СПОСОБ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН ГРЕЧИХИ Российский патент 2010 года по МПК A01C1/06 

Изобретение относится к способам воздействия на семена растений с целью изменения фено- и генотипических признаков растений и может быть использовано для эффективной защиты теплолюбивых растений гречихи от действия низких положительных температур.

Известно, что холодостойкость растений может быть повышена с помощью предпосевного закаливания наклюнувшихся семян путем 12-часового выдерживания в чередующихся температурных условиях 1…5 и 10…20°С (Полевой В.В. Физиология растений. - М.: Высшая школа, 1989. - С.425 с.). Закаливающее влияние на растения оказывает замачивание семян в растворе микроэлементов, нитрата аммония и синтетических антиоксидантов (Рубин Б.А. Курс физиологии растений. - М.: Высшая школа, 1976. - С.539; Физиология и биохимия сельскохозяйственных растений. / Н.Н.Третьяков, Е.И.Кошкин, Н.М.Макрушин и др. - М.: Колос, 1998. - С.504.; Колоша О.И., Рябокляч В.А., Великожон Л.Г. Устойчивость томатов к низким температурам. Киев: Наукова думка, 1993. - С.102-113). Однако указанные способы нестабильно повышают устойчивость растений к низким положительным температурам, а обработка проводится длительно, т.к. семена наклевываются при замачивании около 1,5-2 сут. Кроме того, эти способы требуют дорогостоящих и дефицитных компонентов для обработки, поэтому не находят широкого практического применения.

Существует способ повышения холодостойкости (устойчивости к низким положительным температурам) растений путем замачивания семян в водном растворе смеси пролина и глюкозы с последующим охлаждением и проращиванием во влажном песке, после чего проростки подвергают комплексному холодовому и химическому закаливанию путем опрыскивания смесью пролина, глюкозы и сахарозы и ступенчатому охлаждению в холодильной камере в специальном режиме при освещенности 7 тыс лк (патент РФ №2229215 С1. МКИ 7 A01G 7/00, 2004 г.). Этот способ отличается трудоемкостью и нетехнологичностью, поскольку приходится подвергать проростки контролируемому закаливанию, что невозможно в полевых условиях из-за длительности процесса (11 сут). Для обработки используется дорогостоящий препарат пролин.

Наиболее близким к предлагаемому является способ предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур, включающий однократное воздействие на семена взрывной волной с давлением фронта 5-40 МПа. Обработка способствует увеличению урожайности растений (патент RU 2083073 С1 МКИ 6 А01С 1/00 A01G 7/04, 1997 г.). Недостатком способа является то, что семена подвергаются действию достаточно высокого давления, при котором мобилизуются защитные силы растения, и это приводит к повышению продуктивности, а устойчивость растений к действию неблагоприятных факторов при этом снижается. При использовании данной схемы затруднительно создать давления ниже 5 МПа (50 кг·см^-2), которые приводили бы не к повышению продуктивности, а к повышению устойчивости растений. Кроме того, на семена действуют продукты детонации, растворимые в воде (азотистая, азотная и угольная кислоты), что снижает их жизнеспособность и не позволяет реализоваться приобретенному свойству - повышению устойчивости к низким положительным температурам.

Технический результат - повышение устойчивости гречихи к низким положительным температурам и ускорение процесса обработки.

Поставленный технический результат достигается тем, что в способе предпосевной обработки семян гречихи, включающем однократное воздействие на семена ударной волной в водной среде, семена предварительно помещают в перфорированный цилиндрический контейнер из водостойкого химически инертного материала, который погружают в сосуд с водой комнатной температуры на 24 час для набухания семян, после чего перфорированный цилиндрический контейнер переносят внутрь заполненного водой стального цилиндрического контейнера с навитым на наружной поверхности детонирующим шнуром и закрепляют соосно при помощи петли на горизонтальной планке, затем производят взрыв, создавая ударную волну в водной среде с давлением на фронте 40-45 кг·см^-2, извлекают перфорированный цилиндрический контейнер и находящиеся в нем семена подвергают последующему воздействию температуры +4°С во влажной атмосфере в течение 6 ч с последующей сушкой до воздушно-сухого состояния при комнатной температуре.

