Результат интеллектуальной деятельности: Способ выращивания растений руколы

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к растениеводству, и может быть использовано при выращивании пищевых растений с высоким содержанием антоцианов.

Антоцианы являются растительными пигментами флавоноидного происхождения; относятся к вторичным метаболитам растений и служат им для защиты от неблагоприятных факторов внешней среды, в частности от ультрафиолетового излучения.

Антоцианы обладают широким спектром биологического действия, в частности обладают мощным антиоксидантным действием, предотвращая деструктивные последствия оксидативного стресса (см. Castaneda-Ovando A, Pacheco-Hernandez MdL, Paez-Hernandez ME, Rodriguez JA, Galan-Vidal CA. 2009. Chemical studies of anthocyanins: A review. Food Chemistry 113 (2009) 859-871). Данное свойство антоцианов широко исследуется в плане применения для лечения и профилактики таких заболеваний как сахарный диабет, сердечно-сосудистые заболевания и других (см. Mattioli R, Francioso A, Mosca L, Silva P. 2020. Anthocyanins: A Comprehensive Review of Their Chemical Properties and Health on Cardiovascular and Neurodegenerative Diseases. Molecules, 25, 3809; doi:10.3390/molecules25173809).

Учитывая высокую ценность антоцианов, усилия селекционеров и производителей пищевой продукции направлены на получение богатых антоцианами сортов и подбор оптимальных условий для повышения уровня антоцианов в различных пищевых растениях.

Известен способ получения почковых вариаций многолетних растений, например яблони, в котором для обеспечения повышенного содержания антоциана корни растений подвергают облучению, в качестве которого используют солнечную радиацию (см. а.с. СССР № 217116, МПК А01Н 1/06, дата публикации 26.04.1968).

Недостатком данного способа является неприменимость его к растениям руколы.

В качестве ближайшего аналога (прототипа) принят способ выращивания солнечного салата, в котором высаженные растения облучают синим светом в режиме день-ночь (см. заявку Японии № 2003204718, МПК A01G1/00, A01G7/00, дата публикации 22.07.2003).

Недостатком ближайшего аналога является требовательность растений, выращиваемых гидропонным способом, к условиям окружающей среды.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка технологии, обеспечивающей повышенное содержание антоцианов в растениях.

Технический результат, проявляющийся при решении поставленной задачи, выражается в организации условий освещения при вегетации растений руколы, способствующих более активной выработке антоцианов в указанных растениях.

Поставленная задача решается тем, что способ выращивания растений руколы, в котором высаженные растения облучают синим светом отличается тем, что предварительно семена руколы проращивают в течение 3 суток в чашках Петри с увлажненным кварцевом песком с фракцией 0,2-0,5 мм при температуре 25°С и облучении зеленым светом с доминирующей длиной волны 521 нм и уровнем фотосинтетической фотонной облученности 100 мкмоль/(кв.м.*с) при фотопериоде 16 часов «день», 8 часов «ночь» каждые сутки, после чего пророщенные семена высаживают в почвогрунт и выращивают растения в течение 30 суток при периодическом поливе, облучая их при том же фотопериоде одновременно синим светом с длиной волны 440 нм и красным светом с длиной волны 660 нм при их одинаковом уровне облученности на высоте не более 1 см от уровня почвогрунта, равном 500 мкмоль/(кв.м.*с).

Кроме того, семена руколы при проращивании облучают зеленым светом на высоте не более 1 см от уровня кварцевого песка в чашке Петри.

Кроме того, высаженные растения поливают по мере подсыхания почвогрунта.

Сопоставительный анализ признаков заявляемого изобретения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию «новизна».

При этом отличительные признаки формулы изобретения обеспечивают решение следующих функциональных задач.

Признаки «предварительно семена руколы проращивают в течение 3 суток в увлажненном кварцевом песке с фракцией 0,2-0,5 мм» обеспечивают оптимальные условия дыхания семян, их прорастания, формирования корешка и ростка и способствуют безболезненной, без повреждений корешков и ростка, пересадке в почвогрунт.

