Способ интенсификации проращивания семян редиса при импульсном освещении Российский патент 2020 года по МПК A01C1/00 A01G7/04 A01C21/00 

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности, к растениеводству, и может найти применение в селекции при отборе перспективных генотипов растений, отзывчивых на искусственное светодиодное освещение и минеральное питание в импульсном режиме с использованием агробиотехносистем, в агробиофотонике и в технологиях получения пророщенного редиса и его микрозелени для здорового питания.

В России введен государственный стандарт определения всхожести семян сельскохозяйственных растений, где рассматриваются условия проращивания семян, как правило, в темноте с учетом факторов температуры и времени для оценки энергии прорастания и всхожести семян (ГОСТ 12038-84. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести. - М. Стандартинформ, 2011).

Однако для семян, отзывчивых при проращивании к свету, рассматривается в стандарте только естественное освещение. В соответствии с указанным ГОСТ, для семян редиса определение энергии прорастания и всхожести регламентировано при проращивании в темноте на 3 и 6-е сутки, соответственно.

Стандартов для проращивания семян при искусственном освещении на данный момент не существует. Для каждого растения конкретно исследуются вопросы влияния искусственного освещения в различных его составляющих по спектрам электромагнитного излучения, интенсивности и времени воздействия на разных этапах вегетации и фотосинтеза при разработке элементов технологий для защищенного грунта (патент №2601055, опубликован 27.10.2014, Бюл. №30, МПК А01С 1/00, А01С 1/02)

Известено, что импульсный характер облучения растений оказывает как стимулирующее, так и угнетающее действие на накопление сухой массы посева салата, в зависимости от уровня усредненной по времени интенсивности светового потока, который за время освещения растений представляет собой чередующиеся импульсы потока фотонов с следующими за ними периодами темноты. При значениях усредненной по времени интенсивности фотонов, не превышающих 400 мкмоль/(м²с], импульсный свет ингибировал рост растений по сравнению с непрерывным излучением, особенно при удлинении периода следования импульсов (Коновалова И.О., Беркович Ю.А., Ерохин А.Н., Смолянина C.O., Яковлева О.С, Знаменский А.И., Тараканов И.Г., Радченко С.Г., Лапач С.Н., Трофимов Ю.В., Цвирко В.И. Оптимизация светодиодной системы освещения витаминной космической оранжереи // Авиакосм, и экол. мед. - 2016. - Т. 50, №3. - С. 17-22).

Однако, не существует общих решений по использованию импульсных режимов светодиодного освещения с использованием фитоламп для растительных культур в фазе автотрофного питания растений за счет фотосинтеза, не говоря о первичной фазе проращивания семян и формирования ростков с определенными показателями качества - как основы последующего развития растения.

Вопрос о влиянии импульсного режима искусственного освещения света на прорастание семян при первичном гетеротрофном питании за счет резерва питательных веществ в семенах практически не изучен в научном плане, не говоря о технических решениях применительно к конкретным биологическим и сельскохозяйственным объектам растениеводства.

Наиболее близким к предлагаемому решению является исследование Донга С.с соавторами, которые, исследуя воздействие импульсного освещения с миллисекундным периодом на фотосинтетические характеристики и продукционный процесс растений пшеницы, получили некоторое снижение урожайности при коэффициенте заполнения импульсами света 50%. При коэффициентах заполнения 70 и 80% урожайность посевов достоверно не отличалась от контроля. Авторы исследования считают принципиально возможным снижение затрат электроэнергии на освещение посевов за счет использования импульсного освещения (Dong С, Shao L., Liu G. et al. Photosynthetic characteristics, antioxidant capacity and biomass yield of wheat exposed to intermittent light irradiation with millisecond-scale period // Journal of plat physiology. - 2015. - Vol. 184. - P. 28-36.).

Однако, авторы предполагают использование импульсного освещения в режиме миллисекундного диапазона формирования потока фотонов и темноты с определенной скважностью для устранения эффекта негативного воздействия света на продукционные характеристики в период фотосинтеза только для культуры пшеницы. Вопрос о воздействии освещения в импульсном (прерывистом) режиме на стадии проращивания пшеницы и других культур до появления микрозелени авторами не рассматривается.

