Способ обеззараживания торфа для получения тепличных субстратов для выращивания посадочного материала, полученного методом in vitro Российский патент 2023 года по МПК A01G24/28 A61L2/12 

Изобретения относят к технологиям обеззараживания торфа, для использования его в дальнейшем в качестве тепличного субстрата для выращивания посадочного материала, полученного методом «in vitro».

В настоящее время известен способ дезинфекции биологических субстратов [1], отличающийся тем, что воздействие на биологические объекты некогерентным импульсным излучением в диапазоне 180-800 нм с расстояния до 5 см в течение 5-10 мин, при этом мощность светового импульса составляет 5-10 Дж, длительность светового импульса - 5-20 мс. Недостатком данного способа служит невозможность его использования для тепличных субстратов.

Способом, позволяющим обеззараживать почву, который включает в себя нагрев почвы электромагнитным полем. Отличается тем, что почву нагревают до температуры 64 - 70°C со скоростью 0,04 - 0,5°C/с с термостатированием без подвода теплоносителя в течение не менее 180 с при скорости охлаждения почвы не более 0,05°C/с. Недостатком этого способа является температура, при которой происходит обеззараживание: эффективные температуры для борьбы с патогенными микроорганизмами находятся в диапазоне 100-120°С [4], для уничтожения паразитических нематод необходима температура 40-70°С [2,3], семена сорных растений теряют свою всхожесть при температуре близкой к 100°С [5].

В качестве прототипа предлагаемого способа, взят способ обработки почвы с использованием СВЧ-энергии [7]. Почву нагревают СВЧ-энергией до температуры 300-350°С в течение 3-5 минут на глубину 30-35 см, при площади обрабатываемой поверхности 100 см × 50 см, частота микроволнового излучения при этом равна 915 МГц.

Существенными недостатками прототипа являются то, что обеззараживание почвы происходит без извлечения почвы, и только от соединений мышьяка.

Техническим результатом изобретения является повышение качества обеззараживания торфа для получения тепличных субстратов для выращивания посадочного материала, полученного методом «in vitro».

Технический результат достигается тем, что способ обеззараживания торфа для получения тепличных субстратов для выращивания посадочного материала, полученного методом «in vitro», согласно изобретения, торф, с влажностью не менее 18% помещается в СВЧ-установку с магнетронами, частота которых равна 2,45 ГГЦ и обрабатывается 8-10 минут при мощности 800 Вт до нагревания торфа до 100-120°С.

Результаты лабораторных экспериментов [6] с разными экспозициями по времени и мощности представлены в таблице 1.

Таблица 1. Показатели температуры торфа после СВЧ обработки Время обработки, мин Показатели температуры торфа (°С) при мощности СВЧ облучения, (Xср±m) 100 Вт 200 Вт 300 Вт 450 Вт 600 Вт 700 Вт 800 Вт 0,5 27,9±0,5 29,7±0,4 32,5±0,7 44,3±1,7 53,8±0,9 53,5±1,0 58,6±1,2 1 36,8±1,3 42,7±1,4 47,3±1,4 65,4±1,1 73,5±2,5 80,8±1, 90,0±1,9 2 46,4±1,3 62,3±0,4 69,2±0,1 93,7±2,9 96,7±0,4 95,9±0,9 95,2±0,7 4 69,0±0,7 90,1±0,7 95,4±0,2 97,0±0,6 96,9±0,6 93,0±1,3 93,6±0,6 6 79,6±1,2 96,7±0,3 97,4±0,5 94,5±1,1 96,7±0,3 97,1±0,7 96,4±2,2 8 92,1±1,0 95,1±1,0 96,2±0,4 95,2±0,8 102,2±3,8 109,1±2,9 107,5±1,6 10 96,1±0,1 95,8±0,5 96,3±0,6 100,2±0,8 112,0±1,3 122,5±5,6 122,5±5,6

Xср±m - среднее выборочное значение и его стандартная ошибка.

Проверка описанного способа, на микробиологический состав проводилась следующим образом, образцы торфа массой 190 г помещались в пластиковые контейнера объемом 500 мл (толщина облучаемого слоя составляла 3 см) и облучались в СВЧ-печи с частотой излучения 2,45 ГГц, при мощностях: 100 Вт, 200 Вт, 300 Вт, 450 Вт, 600 Вт, 700 Вт, 800 Вт и временных экспозициях: 0,5 мин, 1 мин, 2 мин, 4 мин, 6 мин, 8 мин, 10 мин. Каждый режим облучения проводили в трех повторностях. После воздействия СВЧ излучения определяли численность почвенных микроорганизмов по числу колониеобразующих единиц (КОЕ): бактерии на среде МПА, грибы на подкисленной среде Чапека. В качестве контроля использовали образцы торфа, не подвергавшиеся воздействию СВЧ.

Результаты воздействия микроволнового излучения на численность микроскопических грибов в торфе представлены в таблице 2. При СВЧ излучении мощностью 100 Вт и 200 Вт во всех исследуемых временных экспозициях численность грибов снижалась и находилась в диапазоне от 4,0⋅106 КОЕ/г (200 Вт при 10 мин) до 17,5⋅106 КОЕ/г (100 Вт при 10 мин).

