Способ определения оптимальных параметров магнитного поля для регулирования всхожести семян

Способ определения оптимальных параметров магнитного поля для регулирования всхожести семян

Реферат

Заявляемое изобретение относится к области сельского хозяйства и предназначено для определения оптимальных параметров магнитного поля, позволяющих регулировать активность биологических объектов, в частности, сельскохозяйственного назначения при предпосевной обработке семян и (или) их проростков. Изобретение также может найти применение при хранении семян, для повышения выхода сахара из свеклы и др., а также в других отраслях промышленности, в которых используется процесс экстракции из биологических объектов.

Известно, что воздействием электромагнитным полем на биологические объекты, можно вызвать ускорение некоторых биохимических реакций и тем самым способствовать изменению ряда биохимических, биофизических и физико-химических показателей. В частности, известно, что воздействием электромагнитным полем, например, диапазона частот 3-30 Гц можно увеличить всхожесть прорастания семян и добиться повышения урожайности растений (см., например, патенты №№2179792, 2134944 и др.). Также, воздействуя электромагнитным полем такого же диапазона, можно ускорить процессы экстракции из корнеплодов растений, в частности, сахарной свеклы и добиться повышения выхода сахара из нее и увеличения срока хранения (см., патенты №№2172094, 2172091, 2172095, 2172096 и др.).

Однако все существующие способы воздействия электромагнитным полем на биологические объекты, которыми, в частности, являются семена, их проростки, корнеплоды растений и т.п. не достаточно эффективны, т.к. не существует способов обработки, в которых были бы учтены биологические особенности конкретного объекта, находящегося в конкретных условиях. Для достижения же наилучшего результата необходимо воздействовать на конкретный биологический объект - семена особым полем со специально подобранными именно для этого объекта параметрами.

Таким образом, изобретение является новым и аналогов не имеет.

Технической задачей заявляемого изобретения является возможность учета особенностей свойств биологического объекта на примере сельскохозяйственных культур, в частности семян, которая осуществляется путем выбора магнитного поля с наиболее эффективными параметрами для воздействия им на объект с целью активизации или подавления биологических процессов, в частности всхожести, влияющей на изменение сроков созревания, повышение урожайности и качества сельскохозяйственных культур, на продолжительность их хранения без потери качества и другие процессы.

Эта задача решается следующим образом. Способ определения оптимальных параметров магнитного поля для регулирования всхожести семян включает определение чувствительности биологического объекта к параметрам магнитного поля, для чего из пробы этого объекта экстрагируют макромолекулы, отделяют клеточные оболочки и получают водный биологический раствор, содержащий макромолекулы белков, который подвергают одновременному воздействию магнитным полем с частотой 3-300 Гц, напряженностью 0,15-10 А/м и переменным электрическим полем с частотой 1-30 Гц, напряженностью 0,01-0,07 мВ/м, при этом в течение 10-120 с измеряют сдвиг фазы между током и напряжением, создаваемым электрическим полем, и производят подсчет количества изменений фазы с уровнем более 10°, по этим данным строят график зависимости числа сдвигов фазы между током и напряжением, создаваемым электрическим полем, от частоты магнитного поля и по этому графику выявляют области частот магнитного поля с максимальным количеством сдвигов фаз, обеспечивающим стимуляцию активности биологических процессов, повышающую всхожесть, и минимальным, обеспечивающим подавление их активности, понижающее всхожесть.

Магнитным полем с найденными параметрами можно проводить обработку биологического объекта при необходимости стимуляции обменных процессов с частотой, вызывающей максимальное количеством сдвигов фаз, а при необходимости подавления активности биологических процессов - с частотой, вызывающей минимальное количество сдвигов фаз с такой же напряженностью поля.

Техническим результатом является получение возможности регулирования активности процессов, происходящих в биологических объектах, в частности всхожести, способствующих ускорению сроков созревания сельскохозяйственных культур, повышению их урожайности, увеличению сроков хранения, улучшению качества и пищевой ценности и др. путем выявления требуемых параметров магнитного поля, стимулирующего либо подавляющего воздействия на происходящие в конкретных биологических объектах процессы.

Данный способ может быть реализован с помощью установки, блок-схема которой изображена на чертеже.

