Способ активации проращивания семян салатных культур Российский патент 2021 года по МПК A01C1/00 F21K9/00 B82Y99/00 

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности, к растениеводству, может найти применение для повышения всхожести семян, в селекции с использованием агробиотехносистем с искусственным освещением и расширении области применения гидротермального нанокремнезема в технологиях получения пророщенных семян салатных культур повышенной биологической ценности для здорового питания.

В последние 20 лет в практику сельскохозяйственной науки и биотехнологии активно входят 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 и космического питания и медицины (Коновалова И.О., Беркович Ю.А., Ерохин А.Н., Смолянина С.О., Яковлева О.С., Знаменский А.И., Тараканов И.Г., 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 фитотронов - 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. - 208с. ISBN 978-5-94836-543-5).

Аналогом предлагаемого решения является работа по изучению досвечивания горчицы салатной в фазе технической зрелости растений светодиодными светильниками с красным, и синим полидисперсным спектром (Зеленков В.Н., Кособрюхов А.А., Лапин А.А., Латушкин В.В. Продуктивность и антиоксидантная активность горчицы салатной при облучении красным и синим светом в замкнутой системе фитотрона класса синерготрон ИСР-1.1 / Жизненный цикл и экология растений: регуляция и управление средой обитания в агробиотехносистемах. Сборник научных трудов. Вып. 1/ Под редакцией проф. В.Н. Зеленкова - М.: Техносфера, 2018 - С. 144-154. ISBN 978-5-94836-543-5, DOI: 10.22184/978-5-94836-543-5-142-152.

Однако, данный аналог рассматривает источник света в красной области излучения светодиодного светильника как полидисперсный фотонный источник широкой области красного излучения регулируемого светильника синерготрона модели 1.01 (разработка АНО Институт стратегий развития, г. Москва) и дает техническое решение вопросов интенсификации роста растений салатной культуры только в фазе технической зрелости.

Известно, что влияние света на этапе прорастания семян мало связано с интенсивностью фотосинтеза, так как фотосинтетический аппарат - листья растений, еще не сформированы.

Наиболее близким к предлагаемому решению является исследование в ВНИИ лекарственных и ароматических растений при рассмотрении фактора освещения при проращивании семян лекарственных растений с длительным периодом покоя, что снижает эффективность их применения в лекарственном растениеводстве из-за низкой всхожести, как лабораторной, так и полевой. Авторы работы - прототипа, используют полные спектры излучателей красного и синего света при проращивании семян паслена и белладонны (Н.Ю. Свистунова, П.С. Савин. Влияние различных условий на всхожесть семян некоторых лекарственных растений после длительного хранения / Идеи Н. И. Вавилова в современном мире: тезисы докладов в IV Вавиловской международной конференции. -Санкт-Петербург, 20-24 ноября 2017 г. СПб.: ВИР, 2017, с.149).

В известном способе-прототипе авторы применяют спектры синего и красного освещения широкого диапазона и высокой энергетической составляющей генерируемых пучков фотонов. Наиболее эффективным для реализации проращивания семян лекарственных растений белладонны и паслена оказался вариант с красным освещением семян при проращивании. Однако авторы не указывают интенсивности освещения и точных длин волн красного и синего света, что является существенным для практической реализации способа в технологиях проращивания для других сельскохозяйственных культур. Это не позволяет применить приведенные данные авторов, например для салатных культур.

Технический результат - расширение возможностей использования светодиодного освещения в варианте монохроматических спектров синего, зеленого и красного света, в комбинации с обработкой перед проращиванием семян наночастицами кремнезема гидротермального происхождения для повышения всхожести семян салата, продуктивности его ростков в фазе 6-ти суточного проращивания, и повышения их качества по содержанию биологически активных веществ - фотосинтетических пигментов для здорового питания.

Техническое решение заявленного объекта заключается в том, что в отличие от прототипа, проводят предпосевную обработку семян салатной культуры в приготовленном перед обработкой рабочем растворе водного золя гидротермального нанокремнезема, с концентрацией наночастиц 0,005 % в течение 120 минут с последующим посевом, и проращиванием в стандартных условиях при комнатной температуре и увлажнении семян с применением в качестве источников света монохроматического непрерывного освещения светодиодами синего света с длиной волны 440 нм (СД СС) или светодиодами зеленого света с длиной волны 525 нм (СД ЗС), или светодиодами красного света с длиной волны 660 нм (СД КС), при генерации фотонов низкой интенсивности в диапазоне 1,44 мкМоль / м² с, 1,44 мкМоль / м² с и 6,53 мкМоль / м² с , соотв5етственно, на уровне подложки с семенами.

Способ осуществляют следующим образом:

Для экспериментальной проверки способа в качестве сельскохозяйственной культуры использовали широко применяемая в России с 1996 г салат Дубачек МС сорт селекции чешской компании Agrofirma Moravoseed.

Испытания проводили с использованием экспериментального образца агробиотехносистемы - синерготрона с цифровым программным управлением основными параметрами (температура, влажность, освещение) среды проращивания (модель 1.01. конструкции АНО «Институт стратегий развития», г.Москва).

