Результат интеллектуальной деятельности: Способ стимулирования роста растений на ранних стадиях развития воздействием электромагнитного поля крайневысокой частоты

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к способам стимулирования роста растений на ранних стадиях развития путем воздействия электромагнитным излучением, и может быть использовано для предпосевной обработки семян и посадочного материала с целью стимулировать их прорастание и дальнейшее развитие.

Свойство электромагнитных полей влиять на процессы жизнедеятельности широко используется в сельском хозяйстве.

Известны способы предпосевной обработки семян с целью повышения всхожести, в которых в качестве физического фактора используют ультрафиолетовое излучение (RU 2312481, А01С 1/00, 20.12.2007, RU 2084100, А01С 1/00, 20.07.1997). Повышение всхожести незначительно.

Известен способ предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур путем воздействия на семена магнитного поля (RU 2261574, А01С 1/00, 10.10.2005). Эффективность способа невысока.

Известен способ предпосевной обработки посевного и посадочного материала сельскохозяйственных культур и послеуборочной обработки урожая путем воздействия низкочастотным высоковольтным импульсно-модулированным электрическим полем. Электрическое поле создают конденсатором, диэлектриком которого служат обрабатываемый материал и атмосферный воздух. Время воздействия составляет от 0,017 ч до 24 ч (RU 2487519, А01С 1/00, A01F 25/00, 20.07.2013). Способ отличается сложностью и низкой производительностью.

Известен способ стимуляции процессов жизнедеятельности биологических объектов. На объект воздействуют электромагнитным полем с одновременным пропусканием электрического тока в течение промежутка времени от 10 с до 2 ч. Величину напряженности электромагнитного поля задают в пределах 1-1000 Э (RU 2113108, A01G 7/04, А01С 1/00, 20.06.1998). Способ отличается сложностью реализации и большими энергозатратами при низкой эффективности.

Известен способ предпосевной обработки семян ячменя электромагнитным полем сверхвысокой частоты (СВЧ) с целью ускорения их прорастания и улучшения фитосанитарных свойств. Способ включает предварительное увлажнение семян водой с температурой 24°С в течение 10 мин при соотношении семена:вода = 4:1. Мощность СВЧ-поля 540 Вт, экспозиция 60-90 секунд до конечной температуры семян 46,5-52,3°С (RU 2304372, А01С 1/00, 20.08.2007). Недостатками способа являются сложность процедуры обработки, недостаточная эффективность, большие энергозатраты и узкая сфера применения, ограниченная одной культурой.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ предпосевной обработки семян горчицы электромагнитным полем сверхвысокой частоты, включающий предварительное увлажнение семян до влажности 14,5%. Обработку проводят в камере микроволновой печи при удельной мощности СВЧ-поля 1529 Вт/дм³ и экспозиции обработки 60-90 секунд до конечной температуры семян 44,5-54,75°С (RU 2373676, А01С 1/00, 27.11.2009 - прототип).

Способ-прототип позволяет повысить всхожесть семян горчицы и улучшить их фитосанитарные качества. Недостатками способа-прототипа являются большие энергозатраты и узкая сфера применения, ограниченная одной культурой.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа стимулирования роста растений на ранних стадиях развития воздействием электромагнитного поля крайневысокой частоты, который обеспечит высокую эффективность обработки, позволит существенно снизить энергозатраты и расширить сферу применения способа.

Решение поставленной задачи достигается предлагаемым способом стимулирования роста растений на ранних стадиях развития воздействием электромагнитного поля, в котором семена растений или черенки картофеля обрабатывают электромагнитным полем крайневысокой частоты (КВЧ) при мощности потока излучения 0,1-5,0 мВт/см² и экспозиции обработки 3-5 мин, при этом семена растений предварительно увлажняют.

Для увлажнения семян их замачивают в воде в течение 3-х часов при объемном соотношении семена : вода = 1:1.

