СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ СЕЯНЦЕВ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ (Pinus sylvesrtis L.) Российский патент 2015 года по МПК A01G31/00 

Область применения.

Изобретение относится к области биологии растений, в частности способам выращивания сеянцев сосны обыкновенной (Pinus sylvesrtis L.) в контролируемых условиях, который может быть применен в лесном хозяйстве, декоративном садоводстве и в научных исследованиях, с целью получения качественного посадочного или экспериментального биологического материала в виде сеянцев сосны обыкновенной (Pinus sylvesrtis L.) для поддержания коллекций, исследования свойств посадочного материала, а также осуществления мероприятий по лесовосстановлению и лесоразведению.

Уровень техники.

Выращивание сеянцев сосны обыкновенной имеет важное практическое значение для закладки лесных культур и защитных лесных насаждений. В соответствии с требованиями ГОСТ 3317-90 «Сеянцы деревьев и кустарников. Технические условия» получение сеянцев сосны обыкновенной с необходимыми морфологическими характеристиками охватывает период в 2-3 года и требует значительных трудовых и энергетических затрат. В последние годы предлагают различные способы, ускоряющие получение посадочного материала требуемого качества.

Известен способ выращивания растений с использованием полезной модели - светодиодного адаптивного локального облучателя растений в защищенном от внешней среды пространстве, содержащем защитное покрытие с размещенными в нем растениями, и искусственный источник света, расположенный над растениями и допускающий изменение его высоты. Защитное покрытие выполнено в виде отрезка тонкостенной трубы с открытой нижней частью и верхней крышкой (полезная модель РФ №91250 от 03.09.2009, опубл. 10.02.2010). Покрытие расположено над отдельным растением, находящимся на поверхности, на оси симметрии трубы, а источник света установлен на площадке в верхней части трубы на оси ее симметрии так, чтобы центральная ось светового потока источника света совпадала с осью симметрии трубы, причем в качестве источника света применены светодиоды.

Однако данный способ не подходит для выращивания сосны обыкновенной в контролируемых условиях, так как не сбалансирован спектральный состав света, не известен температурный и водный режимы, а также не заявлен состав субстрата или иной питательной среды, что не позволяет получать посадочный материал требуемого качества в заданные сроки.

Самым близким из известных способов является локальный бестеневой способ выращивания растений в защитной камере с помощью искусственного источника света, устанавливаемого в верхней торцевой части камеры, с изменением высоты положения источника света по мере роста растения и регулированием светового потока (Заявка на патент РФ №2009133012, опубл. 10.03.2011, решение о выдаче патента от 2012.10.01). Растение предварительно высаживают в грунт, защитную камеру, которая выполнена в виде тонкостенной цилиндрической трубы с открытой нижней частью. Камеру располагают над отдельным растением так, чтобы оно находилось на оси симметрии камеры, и перераспределяют световой поток источника света таким образом, чтобы свет попадал на всю надземную часть разрастающегося растения и изменяют при этом освещенность, обеспечивая максимальный КПД фотосинтетической активной радиации растения, затем при достижении определенной стадии роста камеру убирают, причем источник света в камере выполняют на светодиодах, расположенных на площадке. Данный способ не может быть использован для выращивания сосны обыкновенной в контролируемых условиях, так в нем не охарактеризован спектральный состав света и не известен состав питательной среды, а также световой режим подразумевает использование ламп нескольких типов, что затрудняет применение способа и увеличивает экономические затраты. При этом не гарантируется получение посадочного материала с хорошо развитой корневой системой, надземной частью в регулированные сроки.

Задача изобретения.

Задачей настоящего изобретения является получение качественного посадочного материала сеянцев сосны обыкновенной (Pinus sylvesrtis L.) с ожидаемыми свойствами, имеющими большую массу, более развитую корневую систему и надземную часть в более короткие сроки.

Решение задачи.