Существенным отличием предлагаемого способа является то, что семена гречихи помещают в перфорированный контейнер из химически инертного материала (стальной сетки, волокнистого полимерного материала и проч.), в котором диаметр ячеек меньше диаметра семян, и семена находятся в нем на протяжении всех этапов обработки. В связи с этим при перемещении семян из среды в среду не требуется дополнительных операций по перенесению влажных семян, что существенно ускоряет процесс обработки.

Замачивание семян производят при комнатной температуре, поскольку эта температура близка к оптимальной для прорастания семян, в водопроводной воде. Замачивание производят в течение 24 ч, т.к. в это время семена поглощают достаточное количество воды для того, чтобы повысилась чувствительность к последующей закалке, но не начались необратимые процессы прорастания. Повышение чувствительности путем замачивания семян позволяет сократить продолжительность закаливания - действия низких положительных температур на прорастающие семена.

Диапазон давлений выбран в связи с тем, что давления ниже 40 кг·см^-2 и выше 45 кг·см^-2 не оказывают существенного влияния на повышение устойчивости к низким положительным температурам.

Предлагаемая схема ударно-волновой обработки обеспечивает создание давлений в диапазоне 40-45 кг·см^-2 благодаря тому, что ударная волна распространяется на семена через воду (при распространении в воздухе создать такие давления крайне затруднительно). Расположение взрывчатого вещества снаружи стального контейнера обеспечивает равномерное воздействие на семена и предотвращает контакт семян с продуктами детонации. Закрепление перфорированного контейнера с семенами соосно с цилиндрическим стальным контейнером с помощью горизонтальной планки и петли обеспечивает точную дозировку и равномерное действие давления на семена. Соблюдение перечисленных операций обеспечивает качественную подготовку семян к последующим операциям, после проведения которых создается стабильное повышение устойчивости гречихи к низким положительным температурам.

Обработка взрывом необходима для того, чтобы повысить чувствительность семян к дальнейшему воздействию закаливающей температуры, что делает возможным сокращение продолжительности действия закаливающей температуры +4°С до 6 ч. При совместном действии ударной волны и пониженной температуры на семена не только увеличивается устойчивость семян к действию низких положительных температур, но и ускоряется процесс обработки.

Воздействие температуры +4°С благодаря аномальному изменению плотности воды производит наибольший эффект, обеспечивающий повышение устойчивости к низким положительным температурам. Действие температуры +4°С в течение 6 ч является минимальной эффективной дозой, обеспечивающей повышение устойчивости гречихи к низким положительным температурам, но не оказывает повреждающего действия на семена.

Сушка до воздушно-сухого состояния необходима для того, чтобы не допустить дальнейшее прорастание семян, их гибель и снижение устойчивости гречихи к низким положительным температурам, а также чтобы обеспечить хранение семян до посева без потери жизнеспособности и устойчивости. Кроме того, сушить семена необходимо для того, чтобы обеспечить их равномерное высыпание из сеялки во время сева, поскольку набухшие семена имеют больший объем и склеиваются друг с другом.

Продолжительность пребывания семян во влажной среде составляет 30 ч (24 ч замачивания, мгновенная обработка взрывом, 6 ч охлаждения во влажной атмосфере), причем превышать указанное время нельзя, т.к. это приведет к снижению жизнеспособности семян после подсушивания и не даст возможность повысить устойчивость гречихи к низким положительным температурам.

На фиг.1 показано устройство для обработки семян ударной волной в водной среде; на фиг.2 - вид сверху.

Устройство для обработки семян включает цилиндрический стальной контейнер 1, заполненный водой 2, цилиндрический перфорированный контейнер 3 с семенами, детонирующий шнур 4, проволочную петлю 5, электродетонатор 6, металлическую планку 7 с отверстием для проволочной петли.

Способ реализуется следующим образом.

Семена помещали в перфорированный цилиндрический контейнер 3, который погружали в сосуд с дехлорированной водопроводной водой комнатной температуры на 24 ч так, чтобы все семена были полностью погружены в воду.

