СПОСОБ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН

Изобретение относится к сельскохозяйственному производству, в частности к устройствам для предпосевной обработки семян с целью повышения продуктивности растений путем облучения семян, и может быть использовано в лесном хозяйстве, цветоводстве и лекарственном растениеводстве.

Известен способ предпосевной обработки семян растений и установка для предпосевной обработки семян растений (см. патент на изобретение RU 2108028, МПК A01H 1/06, опубл. 10.04.1998). Способ предпосевной обработки семян растений путем их электромагнитной информационной стимуляции физическим фактором в виде биологического излучения другого растения, отличающийся тем, что предварительно измеряют в спектральном диапазоне длин волн от 2 мкм до 2 мм плотность мощности биологического излучения прорастающего контрольного семени растения-излучателя, определяют промежуток времени с момента окончания набухания до момента, при котором наблюдается спад мощности излучения после достижения второго максимума, на такой же промежуток времени помещают в экранирующую от внешнего электромагнитного воздействия камеру-концентратор проросток идентичного растения-излучателя и семена растения-приемника и после истечения указанного времени считают семена готовыми к высадке. Недостатками данного метода являются высокие требования к методике и оборудованию для измерения спектра в диапазоне от 2 мкм до 2 мм излучения растения; невозможность использования данного метода в промышленных масштабах.

Известен способ предпосевной обработки семян бобовых трав (см. патент на изобретение RU 2377752, МПК A01C 1/00, опубл. 10.01.2010). Способ стимуляции прорастания семян бобовых трав, включающий однократную их обработку перед посевом магнито-инфракрасно-лазерным аппаратом в определенном режиме, отличающийся тем, что семена подвергаются полифакторному, одновременному воздействию на биологические структуры объекта импульсного инфракрасного лазерного излучения, пульсирующего широкополосного инфракрасного излучения, красного излучения и постоянного магнитного поля с частотой повторения импульсов 1000 Гц и экспозицией 18-20 мин на расстоянии 1-1,5 см от объекта. К недостаткам данного способа можно отнести зависимость эффективности от оптических условий при обработке семян, относительно большое время экспозиции, зависимость способа от типа семян.

Известен способ предпосевной обработки семян и растений (см. патент на изобретение RU 2254698, МПК A01C 1/00, опубл. 27.06.2005). Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано в лесном хозяйстве, цветоводстве, лекарственном растениеводстве, ландшафтном строительстве. Способ заключается в том, что семена или черенки растений помещают в технологическую среду. Среда состоит из воды и природного минерального порошка, включающего следующие химические элементы мас.%: Si 10-13; Al 7-8; Fe 7-8; Mg 8-9, Са 0,01; Mn 0,1; K 0,3; Na 0,2, в концентрации 0,01 мас.%. Одновременно семена обрабатывают изменяемым переменным модулированным магнитным полем. Способ позволяет повысить продуктивность сельскохозяйственных культур, сократить сроки вегетации за счет активизации внутренних резервов и заложенных природой регуляторных способностей семян и растений. Недостатком способа является необходимость в дополнительной операции - помещении семян в химическую среду.