Установка состоит из генератора низкочастотных электрических колебаний 1, соединенного с излучателем 2, выполненным в виде катушки индуктивности. Кондуктометрическая ячейка 3 предназначена для помещения в нее экстракта испытуемого биологического объекта, установлена в поле генератора низкой частоты 1 и соединена с импедансметром 4, который служит для измерения фазы между током и напряжением. Кондуктометрическая ячейка 3 и излучатель 2 помещены в заземленную экранированную камеру 5 из ферромагнитных материалов. В этой же камере 5 в поле воздействия излучателя 2 для оперативности процесса воздействия может быть также размещена площадка 6, предназначенная для емкости с биологическим объектом (мешка с семенами, поддона с проростками и т.п.), активность которых подлежит регулированию.

Способ реализуется следующим образом. По одной из известных методик получают водный биологический раствор, оптимальные параметры воздействия на который необходимо установить. Для этого из семян ряда сельскохозяйственных культур экстрагируют макромолекулы белков и отделяют клеточные оболочки, получая экстракт - водный биологический раствор, содержащий макромолекулы белков. Этот экстракт помещают в кондуктометрическую ячейку 3. Включают приборы. На ячейку 3 поступают электрические колебания с импедансметра 4, а с генератора низкочастотных колебаний 1 подается напряжение на излучатель 2. Создается магнитное поле, в силовых линиях которого находится исследуемый экстракт.

В случае резонансного поглощения электромагнитного поля макромолекулами белков происходит перераспределение температурных колебаний этих молекул, что вызывает мгновенное изменение распределения зарядов и изменение конформации макромолекул белков. Это приводит к изменению электрофизических свойств исследуемого раствора, что, в свою очередь, регистрируется импедансметром как мгновенное изменение сдвига фазы между напряжением и током, протекающим через ячейку. В результате, при определенных частотах магнитного поля происходил скачкообразный сдвиг фазы между током и напряжением. Далее по показаниям импедансметра определяется количество скачков фазы между током и напряжением во времени, то есть частоты изменения сдвига фазы. За временной отрезок, в течение которого учитывалось изменение сдвига фазы, принимают интервал времени от 15 до 120 с. Таким путем устанавливают частоты магнитного поля, приводящие к максимальным изменениям биохимических процессов, протекающих под действием ферментов. Для каждого сорта и состояния сельскохозяйственных культур, в частности семян, находят набор резонансных частот, свойственных только этому сорту, в определенном температурном интервале. Эти частоты используют для обработки биологических объектов магнитным полем с теми или иными параметрами в зависимости от задачи.

Примеры реализации способа

Производили поиск оптимальных параметров воздействия магнитного поля для различных сельскохозяйственных культур.

Пример 1

В ячейку наливали экстракционный раствор семян подсолнечника сорта Юбилейный, получаемый при температуре от 30°С до 40°С. Напряженность электрического поля составляла 0,01 мВ/м, напряженность магнитного поля 10 А/м. Устанавливалась частота магнитного поля 3 Гц. Измерения фазы между электрическим током и напряжением, приложенным к ячейке, производилось с помощью импедансметра ВМ-507 за интервал времени в 30 с. Производился подсчет изменений фазы между электрическим током и напряжением, приложенным к ячейке, при этом учитывались значения, величина которых превышала более 10°. Затем устанавливали новое значение частоты магнитного поля. Частота магнитного поля изменялась с шагом в 0,5 Гц в диапазоне от 3 до 50 Гц. После каждого изменения частоты магнитного поля системе было отпущено время на релаксацию в течение 30 с. Температура растворов контролировалась с помощью термометра с точностью до 0,5°С и составляла 22°С. Строился график зависимости количества изменения фазы между током и напряжением от частоты магнитного поля. В результате на графиках присутствовали ярко выраженные максимумы и минимумы, соответствующие определенным частотам. Максимумы на графике, соответствующие экстракционному раствору семян подсолнечника сорта Юбилейный, наблюдались при частоте магнитного поля 12,0 Гц, 18,0 Гц, 19,0 Гц, 23,0 Гц, 31,0 Гц, 37,0 Гц, 44,0 Гц. Минимумы наблюдались при частоте магнитного поля 14,0 Гц, 21,0 Гц, 25,0 Гц, 35,0 Гц, 39,0-41,0 Гц, 47,0 Гц.

