Способ активации проращивания семян злаковых луговых трав Российский патент 2021 года по МПК A01C1/06 A01H3/02 

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности, к растениеводству и 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 злаковых луговых трав для здорового питания и при подсеве трав на кормовых угодьях сенокосов и пастбищ.

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 в аналоге рассматривают 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, т.к. фотосинтетический аппарат – листья растений, еще не сформированы.

Известна технология применения светодиодных источников света в светокультуре растений в теплицах и оранжереях которая даёт возможность длительного постоянного облучения комбинированным светом с включением в световой поток полихромного освещения красного (СД КС), синего (СД СС) и зеленого (СД ЗС) светов (Курьянова И.В., Олонина С.И. Оценка влияния различных спектров светодиодного светильника на рост и развитие овощных культур» Вестник НГИЭИ, 2017.№7(74) с.35-44).

Такие источники света предлагаются многими производителями как фитолампы. Как правило, искусственное освещение для различных видов растений в теплицах исследуется только с точки зрения возможности повышения фотосинтеза на разных стадиях вегетативного и генеративного развития при вегетации конкретных растений в условиях защищенного грунта. При проращивании семян и отсутствии сформированных листьев растений, как правило, подобранные фитолампы с определенными спектральными характеристиками малоэффективны, а применяемые обычно на практике интенсивности потока фотонов, оказывают не стимулирующее, а ингибирующее действие на проращиваемые семена растений.

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 А01С1/00, А01С1/02).

Известно техническое решение, в котором растения картофеля (Solanum tuberosum L.) сорта Жуковский ранний выращивали методом аэропоники в двух камерах фитотрона с преимущественным облучением растений светодиодами синего (λmax = 470 нм, СД СС) или красного света (λmax = 660 нм, СД КС) в области ФАР. В одной камере доля синего света при общей интенсивности облучения ФАР 400±28 мкМоль/ м² с, составляла 293,6 мкМоль/ м² с, в другой доля красного света — 262,0 мкМоль / м² с (Ю.Ц.Мартиросян, Л.Ю.Мартиросян, А.А. Кособрюхов. Динамика фотосинтетических процессов в условиях переменного спектрального облучения растений. Сельскохозяйственная биология, 2019, том 54, №5, с.130-139).

Используя разные интенсивности освещения с преобладанием в спектрах синей или красной составляющей светового потока, авторы решали задачи понимания механизма приспособления растений в естественных условиях произрастания и о возможностях использования светодиодных источников различного спектрального состава для светокультуры с учетом времени действия синей или красной составляющей спектра облучения. Полученные авторами, данные можно применить только для картофеля в условиях фитотронов при использовании только полихромного освещения. Вопрос об использовании данного подхода с реализацией конкретного способа искусственного освещения, например для злаковых луговых трав, остается открытым.

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 злаковых луговых 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 злаковых луговых трав, продуктивности ростков при 10-суточном проращивании.

Техническое решение заявленного объекта, заключается в том, что в отличие от прототипа, семена злаковых луговых трав обрабатывают в приготовленном рабочем растворе водного золя гидротермального нанокремнезема с концентрацией наночастиц 0,0005% 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 до 6,52 мкМоль / м² с на уровне подложки с семенами.

Способ осуществляют следующим образом:

Исследования проводили с использованием экспериментального образца агробиотехносистемы - синерготрона с цифровым программным управлением основными параметрами среды (модель 1.01. конструкции АНО «Институт стратегий развития», Москва). В качестве объекта исследований взят представитель злаковых луговых трав – овсяница сорт Аллегро (селекция ФНЦ «ВИК им. В.Р.Вильямса»).

Для обработки семян овсяницы использовали гидротермальный нанокремнезем (ГНК), полученный очисткой от примесей 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 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 1000 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 овсяницы 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 каждый вариант испытаний 0,5 г, повторность трехкратная. Полив проводили дистиллированной водой по мере подсыхания подложки. В качестве контроля 1 использовали проращивание семян овсяницы в темноте в соответствии с ГОСТ 12038-84, а контроль 2 - проращивании семян с использованием стандартной выпускаемой промышленностью фитолампой (полихроматическое излучение при интенсивности 277,4 мкМоль / м² с и соотношения синего к красному излучению как 1/3 как сравнение с прототипом) а также 3 опытных варианта с монохроматическим светодиодным низкоэнергетическим освещением синего (СД СС), зеленого (СД ЗС) и красного (СД КС) света с длинами волн 440 нм, 525 нм и 660 нм и интенсивностью 6,53 мкМоль / м² с, 1,44 мкМоль / м² с и 2,36 мкМоль / м² с, соответственно.

На 10-е сутки определяли всхожесть семян в контрольном вариантах 1 и 2 и опытных вариантах, измеряли высоту, продуктивность проростков в 3-х повторностях. Определяли среднее арифметическое всхожести и измерение высоты и сырой биомассы 100 ростков.

Результаты испытаний реализации способа приведены в таблицах 1 и 2.

Применение предложенного способа с предварительной предпосевной обработкой семян овсяницы 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 10 суток при непрерывном освещении позволяет повысить всхожесть на 9,1 %, 5,7 % и 6,7 %, соответственно, по отношению к контролю 2 при незначительном снижении всхожести от 0,5 % до 2,7 % по отношению к контролю 1 (табл.1).

