Способ получения микрозелени редиса Российский патент 2021 года по МПК A01G31/02 A01G7/00 

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 в импульсном режиме с использованием закрытых агробиотехносистем, в агробиофотонике и в технологиях получения пророщенного редиса и его микрозелени для здорового питания.

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

Стандарты для проращивания семян при искусственном освещении на данный момент не существуют. 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)

Известны агробиотехносистемы различных конструкций и модификаций, предназначенные для исследования процессов выращивания растений в контролируемых условиях. В России эти технические системы наиболее известны под термином фитотроны. Последние годы появились и модификации фитотронов для решения вопросов выращивания растений для космического питания и медицины (Коновалова И.О., Беркович Ю.А., Ерохин А.Н., Смолянина C.O., Яковлева О.С., Знаменский А.И., Тараканов И.Х., Радченко С.Г., Лапач С.Н.. Обоснование оптимальных режимов освещения растений для космической оранжереи «Витацикл-Т» // Авиакосм, и экол. мед. - 2016. - Т. 50, №4. - С. 28-36), а также класс агробиотехносистем - синерготроны с программно-управляемыми параметрами, включая и режимы освещения светодиодными источниками света (Жизненный цикл и экология растений: регуляция и управление средой обитания в агробиотехносистемах.

Сборник научных трудов. Выпуск 1 / Под редакцией проф. В.Н. Зеленкова - М.: Техносфера, 2018. - 208 с. ISBN 978-5-94836-543-5).

Применение светодиодных источников света в светокультуре растений дает возможность, наряду с длительным постоянным облучением растений, использовать импульсный режим облучения. Вместе с тем, характер воздействия импульсов на фотосинтетический аппарат, ростовые процессы в различных временных интервалах остается во многом не исследованным. Имеются только немногочисленные работы по изучению действия импульсного облучения на растения.

Импульсный характер облучения растений в работах Коноваловой И.О. с соавторами оказывал как стимулирующее, так и угнетающее действие на накопление сухой массы салата, в зависимости от уровня усредненной по времени интенсивности светового потока, который за время освещения растений представляет собой чередующиеся импульсы потока фотонов со следующими за ними периодами темноты. При значениях усредненной по времени интенсивности фотонов, не превышающих 400 мкмоль/(м² с), 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 и формирования ростков с определенными показателями качества - как основы последующего развития растения.

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. Аннотация статьи прототипа прилагается).

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 растительной культуры пшеницы.

Вопрос о воздействии освещения в импульсном (прерывистом) режиме на стадии проращивания пшеницы 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.

Технический результат - сокращение затрат на освещение и установление режима импульсного светодиодного освещения для увеличения продуктивности и качества растений в фазе первичного фотосинтеза после проращивания семян и до начала истинного фотосинтеза.

Техническое решение заявленного объекта отличается от прототипа тем, что в закрытой агробиотехносистеме после проращивания в темноте семян редиса с 7-го дня вегетации пророщенные семена досвечивают светодиодами при интенсивности генерируемых фотонов в 140 мкмоль/м² с и количественной характеристикой светового потока по составляющим его длинам волн: 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%, причем освещение реализуют в импульсном (прерывистом) режиме в соотношении периодов свет/темнота равным 1 секунда /3 секунды на протяжении роста ростков с 7-го по 14 день с получением микрозелени.

Способ осуществляют следующим образом:

Пример. Исследования проводили с использованием экспериментального образца агробиотехносистемы с цифровым программным управлением основными параметрами среды (модель 1.01. конструкции АНО «Институт стратегий развития»). В качестве объекта исследований взята сельскохозяйственная культура редиса сорта «Юбилейный». Проращивание семян редиса проводили в чашках Петри согласно ГОСТ 12038-84 с изменениями - использовалась подложка из минеральной ваты. Количество семян - по 25 шт. в чашке Петри, повторность трехкратная. Температура 23-24°С. Проращивание семян редиса проводили 7 суток в темноте в закрытой камере агробиотехносистемы ИСР 1.01.

Далее вели доращивание ростков 7 дней при импульсном светодиодном освещении с интенсивностью на уровне поверхности с растениями в период действия импульса 140 мкмоль/м² с, освещение круглосуточное 24 ч в сутки.

