Способ активации проращивания семян злаковых луговых трав при светодиодном монохроматическом освещении Российский патент 2021 года по МПК A01C1/00 F21K9/00 A01G7/04 

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может найти применение в растениеводстве, в селекции и расширении области применения светодиодного монохроматического излучения в технологиях получения пророщенных семян злаковых луговых трав для здорового питания и при подсеве трав на кормовых угодьях сенокосов и пастбищ.

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.

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).

В последние несколько десятилетий активно в практику сельскохозяйственной науки и биотехнологии входят агробиотехносистемы различных конструкций и модификаций, предназначенные для исследования процессов выращивания растений в контролируемых условиях проведения эксперимента. 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., О.С. Яковлева, А.И. Знаменский, И.Г. Тараканов, С.Г. Радченко, С.Н. Лапач. 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).

Известно техническое решение, в котором растения картофеля in vitro облучают светодиодными источниками разного цвета (красного, синего, зеленого, белого) с различной интенсивностью в нанометрах. (Ю.Ц.Мартиросян, Л.Ю.Мартиросян, А.А. Кособрюхов. Динамика фотосинтетических процессов в условиях переменного спектрального облучения растений. Сельскохозяйственная биология, 2016, том 51, №5, с.680-687)

Однако в известном решении не выявлены четкие зависимости по росту и развитию растений и обозначены параметры одной изучаемой культуры при чередовании темноты и облучения разным световым спектром излучения для листьев картофеля в условиях фотосинтеза при вегетации.

Известно, что при досвечивании горчицы салатной в фазе технической зрелости растений светодиодными светильниками с красным и синим полидисперсным спектром можно управлять продуктивностью растений и параметрами антиоксидантной активностью ее зеленой массы (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. Выпуск 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 решение вопросов интенсификации роста растений салатной культуры в фазе технической зрелости салата.

Наиболее близким к предлагаемому решению является патент КНР (CN 103687478 B, 23.09.2015), где рассматривается монохроматическое освещение для стимулирования роста растений. Авторы работы-прототипа используют полные спектры излучателей светодиодного монохроматического излучения только красной или синей области освещения для растений.

Технический результат - расширение возможностей использования светодиодного монохроматического освещения, определение параметров длины волны излучения для проращивания семян злаковых луговых трав и повышения качества проростков, а именно запуска первичного фотосинтеза с получением микрозелени, обогащенной биоактивными компонентами.

Техническое решение заявленного объекта заключается в том, что, в отличие от прототипа, семена злаковых луговых трав проращивают 10 суток в стандартных условиях при комнатной температуре и увлажнении при постоянном монохроматическом светодиодном освещении зеленым светом с длиной волны 525 нм при низкой интенсивности фотонов 1,44 мкмоль/(м²⋅с) на уровне подложки с семенами с получением микрозелени.

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»).

Проращивание семян овсяницы 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 100 шт, повторность трехкратная. Полив проводили дистиллированной водой по мере подсыхания подложки. В качестве контроля использовали проращивание семян овсяницы в темноте в соответствии с ГОСТ 12038-84, 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 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 вариантов реализации способа приведены в таблицах 1, 2.

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

Вариант опыта Всхожесть, % Изменение всхожести относительно контроля, % Проращивание семян в темноте – контроль 74,8 - Проращивание семян при постоянном освещении СД СС 440 нм,
6,52 мкМоль / м² с 74,4 - 0,5 Проращивание семян при постоянном освещении СД ЗС 525 нм,
1,44 мкМоль / м² с 72,1 - 3,6 Проращивание семян при постоянном освещении СД КС 660 нм,
2,36 мкМоль / м² с 74,1 - 0,9

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, % Продуктивность – масса 100 ростков, г Изменение продуктивности относительно контроля, % Проращивание семян в темноте – контроль 12,6 - 2,67 - Проращивание семян при постоянном освещении СД СС 440 нм,
6,52 мкМоль / м² с 9,4 - 25,4 2,59 - 3,0 Проращивание семян при постоянном освещении СД ЗС 525 нм,
1,44 мкМоль / м² с 13,2 + 4,8 3,05 + 14,2 Проращивание семян при постоянном освещении СД КС 660 нм,
2,36 мкМоль / м² с 10,3 - 18,3 2,35 - 12,0

Применение предложенного способа с использованием монохроматического освещения СД СС, СД ЗС и СД КС дает незначительное снижение всхожести семян овсяницы на 0,5 %, 3,6 % и 0,9 %, соответственно (табл.1).

Для испытанных вариантов монохроматического освещения СД СС и СД КС по окончании периода мы получаем зеленые проростки (микрозелень) со снижением их высоты относительно контроля на 25,4 % и 18,3 %, соответственно. Также, наблюдается и снижение продуктивности по массе 100 ростков для этих вариантов. Снижение продуктивности при проращивании семян овсяницы для вариантов СД СС и СД КС составило 3,0 % и 12,0 %, соответственно (табл.2).

Применение предложенного способа с использованием светодиодов, генерирующих зеленое монохроматического излучение, приводит к повышению высоты ростков на 4,8 % при завершении проращивания семян на 10- е сутки и повышению продуктивности на 14,2 % (табл.2).

При этом наблюдается ярко выраженная зеленая окраска проростков овсяницы, что говорит о наличии фотосинтезируемых пигментов первичного фотосинтеза, в отличии от проращивании семян в темноте, что позволяет уже на 10-е сутки с момента посева семян получать микрозелень овсяницы, как рассаду для ведения селекции и основу для получения продукции для здорового питания.

Изобретение относится к области сельского хозяйства и растениеводства, к селекции и расширению области применения светодиодного монохроматического излучения в технологиях получения пророщенных семян злаковых луговых трав для здорового питания и при подсеве на кормовых угодьях сенокосов и пастбищах. Способ включает проращивание семян злаковых луговых трав при светодиодном монохроматическом освещении. При этом семена злаковых луговых трав проращивают 10 суток в стандартных условиях при комнатной температуре и увлажнении при постоянном монохроматическом светодиодном освещении зеленым светом с длиной волны 525 нм при низкой интенсивности фотонов 1,44 мкмоль/(м²⋅с) на уровне подложки с семенами с получением микрозелени. Способ обеспечивает расширение возможностей использования светодиодного монохроматического освещения, определение параметров длины волны излучения для проращивания семян злаковых луговых трав и повышения качества проростков, а именно запуска первичного фотосинтеза с получением микрозелени, обогащенной биоактивными компонентами. 2 табл.

Способ активации проращивания семян злаковых луговых трав при светодиодном монохроматическом освещении, отличающийся тем, что семена злаковых луговых трав проращивают 10 суток в стандартных условиях при комнатной температуре и увлажнении при постоянном монохроматическом светодиодном освещении зеленым светом с длиной волны 525 нм при низкой интенсивности фотонов 1,44 мкмоль/(м²⋅с) на уровне подложки с семенами с получением микрозелени.