Таблица 2. Влияние СВЧ излучения на численность микроскопических грибов (КОЕ/г, млн) Временная экспозиция, мин Мощность СВЧ излучения, Вт 100 200 300 450 600 700 800 контроль 22,9±2,1 22,9±2,1 22,9±2,1 22,9±2,1 22,9±2,1 22,9±2,1 22,9±2,1 0,5 15,7±1,31 16,8±1,85 23,6±2,37 11,4±2,60 6,4± 0,93 10,0±1,39 2,4± 0,23 1 11,7±0,48 7,3± 0,93 11,7±0,93 20,9±0,81 30,1±2,15 25,9±1,13 0,8± 0,23 2 10,3±0,6 16,5±1,01 40,5±2,8 12,8±1,80 17,1±0,67 0 0 4 12,5±0,46 9,3± 1,27 69,9±2,7 2,4± 0,13 0 0 0 6 10,3±1,44 10,3±1,33 4,3± 0,2 0 0 0 0 8 17,3±2,40 9,6± 2,90 0 0 0 0 0 10 17,5±3,95 4,0± 1,19 0 0 0 0 0

Стимулирующее влияние микроволнового излучения на численность грибов наблюдалось при мощности 300 Вт и экспозиции в 2 и 4 минуты, количество колоний увеличилось в 2 и 3 раза соответственно. 100-% подавляющий эффект СВЧ излучения на микроскопические грибы отмечался при мощности 300 Вт, начиная с 8 минут облучения, при 450 Вт, начиная с 6 минут, при 600 Вт с четырех минут и при двух минутной экспозиции с мощностью облучения 700 Вт и 800 Вт.

Анализ влияния СВЧ излучения на бактерии (табл. 3) показал, что мощность излучения 100 Вт и 200 Вт малоэффективны в выбранных экспозициях. 100-% гибель бактерий фиксировалась после 8 минут облучения мощностью 300 Вт и 450 Вт, при 600 Вт после 6 минут облучения, при 700 Вт после 4 минут и после двухминутного воздействия излучения мощностью 800 Вт. Увеличение численности бактерий в 2 раза отмечалось при микроволновом излучении мощностью 300 Вт после 4 минутной экспозиции.

Таблица 3. Влияние СВЧ излучения на численность бактерий (КОЕ/г, млн) Временная экспозиция, мин Мощность СВЧ излучения, Вт 100 200 300 450 600 700 800 контроль 27,1±0,5 27,1±0,5 27,1±0,5 27,1±0,5 27,1±0,5 27,1±0,5 27,1±0,5 0,5 12,3±0,87 12,0±0,83 11,6±2,72 7,2±1,38 6,0±0,48 4,8±0,83 7,1±0,92 1 7,3±2,22 2,5±0,35 5,1±1,27 15,1±1,35 19,2±2,77 24,1±0,58 3,5±0,35 2 12,4±1,40 12,3±2,32 32,5±2,85 24,9±2,46 6,0±0,40 19,9±1,33 0 4 20,1±3,46 9,6±0,92 66,7±2,87 0,9±0,53 13,9±2,35 0 0 6 9,6± 2,20 5,6±0,83 1,5±0,35 0,9±0,35 0 0 0 8 26,1±2,30 18,7±2,51 0 0,0 0 0 0 10 17,7±0,74 2,9±2,02 0 0,0 0 0 0

Для эффективного подавляющего воздействия на микроорганизмы в гетерогенной среде (торфе) с влажностью 18 %, необходимо использовать СВЧ излучение мощностью не менее 600 Вт при экспозиции более 6 минут.

Использованные источники

1. Патент РФ № 2337713 «Способ дезинфекции биологических субстратов и эпителиальных покровов».

2. Вредители тепличных и оранжерейных растений (морфология, образ жизни, вредность, борьба) / А.К. Ахатов, С.С. Ижевский, Ю.И. Мешков [и др.]. - Москва: Товарищество науч. изд. КМК, 2004. - 307 с.

3. Гордеева А.П. Плодоовощеводство: Производственное обучение: Учебное пособие / А.П. Гордеева, Н.А. Козлов, В.В. Скорина - Минск: Ураджай, 2002. - 430 с.

4. Луканин А.В. Инженерная биотехнология. Основы технологии микробиологических производств: Учебное пособие / А.В. Луканин. Москва: ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М», 2016. - 304 с.

5. Толчин А.Э. Закономерности снижения всхожести семян сорных растений в корнезакрывающих субстратах при СВЧ-облучении / А.Э. Толчин, Д.И. Мухортов, О.Н. Дрошнева // Труды Поволжского государственного технологического университета. Серия: Технологическая. - 2015. - № 3. - С. 54-59.

6. Окач М.А. Изменение температуры и массы торфа под воздействием СВЧ излучения / М.А. Окач, Н.Д. Майоров // Актуальные вопросы техники, науки, технологии: сборник научных трудов национальной конференции. - 2022.- С. 123-126.

7. Патент РФ № 2308104 «Способ обработки почвы, зараженной остатками токсичных веществ в виде соединений мышьяка».

Изобретение относится к технологиям обеззараживания торфа для использования его в дальнейшем в качестве тепличного субстрата для выращивания посадочного материала, полученного методом in vitro. Способ заключается в том, что торф, с влажностью не менее 18%, помещают в СВЧ-установку с магнетронами, частота которых равна 2,45 ГГц. Проводят обработку 8-10 мин при мощности 800 Вт, до нагревания торфа до 100-120°С. Техническим результатом является повышение качества обеззараживания торфа. 3 табл.

Способ обеззараживания торфа для получения тепличных субстратов для выращивания посадочного материала, полученного методом in vitro, характеризующийся тем, что торф, с влажностью не менее 18%, помещают в СВЧ-установку с магнетронами, частота которых равна 2,45 ГГц, и обрабатывают 8-10 мин при мощности 800 Вт, до нагревания торфа до 100-120°С.