Затем перфорированный цилиндрический контейнер 3 из водостойкого химически инертного вещества с семенами закрепляли при помощи проволочной петли 5 на металлической планке 7 в стальном цилиндрическом контейнере 1, после чего контейнер 1 заполняли водой 2, чтобы перфорированный цилиндрический контейнер 3 был погружен в воду на 5-7 см. Отношение диаметра перфорированного контейнера 3 к диаметру стального контейнера 1 должно составлять 1:5. Семена благодаря структуре перфорированного контейнера 3 оказывались взвешенными в воде. Затем на стальной контейнер 1 наматывали детонирующий шнур 4. Зная величину давления, необходимую для обработки семян (40-45 кг·см^-2), рассчитывали массу взрывчатого вещества, затем длину детонирующего шнура, количество витков и шаг спирали. К детонирующему шнуру 4 прикрепляли электродетонатор 6, после чего производили взрыв. Возникающая при взрыве ударная волна высокого давления вызывала движение стенок контейнера 1 с высокой скоростью, в результате чего в воде возникала ударная волна, которая передавалась на семена. Преимущества данного метода по сравнению с прототипом заключаются в более равномерном воздействии давления на семена, отсутствии влияния продуктов детонации на семена, а также в ускорении проведения последующих операций по извлечению семян из контейнера и сушке.

После извлечения из контейнера 1 семена во влажном состоянии, не вынимая из перфорированного контейнера 3, подвешивали внутрь плотно закрывающегося сосуда, на дне которого находилось небольшое количество воды, так чтобы контейнер 3 с семенами не соприкасался с водой. Семена таким образом оказывались в среде, содержащей как воду, так и воздух (во влажной атмосфере). Сосуд помещали в холодильную камеру с температурой +4°С на 6 час для закаливания.

После этого проводили сушку семян до воздушно-сухого состояния при комнатной температуре и относительной влажности воздуха не более 60%.

Семена, прошедшие обработку, высеивают в почву.

Расчет давления в ударной волне (p₂-p₁), равного 40-45 кг·см^-2, приводили для идеальной среды и адиабатного процесса согласно (Атрощенко Э.С.Технология взрывного прессования керамико-металлических и пьезокерамических материалов. Дисс.… докт. тех. наук. Пенза, 1984 и Баум Ф.А. Физика взрыва / Ф.А.Баум, Л.П.Орленко, К.П.Станюкович, В.П.Челышев, Б.И.Шехтер / Под ред. К.П.Станюковича. - М.: Наука, 1975). Принимали ρ_ВВ,, Н_ВВ,, d - соответственно плотность, высота заряда и скорость детонации взрывчатого вещества, t - время, m_ВВ, m_ПП - масса заряда взрывчатого вещества и пластины-поршня, r, h_конт - радиус и высота контейнера (Фиг.1).

Среда перед фронтом ударной волны имеет следующие параметры: давление p₁, плотность ρ₁=1 Мг·м³, скорость движения u₁, температуру Т₁. За фронтом ударной волны аналогичные параметры обозначим р₂, ρ₂, u₂, T₂. При движении пластины-поршня со скоростью u₂ от нее начинает распространяться фронт плоской прямой ударной волны со скоростью D. Если среда перед фронтом ударной волны покоится, т.е. u₁=0, уравнение для расчета разности давления имеет вид

где

a ρ₂ находится из выражения

где с* р*, ρ* - постоянные, с*=5400 кг·см^-2, р*=912000 кг·см^-2, ρ*=2,53 г·см^-3. Величина коэффициента χ (S) при ударном сжатии воды до давлений 30000 атм практически не изменяется, оставаясь равной 5,55.

В приведенной схеме в связи с тем, что фронт ударной волны распространяется во внутреннем пространстве цилиндрического контейнера, достаточно сложно рассчитать изменение давления вблизи поверхности контейнера (3) с семенами. Подобные зависимости определяются экспериментально.

Масса взрывчатого вещества m_BB (гексоген) находится путем решения уравнений (1-6). Длину детонирующего шнура рассчитывали исходя из того, что в 1 м шнура 9 г гексогена.

Определяли всхожесть по ГОСТ 12038-84 Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести. - Введ. 01.07.86. В зависимости от задачи исследования температура и продолжительность ее действия изменялись, что отражено в таблице. Продуктивность растений определяли в мелкоделяночном опыте, повторность - четырехкратная.

