Способ активации проращивания семян сои 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 энергии прорастания семян, в селекции с использованием агробиотехносистем с искусственным освещением и расширении области применения гидротермального нанокремнезема в технологиях получения пророщенной сои 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 для 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 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, т.к. фотосинтетический аппарат - листья растений, еще не сформированы.

Наиболее близким к предлагаемому решению является изобретение облучение растений защищенного грунта, где осуществлю воздействие растений красным, синим и ультрафиолетовыми светодиодами ( патент №2680590, опубликован 22.02.2019, МПК A01G9/20)

В известном способе-прототипе авторы применяют свет спектров синего, красного и ультрафиолетового освещения широкого диапазона и высокой энергетической составляющей генерируемых пучков фотонов. 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. Сама система достаточно сложная. Это не позволяет применить приведенные данные авторов, например, для определения дозы облучения для различных культур, в том числе для масличной культуры сои.

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 сои, продуктивности ее ростков при 7-ми суточном проращивании.

Техническое решение заявленного объекта заключается в том, что в отличие от прототипа, семена сои обрабатывают 15 минут рабочим раствором водного золя гидротермального нанокремнезема с концентрацией наночастиц 0,001 % 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 (длина волны 440 нм), или зеленого (длина волны 525 нм) или красного (длина волны 660 нм) света при генерации фотонов низкой интенсивности, соответственно 6,52 мкМоль / м² с или 1,44 мкМоль / м² с, или 2,36 мкМоль / м² с на уровне подложки с семенами.

Способ осуществляют следующим образом:

Для экспериментальной проверки способа для сельскохозяйственной зернобобовой культуры сои использовали сорт Алена селекции ВНИИ сои (г.Благовещенск). 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 сои использовали гидротермальный нанокремнезем (ГНК), полученный очисткой от примесей термальной природной воды Мутновского месторождения в ООО НПФ «Наносилика» (г. Петропавловск-Камчатский) и концентрированием наночастиц кремнезема ультрафильтрацией. Используемый в испытаниях исходный золь нанокремнезема характеризовался исходной концентрацией по кремнезему 5,0%, полидисперсностью составляющих его наночастиц с преобладанием размеров 10-20 нм. Исходный золь 5 % ГНК разводили дистиллированной водой (из расчета 1 мл исходного золя на 5000 мл воды) для приготовления 0,001%-ной концентрации рабочего раствора гидротермального нанокремнезема для обработки семян. Обработку семян проводили, замачивая их в рабочем растворе в течение 15 минут.

Проращивание семян проводили согласно ГОСТ 12038-84 с изменениями, а именно: вместо фильтровальной бумаги использовали подложку из минеральной ваты в виде пластин 20*20 см (400 см²). Количество семян 50 шт., повторность трехкратная. Полив проводили дистиллированной водой по мере подсыхания подложки. В качестве контроля использовали проращивание семян сои в темноте, которые перед посевом предварительно выдерживали в дистиллированной воде в течение 15минут, а в опытных вариантах проводили проращивание с использованием монохроматического освещения с низкой интенсивностью фотонов, генерируемых светодиодными источниками синего (СД СС), или зеленого (СД ЗС) или красного (СД КС) света с длинами волн 440 нм, 525 нм или 660 нм, соответственно и с интенсивностью 6,52 мкМоль / м² с, 1,44 мкМоль / м² с и 2,36 мкМоль / м² с на уровне подложки с семенами..

На 3-й день определяли энергию прорастания, а на 7-й день определяли всхожесть семян в опытных и контрольном вариантах и измеряли высоту ростков, их продуктивность (среднюю массу одного ростка по взвешиванию 100 ростков) в 3-х повторностях. Определяли среднее арифметическое по энергии проращивания, всхожести, высоты и продуктивности ростков нуга.

Результаты испытаний реализации способа приведены в таблицах 1 и 2.

Применение предложенного способа с предварительной предпосевной обработкой семян сои сорта Алена 0,001 % водным золем гидротермального нанокремнезема в течении 15 минут и использованием светодиодного источника зеленого (СД ЗС) и красного (СД КС) света позволяет повысить энергию прорастания на 68,2 % и 54,5 %, соответственно, при повышении всхожести на 11,7 % для СД ЗС и ее сохранении (+0,1%, в пределах точности определения) для варианта СД КС относительно контроля. Использование предпосевной обработки семян 0,001 % водным золем ГНК в случае использования синего (СД СС) света дает повышение энергии проращивания на 36,4 % при незначительном снижении всхожести на 4,1 % (табл. 1).

Все три варианта реализации способа низкоинтенсивного монохроматического освещения при проращивании семян сои дают практический существенный эффект по параметру энергии проращивания при практическом сохранении всхожести семян а для варианта СД ЗС наблюдается повышение на 11,7 %.