Известен способ стимуляции митотической активности клеток растений (см. патент на изобретение RU 2332841, МПК A01H 1/06, опубл. 10.09.2008). На семена однодольных или двудольных растений воздействуют низкочастотным переменным магнитным полем низкой интенсивности для стабильного повышения митотической активности их меристем. Оптимальными режимами воздействия является поле с индукцией 25 мТл в диапазоне частот 1-6 Гц в течение от часа до нескольких суток. При воздействии магнитным полем с большими значениями индукции время воздействия может быть сокращено. При меньшей индукции время воздействия увеличивают. Воздействию подвергают прорастающие или покоящиеся семена. К недостаткам способа следует отнести наличие одного фактора воздействия на семена и как следствие недостаточно высокий уровень митотической активности.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ, реализуемый при использовании устройства для предпосевной обработки (см. патент на изобретение RU 2487520, МПК A01C 1/00, опубл. 20.07.2013). Изобретение относится к области растениеводства и может быть использовано для повышения продуктивности растений. Способ предпосевной обработки семян включает воздействие на семена электромагнитным излучением и магнитным полем при помощи устройства, содержащего рабочую камеру для передачи с концентрацией излучения от излучателя на семена-приемники, выполненную в форме объемной фигуры из проводящего материала. Внутри камеры расположены два объема из радиопрозрачного материала для размещения излучателя и семян-приемников. В качестве излучателя использован источник электромагнитного излучения, выполненный в виде магнетрона с длиной волны излучения 3 мм. Вокруг антенны магнетрона, разнополярно с основным антенным магнитом магнетрона, через изоляционную прокладку располагают дополнительный магнит с осевой намагниченностью не менее 1,2 Тл. Изобретение позволяет повысить производительность получения обработанных семян. Недостатками прототипа являются его чувствительность к ориентации семян относительно излучателя, необходимость в однослойном расположении семян, определенное время экспозиции, отсутствие управляемого селективного воздействия на факторы, отвечающие за всхожесть семян (морфологические параметры проростков и митотическую активность клеток апикальных меристем корней).

Задачей заявляемого способа является управление процессом роста и развития семян растений сочетанием воздействий электромагнитного излучения терагерцового диапазона и переменного магнитного поля.

Технический результат заключается в увеличении эффективности стимуляции всхожести семян за счет многофакторного синергетического эффекта воздействия электромагнитного излучения и переменного магнитного поля.

Указанный технический результат достигается тем, что способ предпосевной обработки семян включает воздействие на семена электромагнитным излучением и магнитным полем, согласно решению воздействие осуществляют последовательно электромагнитным излучением на частоте линии спектра поглощения кислорода 129 ГГц в течение 30 минут и затем переменным магнитным полем с индукцией 25 мТл с частотой 2 Гц в течение от одного часа. Воздействие осуществляют на прорастающие или покоящиеся семена.

Осуществление способа

В ходе реализации заявляемого способа сухие семена подвергали последовательному воздействию электромагнитным излучением (ЭМИ) в течение получаса и переменным магнитным полем в течение одного часа. Для каждой культуры отбирали семена, одинаковые по размеру. Затем семена замачивали в водопроводной воде в течение 20 часов и проращивали в чашках Петри. Для оценки влияния электромагнитного излучения на растения на 2 сутки проращивания определяли всхожесть семян и морфологические показатели проростков (длину побега, количество и длину корней).

Заявляемое изобретение поясняется таблицей 1, где представлено повышение уровня всхожести семян при воздействии ЭМИ, магнитного поля, последовательного воздействия магнитным полем и ЭМИ.

В таблице 2 приведен общий митотический индекс (МИ) в корешках растений, выраженный в процентах. В результате исследований были отмечены значительные уровни стимуляции митотической активности, в разные часы фиксации превышение уровня митотического индекса в опыте по сравнению с контролем составило от 10 до 21%. Количественное преобладание среди делящихся клеток таковых на стадии профазы (в 90-99% делящихся клеток) позволяет сделать вывод, что материал был зафиксирован в период, соответствующий началу вступления меристематических клеток в первый, относительно синхронный, митоз. Таким образом, магнитные поля в сочетании с ЭМИ способны оказывать влияние на растительные объекты, начиная уже с самых ранних этапов их постэмбрионального развития.

