Способ активации проращивания семян сои при светодиодном монохроматическом освещении Российский патент 2021 года по МПК A01C1/00 A01G22/40 A01G7/04 

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности, в растениеводстве, может найти применение для повышения всхожести семян, в селекции с использованием агробиотехносистем с искусственным освещением в технологиях получения пророщенных семян сои и получения микрозелени.

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)

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

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 белковой сельскохозяйственной культуры сои, остается открытым.

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 полихроматический источник фотонов широкой области красного излучения и дает решение вопросов интенсификации роста растений салатной культуры в фазе технической зрелости салата.

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 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 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 сельскохозяйственной культуры сои при проращивании семян.

Наиболее близким к предлагаемому решению является патент Японии (JP 3198211 U, 18.06.2015). Авторы работы-прототипа используют полные спектры 3-х светодиодных излучателей в определенной комбинации красного, синего и зеленого света при определенных соотношениях диапазона интенсивности красный/зеленый и красный/синий, что не позволяет выявить оптимум для моноспектрального излучения для конкретной культуры сои при ее проращивании.

Технический результат - расширение возможностей использования светодиодного освещения в варианте монохроматического спектра зеленого света низкой интенсивности для повышения всхожести семян сои, продуктивности ростков при 7-суточном проращивании.

Техническое решение заявленного объекта заключается в том, что в отличие от прототипа, семена сои проращивают в течение 7 суток в стандартных условиях при комнатной температуре и увлажнении семян с применением в качестве источника света монохроматического непрерывного освещения светодиодами зеленого света с длиной волны 525 нм при генерации фотонов низкой интенсивности 1,44 мкмоль/м²с 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 зернобобовых культур – соя, сорт Алена (селекция ВНИИ сои, г. Благовещенск).

Проращивание семян сои 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 2 варианта:

- контроль 1 – проращивание в темноте,

- контроль 2 – проращивание под светодиодной полихроматической фитолампой с полихроматическим излучением фотонов и рекомендуемой для выращивания растений.

Проращивание семян сои 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 и контрольный вариант 2 под освещением полихроматического светодиодного источника- выпускаемой промышленностью фитолампы.

На 7-е сутки определяли всхожесть семян в контрольных и опытных вариантах, измеряли высоту, продуктивность проростков в 3-х повторностях. Определяли среднее арифметическое всхожести и измерение высоты и сырой биомассы ростков.

Результаты испытаний реализации способа приведены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1. Всхожесть (7-е сутки) семян сои (сорт Алена)

Вариант опыта Всхожесть, % Изменение всхожести относительно контроля 1, % Изменение всхожести относительно контроля 2, % Проращивание семян в темноте – контроль 1 78 - - Проращивание семян на свету под фитолампой – контроль 2 36 - - Проращивание семян при постоянном освещении СД СС 440 нм, 6,52 мкМоль/м² с 60 - 23,1 + 66,7 Проращивание семян при постоянном освещении СД ЗС 525 нм, 1,44 мкМоль/м² с 77 - 1,2 + 105,6 Проращивание семян при постоянном освещении СД КС 660 нм, 2,36 мкМоль/м² с 72 - 7,7 + 100,0

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 7 суток при непрерывном освещении ведет к снижению всхожести относительно проращиванию в темноте на 23,1 %, 1,2 % и 7,7 %, соответственно. Проращивание семян сои по предложенному способу в сравнении с проращиванием под освещением полихроматической фитолампы повышает всхожесть семян сои на 66,7 %, 105,6 % и 100,0 %, соответственно (табл.1).

