  расширение возможностей использования водных золей природного нанокремнезема гидротермального происхождения и определенных его концентраций для повышения энергии прорастания, всхожести семян томата, активации роста, продуктивности, качества ростков для здорового питания, предпосевной обработки семян для теплиц и открытого грунта, а также для селекции при получении новых биотипов растений, отзывчивых на наноразмерный кремнезем.
Техническое решение
заявленного объекта заключается в том, что используют для обработки томата гидротермальный нанокремнезем в виде водного золя с полидисперсностью составляющих его наночастиц с преобладанием размеров 10-20 нм и обработку ведут путем замачивания семян в течение 2 часов с использованием рабочих растворов гидротермального нанокремнезема в диапазоне концентраций 0,0005%-0,1 %, проращивание семян осуществляют при комнатной температуре 22°С с поддержанием их увлажнения водой.
Способ реализуют следующим образом:
Для экспериментальной проверки способа использовали  сельскохозяйственную  культуру томата, сорт Волгоградский 5/95.
Для обработки семян томата применяли гидротермальный нанокремнезем (ГНК), полученный очисткой от примесей термальной природной воды Мутновского месторождения в ООО  НПФ «Наносилика» (г. Петропавловск-Камчатский)  и концентрированием наночастиц кремнезема ультрафильтрацией. Используемый в испытаниях исходный золь нанокремнезема  характеризовался исходной концентрацией по кремнезему 2,5 %,  полидисперсностью  составляющих его  наночастиц с преобладанием  размеров 10-20 нм.
2
Для обработки семян исходный золь ГНК разводили дистиллированной водой до рабочих концентраций от 0,1 до 0,0005% по кремнезему Гидротермальный нанокремнезем обладает высокой биохимической активностью, высокой скоростью проникновения в семена растений, высокой сорбционную емкостью за счет размеров частиц кремнезема и их площади поверхности до 500 см/г. В приготовленном рабочем растворе гидротермального кремнезема отсутствуют токсические вещества, что придает предлагаемому решению более высокую экологичность и биодоступность для семян, в частности, к эндосперму и позволяет интенсифицировать процесс проращивания семян в темноте для решения различных биотехнологических и селекционных задач.
Реализация способа приведена в нижеприведенных примерах.
Пример 1.
Для приготовления рабочего раствора ГНК концентрации 0,1 % исходный золь нанокремнезема концентрации 2,5 %, вводили из расчета 20 мл ГНК в 480 мл дистиллированной воды и перемешивали при комнатной температуре.
2
Семена томата сорта Волгоградский 5/95 обрабатывали полученным рабочим раствором, выдерживая их в растворе в течение 2 часов. В качестве контроля проводили обработку семян дистиллированной водой, выдерживая их в ней в течение 2 часов. Далее размещали семена растений по 0,3 г на вариант испытаний на блоки минеральной ваты размерами 20х20 (400 см). Для каждого варианта обработки семян водными золями ГНК проводили по 3 повторности для каждой концентрации ГНК. Термостатирование семян томата в процессе проращивания проводили при поддержании увлажнения минеральной ваты дистиллированной водой.
Проращивание семян томата осуществляли в темноте в соответствии с ГОСТ 12038-84 («Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести». - М.: Стандартинформ, 2011).
Через 5 дней определяли энергию прорастания, а через 10 дней определяли всхожесть семян в опытных  и контрольном вариантах и измеряли  высоту ростков 5- и 10-дневного проращивания, их продуктивность (средняя масса 100 ростков) на 10-й день в 3-х  повторностях.  Определяли среднее арифметическое по энергии прорастания, всхожести, высоты и продуктивности ростков томата.
Для проверки биологической активности полученных проростков томата определяли суммарную антиоксидантную активность (САОА) ростков. САОА определяли кулонометрическим методом (в пересчете на г рутина на 100 г сухого образца (с.о.) в соответствии с МВИ-01-00669068-13  (Зеленков В.Н., Лапин А.А. Суммарная антиоксидантная активность. Методика выполнения измерений на кулонометрическом анализаторе. ВНИИ овощеводства. Верея. Московской обл., 2013, 19 с).  Данная методика позволяет говорить не только об антиоксидантной активности но и об антирадикальной активности, поскольку в основе метода положен методический подход генерации радикалов брома с последующим титрованием (с использованием кулонометрии) активных радикалов-окислителей водными экстрактами ростков из разных вариантов проверки предлагаемого способа.
Пример 2.
Для приготовления рабочего раствора ГНК концентрации 0,05 % использовали 250 мл рабочего раствора ГНК концентрации 0,1 % (см. пример 1), который разводили дистиллированной водой до объема 500 мл при перемешивании при комнатной температуре.
Обработку полученным раствором ГНК семян томата сорта Волгоградский 5/95 проводили аналогично приведенной схеме в примере 1.
Пример 3.
Для приготовления рабочего раствора ГНК концентрации 0,01% использовали 100 мл рабочего раствора ГНК концентрации 0,05% (см. пример 2), который разводили дистиллированной водой до объема 500 мл при перемешивании при комнатной температуре.
Обработку полученным раствором ГНК семян томата сорта Волгоградский 5/95 проводили аналогично приведенной схеме в примерах 1,2.