Поставленная задача решается тем, что создан новый способ выращивания сеянцев сосны обыкновенной (Pinus sylvesrtis L.), заключающийся в том, что семена сосны обыкновенной, промытые в дистиллированной воде, помещают в полипропиленовые гильзы, снабженные тампонами из хлопка, закрепляют в отверстиях плота из пенополистирола, который располагают на поверхности жидкой питательной среды, находящейся в климатической камере, освещаемой дихроматическим электролюминесцентным светом с длиной волны 460 нм и 580 нм и интенсивностью светового потока 140-200 микромоль квантов на м^-2·с^-1 при температуре 25°C, влажности 60%, с заменой питательной среды один раз в 72 часа и ее принудительной аэрации воздухом со скоростью 15 литров в час.

Поставленная задача также решается тем, что создан новый состав жидкой минеральной питательной среды: NH₄NO₃ - 2,0 мМ; KH₂PO₄ - 1,5 мМ; MgSO₄ - 0,5 мМ; Na₂SO₄ - 0,1 мМ; CaCl₂ - 1,0 мМ; H₃BO₃ - 55 мкМ; MnSO₄ - 5 мкМ; ZnSO₄ - 1,26 мкМ; CuSO₄ - 0,32 мкМ; Na₂MoO₄ - 0,1 мкМ; Co(NO₃)₂ - 0,02 мкМ; KI - 1,0 мкМ; FeSO₄ - 9,5 мкМ; этилендиаминтетраацетат натрия - 9,5 мкМ; pH=4,5.

Заявляемые интервалы определяются следующим образом.

При интенсивности света менее 140 микромоль квантов м^-2·с^-1 замедляется развитие сеянцев сосны. Интенсивность света свыше 200 микромоль квантов на м^-2·с^-1 не приводит увеличению скорости развития растений, вследствие фотонасыщения их ассимиляционного аппарата, и поэтому экономически неоправданна. Интенсивность света обуславливается рассеивающими свойствами источников света и находится в заявленных интервалах. Скорость аэрации питательной среды определяется необходимостью обеспечивать газообмен корней. При скорости аэрации более 15 литров в час возникает возможность повреждения корневой системы растений, а менее 15 литров в час происходит недостаточное насыщение воздухом питательной среды.

Новизна изобретения.

Новизной изобретения является вся заявленная совокупность признаков.

Сущность изобретения.

Сущность изобретения заключается в том, что способ выращивания сеянцев сосны обыкновенной (Pinus sylvesrtis L.) и питательная среда, использующаяся в этом способе определяются оптимизированным спектральным составом, интенсивностью света, химическим составом минеральной питательной среды, температурой и влажностью окружающего воздуха, своевременным обновлением среды, скоростью аэрации питательной среды, что позволяет получить качественный посадочный материал сосны обыкновенной с ожидаемыми свойствами и в кратчайший период времени.

Заявляемый способ выращивания сеянцев сосны обыкновенной (Pinus sylvesrtis L.) и питательная среда, использующаяся в этом способе, осуществляются следующим образом.

Семена растений сосны обыкновенной, промытые в дистиллированной воде, помещают в полипропиленовые гильзы, снабженные тампонами из хлопка, закрепленные в отверстиях плота из пенополистирола, который расположен на поверхности жидкой питательной среды следующего состава: NH₄NO₃ - 2,0 мМ; KH₂PO₄ - 1,5 мМ; MgSO₄ - 0,5 мМ; Na₂SO₄ - 0,1 мМ; CaCl₂ - 1,0 мМ; H₃BO₃ - 55 мкМ; MnSO₄ - 5 мкМ; ZnSO₄ - 1,26 мкМ; CuSO₄ - 0,32 мкМ; Na₂MoO₄ - 0,1 мкМ; Co(NO₃)₂ - 0,02 мкМ; KI - 1,0 мкМ; FeSO₄ - 9,5 мкМ; этилендиаминтетраацетат натрия - 9,5 мкМ; pH=4,5, и выращивают в климатической камере, освещаемой дихроматическим электролюминесцентным светом с длиной волны 460 нм и 580 нм и интенсивностью светового потока 140-200 микромоль квантов на м^-2·с^-1, при температуре 25°C, влажности 60%, с заменой питательной среды один раз в 72 часа и ее принудительной аэрации воздухом со скоростью 15 литров в час. Результаты изобретения представлены в таблицах 1, 2 и фиг.1, 2.

