Информационно-образовательный портал
e-mail: [email protected]

СТИМУЛИРУЮЩЕЕ ДЕЙСТВИЕ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И ПРОДУКТОВ РАСПАДА НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ НА СЕМЕНА ПШЕНИЦЫ (СОРТ ИРГИНА)

Реферат. В настоящий момент сельскому хозяйству уделяется огромное внимание ввиду того, что оно включено в список приоритетных направлений деятельности РФ. В данной статье рассмотрено влияние ультрафиолетового излучения и продуктов распада низкотемпературной плазмы (НТП) на энергию прорастания семян пшеницы сорта Иргина. Ультрафиолетовое излучение помогает компенсировать недостаток естественного освещения, в частности в зонах рискового земледелия, как Томская область. Обработка семян растений ультрафиолетовым излучением XeCl-эксилампы неоднократно показала положительные результаты у таких растений, как огурец, лен. Предпосевная обработка продуктами распада низкотемпературной плазмы исследовалась нами впервые. Неоднократные и длительные эксперименты способствовали подбору оптимальных режимов воздействия на семена. Проведенные исследования подтвердили стимулирующий эффект воздействия продуктами распада плазмы и ультрафиолетовым излучением. Энергия прорастания семян, обработанных эксилампой, на 20% выше, чем у контрольных образцов, и на 28% выше – чем у образцов обработанных продуктами распада НТП, в случае проведения эксперимента в чашках Петри. При взвешивании вегетирующих растений, сырая масса семян, обработанных плазмой была выше на 56%, чем у контрольных и на 2% – чем у семян, подвергнутых ультрафиолетовой обработке (УФО). Высеянные семена в грунт, показали, что энергия прорастания семян, подвергшихся обработке продуктами распада НТП выше на 5%, чем у контрольных образцов и на 35% – чем при УФО. В случае высевания в грунт сырая масса семян, обработанных продуктами распада НТП выше на 13%, чем у семян, подвергнутых УФО, и на 12% – чем в контроле. Корневая система была хорошо развита, в обработанных образцах. Семена имели длинные корни, которые тесно переплетались между собой. Результаты могут лечь в основу методики предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур в промышленных масштабах.

Ключевые слова: сорт пшеницы Иргина, ультрафиолетовое излучение, XeCl-эксилампа, плазменная обработка, чашки Петри, сухая и сырая масса.

Сельское хозяйство и его развитие – это одно из приоритетных направлений деятельности РФ [1], что порождает постоянный спрос на новые научные и прикладные исследования в этой отрасли. Активно изучаются способы обработки семян сельскохозяйственных культур для увеличения урожайности и качества продукции. Развивающимися и постоянно совершенствующимися направлениями обработки являются обработка нетермической плазмой и обработка ультрафиолетовым излучением [2–12].

Целью настоящей работы было изучение влияния ультрафиолетового излучения эксимерной лампы на молекулах XeCl (308 нм) и продуктов распада низкотемпературной плазмы (НТП) на семена пшеницы сорта «Иргина».

Положительное влияние ультрафиолетового излучения XeCl-эксилампы на семена сельскохозяйственных культур нами было выявлено ранее [13–15].

В настоящей работе для определения оптимальных режимов облучения низкотемпературной плазмой и продуктами ее распада была проведена предварительная серия экспериментов, в которой подвергались облучению семена ржи, пшеницы, гороха и льна. Обработка была проведена в трех режимах: 1 мин; 2 мин; 3 мин. В результате чего было выявлено, что максимальный положительный эффект достигается в случае обработки до 1 мин, в случае более длительной обработки увеличиваются сроки прорастания семян. Поэтому нами было принято решение проводить дополнительные эксперименты для подтверждения влияния низкотемпературной плазмы с обработкой до 1 мин активного воздействия и 1 мин пассивного воздействия, то есть выключение установки и нахождении образцов семян в камере при наличии продуктов распада плазмы. Объектами исследования стали семена пшеницы, так как данная зерновая культура более распространена в нашем регионе.

Первый сравнительный эксперимент по влиянию низкотемпературной плазмы и ультрафиолетового излучения на семена был заложен 12 октября 2016 г. на базе ТСХИ. Обработка проводилась XeCl-эксилампой, в течение 80 сек и низкотемпературной плазмой, в течение 30 сек активного воздействия и 1 мин пассивного.