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

Вариант опыта Высота ростков, см Изменение высоты к контролю 1, % Изменение высоты к контролю 2, % масса ростка, г Изменение массы ростка к контролю 1, % Изменение массы ростка к контролю 2, % Проращивание семян в темноте – контроль 1 10,6 - - 0,80 - - Проращивание семян на свету под фитолампой – контроль 2 6,8 - - 0,71 - - Проращивание семян при постоянном освещении СД СС 440 нм,
6,52 мкМоль/м² с 11,0 + 3,8 + 61,8 0,79 - 1,3 + 11,3 Проращивание семян при постоянном освещении СД ЗС 525 нм,
1,44 мкМоль/м² с 10,7 + 0,9 + 57,4 0,80 0 + 12,7 Проращивание семян при постоянном освещении СД КС 660 нм,
2,36 мкМоль/м² с 7,2 - 32,1 + 5,9 0,65 -18,8 - 8,5

В вариантах применения способа СД СС и СД ЗС наблюдается повышение высоты ростков сои на 3,8% и 0,9% в сравнении с контролем 1 и увеличение высоты ростков на 61,8% и 57,4% в сравнении с контролем 2 (фитолампа). При этом, положительный эффект сохраняется для этих вариантов и в случае продуктивности сои по росткам, что проявляется в повышении на 11,3 % и 12,7 % относительно контроля 2. Для варианта СД СС наблюдается незначительное снижение продуктивности (на 1,3%) относительно контроля 1, для варианта СД ЗС нет изменений по продуктивности относительно контроля 1 (табл.2).

Только в случае СД КС наблюдается существенное снижение высоты ростков на 32,2% относительно контроля 1 при повышении на 5,9 % относительно применения фитолампы - контроля 2 (табл.2). Однако, в этом варианте освещения СД КС наблюдается снижение продуктивности сои по биомассе ростков относительно контроля 1 и контроля 2 на 18,8% и 8,5%, соответственно.

Только вариант использования зеленого монохроматического освещения СД ЗС с низкой интенсивностью в 1,44 мкМоль / м² реализует возможности максимального положительного влияния на параметры роста, продуктивности и всхожести. Только всхожесть относительно контроля в этом варианте способа имеет снижение показателя на 1,2 %, что находится в переделах погрешности определения. При этом формируется новое качество ростков при получении их биомассы. При действии фотонов запускается механизм синтеза фотосинтетических пигментов хлорофилла и каратиноидов и новый тип автотрофного питания на стадии проращивания.

Это позволяет получать пророщенные семена сои с повышенной биологической активностью относительно контроля - темнового проращивания семян с повышением продуктивности относительно контроля 2 (использования фитоламп).

Таким образом, использование предлагаемого способа с применением низкоэнергетического излучения монохроматического светодиодного светильника СД ЗС (интенсивности излучения 1,44 мкмоль/м²с) позволяет получать пророщенные семена сои в форме первичной микрозелени с содержанием новых фотосинтетических биологически активных компонентов – продуктов первичного фотосинтеза уже на 7 сутки для здорового питания, а также использовать этот подход для получения новых биотипов сои в селекции.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к растениеводству, и может найти применение для повышения всхожести семян сои, в селекции с использованием агробиотехносистем с искусственным освещением в технологиях получения пророщенных семян сои и получения микрозелени. Способ включает проращивание семян сои при светодиодном освещении. Семена сои проращивают в течение 7 суток в стандартных условиях при комнатной температуре и увлажнении семян с применением в качестве источника монохроматического непрерывного освещения светодиодов зеленого света с длиной волны 525 нм при генерации фотонов низкой интенсивности 1,44 мкмоль/(м²⋅с) на уровне подложки с семенами. Способ обеспечивает расширение возможностей использования светодиодного освещения в варианте монохроматического спектра зеленого света низкой интенсивности для повышения всхожести семян сои, продуктивности ростков при 7-суточном проращивании. 2 табл.

Способ активации проращивания семян сои, включающий светодиодное освещение, отличающийся тем, что семена сои проращивают в течение 7 суток в стандартных условиях при комнатной температуре и увлажнении семян с применением в качестве источника монохроматического непрерывного освещения светодиодов зеленого света с длиной волны 525 нм при генерации фотонов низкой интенсивности 1,44 мкмоль/(м²⋅с) на уровне подложки с семенами.