Таблица 1. Энергия проращивания (3-и сутки), всхожесть (7-е сутки) семян сои (сорт Алена) в опытах и контроле при испытании способа

Вариант опыта Энергия проращивания, % Изменение энергии, % Всхожесть, % Изменение всхожести , % Проращивание семян в темноте после обработки дистиллированной водой – контроль 44 - 77 - Проращивание семян после обработки 0,001 %-ным раствором ГНК при постоянном освещении СД СС 440 нм,
6,52 мкМоль / м² с 60 + 36,4 74 - 4,1 Проращивание семян после обработки 0,001 %-ным раствором ГНК при постоянном освещении СД ЗС 525 нм,
1,44 мкМоль / м² с 74 + 68,2 86 + 11,7 Проращивание семян после обработки 0,001 %-ным раствором ГНК при постоянном освещении СД КС 660 нм,
2,36 мкМоль / м² с 68 + 54,5 78 + 0,1

Применение предложенного способа с использованием светодиодных светильников синего (СД СС) и зеленого (СД ЗС) света с длинами волн 440 нм и 525 нм с низкой интенсивностью при проращивании семян 7 суток и непрерывном освещении ведет к повышению продуктивности сои по биомассе ростка на 1,3% и 6,3%, соответственно, и ведет к повышению роста (высоты) ростков для синего света (СД СС) на 8,5% и снижению роста (высоты) на 4,7% для зеленого света (СД ЗС) (табл.2).

Использование варианта низкоинтенсивного непрерывного освещения красным светом (СД КС) при проращивании семян сои приводит к сохранению продуктивности по биомассе ростков пророщенной сои на 7-е сутки со снижением высоты ростков на 7-е сутки на 3,8 % (табл.2).

Таблица 2. Высота (см) и продуктивность ростков (масса одного ростка, г) на 7-е сутки проращивания семян сои (сорт Алена) в опытах и контроле

Вариант опыта Высота ростков, см Изменение высоты относительно контроля, % Продуктивность – масса 1 ростка, г Изменение продуктивности относительно контроля, % Проращивание семян после обработки 0,001 %-ным раствором ГНК в темноте – контроль 10,6 - 0,80 - Проращивание семян после обработки 0,001 %-ным раствором ГНК при постоянном освещении СД СС 440 нм ,
6,52 мкМоль / м² с 11,5 + 8,5 0,81 + 1,3 Проращивание семян после обработки 0,001 %-ным раствором ГНК при постоянном освещении СД ЗС 525 нм,
1,44 мкМоль / м² с 10,1 - 4,7 0,85 + 6,3 Проращивание семян после обработки 0,001 %-ным раствором ГНК при постоянном освещении СД КС 660 нм,
2,36 мкМоль / м² с 10,2 - 3,8 0,80 0

Таким образом, экспериментальная проверка вариантов низкоинтенсивного постоянного освещения СД СС, СД ЗС и СД КС при 7-ми суточном проращивании семян сои, показала также формирование биотипов ростков различной высоты, что подтверждает перспективность использования данного способа в селекционной работе отбора низкорослых и высокорослых биотипов растения сои, при высокой энергии проращивания и сохранения высокой продуктивности ростков и всхожести, практически не уступающей контролю при освещении СД СС или СД КС а в случае СД ЗС превосходящей контроль на 6,3 %.

Запуск фотосинтеза при низкоэнергетическом монохроматическом светодиодном освещении СД СС, СД ЗС и СД КС дает возможность реализации дополнительно нового пути синтеза биомассы ростков за счет автотрофного питания при истощении гетеротрофного питания к завершению проращивания семян в течении 7 суток с перспективой реализации возможности ускоренного получения микрозелени с использованием предложенного способа для проращивания семян сои, предварительно обработанных 0,001 %-ным водным золем ГНК.

Таким образом, использование предлагаемого способа с применением монохроматического низкоэнергетического излучения светодиодными светильниками СД СС (интенсивность излучения 6,52 мкМоль / м² с), СД ЗС (интенсивность излучения 1,44 мкМоль / м² с) и СД КС (интенсивность излучения 2,36 мкМоль / м² с) при проращивании семян сои в течении 7 суток позволяет получать пророщенные семена с содержанием биологически активных компонентов при повышении энергии проращивания без потери всхожести и продуктивности по росткам сои и получать высокорослые и низкорослые биотипы вариантов сои для селекционной работы.

Это позволяет также получать новый тип пророщенных семян на 7 сутки с биоактивными компонентами первичного фотосинтеза для здорового питания с расширением возможностей монохроматического освещения и использования гидротермального нанокремнезема.

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 0,001% гидротермального нанокремнезема в течение 15 минут, с последующим посевом и проращиванием в стандартных условиях при комнатной температуре и увлажнении семян в течение 7 суток, при непрерывном монохроматическом освещении светодиодами синего - длина волны 440 нм или зеленого - длина волны 525 нм, или красного - длина волны 660 нм света. Причем для светодиодного источника используют режим низкой интенсивности генерируемых фотонов, соответственно, в 6,52 мкмоль/м²⋅с, 1,44 мкмоль/м²⋅с, 2,36 мкмоль/м²⋅с на уровне подложки с семенами. Способ обеспечивает 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 сои, продуктивности ее ростков при 7-суточном проращивании. 2 табл.

Способ активации проращивания семян сои, включающий использование освещения в области синего и красного света, отличающийся тем, что семена предварительно обрабатывают водным золем 0,001% гидротермального нанокремнезема в течение 15 минут, с последующим посевом и проращиванием в стандартных условиях при комнатной температуре и увлажнении семян в течение 7 суток, при непрерывном монохроматическом освещении светодиодами синего - длина волны 440 нм или зеленого - длина волны 525 нм, или красного - длина волны 660 нм света, причем для светодиодного источника используется режим низкой интенсивности генерируемых фотонов, соответственно, в 6,52 мкмоль/м²⋅с, 1,44 мкмоль/м²⋅с, 2,36 мкмоль/м²⋅с на уровне подложки с семенами.