Подробная схема экспериментальной установки по плазменной обработке представлена в нашей работе [16]. Межэлектродное расстояние в установке низкотемпературной плазмы составляло d = 9 мм, рабочее напряжение 175 В. Для обработки было взято по 50 семян, равномерно разложенных по 2 чашки Петри, а также для контроля 1 проба по 25 семян, не подвергшихся обработке. В таблице 1 представлены результаты на 3-е и 6-е сутки после обработки.

Из таблицы 1 видно, что в первые дни энергия прорастания семян, обработанных эксилампой на 20% выше, чем у контрольных образцов и на 28% выше, чем у образцов обработанных продуктами распада низкотемпературной плазмы. На шестые сутки разница сокращается и достигается полное прорастания семян пшеницы, обработанных плазмой. Кроме того, отмечается, что на крышке чашки Петри в первые дни образуется достаточное количество дополнительной влаги, а длина проростков визуально больше для обработки эксилампой. На шестые сутки семена формируют стебель, который более устойчив после обработки плазмой.

На рисунках 1–3 представлены фотографии контрольных и обработанных плазмой и УФ-излучением семян.

Далее, на восьмой день была измерена сырая масса 10 семян в каждом режиме обработке. На 13 день измерена сухая масса исследуемых образцов семян. Результаты представлены в таблице 2.

Согласно таблице 2, сырая масса семян, обработанных плазмой была выше на 56%, чем у контрольных и на 2% – чем у семян, подвергнутых ультрафиолетовому облучению (УФО). Это соотносится с известным фактом, что обработка семян сельскохозяйственных культур увеличивает смачиваемость и увлажняемость, а также устойчивость к засухе [17, 18].

Для дальнейшего изучения стимулирующего влияния плазменной обработки и УФО была проведена еще одна серия экспериментов с одновременной посадкой обрабатываемых семян в грунт. Обработка происходила 23 ноября 2016 г. Объектами исследования по-прежнему были семена яровой пшеницы сорта «Иргина». Время обработки эксилампой на молекулах XeCl осталось прежним t = 80 с, время обработки продуктами плазмы t = 60 с в активном режиме и 60 с в пассивном режиме. Рабочее напряжение экспериментальной плазменной установки составляло 178 В. В чашки Петри раскладывали по 40 семян и помещали в стеклянную камеру для обработки. После этого рассаживали в грунт, по 10 семян в каждый горшок. На ранних сроках (на 3 сутки после обработки) прорастания семян не было выявлено. Результаты по обработке семян на 8, 10, 16 и 18-й день после воздействия представлены в таблице 3.

Как видно из таблицы 3, обрабатывая семена продуктами распада плазмы можно добиться ускоренного прорастания семян на ранних сроках: энергия прорастания выше на 5%, чем у семян, не подвергшихся обработке и на 35% выше, чем при УФО.

Длина стебля на 8-й день для каждого режима была в среднем от 3 до 13 см, на 10-й день различия по длине стали более заметными:

1) у контрольных образцов длина была от 9 до 19 см;

2) стебли семян, обработанных УФ излучением, имели длину от 5 до 22 см;

3) у семян, обработанных НТП, длина стебля составила от 8 до 25 см.

Визуально было отмечено сравнительно более равномерное развитие и рост стеблей при обработке продуктами нетермической плазмы. На 16-й день после обработки длина стебля в каждом режиме была более 30 см, но отмечается, что при УФО и в контрольных образцах стебель начинал падать и ломаться, возможно, из-за нехватки естественного освещения и отсутствия бактерицидного воздействия, которое присуще продуктам распада плазмы. Визуальное развитие стеблей представлено на рисунках 4–6.

В завершении эксперимента, на 23-й день была измерен сырой вес и на 28-й день сухой вес зеленой массы (стебель). Результаты измерений представлены в таблице 4.

Из таблицы 4 видно, что сырая масса семян, обработанных продуктами распада низкотемпературной плазмы выше на 13%, чем у семян, подвергнутых УФО, и на 12% выше, чем в контроле.

Следует отметить, что корневая система была хорошо развита, в обработанных образцах. Семена имели длинные корни, которые тесно переплетались между собой.

Таким образом, проведенные исследования подтверждают, что действие ультрафиолетового излучения и продуктов распада низкотемпературной плазмы на семена сельскохозяйственных культур оказывают стимулирующий эффект, сокращая сроки прорастания семян. Для создания действующей методики обработки семян на предпосевной стадии необходимо проведение дополнительных многократных экспериментов, а также выявление общественной потребности в разработке такой методики.