Таблица 1 Сравнение влияния состава питательной среды и режима освещения на биометрические параметры сеянцев сосны обыкновенной. Условия выращивания
Показатель Известная питательная среда по Кнопу-Хогланду, освещение белым светом люминесцентных ламп (Osram L36W765) Заявляемая питательная среда, освещение белым светом люминесцентных ламп (Osram L36W765) Заявляемая питательная среда, освещение электролюминесцентным дихроматический светом 460 нм + 580 нм от светодиодов (SnowDragon Ltd 50 W) Масса сеянцев, мг 114,3±2,8 325,0±4,9 714,8±18,9 Количество хвоинок, шт. 23,1±0,5 26,0±0,5 33,8±0,6 Длина главного корня, мм 134,6±3,4 208,8±4,1 288,7±9,9

Таблица 2 Сравнение влияния состава питательной среды и режима освещения на содержание фотосинтетических пигментов (мкг/г сухой массы) в хвое сеянцев сосны обыкновенной. Условия выращивания
Показатель Известная питательная среда по Кнопу-Хогланду, освещение белым светом люминесцентных ламп (Osram L36W765) Заявляемая питательная среда, освещение белым светом люминесцентных ламп (Osram L36W765) Заявляемая питательная среда, освещение электролюминесцентным дихроматический светом 460 нм + 580 нм от светодиодов (SnowDragon Ltd 50W) Хлорофилл a 2773,3±475,9 2328,7±81,2 1328,8±51,2 Хлорофилл b 1056,7±192,5 572,8±34,2 236,9±9,7 Каротиноиды 620,0±106,9 450,3±22,5 185,8±8,9

Содержание хлорофиллов a, b и каротиноидов в хвое сеянцев сосны обыкновенной оказалось немного ниже при использовании заявляемого способа. Однако поддержание пониженного, но оптимального количества фотосинтетических пигментов положительно влияет на перераспределение веществ в сторону ускорения темпов роста и развития сеянцев.

Оценку темпов накопления биомассы сеянцами проводили гравиметрическим методом на аналитических весах с точностью до 0,1 мг после промывки корневой системы сеянцев дистиллированной водой и ее подсушивания на фильтровальной бумаге.

Для определения линейных размеров сеянцев их сканировали с разрешением 800 dpi. Измерения длины главного корня сеянцев, протяженности зоны образования боковых корней, их количества и общей длины с точностью 0,01 мм, а также подсчет количества хвоинок, проводили в программе Maplnfo Professional v.9.5.

Образцы семядолей и хвои сеянцев высушивали до постоянного веса в сушильном шкафу, после чего их гомогенизировали в фарфоровой ступке с кварцевым песком и холодным 80% ацетоном. Экстракцию пигментов проводили до полного обесцвечивания образцов. После удаления осадка центрифугированием при 10000 g экстракты переносили в мерные стеклянные пробирки и доводили 80% ацетоном до определенного объема. Оптическую плотность экстрактов измеряли при длинах волн 470, 646 и 663 нм на спектрофотометре Genesys 10UV ("Thermo Electron Corporation", США). Расчет содержания хлорофиллов a, b и каротиноидов проводили по формулам, предложенным Lichtenthaler [Lichtenthaler, 1987], и выражали в мкг/г сухой массы.

Краткое описание чертежей.

Фиг.1 - размеры 6-недельных сеянцев сосны обыкновенной, выращенных:

А - под люминесцентными лампами (Osram L36W765) на известной среде по Кнопу-Хогланду;

Б - под люминесцентными лампами (Osram L36W765) на заявляемой питательной среде;

В - под электролюминесцентным дихроматическим светом 460 нм + 580 нм светодиодов (SnowDragon Ltd 50W) на заявляемой питательной среде (заявляемый способ).

Фиг.2 - Спектральные характеристики света излучаемого светодиода, использованного в заявляемом способе.

Результаты изобретения.