Использовали следующие режимы импульсного светодиодного облучения 1 с / 3 с (длительность импульса 1 секунда, пауза - период следования темноты 3 секунды) и 1 мс / 3 мс (длительность импульса 1 миллисекунда, пауза - период следования темноты 3 миллисекунды). Контроль - проращивание в темноте.

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 (микрозелень) и содержание в них хлорофилла и каротиноидов. Определение фотосинтетических пигментов ростков 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.

Экспериментально установлены оптимальные режимы импульсного освещения при доращивания ростков с 7-го по 14-й день от начала посева семян. Полученные результаты испытаний предложенного способа приведены в таблицах 1,2.

Использование светодиодного освещения в импульсном варианте освещения 1 с/3 с дает увеличение биомассы на 38,7% относительно контроля.

При этом, использование импульсного освещения в режиме 1 мс/3 мс дает прибавку к биомассе при получении микрозелени только 7,7%, что говорит о менее благоприятном воздействии на развитие ростков редиса импульсного излучения с большей частотной вспышек в единицу времени при одинаковом соотношении 1/3 временных периодов света и темноты.

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 продукты фотосинтеза - хлорофиллы а и b, а также пигменты - провитамин группы А - каротиноиды (таблица 2). При проращивании в темноте фотосинтетические пигменты не образуются.

Индикатором физиологического состояния растительных объектов может служить содержание в листьях фотосинтетических пигментов. В оптимальных для растений условиях содержание хлорофилла а превышает содержание хлорофилла b (соотношение a : b выше единицы), в неблагоприятных условиях это соотношение уменьшается, вплоть до значений меньше 1.

Как видно из таблицы 2 показатель соотношения хлорофиллов а/ b для микрозелени редиса, полученной в условиях импульсного режима 1 с/3 с на 25% превосходит значение этого показателя для условий выращивания при импульсном освещении режима 1 мс/3 мс, что говорит о менее благоприятном технологическом режиме выращивания микрозелени при импульсном освещении 1 мс/3 мс.

Полученные данные позволяют заключить, что проведение проращивания семян редиса предлагаемым способом при использовании импульсного полихромного освещения в агробиотехносистеме с предложенным режимом освещения светодиодами позволяет получать микрозелень с повышенной биологической ценностью и снизить уровень затрат на световое освещение в период фотосинтеза с 7-го по 14-й день в технологии получения микрозелени.

Так, усредненная по времени интенсивность освещения за сутки, используемая в предлагаемом способе снижена в 4 раза со 140 до 35 мкмоль/м²*с, что достигается импульсным режимом работы светодиодного светильника, что ведет к сокращению в 4 раза и затрат электроэнергии по сравнению работы ламп в непрерывном режиме освещения.

Это может найти применение в селекционных работах, семеноводстве по отбору высокопродуктивных форм, отзывчивых на избирательное действие освещения для фотосинтеза растений на начальном этапе при разработке новых технологий получения микрозелени для здорового питания.

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ получения микрозелени редиса включает импульсное освещение с миллисекундным периодом, причем в закрытой агробиотехносистеме после проращивания в темноте семян редиса начиная с 7-го дня от посева проростки досвечивают светодиодами при интенсивности генерируемых фотонов в 140 мкмоль/м²с и количественной характеристикой светового потока по составляющим его длинам волн: 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%, причем освещение реализуют в импульсном (прерывистом) режиме в соотношении периодов свет/темнота, равном 1 секунда /3 секунды на протяжении роста ростков с 7-го по 14 день с получением микрозелени. Изобретение позволяет увеличить продуктивность и качество растений в фазе первичного фотосинтеза после проращивания семян и до начала истинного фотосинтеза. 2 табл., 1 пр.

Способ получения микрозелени редиса, включающий импульсное освещение с миллисекундным периодом, отличающийся тем, что в закрытой агробиотехносистеме после проращивания в темноте семян редиса начиная с 7-го дня от посева проростки досвечивают светодиодами при интенсивности генерируемых фотонов в 140 мкмоль/м² с и количественной характеристикой светового потока по составляющим его длинам волн: 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%, причем освещение реализуют в импульсном (прерывистом) режиме в соотношении периодов свет/темнота, равном 1 секунда/3 секунды на протяжении роста ростков с 7-го по 14 день с получением микрозелени.