Для обработки семян салата использовали гидротермальный нанокремнезем (ГНК), полученный из термальной природной воды Мутновского месторождения в ООО НПФ «Наносилика» (г. Петропавловск-Камчатский) концентрированием наночастиц кремнезема ультрафильтрацией. Используемый в испытаниях исходный золь нанокремнезема характеризовался исходной концентрацией по кремнезему 2,5 %, полидисперсностью составляющих его наночастиц с преобладанием размеров 10-20 нм. Исходный золь 2,5 % ГНК разводили дистиллированной водой (из расчета 1 мл исходного золя на 500 мл воды) для приготовления 0,005%-ной концентрации рабочего раствора гидротермального нанокремнезема для обработки семян. Обработку семян проводили, замачивая их в рабочем растворе в течение 120 минут.

Проращивание семян проводили согласно ГОСТ 12038-84 с изменениями, а именно: вместо фильтровальной бумаги использовали подложку из минеральной ваты в виде пластин 10*20 см (200 см²). Количество семян на вариант 0,2 г, повторность трехкратная. Полив проводили дистиллированной водой по мере подсыхания подложки. В качестве контроля использовали проращивание семян салата в темноте, которые перед посевом предварительно выдерживали в дистиллированной воде в течение 120 минут. Далее проводили для контрольного и опытных вариантов проращивание с использованием монохроматического освещения с низкой интенсивностью фотонов, генерируемых светодиодными источниками синего (СД СС), зеленого (СД ЗС) и красного (СД КС) света с длинами волн 440 нм, 525 нм и 660 нм, с интенсивностью 6,52 мкМоль / м² с, 1,44 мкМоль / м² с и 2,36 мкМоль / м² с, соответственно, на уровне подложки с семенами..

На 3-й день определяли энергию прорастания, а на 6-й день определяли всхожесть семян в опытных и контрольном, вариантах и измеряли высоту ростков, их продуктивность (массу 100 проростков) в 3-х повторностях. Определяли среднее арифметическое по энергии проращивания, всхожести, высоты и продуктивности ростков нуга.

Для оценки запуска в предлагаемом способе первичного фотосинтеза (автотрофного питания) определяли спектрофотометрически фотосинтетические пигменты в ростках. Для этого проводили экстракцию пигментов этанолом из образцов сырых ростков на 6-е сутки проращивания.

Результаты испытаний реализации способа приведены в таблицах 1 - 4.

Применение предложенного способа с предварительной предпосевной обработкой семян салата Дубачек МС 0,005 % водным золем гидротермального нанокремнезема в течении 120 минут и использованием светодиодных источников синего (СД СС), зеленого (СД ЗС) и красного (СД КС) света с длинами волн 440 нм, 525 нм и 660 нм, соответственно и с низкой интенсивностью при проращивании семян 6 суток при непрерывном освещении позволяет повысить всхожесть во всех вариантах опытов на 2,5 %, 8,3 % и 9,6 %, соответственно (табл.1).

Таблица 1. Всхожесть (6-е сутки) семян салата Дубачек в опытах и контроле

Вариант опыта Всхожесть, % Изменение всхожести относительно контроля, % Проращивание семян в темноте – контроль 77,2 - Проращивание семян при постоянном освещении СД СС 440 нм,
6,52 мкМоль / м² с 79,1 + 2,5 Проращивание семян при постоянном освещении СД ЗС 525 нм,
1,44 мкМоль / м² с 83,6 + 8,3 Проращивание семян при постоянном освещении СД КС 660 нм,
2,36 мкМоль / м² с 84,6 + 9,6

Только в одном варианте применения способа СД СС освещения наблюдается снижение высоты ростков салата на 43,8 % на 3-и сутки и на 26,9 % на 6-е сутки проращивания (табл.2). Причем, продуктивность ростков салата на 6-е сутки в этом варианте повысилась на 13,9 % (табл.3). Снижение высоты ростков говорит о формировании низкорослых биотипов при реализации способа в варианте СД СС.

Для вариантов СД ЗС и СД КС реализация способа ведет, соответственно:

- к увеличению всхожести семян на 6-е сутки на 8,3 % и 9,6 % (табл.1),

- к увеличению высоты ростков на 68,8 % и 1,3 % в первые, 3-е суток проращивания (табл.2),

- к увеличению высоты ростков на 26,9 % и 17,3 % на 6-е сутки проращивания (табл.2),

- к увеличению на 19,6 % и сохранению продуктивности салата на 6-е сутки проращивания (табл.3),

Эти данные позволяют утверждать о возможности управления получением различных биотипов культуры салата для селекционного получения низкорослых и высокорослых сортов.