В работе применялся генератор миллиметрового диапазона длин волн типа ВЗРИП Г4-161, с рабочим диапазоном частот 129.200-142.800 ГГц. Генератор ЭМИ работал на одной из линий молекулярного спектра поглощения атмосферного кислорода 129±0,2 ГГц. Облучение осуществлялось с помощью прямоугольного рупора, под который устанавливалась чашка Петри с семенами на 30 минут. Плотность мощности на уровне семян составляла примерно 10 мкВт/см². Источником переменного магнитного поля с частотой 2 Гц служил вращающийся диск диаметром 25 см, на котором радиально были прикреплены чередующиеся по полярности постоянные магниты с осью намагничивания, перпендикулярной плоскости диска. Диск, находящийся под чашкой Петри с семенами или проростками, вращался с помощью электродвигателя с фиксированной скоростью, обеспечивающей наличие в любой точке рабочей камеры переменного магнитного поля (МП) заданной частоты. Индукция МП внутри камеры вблизи ее дна составляла 25 мТл. Длительность экспозиции МП при данном значении индукции составляла 1 час.

Для оценки влияния электромагнитного излучения на растения на 2 сутки проращивания определяли всхожесть семян и морфологические показатели проростков (длину побега, количество и длину корней, массу плодов и т.п.). Для цитогенетического анализа фиксировали кончики корешков двухдневных проростков длиной 8–15 мм. В качестве фиксатора использовали ацетоалкоголь (фиксатор Кларка – смесь 96% этанола и ледяной уксусной кислоты в соотношении 3:1). Подсчет клеток на разных стадиях клеточного цикла осуществляли на временных давленных ацетокарминовых препаратах. При анализе препаратов использовали микроскоп Carl Zeiss Primo Star при увеличении 40х1,5×10.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретных, но не ограничивающих изобретение вариантов осуществления.

Примеры применения

Проводились эксперименты с кукурузой линии Пурпурный тестер скороспелый. Растения подвергались воздействию ЭМИ в течение 30 минут и затем МП частотой 2 Гц в течение одного часа. Затем осуществлялось замачивания зерновок в воде (замачивание длилось 24 часа) до момента одной из шести фиксаций материала (следующих друг за другом с одночасовым интервалом). Контрольные партии семян или проростков находились вне поля при прочих равных условиях. Опыты проводились в трех повторностях. Фиксация кончиков корешков, достигших 0,8 см, проводилась через сутки после начала проращивания. На давленых ацетокарминовых препаратах определялся митотический индекс в каждом случае в результате анализа от 15 до 30 тысяч клеток.

В ходе исследований показано, что на морфологические параметры салата Полукочанного Кучерявец Одесский при обработке семян последовательное действие ЭМИ и переменного магнитного поля оказало стимулирующий эффект. Результаты приведены в таблице 3. При обработке МП растения зацветали на 2 дня раньше контроля, а при обработке ЭМИ+МП – на 3 дня раньше контроля. После воздействия ЭМИ+МП высота растения увеличилась на 119.5% по сравнению с контролем, количество листьев – на 15%. Стоит отметить, что масса листьев у обработанных растений увеличилась в 1.7 раза.

В таблице 4 приведены морфологические параметры и продуктивность огурцов Гладиатор при обработке семян МП и ЭМИ+МП. В сорте огурцов Гладиатор мужских цветков больше, чем женских. Этим объясняется сравнительно небольшое количество огурцов с одного растения. При обработке МП растения зацветали на 2 дня раньше контроля, а при обработке ЭМИ+МП – на 3 дня раньше контроля. После воздействия ЭМИ+МП количество плодов на одном растении увеличилась на 80% по сравнению с контролем, а общий вес плодов – на 91%.

В таблице 5 приведены морфологические параметры и продуктивность Суданской травы при обработке семян МП и ЭМИ+МП. При обработке МП метёлки появлялись на 2 дня раньше контроля, а при обработке ЭМИ+МП – на 3 дня раньше контроля. Масса зерновок увеличилась на 44%, длина одной метелки – на 42%.

Во всех исследованных вариантах микроядерный тест дал отрицательный результат на мутагенность используемых в экспериментах излучений.

Таким образом, последовательное действие ЭМИ, на частоте одной из линий спектра кислорода и переменного магнитного поля, на исследуемые культуры оказывает существенный стимулирующий эффект на морфологические показатели растений.