Пример 4.
Для приготовления рабочего раствора ГНК концентрации 0,005% использовали 250 мл рабочего раствора ГНК концентрации 0,01% (см. пример 3), который разводили дистиллированной водой до объема 500 мл при перемешивании при комнатной температуре.
Обработку полученным раствором ГНК семян томата сорта Волгоградский 5/95 проводили аналогично приведенной схеме в примерах 1,2,3.
Пример 5.
Для приготовления рабочего раствора ГНК концентрации 0,001% использовали 100 мл рабочего раствора ГНК концентрации 0,005% (см. пример 4), который разводили дистиллированной водой до объема 500 мл при перемешивании и комнатной температуре.
Обработку полученным раствором ГНК семян томата сорта Волгоградский 5/95 проводили аналогично приведенной схеме в примерах 1,2,3,4.
Пример 6.
Для приготовления рабочего раствора ГНК концентрации 0,0005% использовали 250 мл рабочего раствора ГНК концентрации 0,001% (см. пример 5), который разводили дистиллированной водой до объема 500 мл при перемешивании и комнатной температуре.
Обработку полученным раствором ГНК семян томата сорта Волгоградский 5/95 проводили аналогично приведенной схеме в примерах 1, 2, 3, 4, 5.
Результаты испытаний реализации способа приведены в таблицах 1 и 2.
Таблица 1 Влияние водных золей ГНК на энергию прорастания (в %, 5 суток после посева) и всхожесть семян томата сорт Волгоградский 5/95 (в % через 10  суток после посева)
Варианты опытов, % ГНК
Энергия, %
Изменение энергии относит. контроля,   %
Всхожесть,%
Изменение всхожести относит. контроля,   %
контроль
65,4
-
72,3
-
0,0005 %
68,2
<b>4,3</b>
76,1
<b>5,3</b>
0,0001 %
68,6
<b>4,9</b>
77,3
<b>6,9</b>
0,005 %
70,2
<b>7,3</b>
81,4
<b>12,6</b>
0,001 %
70,6
<b>8,0</b>
82,2
<b>13,7</b>
0,05 %
72,3
<b>10,6</b>
84,3
<b>16,6</b>
0,1 %
70,0
<b>7,0</b>
80,0
<b>10,7</b>
Таблица 2. Высота  (см) растений через 5, 10 суток и продуктивность ростков  (масса 100 ростков, г) через 10 суток проращивания семян томата (сорт Волгоградский 5/95)  после их обработки водными  золями ГНК различных концентраций
Варианты опытов, % ГНК
Высота ростков, 5 суток, см
Изменение высоты к контролю, %
Высота ростков, 10суток, см
Изменение высоты к контролю, %
масса 100 ростков, г<sup></sup>
Изменение массы 100   ростков к контролю, %
контроль
2,5
-
11,5
-
4,41
-
0,0005 %
2,8
<b>12,0</b>
11,6
<b>0,9</b>
4,84
<b>9,8</b>
0,0001 %
2,8
<b>12,0</b>
11,9
<b>3,5</b>
5,78
<b>31,1</b>
0,005 %
2,9
<b>16,0</b>
12,2
<b>6,1</b>
5,31
<b>20,4</b>
0,001 %
2,9
<b>16,0</b>
12,4
<b>7,8</b>
5,22
<b>18,4</b>
0,05 %
3,1
<b>24,0</b>
12,8
<b>11,3</b>
5,19
<b>17,7</b>
0,1 %
3,0
<b>20,0</b>
12,7
<b>10,4</b>
5,10
<b>15,6</b>
Как видно из таблиц 1 и 2, применение наноразмерного кремнезема положительно сказывается на этапе проращивания семян томата. Применение ГНК при предпосевной обработке семян максимально увеличивает энергию прорастания на 10,6 % и всхожесть на 16,6 % для варианта использования в обработке семян концентрации ГНК 0,05 %. При этой же концентрации  ГНК (0,05 %) наблюдается и максимальное увеличение высоты ростков за 5 суток на 24,0 % и за 10 суток на 11,3 %. Максимальное увеличение массы ростков томата составило 31,1 % при использовании предпосевной обработке семян в предложенном варианте их замачивания в водном золе ГНК 0,0001 %. Это открывает перспективы использования способа в получении новых биотипов растений томата для селекции и более широкого использования способа для предпосевной обработки растений для теплиц и открытого грунта.  Проверка суммарной антиоксидантной активности проростков томата, полученных в вариантах предложенного способа, показало их высокую антиоксидантную активность, значения которой находятся в диапазоне (5,51-6,71 ±0,17) г рутина /100 г с.о., что дает новое качество пророщенным семенам для профилактического питания.
Полученные экспериментальные данные проверки предложенного способа позволяют заключить, что нанокремнезем, гидротермального происхождения является активатором проращивания семян томата на этапе гетеротрофного питания за счет внутренних резервов, характеризующих семена растения томата и может найти применение для снижения трудоемкости и затрат на предпосевную обработку, расширить области применения наноразмерного природного кремнезема гидротермального происхождения в технологии получения проростков семян  и далее на этой основе разработки биотехнологий получения микрозелени, а также для использования в селекции, в тепличном, полевом агропроизводстве и для здорового питания.