Таблица 2. Высота (см) ростков на 3 и 6-е сутки проращивания семян салата сорта Дубачек в опытах и контроле

Вариант опыта Высота ростков, мм, 3 сутки Изменение высоты относительно контроля, % Высота ростков, мм, 6 сутки Изменение высоты относительно контроля, % Проращивание семян в темноте – контроль 32 - 52 - Проращивание семян при постоянном освещении СД СС 440 нм ,
6,52 мкМоль / м² с 18 - 43,8 38 - 26,9 Проращивание семян при постоянном освещении СД ЗС 525 нм,
1,44 мкМоль / м² с 54 + 68,8 66 + 26,9 Проращивание семян при постоянном освещении СД КС 660 нм,
2,36 мкМоль / м² с 36 + 1,3 61 + 17,3

Таблица 3. Продуктивность ростков (масса 100 ростков, г) на 6-е сутки проращивания семян салата Дубачек в опытах и контроле

Вариант опыта Продуктивность – масса 100 ростков, г Изменение продуктивности относительно контроля, % Проращивание семян в темноте – контроль 5,40 - Проращивание семян при постоянном освещении СД СС 440 нм ,
6,52 мкМоль / м² с 6,15 + 13,9 Проращивание семян при постоянном освещении СД ЗС 525 нм,
1,44 мкМоль / м² с 6,46 +19,6 Проращивание семян при постоянном освещении СД КС 660 нм,
2,36 мкМоль / м² с 5,40 0

Принципиальным моментом для оценки предлагаемого способа служат также и дополнительный критерий - появление в химическом составе проростков фотосинтетических пигментов на 6-е сутки проращивания в отличие от контроля при проращивании в темноте.

По этому критерию для всех испытанных вариантов способа у ростков салата выявлены фотосинтетические пигменты, что позволяет говорить о возможности реализации технологий с использованием способа для получения микрозелени для здорового питания (табл.4).

Запуск первичного фотосинтеза при низкоэнергетическом монохроматическом светодиодном освещении СД СС, СД ЗС и СД КС дает возможность реализации дополнительного пути синтеза биомассы ростков за счет автотрофного питания при истощении потенциала внутренних резервов питательных веществ семян к завершению их проращивания к 6-м суткам и перспективы реализации ускоренного получения микрозелени на 6-е сутки проращивания семян салатных культур, предварительно обработанных 0,005 %-ным водным золем ГНК.

Таблица 4. Содержание хлорофиллов а и b и каратиноидов в ростках на 6-е сутки проращивания семян салата сорта Дубачек в опытах и контроле

Вариант опыта Хлорофилл а, мкг/мл Хлорофилл b, мкг/мл Сумма хлорофиллов а+b мкг/мл Каратиноиды мкг/мл Проращивание семян в темноте – контроль - - - - Проращивание семян при постоянном освещении СД СС 440 нм, 6,52 мкМоль / м² с 3,00 3,03 6.03 1,32 Проращивание семян при постоянном освещении СД ЗС 525 нм, 1,44 мкМоль / м² с 1,84 2,46 4.30 0,85 Проращивание семян при постоянном освещении СД КС 660 нм, 2,36 мкМоль / м² с 2,07 2,48 4.55 0,92

Таким образом, использование предложенного способа с применением низкоэнергетического излучения светодиодных светильников СД СС, СД ЗС и СД КС (интенсивности излучения 6,23 мкМоль / м² с , 1,44 мкМоль / м² с , 2,36 мкМоль / м² с, соответственно) при проращивании семян салатных культур позволяет получать пророщенные семена с содержанием биологически активных компонентов - продуктов первичного фотосинтеза: хлорофиллы а и b, каратиноиды при сохранении всхожести семян и получать разные по высоте биотипы ростков салатной культуры для селекции.

Это позволяет получать новый тип пророщенных семян на 6 сутки как микрозелень для здорового питания.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к растениеводству. Способ включает использование освещения в области синего и красного света. Семена предварительно обрабатывают водным золем 0,005% гидротермального нанокремнезема в течение 120 минут с последующим посевом и проращиванием в стандартных условиях при комнатной температуре, и увлажнении семян в течение 6 суток, и постоянном монохроматическом освещении светодиодами синего, или зеленого, или красного света с длиной волны 440 нм, 525 нм и 660 нм и низкой интенсивности пучка фотонов в 6,52 мкмоль/м²⋅с, 1,44 мкмоль/м²⋅с и 2,36 мкмоль/м²⋅с соответственно на уровне подложки с семенами. Способ позволяет расширить возможности использования светодиодного освещения в комбинации с обработкой перед проращиванием семян наночастицами кремнезема гидротермального происхождения для повышения всхожести семян салата, продуктивности его ростков в фазе 6-суточного проращивания и повышения их качества. 4 табл.

Способ активации проращивания семян салатных культур, включающий использование освещения в области синего и красного света, отличающийся тем, что семена предварительно обрабатывают водным золем 0,005% гидротермального нанокремнезема в течение 120 минут с последующим посевом и проращиванием в стандартных условиях при комнатной температуре, и увлажнении семян в течение 6 суток, и постоянном монохроматическом освещении светодиодами синего, или зеленого, или красного света с длиной волны 440 нм, 525 нм и 660 нм, и низкой интенсивности пучка фотонов в 6,52 мкмоль/м²⋅с, 1,44 мкмоль/м²⋅с и 2,36 мкмоль/м²⋅с соответственно на уровне подложки с семенами.