Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВСХОЖЕСТИ СЕМЯН ПШЕНИЦЫ

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к способам оценки качества посевного материала.

В сельскохозяйственном производстве при уборке семян пшеницы возникают большие сложности с оценкой их посевных качеств. Не прошедшие послеуборочного дозревания зерновки имеют пониженную всхожесть, и в этом случае сложно разобраться, чем вызвано снижение посевных качеств семян - гибелью зародыша или его физиологической неполноценностью. Отправка на хранение партий семян пшеницы без оценки их качества приводит к большим экономическим потерям при замене некондиционных семян, или из-за повышенной нормы высева.

Для диагностики всхожести семян пшеницы в сжатые сроки разработаны различные способы оценки, в частности способы определения всхожести с использованием стимуляторов роста. Одним из наиболее распространенных является тетразольно-топографический способ определения всхожести семян пшеницы, заключающийся в замачивании в воде семян, отобранных из семян основной культуры, в течение 15-18 часов при температуре 20°С, а свежеубранных семян - при температуре 10-15°С в течение такого же времени, разрезании семян пшеницы на две половинки вдоль зародыша, промывании несколько раз водой каждой подготовленной сотни половинок семян, полном погружении половинок семян подготовленной сотни в раствор тетразола и выдерживании в темноте при температуре 20°С в течение 1 часа 30 мин, а при 30°С в течение 40-50 мин, аннулировании другой сотни половинок семян, промывании водой обработанных половинок семян, раскладывании их на пластинке или фильтрованной бумаге, просматривании половинок семян с помощью лупы или невооруженным глазом, поддерживая их во влажном состоянии во время всего процесса, установлении всхожести семян пшеницы в соответствии с заданным чертежом окрашивания (ГОСТ 12039-82. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения жизнеспособности. - Введ. 1983-07-01. - М.: Стандар-тинформ, 2011. - С. 1-9).

Вышеописанный способ является небезопасным вследствие применения химических реагентов, длительным вследствие необходимости замачивания семян пшеницы в воде более 15 часов и дополнительного выдерживания в растворе тетразола, а также трудоемким вследствие реализации большого количества операций для подготовки зерен к установлению всхожести.

Известен также способ определения всхожести свежеубранных семян озимой пшеницы, включающий отсчет семян, их замачивание в экстракте свежеубранных проросших семян данного сорта озимой пшеницы в течение 10-12 часов, раскладку в растильнях на подготовленном ложе из увлажненного песка, покрытого влажной фильтровальной бумагой, проращивание семян в термостате в течение 48 часов при температуре 20°С и установление всхожести свежеубранных семян озимой пшеницы путем подсчета проросших зерен. Таким образом, продолжительность процесса определения всхожести семян составляет более двух суток (авторское свидетельство SU 393973, М. кл. А01С 1/02).

Основными недостатками данного способа являются применимость только для диагностики всхожести свежеубранных семян озимой пшеницы и отсутствие возможности использования в предпосевной период, поскольку процесс послеуборочного дозревания семян пшеницы контролируется не одним фактором - стимуляторами роста, а многими, в том числе и проницаемостью оболочки семян, концентрацией ионов.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является способ определения всхожести семян пшеницы сорта «Алтайский янтарь», заключающийся в замачивании на увлажненном дистиллированной водой поролоновом ложе семян пшеницы в количестве 150 штук в течение 12 часов при температуре 20°С, измерении мембранного потенциала каждой зерновки, определении среднего значения мембранного потенциала для 150 зерен и установление всхожести семян пшеницы по следующей формуле:

где В_д - всхожесть семян пшеницы, %;

Е - мембранный потенциал покоя, В.

Время определения всхожести составляет 13 часов. (Барышева, Н.Н. Метод и средство контроля мембранного потенциала зерен пшеницы и его применение для оценки всхожести [Текст]: дис. … канд. техн. наук: 05.11.13: защищена 01.12.2015: утв. 31.03.2016 / Барышева Надежда Николаевна. - Томск, 2015. - С. 93-99).

Основным недостатком данного способа является узкая сфера применения вследствие отсутствия возможности его использования для любых сортов пшеницы - мягких и твердых, так как определение всхожести по значению мембранного потенциала, реализующее способ, производят только для семян пшеницы сорта «Алтайский янтарь» при продолжительном промежутке времени осуществления этого процесса.