Эта отличительная характеристика всех малочисленных работ по изучению импульсных режимов светодиодного освещения на продукционный процесс конкретных растений, поскольку генетический фактор является основным фильтром по проявлению эффектов стимулирования или ингибирования жизненных процессов при фотосинтезе в этих условиях автотрофного питания.

Более близкие прототипы по техническим решениям по влиянию импульсных режимов потока фотонов, генерируемых светодиодными излучателями на семена растений, начиная с начальных периодов фотосинтеза для проростков проросших семян - отсутствуют.

Технический результат - установление режима импульсного светодиодного освещения в комплексе с дополнительной минеральной подкормкой для увеличения продуктивности и качества растений в фазе проращивания семян и до начала истинного фотосинтеза.

Техническое решение заявленного объекта отличается от прототипа тем, что на 7-й день проращивания в темноте семян редиса проводят подкормку проростков минеральным питательным раствором состава (в мг/л): N-NH₄ - 0,5; Р - 4,1; K - 27,5; Са - 10,0; Mg - 2,4; S - 3,0; Fe - 0,094; Mn - 0,014; В - 0,016; Cu - 0,003; Zn - 0,013; Mo - 0,003; pH 5,7-6,0 при общей концентрации солей 140 мг/л и далее облучают светодиодными светильниками при интенсивности генерируемых фотонов в 140 мкмоль/м² с при длительности импульсов 1 с освещение и 3 с паузы темноты, с характеристиками полихромного спектра: ультрафиолет 380 нм - 1,5%, синий 440 нм - 23,8%, зеленый 520-530 нм - 6%, красный 640 нм - 61,5%, дальний красный 740 нм-7,2% с 7-го по 14-й день круглосуточного освещения проростков до получения микрозелени.

Способ осуществляют следующим образом:

Пример. Исследования проводили в синерготроне (закрытой климатической камере с цифровым программным управлением основными параметрами внешней среды) модели 1.01. конструкции Автономной некоммерческой организации «Институт стратегий развития». В качестве объекта исследований взяты семена и проростки редиса сорта «Юбилейный». Проращивание семян проводили в чашках Петри согласно ГОСТ 12038-84 с изменениями - использовалась подложка из минеральной ваты фирмы «Агрос». Количество семян - по 25 шт. в чашке Петри, повторность трехкратная. Температура 25-26°С.

Проверку проводили для 3-х опытных вариантов:

- Проращивание в темноте (контроль) по ГОСТ 12038-84 в течение 7 суток,

- Проращивание в темноте 7 суток по ГОСТ 12038-84 при увлажнении дистиллированной водой с последующим доращиванием проростков с 7-ми до 14 дней при светодиодном освещении в импульсном режиме,

- Проращивание в темноте по ГОСТ 12038-84 с увлажнением дистиллированной водой и проведением однократной подкормки по 20 мл на чашку Петри на 7 сутки минеральным питательным раствором состава (в мг/л): N-NH₄ - 0,5; Р - 4,1; K - 27,5; Са - 10,0; Mg - 2,4; S - 3,0; Fe - 0,094; Mn - 0,014; В - 0,016; Cu - 0,003; Zn - 0,013; Mo - 0,003. Далее с 7-го дня проращивание вели при светодиодном освещении в импульсном режиме и проведением полива проростков дистиллированной водой до 14 дня.

Уровень интенсивности света, создаваемый светодиодными светильниками конструкции AHO «Институт стратегий развития» на уровне субстрата в период действия импульса, составил 140 мкМоль/м²*с, 24 ч в сутки до получения микрозелени на 14 день. Использовали следующие режимы импульсного светодиодного облучения: 1 с / 3 с (длительность импульса 1 с, пауза-темнота 3 с). Характеристики полихромного спектра светодиодного светильника в эксперименте: ультрафиолет 380 нм - 1,5%, синий 440 нм -23,8%), зеленый 520-530 нм - 6%, красный 640 нм - 61,5%, дальний красный 740 нм - 7,2%.