Применение предложенного способа с использованием светодиодных источников синего (СД СС), зеленого (СД ЗС) и красного (СД КС) света с длинами волн 440 нм, 525 нм и 660 нм с низкой интенсивностью при проращивании семян 10 суток позволяет повысить высоту и продуктивность овсяницы на 56,6%, 85,5%, 55,3 % и 49,0%, 54,0%, 50,5%, соответственно, относительно контроля 2 (сравнение с прототипом). При сравнении высоты и продуктивности по росткам (массы 100 ростков), с применением предлагаемого способа в вариантах освещения СД СС, СД ЗС и СД КС в сравнении с проращиванием в темноте выявлено повышение роста для СД ЗС на 11,9 % при незначительном снижении роста проростков на 5,6% и 6,3% для вариантов СД СС и СД КС, соответственно. При этом продуктивность для вариантов СД СС и СД ЗС повысилась на 10,5% и 14,2%,соответственно, при незначительном снижении на 7,9% для освещения СД КС (табл.2).

Таблица 1. Всхожесть (10-е сутки) семян овсяницы (сорт Аллегро)

Вариант опыта Всхожесть, % Изменение всхожести относительно контроля 1, % Изменение всхожести относительно контроля 2, % Проращивание семян в темноте – контроль 1 74,8 - + 8,6 Проращивание семян на свету под фитолампой – контроль 2 68,9 - 8,6 - Проращивание семян при постоянном освещении СД СС 440 нм,
6,52 мкМоль / м² с 75,2 + 0,5 + 9,1 Проращивание семян при постоянном освещении СД ЗС 525 нм,
1,44 мкМоль / м² с 72,8 - 2,7 + 5,7 Проращивание семян при постоянном освещении СД КС 660 нм,
2,36 мкМоль / м² с 73,5 - 1,7 + 6,7

При этом, следует учитывать, что сравнение с проращиванием в темноте рассматривается как оценка со стандартом, который характеризует оценочно силу семян по запасу питательных компонентов. Проращивание при низкоэнергетическом освещении монохроматическим светом СД СС, СД ЗС и СД КС позволяет реализовать возможность запуска первичного фотосинтеза и создать новое качество пророщенных семян по ускорению накопления фотосинтетических пигментов (хлорофиллы и каратиноиды) несущих биологическую активность и, соответственно, полезность в применении для здорового питания. Комплексное сравнение показателей с использованием 2-х типов контроля – темновое проращивание и проращивание с использованием рекомендуемых промышленностью светодиодных фитосветильников с энергетическими характеристиками в сотню раз превышающими энергетические характеристики монохроматических источников СД СС, СД ЗС и СД КС позволило выявить возможности практической реализации нового технического решения в предлагаемом способе.

Таким образом, использование предлагаемого способа с применением низкоэнергетического излучения монохроматических 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 злаковых луговых трав позволяет получать пророщенные семена с содержанием биологически активных компонентов – фотосинтетических пигментов для здорового питания и повысить всхожесть, продуктивность и использовать способ в селекции для получения биотипов растений различной продуктивности.

Таблица 2. Высота (см) и продуктивность ростков (масса 100 ростков, г) на 10-е сутки проращивания семян овсяницы (сорт Аллегро)

Вариант опыта Высота ростков, см Изменение высоты относительно контроля 1, % Изменение высоты относительно контроля 2, % масса 100 ростков, г Изменение массы 100 ростков относительно контроля 1, % Изменение массы 100 ростков относительно контроля 2, % Проращивание семян в темноте – контроль 1 12,6 - + 65,8 2,67 - + 34,8 Проращивание семян на свету под фитолампой – контроль 2 7,6 - 39,7 - 1,98 - 25,8 - Проращивание семян при постоянном освещении СД СС 440 нм ,
6,52 мкМоль / м² с 11,9 - 5,6 + 56,6 2,95 + 10,5 + 49,0 Проращивание семян при постоянном освещении СД ЗС 525 нм,
1,44 мкМоль / м² с 14,1 + 11,9 + 85,5 3,05 + 14,2 + 54,0 Проращивание семян при постоянном освещении СД КС 660 нм,
2,36 мкМоль / м² с 11,8 - 6,3 + 55,3 2,46 - 7,9 + 50,5

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ проращивания семян овсяницы характеризуется тем, что включает предварительную обработку семян овсяницы 0,005% водным золем гидротермального нанокремнезема в течение 120 минут с последующим посевом, проращиванием при комнатной температуре и увлажнением семян в течение 10 суток при непрерывном освещении светодиодами синего света с длиной волны 440 нм, с интенсивностью 6,52 мкМоль/м²⋅с, или светодиодами зеленого света с длиной волны 525 нм, с интенсивностью 1,44 мкМоль/м²·с, или светодиодами красного света с длиной волны 660 нм, с интенсивностью 2,36 мкМоль/м²⋅с на уровне подложки с семенами. Изобретение позволяет повысить всхожесть семян злаковых луговых трав и продуктивность ростков при 10-суточном проращивании. 2 табл.

Способ проращивания семян овсяницы, характеризующийся тем, что включает предварительную обработку семян овсяницы 0,005% водным золем гидротермального нанокремнезема в течение 120 минут с последующим посевом, проращиванием при комнатной температуре и увлажнением семян в течение 10 суток при непрерывном освещении светодиодами синего света с длиной волны 440 нм, с интенсивностью 6,52 мкМоль/м²⋅с, или светодиодами зеленого света с длиной волны 525 нм, с интенсивностью 1,44 мкМоль/м²⋅с, или светодиодами красного света с длиной волны 660 нм, с интенсивностью 2,36 мкМоль/м²⋅с на уровне подложки с семенами.