Техническая проблема, решение которой обеспечивается при осуществлении изобретения, заключается в создании универсального способа определения всхожести семян пшеницы в короткий промежуток времени осуществления процесса с расширенной сферой применения для любых сортов пшеницы - мягких и твердых.

Решение этой технической проблемы достигается тем, что в способе определения всхожести семян пшеницы, заключающемся в замачивании на увлажненном дистиллированной водой поролоновом ложе семян пшеницы в течение 12 часов при температуре 20°С, измерении мембранного потенциала каждой зерновки, определении среднего значения мембранного потенциала для семян, установлении всхожести семян пшеницы, согласно изобретению предварительно используют пять опытных партий семян пшеницы одного сорта с известной всхожестью в диапазонах 80-88%, 89-90%, 91-93%, 94-95%, 96-100%, для каждой из которых определяют мембранный потенциал каждой зерновки и среднее значение мембранного потенциала для семян каждой партии, затем устанавливают калибровочную зависимость всхожести от среднего значения мембранного потенциала для зерновок каждой опытной партии семян пшеницы. Далее берут семена пшеницы этого же сорта неизвестной всхожести, которые предварительно замачивают на увлажненном дистиллированной водой поролоновом ложе в течение 12 часов при температуре 20°С, и измеряют мембранный потенциала каждой зерновки, после чего по полученной калибровочной зависимости устанавливают всхожесть семян пшеницы этого сорта.

Расширение сферы применения для любых сортов пшеницы - мягких и твердых предлагаемого способа в короткий промежуток времени объясняется тем, что набор полученных калибровочных зависимостей для различных сортов пшеницы, позволяет для заданного сорта выбрать калибровочную зависимость и по измеренному среднему значению мембранного потенциала установить всхожесть зерна этого сорта.

При этом расчет всхожести семян пшеницы производят по следующей формуле:

где - всхожесть семян пшеницы, %;

- среднее значение мембранного потенциала, В;

С₁, С₂ - коэффициенты калибровочной зависимости от мембранного потенциала, имеющие размерность %, С₃ - коэффициент, имеющий размерность 1/В.

Предварительное использование именно пяти опытных партий семян пшеницы одного сорта с известной всхожестью является оптимальным, так как позволяет получить минимальную погрешность измерения всхожести при минимальном времени калибровки. Предварительное использование более пяти опытных партий семян пшеницы приводит к увеличению времени калибровки, поскольку необходимо найти и сформировать шестую, седьмую и так далее партии семян, выполнить измерение мембранного потенциала и математическую обработку, а предварительное использование менее пяти опытных партий семян пшеницы может привести к высокой погрешности вычисления всхожести за счет возрастания погрешности аппроксимации при выполнении операции калибровки.

Выбранные диапазоны известной всхожести семян пшеницы каждой из опытных партий, составляющие 80-88%, 89-90%, 91-93%, 94-95%, 96-100%, являются оптимальными, так как использование диапазонов известной всхожести семян пшеницы, составляющих для каждой из опытных партий менее минимального значения приводит к увеличению погрешности вычисления всхожести семян, а использование диапазонов известной всхожести семян пшеницы, составляющих для каждой из опытных партий более максимального значения, приводит к неоправданно большому времени калибровки. Диапазоны имеют различные размеры в процентном выражении.

Способ определения всхожести семян пшеницы поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображен общий вид устройства для определения всхожести семян пшеницы, реализующее предлагаемый способ; на фиг. 2 представлены элементы устройства фиг. 1; на фиг. 3 изображен график зависимости всхожести семян пшеницы от мембранного потенциала и уравнение (1); на фиг. 4 изображено устройство для фиксации зерна пшеницы, вид сбоку; на фиг. 5 - то же, что на фиг. 4, вид сверху; на фиг. 6 представлен график зависимости потенциала действия зерновки со всхожестью 97%, записанный в течение 5 с, 300 отсчетов соответствуют 1 с, с указанием точки мембранного потенциала, который характеризует всхожесть зерновки.