КВЧ-излучение отнесено к сверхслабым воздействиям, количество поглощаемой объектом энергии мало, в то же время проведенные нами при разработке предлагаемого способа исследования показали, что эффект КВЧ-воздействия значителен.

В качестве КВЧ-излучателя использовали аппарат «Явь» с рабочей длиной волны 7,105 мм (частота 42194±10 МГц).

Предлагаемый способ был испытан в лабораторных условиях. Тест-объектами были семена: редиса (сорт 18 дней), огурца (сорт Конкурент), гороха (сорт Ранний), а также клубневые черенки картофеля сорта Удача. Увлажнение семян проводили в дистиллированной воде в течение 3-х часов. Выращивание экспериментальных растений вели в люминостате с ритмом освещения свет/темнота = 12/12 ч.

Тестирование влияния КВЧ облучения на развитие растений проводили с помощью ряда морфологических тестов, а также нами был применен неизвестный ранее способ тестирования эффективности рострегулирующего воздействия при помощи метода спектроскопии комбинационного рассеяния света (КРС). (Указанный способ является предметом отдельной заявки, поданной одновременно с данной). Спектры КРС регистрировались на спектрометре U1000, для возбуждения спектров использовали линию 514,53 нм излучения аргонового лазера. Способ тестирования при помощи метода спектроскопии КРС является высокочувствительным и может использоваться на самых ранних сроках культивирования растений.

Приводим примеры испытаний.

Пример 1.

Семена огурца замачивали в дистиллированной воде при объемном соотношении семена : вода = 1:1 в течение 3-х часов. Затем от них отделяли контрольные семена, которые не подвергали обработке КВЧ излучением, а опытные обрабатывали полем КВЧ при различной мощности потока излучения - от 0,1 мВт/см² до 7 мВт/см² - при равной экспозиции 5 мин. Далее все семена перекладывали в свежую дистиллированную воду при объемном соотношении семена : вода = 1:2 и через три часа изучали спектры КРС контрольной и опытной воды.

Наблюдаемые спектры КРС состоят из спектра КРС молекул воды и спектра фотолюминесценции веществ (метаболитов), которые переходят в воду из семян. Линии КРС чистой воды (1640 см^-1 и 2800-3800 см^-1) не изменяются со временем, и по интенсивности последней производится нормировка регистрируемых спектров, на которых фотолюминесценция метаболитов проявляется широкой полосой от 300 см^-1 до 4000 см^-1. Количество метаболитов характеризует степень пробуждения (прорастания) семян. В таблице 1 приведены данные анализа спектров фотолюминесценции по интегральной интенсивности (площади под кривыми спектров), полученные при различной мощности потока КВЧ излучения. (Площадь под кривой спектра фотолюминесценции пропорциональна концентрации вещества в растворе, то есть количеству метаболитов, вышедших в раствор культивирования). Площадь под кривой спектра фотолюминесценции контрольного раствора культивирования семян принималась за 100%.

Как видно из полученных данных, стимуляция развития зародыша семени, сопровождаемого выходом метаболитов в среду культивирования, наблюдается уже при малой мощности КВЧ облучения - при 0,1 мВт/см², экспозиция 5 мин. При увеличении мощности излучения до 5 мВт/см² (экспозиция 5 мин) эффект ростстимулирующего воздействия сохраняется, при дальнейшем увеличении мощности постепенно снижается, и при мощности потока излучения 7 мВт/см² и выше (экспозиция 5 мин) наблюдается ингибирование процесса прорастания семян.

Исследование влияния длительности экспозиции показало, что минимальное время стимулирующего КВЧ воздействия составляет 3 мин, ингибирование наблюдается при экспозиции не менее 5 мин.