Признаки «предварительно семена руколы проращивают… в чашках Петри при температуре 25°С» обеспечивают оптимальные условия проращивания семян руколы по температуре и влажности и способствуют увеличению энергии прорастания семян.

Признаки «предварительно семена руколы проращивают… при облучении зеленым светом с доминирующей длиной волны 521 нм и уровнем фотосинтетической фотонной облученности 100 мкмоль/(кв.м.*с) при фотопериоде 16 часов «день», 8 часов «ночь» каждые сутки» и признаки первого зависимого пункта формулы необходимы для первоначальной активации внутренних биохимических процессов проращивания семян и их адаптации к зеленому свету, и конкретизируют условия освещения, необходимые при прорастании.

Признак «пророщенные семена высаживают в почвогрунт» описывает дальнейший способ выращивания растений и условия корневого питания.

Признаки «выращивают растения, облучая их при том же фотопериоде одновременно синим светом с длиной волны 440 нм и красным светом с длиной волны 660 нм» определяют режимы освещения и состав спектра и конкретизируют световые режимы, способствующие более активной выработке антоцианов в растениях при облучении последних.

Признаки «выращивают растения… при одинаковом уровне облученности [синим и красным светом], равном 500 мкмоль/(кв.м.*с)» определяют уровень облученности растений руколы, соотношение между энергией синего и красного света, и обеспечивают оптимальный режим вегетации и выработки повышенного содержания антоцианов до сбора урожая.

Признак «одинаковый уровень облученности на высоте не более 1 см от уровня почвогрунта» позволяет постепенно и гарантированно облучить растения по высоте по мере их роста, не перемещая при этом источники освещения.

Признак «растения выращивают в течение 30 суток при периодическом поливе» и признаки второго зависимого пункта формулы задают режим полива и сроки вегетации.

Заявляемый способ осуществляют на стандартном оборудовании в несколько этапов.

1. Проращивание семян руколы.

Предварительно кварцевый песок с фракцией 0,2-0,5 мм стерилизуют при температуре 150° С в течение 5 часов, укладывают в чашки Петри в виде слоя толщиной около 5 мм и смачивают дистиллированной водой таким образом, чтобы из него не вытекала лишняя влага.

Проращивание семян проводят согласно ГОСТ 12038-84, только вместо фильтровальной бумаги в качестве подложки используют кварцевый песок, подготовленный по вышеописанной методике.

Семена руколы раскладывают в чашки Петри с увлажненным кварцевым песком и затем вдавливают трамбовкой в песок. Далее семена проращивают в течение 3 суток при температуре 25 °С и облучении на высоте не более 1 см от уровня кварцевого песка в чашке Петри зеленым светом (от светодиодного источника) с доминирующей длиной волны 521 нм и уровнем фотосинтетической фотонной облученности 100 мкмоль/(кв.м.*с) при фотопериоде 16 часов «день», 8 часов «ночь» каждые сутки.

В процессе прорастания дополнительный полив дистиллированной водой не проводили, т.к. в чашках Петри подсыхания песка не наблюдалось.

Авторы сравнивали энергию прорастания семян руколы сорта «Покер», пророщенных по вышеописанной методике (опытные образцы – 100 семян, размещенных по 25 штук в 4 чашках Петри) и энергию прорастания семян руколы сорта «Покер», пророщенных в темноте в соответствии с ГОСТ 12038-84 (контрольные образцы – 100 семян, размещенных по 25 штук в 4 чашках Петри) в 3-х повторностях, результаты исследований приведены в таблице 1.

Таблица 1

Энергия прорастания семян руколы сорта «Покер» на 3-и сутки

На основе данных таблицы 1 можно сделать вывод, что предварительное проращивание семян руколы в соответствии с заявляемой методикой позволяет повысить энергию прорастания на 29 %.