Работа выполнена в рамках государственного задания Института сильноточной электроники СО РАН по теме № 13.1.3 и при частичной поддержке гранта Российского научного фонда (проект № 14-29-00052). Авторы благодарят Д. С. Печеницина и В. С. Скакуна за настройку плазменной установки.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Основные направления деятельности Правительства Российской Федерации на период до 2018 года : утв. Правительством РФ от 14.05.2015.
  2. Fungicidal Effects of Plasma and Radio-wave Pre-treatments on Seeds of Grain Crops and Legumes / I. I. Filatova [et al.] // Plasma for Bio-Decontamination, Medicine and Food Security, NATO Science for Peace and Security Series A: Chemistry and Biology. – 2012. – Pp. 469–480.
  3. Zhou Z., Huang Y., Yang S., Chen W. Introduction of a new atmospheric pressure plasma device and application on tomato seeds // Agricultural Sciences. – 2011. – Vol. 2, No. 1. – Pp. 23–27.
  4. Стацюк Н. В. Повышение ресурсного потенциала картофеля путем обработки семенного материала импульсным низкочастотным электрическим полем : дис. … канд. биол. наук. – Владикавказ, 2016. – 135 с.
  5. Influence of cold radiofrequency air and nitrogen plasmas treatment on wetting of polypropylene by the liquid epoxy resin / E. Bormashenko [et al.] // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. – 2016. – No. 506. – 
    Pp. 445–449.
  6. Гордеев Ю. А., Юлдашев Р. З. Плазменные технологии в сельском хозяйстве основа рационального природопользования // Вестник Таджикского технического университета (ТТУ). – 2011. – № 6. – С. 56–61.
  7. Гордеев Ю. А., Юлдашев Р. З. Биоактивация семян культурных растений ультрафиолетовыми и плазменными излучениями // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета (СПбГАУ). – 2011. – № 24. – С. 343–348.
  8. Inactivation of surface borne micro­organisms and increased germi­nation of seed specimen by Cold Atmospheric Plasma / A. Mitra [et al.] // Food Bioprocess Technol. – 2013.
  9. Изучение эффективности предпосевного облучения семян гелиевой плазмой на рост и развитие льна / А. Р. Цыганов [и др.] // Почвоведение и агрохимия. – 2009. – № 2(43). – С. 273–281.
  10. Панкратова А. Б. Семена. Выбор, подготовка к посеву, семеноводство. – Воронеж, 2012. – 50 с.
  11. Сафронова Н. М. Активность нитратредуктазы проростков пшеницы, выращенных на воде, обработанной красным светом, озоном и ультрафиолетом // Инновационные направления современной физиологии растений : мат. Всерос. науч. конференции с междунар. участием. – М., 2013. – С. 87–88.
  12. Пономарева Н. Е. и др. Исследования влияния ультрафиолетового излучения на посевные качества семян томатов сорта «Розовый новичок»  // Вестник АПК Ставрополя. – 2016. – № 1(21). – С. 29–32.
  13. Пат. № 139005 Рос. Федерация. Устройство для ультрафиолетовой обработки семян / Э. А. Cоснин, В. Ф. Тарасенко, В. А. Панарин, Ю. В. Чудинова, И. А. Викторова, А. Е. Чеглоков ; приор. 27.11.2013 ; опубл. 27.03.2014. – Бюл. № 9.
  14. Соснин Э. А., Тарасенко В. Ф. Эксилампы – перспективный инструмент фотоники // Фотоника. – 2015. – № 1. – С. 60–69.
  15. Sosnin E. A., Chudinova Y. V., Victorova I. A., Volotko I. I. Application of excilamps in agriculture and animal breeding (review) // Proc. SPIE (XII International Conference on Atomic and Molecular Pulsed Lasers). 2015. – Vol. 9810. – 98101 K.
  16. Фунгицидная активность продуктов распада плазмы импульсно-периодического разряда в воздухе, проявляющаяся в отношении грибов, контаминирующих семена зерновых культур [Электронный ресурс] / О. С. Жданова [и др.]  // Современные научные исследования и инновации. – 2016. – № 11. – Режим доступа: http://web.snauka.ru/issues/2016/11/74282.
  17. Васильев М. М. и др. Повышение устойчивости к отрицательным и низким положительным температурам и засухоустойчивости растений зерновых культур после обработки их семян низкотемпературной плазмой // Проблемы агрохимии и экологии. – 2016. – № 2. – С. 26–33.
  18. Interaction of cold radiofrequency plasma with seeds of beans (Phaseolus vulgaris) / E. Bormashenko [et al.] // Journal of Experimental Botany Advance. – 2016. – No. 6. – P. 9.

Метки: Агрономия, лесное и водное хозяйство