В качестве иллюстрации приводим (см. чертеж) полученные спектры КРС среды культивирования в течение 3 часов семян огурца: К - контроль, необлученные семена; 1 - семена, облученные при мощности потока КВЧ облучения 0,1 мВт/см², экспозиция 5 мин (стимуляция прорастания); 2 - семена, облученные при мощности 7 мВт/см², экспозиция 5 мин (торможение прорастания). Как видно из наблюдаемых спектров, спустя 3 часа после культивирования семян в воде видны существенные отличия спектров фотолюминесценции опытных и контрольных растворов: количество метаболитов в среде культивирования облученных семян по варианту стимуляции значительно превосходит данные для контрольного раствора; согласно спектру опытного раствора с семенами, облученными по варианту торможения, выход метаболитов наблюдается, но их количество меньше, чем в контроле.

Полученные результаты далее проверялись на различных растениях с использованием морфологических тестов.

Пример 2.

Семена гороха замачивали в течение 3 часов в дистиллированной воде при объемном соотношении семена : вода = 1:1 и отделяли контрольные семена. Опытные семена обрабатывали КВЧ при мощности потока излучения 5 мВт/см², экспозиции 3 мин (опыт 2.1) и при мощности потока излучения 7 мВт/см², экспозиции 5 мин (опыт 2.2). Контрольные и опытные семена помещали в чашки Петри для проращивания в воде при температуре +20°С. Учет длины корня у проросших семян осуществляли через 48 ч и через 56 ч от начала опыта. Результаты приведены в таблице 2.

Пример 3.

Семена гороха, воздушно-сухие и увлажненные путем замачивания в дистиллированной воде в течение 3 ч при объемном соотношении семена : вода = 1:1, разделяли на контрольные и опытные, опытные облучали КВЧ при мощности потока излучения 1 мВт/см², экспозиция 3 мин. Все семена помещали в чашки Петри для проращивания в воде при температуре +20°С. Учет длины корня у проросших семян осуществляли через 48 ч и через 56 ч от начала опыта. В опытном варианте с облучением сухих семян отмечено незначительное отличие от контроля (на 4% через 48 ч и на 6% через 56 ч). Облучение увлажненных семян привело к увеличению количества семян с длиной корня ≥0,5 см через 48 ч на 45% и количества семян с длиной корня ≥1 см через 56 ч на 40% по сравнению с контролем.

Пример 4.

Семена редиса после предварительного увлажнения в течение 3 часов в дистиллированной воде при объемном соотношении семена:вода = 1:1 разделяли на контрольные и опытные. Опытные облучали КВЧ при мощности потока излучения 0,1 мВт/см², экспозиция 5 мин. Все семена помещали в чашки Петри для проращивания в воде при температуре +20°С. Учет длины корня у проросших семян осуществляли через 40 ч от начала опыта. Количество проростков с длиной корня ≥0,5 см в опыте было 50%, в контроле лишь 20%.

Пример 5.

Из проросших на свету клубней картофеля Удача вырезали клубневые черенки с малой частью клубня. Отделяли контрольные черенки, опытные облучали КВЧ при мощности потока излучения 0,1 мВт/см², экспозиция 5 мин и при мощности потока излучения 7 мВт/см², экспозиция 5 мин. Все черенки высаживали в культуральные сосуды на увлажненный песок в люминостат. Через 10 суток вели учет качества выживших черенков. Высота опытных черенков, облученных при мощности потока излучения 0,1 мВт/см², экспозиция 5 мин, была больше высоты контрольных черенков на 10-15%, корневая система более развита, чем в контроле. Высота опытных черенков, облученных при мощности потока излучения 7 мВт/см², экспозиция 5 мин, была меньше высоты контрольных черенков на 7-12%, корневая система менее развита, чем в контроле.

Таким образом, предложен высокоэффективный способ стимулирования роста растений на ранних стадиях развития воздействием электромагнитного поля крайневысокой частоты, который позволит существенно снизить энергозатраты и легко может быть реализован в сельскохозяйственном производстве. Заявленный способ является универсальным, так как испытан на нескольких видах растений. При увеличении мощности потока КВЧ излучения от оптимальной наблюдается ингибирующее действие, что может использоваться в некоторых случаях, например, для угнетения нежелательного сезонного прорастания клубней картофеля.