Кроме того, проросшие семена адаптируются к зеленому свету, подстраивая все биохимические процессы под выращивание именно под этим светом.

2. Выращивание растений руколы.

Пророщенные семена руколы высаживают в почвогрунт (например, со следующими агрохимическими характеристиками: рН воды – 7.5; органическое вещество – 33,7 %; содержание химических элементов: N = 2,8 %, P = 0,28 %, K = 0,50 %; влажность – 47,4 %, зольность – 66,3 %, N-NO3 – 10,2 мг/кг, Р (водн.) – 170,0 мг/кг, К (водн.) – 73,5 мг/кг) и выращивают при температуре 25 °C, влажности воздуха 70 ± 5 % и поливе по мере подсыхания почвогрунта в течение 30 суток, облучая растения при фотопериоде 16 часов «день», 8 часов «ночь» каждые сутки одновременно синим светом с длиной волны 440 нм и красным светом с длиной волны 660 нм при их одинаковом уровне облученности на высоте не более 1 см от уровня почвогрунта, равном 500 мкмоль/(кв.м.*с).

Пересаживание пророщенных семян руколы и их выращивание по заявляемой методике позволяют ввести каждое растение в состояние светового стресса, в ответ на который в растении изменяется метаболизм, и оно начинает усиленно вырабатывать вторичные метаболиты, способные защитить указанное растение от изменившихся условий освещения.

К вторичным метаболитам растений относятся антоцианы, которые служат им для защиты от неблагоприятных факторов внешней среды, в частности от ультрафиолетового излучения (см. Castaneda-Ovando A, Pacheco-Hernandez MdL, Paez-Hernandez ME, Rodriguez JA, Galan-Vidal CA. 2009. Chemical studies of anthocyanins: A review. Food Chemistry 113 (2009) 859-871), и, как доказано авторами, к изменяющимся световым условиям, в частности к смене спектра и смене интенсивности света, вызывающим световой стресс (см. Кульчин Ю.Н., Булгаков В.П., Субботин Е.П., Гольцова Д.О., Холин А.С., Ляхова Л.П., Субботина Н.И., Гафицкая И.В., Григорчук В.П., Бурковская Е.В., Хроленко А., Орловская И.Ю., Наконечная О.В. Фотонная регуляция биосинтеза вторичных метаболитов в салате Eruca sativa //Вестник Дальневосточного отделения Российской академии наук. – 2021. – №. 4 (218). – С. 87-98).

Авторы определяли содержание антоцианов в растениях руколы сорта «Покер», выращенных по вышеописанной методике.

Кроме заявляемого варианта (одновременное облучение синим светом с длиной волны 440 нм и уровнем облученности 500 мкмоль/(кв.м.*с) и красным светом с длиной волны 660 нм и уровнем облученности 500 мкмоль/(кв.м.*с)) для сравнения в качестве источников освещения использовали светодиодные светильники только зеленого, или только синего, или только красного, или только теплого белого света (с цветовой температурой 3500 К) одинаковой интенсивности генерируемых фотонов, с уровнем облученности 1000 мкмоль/(кв.м.*с) на высоте не более 1 см от уровня почвогрунта.

Идентификация, содержание и продуктивность выработки антоцианов в растениях руколы, выращенных при различных условиях освещения, определяли методами высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ).

Результаты испытаний по содержанию антоцианов в растениях руколы приведены в таблице 2.

Таблица 2

Содержание антоцианов в растениях руколы сорта «Покер»

на 30-е сутки при использовании разных вариантов освещения

На основе данных таблицы 2 можно сделать вывод, что содержание антоцианов при вегетации растений только под зеленым или только под синим светом равно нулю, а при освещении растений сине-красным светом максимально. Удельное содержание антоцианов в миллиграмм на 1 грамм сырого веса при освещении растений руколы сине-красным светом лучше, чем освещение только красным светом, на 38%.