На 14 день определяли биомассу 100 ростков и содержание в них хлорофилла и каротиноидов. Определение фотосинтетических пигментов растений проводили спектрофотометрическим методом по РД 52.24.784-2013 и ГОСТ 17.1.4.02-90.

В течение всего эксперимента проводили увлажнение подложки (минеральной ваты) дистиллированной водой.

Полученные результаты испытаний способа приведены в таблицах 1,2.

Использование светодиодного освещения в импульсном варианте освещения 1 с/3 с с 7-го дня от посева семян при переходе в начало фотосинтеза дает увеличение биомассы на 38,4% относительно проращивания семян в темноте и при эффективности в 52,1% от совместного применения импульсного освещения с подкормкой минеральным питательным раствором. Эффективность использования минеральной подкормки составила 9,6% относительно использования варианта 1 (доращивание ростков только при светодиодном освещении в импульсном режиме).

Также, предлагаемый способ, в отличие от контроля, позволяет получать ростки пророщенных семян или микрозелень с содержанием фотосинтетических пигментов, обладающих биологически активным действием и представляющих биологическую ценность при использовании в диетическом и профилактическом питании. Это хлорофиллы а и b, а также пигменты -провитамин группы А - каротиноиды (таблица 2). При проращивании в темноте фотосинтетические пигменты не образуются.

Полученные данные на основе совокупности признаков позволяют заключить, что проращивание семян редиса предлагаемым способом при использовании импульсного освещения предложенного режима светодиодами полихромного спектра в климатической камере с однократной подкормкой на 7 день от посева семян позволяет получать проростки и микрозелень с повышенной биологической ценностью.

Это может найти применение в селекционных работах, семеноводстве по отбору высокопродуктивных форм, отзывчивых на избирательное действие освещения как для фотосинтеза, так и интенсификации процессов гетеротрофного питания при проращивании семян и при разработке новых технологий получения проростков светокультур и технологий получения их микрозелени для здорового питания.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к растениеводству. Способ включает импульсное освещение. На 7-й день проращивания в темноте семян редиса проводят подкормку проростков минеральным раствором состава (мг/л): N-NН₄ – 0,5; P – 4,1; K – 27,5; Ca – 10,0; Mg – 2,4; S – 3,0; Fe – 0,094; Mn – 0,014; B – 0,016; Cu – 0,003; Zn – 0,013; Mo – 0,003. Далее облучают светодиодными светильниками при интенсивности генерируемых фотонов 140 мкмоль/м²с при длительности импульсов 1 с освещение и 3 с паузы темноты, с характеристиками полихромного спектра: ультрафиолет 380 нм - 1,5%, синий 440 нм - 23,8%, зеленый 520-530 нм - 6%, красный 640 нм - 61,5%, дальний красный 740 нм - 7,2% с 7-го по 14-й день круглосуточного освещения проростков до получения микрозелени. Способ позволяет установить режим импульсного светодиодного освещения в комплексе с дополнительной минеральной подкормкой для увеличения продуктивности и качества растений в фазе проращивания семян и до начала истинного фотосинтеза. 2 табл., 1 пр.

Способ интенсификации проращивания семян редиса при импульсном освещении, включающий импульсное освещение, отличающийся тем, что на 7-й день проращивания в темноте семян редиса проводят подкормку проростков минеральным раствором состава (мг/л): N-NН₄ – 0,5; P – 4,1; K – 27,5; Ca – 10,0; Mg – 2,4; S – 3,0; Fe – 0,094; Mn – 0,014; B – 0,016; Cu – 0,003; Zn – 0,013; Mo – 0,003 и далее облучают светодиодными светильниками при интенсивности генерируемых фотонов 140 мкмоль/м²с при длительности импульсов 1 с освещение и 3 с паузы темноты, с характеристиками полихромного спектра: ультрафиолет 380 нм - 1,5%, синий 440 нм - 23,8%, зеленый 520-530 нм - 6%, красный 640 нм - 61,5%, дальний красный 740 нм - 7,2% с 7-го по 14-й день круглосуточного освещения проростков до получения микрозелени.