Устройство для проведения оценки всхожести семян пшеницы, предназначенное для реализации предлагаемого способа, содержит герметичный короб 1, внутри которого на пластиковых полочках установлены пластмассовые лотки 2, в которых на увлажненное дистиллированной водой поролоновое ложе раскладываются семена пшеницы на расстоянии 0,5-1,5 см друг от друга (на чертеже не показаны), вентилятор 3, обеспечивающий конвекцию воздуха, остеклованный резистор 4, выполняющий роль источника тепла, диод 5 для понижения напряжения, электрод-иглу 6 для механического воздействия и снятия мембранного потенциала, текстолитовую площадку 7 с закрепленным на ней устройством для фиксации зерна пшеницы (на чертеже не показан), резиновые перчатки 8, датчик температуры 9, выполненный в виде термопары и обеспечивающий совместно с измерителем-регулятором 2ТРМ1 (на чертеже не показан) заданную температуру. Для обеспечения дополнительной конвекции воздуха в коробе 1 установлен дополнительный вентилятор 10.

Устройство для фиксации зерна пшеницы содержит электрод-зажим 11, имеющий углубление для размещения зерновки 12, электрод-иглу 6 и два контактных провода 13, 14, передающих электрический сигнал на плату сбора данных JIa-50USB (не чертеже не показана).

Способ определения всхожести семян пшеницы осуществляется следующим образом.

Предварительно замачивают на увлажненном дистиллированной водой поролоновом ложе пять опытных партий семян пшеницы одного сорта с известной всхожестью в диапазонах 80-88%, 89-90%, 91-93%, 94-95%, 96-100% в течение 12 часов при оптимальной температуре прорастания 20°С, раскладывая на лотках 2 каждую зерновку в каждой партии на расстоянии 0,5-1,5 см от соседней зерновки. Измеряют мембранный потенциал каждой зерновки в каждой партии, помещая каждую зерновку в электрод-зажим И, протыкая электродом-иглой 6 ее боковую поверхность в области хохолка и записывая полученный сигнал в течение 2-3 секунд. Из полученного при измерении графика (Фиг. 6) берут только одну точку, то есть, значение мембранного потенциала в нулевой момент времени, в первом отсчете - потенциал покоя. На графике (Фиг. 6) эта точка указана стрелкой. Мембранный потенциал равен -63 мВ. Выполняя аналогичные измерения для всех зерновок с известной всхожестью, например 97%, определяют среднее значение мембранного потенциала Е, соответствующее этой всхожести. Всхожесть 97% принадлежит диапазону всхожести 96% ÷ 100%. По измеренным значениям мембранного потенциала каждой зерновки определяют средние значения мембранного потенциала для семян этого же сорта из других диапазонов всхожести.

Далее устанавливают калибровочную зависимость всхожести семян пшеницы заданного сорта от средних значений мембранного потенциала. Для этого, например, в приложении MSExcel на график, как показано на фиг. 3, заносят 5 точек зависимости всхожести семян пшеницы от средних значений их мембранного потенциала. Затем, используя встроенные команды приложения, задают аппроксимирующую функцию экспоненты (2). В результате получают уравнение с искомыми коэффициентами.

Пять точек при высокой степени корреляции характеризуют низкую погрешность аппроксимации, а значит высокую точность калибровки. При калибровке системы коэффициент корреляции К должен быть выше, чем К>0,995. На фиг. 3 уравнение имеет коэффициент детерминации R=0,99752. Следовательно, коэффициент корреляции равен:

После выполненной калибровки, берут семена пшеницы этого же сорта неизвестной всхожести, которые предварительно замачивают на увлажненном дистиллированной водой поролоновом ложе в течение 12 часов при температуре 20°С и измеряют мембранный потенциал каждой зерновки, после чего по полученной ранее калибровочной зависимости (Фиг. 3) устанавливают всхожесть семян пшеницы этого сорта.

Таким образом, предлагаемый способ имеет широкую сферу применения, так как позволяет с минимальными трудовыми затратами, без применения дорогостоящих технических средств и опасных химических реактивов, с высокой точностью в короткий промежуток времени, в период проведения уборочных работ, чтобы избежать отправку на хранение некондиционных семян, и непосредственно перед высевом, чтобы скорректировать норму высева на гектар, оценить качество семенного материала любых сортов пшеницы.