Таблица Вариант опыта Показатель Продолжительность действия температуры +4°С при испытаниях, ч 0 6 18 1 2 3 4 5 Контроль Всхожесть, % 90,0±0,6 87,0±1,2 68,0±0,6 Количество плодов на 1 растении 26,4±1,9 24,2±1,3 11,4±0,9 50 кг·см^-2 (прототип) Всхожесть, % 85,1±1,0* 79,4±0,8* 58,9±0,8* Количество плодов на 1 растении 30,4±2,1* 21,7±1,6* 9,8±0,9* Вода 24 ч / +4°С, 6 ч (без взрыва) Всхожесть, % 90,2±0,7 85,0±1,4 70,4±0,8 Количество плодов на 1 растении 25,8±1,7 25,0±1,5 13,2±1,6 Вода 24 час / 40 кг·см^-2 / +4°С, 6 ч (предлагаемый способ) Всхожесть, % 89,2±1,1 91,0±0,7* 82,9±0,8* Количество плодов на 1 растении 27,3±2,5 28,6±1,8 15,7±3,4* Вода 24 ч / 45 кг·см^-2 / +4°С, 6 ч (предлагаемый способ) Всхожесть, % 90,7±1,2 94,0±0,6* 85,7±0,9* Количество плодов на 1 растении 29,5±2,2 * 30,6±2,4* 17,9±1,4*

В столбцах 3-5 значения приведены в виде М±m, рассчитанные из 4-х повторностей (n=4); достоверность различий вариантов опыта относительно соответствующих показателей контроля при такой же продолжительности действия пониженной температуры при испытаниях обозначена знаком * и приведена для уровня существенности р≤0,05.

При обработке семян по прототипу (таблица) всхожесть существенно снизилась относительно контроля, а продуктивность превышала контроль у растений, которые не были подвержены действию холода, при 6- и 18-часовых испытаниях холодом она также снизилась. Следовательно, этот метод направлен на повышение продуктивности растений, но не устойчивости.

Действие температуры +4°С в течение 6 ч на семена, предварительно замоченные в воде на 24 ч, но не прошедшие обработку взрывом, не повысило устойчивость к низким положительным температурам при испытаниях, всхожесть и продуктивность практически соответствовали контролю (таблица). Следовательно, сокращение холодовой обработки до 6 ч, несмотря на ускорение процесса, не обеспечивает повышение устойчивости гречихи к низким положительным температурам.

При обработке семян по предлагаемому методу при испытаниях холодом (таблица) всхожесть увеличилась существенно по сравнению с контролем (на 5-26%), продуктивность при испытаниях холодом возросла на 26-57%. Результаты, приведенные в таблице, свидетельствуют о большей эффективности давления 45 кг·см^-2 по сравнению с давлением 40 кг·см^-2, поэтому снижение давления ниже

40 кг·см^-2 не представляется целесообразным.

Приведенные результаты подтверждают, что предварительная обработка семян гречихи по предлагаемому способу составляет 30 ч, включая предварительное замачивание семян, что значительно меньше известных способов. Обработка обеспечивает сохранение жизнеспособности части семян при действии пониженных температур и приводит к увеличению продуктивности растений, перенесших действие пониженных температур, то есть способствует повышению устойчивости гречихи к действию пониженных температур.

Семена гречихи помещают в перфорированный контейнер и замачивают в воде комнатной температуры в течение 24 часов для их набухания. Затем перфорированный контейнер с семенами помещают в другой заполненный водой контейнер, выполненный из стали, на который навит детонирующий шнур. Производят взрыв, создавая в водной среде ударную волну с давлением на фронте 40-45 кг/см^-2, после чего находящиеся в нем семена извлекают и выдерживают во влажной атмосфере при 4°С в течение 6 часов, а затем высушивают при комнатной температуре. Воздействие на семена ударной волной ускоряет процесс подготовки семян к посеву и обеспечивает повышенную устойчивость гречихи к низким положительным температурам. 2 ил. 1 табл.

Способ предпосевной обработки семян гречихи, включающий однократное воздействие на семена ударной волной в водной среде, отличающийся тем, что семена предварительно помещают в перфорированный цилиндрический контейнер из водостойкого химически инертного материала, который погружают в сосуд с водой комнатной температуры на 24 ч для набухания семян, после чего перфорированный цилиндрический контейнер переносят внутрь заполненного водой стального цилиндрического контейнера с навитым на наружной поверхности детонирующим шнуром и закрепляют соосно при помощи проволочной петли на горизонтальной планке, затем производят взрыв, создавая ударную волну в водной среде с давлением на фронте 40-45 кг·см^-2, извлекают перфорированный цилиндрический контейнер и находящиеся в нем семена подвергают последующему воздействию температуры +4°С во влажной атмосфере в течение 6 ч с последующей сушкой до воздушно-сухого состояния при комнатной температуре.