Получение качественного посадочного материала сосны обыкновенной (Pinus sylvesrtis L) с ожидаемыми свойствами, получение сеянцев, обладающих большей массой и более массивной разветвленной корневой системой, чем сеянцы, выращенные на стандартной питательной среде. Заявляемый способ выращивания позволяет получать сеянцы сосны обыкновенной большей массы на 525±38%, с большим числом хвоинок на 46±5% и более развитым главным корнем на 115±23%, чем при выращивании с использованием обычных люминесцентных ламп и известных питательных сред при соблюдении параметров заявляемого способа.

Содержание хлорофиллов a, b и каротиноидов в хвое сеянцев сосны обыкновенной оказалось немного ниже при использовании заявляемого способа (таблица 2). Однако поддержание пониженного, но оптимального количества фотосинтетических пигментов положительно влияет на перераспределение веществ в сторону ускорения темпов роста и развития сеянцев.

Кроме того, заявляемый способ занимает 6-8 недель, то есть 1,5 2 месяца, а не 2-3 года, как это следует из условий выращивания сеянцев с морфологическими признаками по ГОСТ 3317-90.

Изобретение может быть применено в лесном хозяйстве, декоративном садоводстве и в научных исследованиях для получения качественного посадочного или экспериментального биологического материала в виде сеянцев сосны обыкновенной (Pinus sylvesrtis L.). Способ заключается в том, что семена сосны обыкновенной, промытые в дистиллированной воде, помещают в полипропиленовые гильзы, снабженные тампонами из хлопка, закрепляют в отверстиях плота из пенополистирола, который располагают на поверхности жидкой питательной среды. Питательная среда имеет следующее соотношение компонентов: NH₄NO₃ - 2,0 мМ; KH₂PO₄ - 1,5 мМ; MgSO₄ - 0,5 мМ; Na₂SO₄ - 0,1 мМ; CaCl₂ - 1,0 мМ; H₃BO₃ - 55 мкМ; MnSO₄ - 5 мкМ; ZnSO₄ - 1,26 мкМ; CuSO₄ - 0,32 мкМ; Na₂MoO₄ - 0,1 мкМ; Co(NO₃)₂ - 0,02 мкМ; KI - 1,0 мкМ; FeSO₄ - 9,5 мкМ; этилендиаминтетраацетат натрия - 9,5 мкМ, и pH=4,5. Питательная среда помещена в климатическую камеру, освещаемую дихроматическим электролюминесцентным светом с длиной волны 460 нм и 580 нм и интенсивностью светового потока 140-200 микромоль квантов на м^-2·с^-1, при температуре 25°C, влажности 60%. Питательную среду заменяют один раз в 72 часа и ее принудительной аэрируют воздухом со скоростью 15 литров в час. Изобретение позволит получить качественный посадочный материал сеянцев, имеющих большую массу, более развитую корневую систему и надземную часть в более короткие сроки. 2 табл., 2 ил.

Способ выращивания сеянцев сосны обыкновенной (Pinus sylvesrtis L.), заключающийся в том, что семена сосны обыкновенной, промытые в дистиллированной воде, помещают в полипропиленовые гильзы, снабженные тампонами из хлопка, закрепляют в отверстиях плота из пенополистирола, который располагают на поверхности жидкой питательной среды, выполненной при следующем соотношении компонентов: NH₄NO₃ - 2,0 мМ; KH₂PO₄ - 1,5 мМ; MgSO₄ - 0,5 мМ; Na₂SO₄ - 0,1 мМ; CaCl₂ - 1,0 мМ; H₃BO₃ - 55 мкМ; MnSO₄ - 5 мкМ; ZnSO₄ - 1,26 мкМ; CuSO₄ - 0,32 мкМ; Na₂MoO₄ - 0,1 мкМ; Co(NO₃)₂ - 0,02 мкМ; KI - 1,0 мкМ; FeSO₄ - 9,5 мкМ; этилендиаминтетраацетат натрия - 9,5 мкМ, и pH=4,5, находящейся в климатической камере, освещаемой дихроматическим электролюминесцентным светом с длиной волны 460 нм и 580 нм и интенсивностью светового потока 140-200 микромоль квантов на м^-2·с^-1, при температуре 25°C, влажности 60%, с заменой питательной среды один раз в 72 часа и ее принудительной аэрации воздухом со скоростью 15 литров в час.