Для подтверждения правильности определения резонансных частот осуществляли воздействие магнитным полем на семена подсолнечника. Для этого семена помещались в заземленную камеру, выполненную из ферромагнитного материала. В камере имелся излучатель, являющийся катушкой индуктивности, имеющей 2000 витков, с индуктивностью L=0,1 Гн, подключенный к генератору низкочастотных колебаний Г3-118. Обработка семян подсолнечника магнитным полем проводилась с параметрами магнитного поля, выбранными в соответствии с предварительно выбранными параметрами.

Отбор образцов осуществляли согласно ГОСТ 12036-85 (ГОСТ 12036-85. Семена сельскохозяйственных культур. Методы отбора проб.), то есть выбирали семена, у которых отсутствовали механические повреждения, размеры семян лежали в пределах 1,4-1,6 см. Отбраковывали также семена, обладающие аномальной окраской, плесенью, поврежденными семядолями, семена без зародыша, проросшие семена, семена, потерявшие 1/2 и более семени, содержащие различные мертвые примеси, комочки земли, обломки стеблей и цветов, голые семена.

Определение всхожести и энергии прорастания семян подсолнечника производили по ГОСТ 12038-84 (ГОСТ 12038-84. Семена сельскохозяйственных культур. Метод определения всхожести.).

В результате обработка семян подсолнечника сорта Юбилейный магнитным полем с частотой 31,0 Гц, напряженностью поля 10 А/м, в течение 3 минут привела к увеличению всхожести семян на 19% по сравнению с контролем (всхожесть в опыте 77%, всхожесть в контроле 58%), обработка семян подсолнечника этого же сорта магнитным полем с частотой 44,0 Гц, напряженностью поля 10 А/м, в течение 3 минут привела к увеличению всхожести на 34%.

Проводили также проверку подавляющего воздействия магнитного поля на семенах подсолнечника сорта Юбилейный. Для этого использовались резонансные частоты (для сорта Юбилейный), соответствующие наблюдаемым минимумам изменения сдвига фазы между током и напряжением электрического поля, приложенного к ячейке. В результате обработки подсолнечника сорта Юбилейный магнитным полем с частотой 14,0 Гц, напряженностью поля 10 А/м, в течение 3 минут всхожесть опытных семян уменьшилась по сравнению с контролем на 27%. Обработка магнитным полем с частотой 21,0 Гц привела к уменьшению всхожести опытных семян по сравнению с контролем на 20%.

Пример 2

Аналогично примеру 1 проводили проверку на семенах подсолнечника сорта Лакомка. Напряженность электрического поля составляла 0,05 мВ/м, напряженность магнитного поля 5 А/м, а резонансные частоты магнитного поля находили в диапазоне от 3 до 50 Гц. После чего производили обработку магнитным полем в соответствии с найденными резонансными частотами.

В результате стимулирующей обработки семян подсолнечника сорта Лакомка магнитным полем с частотой 22 Гц, напряженностью поля 5 А/м в течение 20 минут привела к увеличению всхожести семян на 35% по сравнению с контролем (всхожесть в контроле 62%, в опыте 97%).

Обработка семян подсолнечника сорта Лакомка в угнетающем режиме магнитным полем с частотой 39,0 Гц, напряженностью поля 10 А/м, в течение 3 минут привела к уменьшению всхожести семян на 24% по сравнению с контролем.

Пример 3

Аналогично примеру 1 проводили проверку на семенах сорта Березанский. Для поиска резонансных частот использовали проросшие (на 7 сутки) семена подсолнечника сорта Березанский. Из семян и проростков изготавливали экстракционный раствор. Находили резонансные частоты в диапазоне от 50 до 300 Гц, при этом напряженность электрического поля составляла 0,07 мВ/м, напряженность магнитного поля 0,15 А/м. После этого производили обработку семян с проростками в соответствии с найденными резонансными частотами.

В результате обработка семян подсолнечника в стимулирующем режиме сорта Березанский с проростками магнитным полем с частотой 300 Гц, напряженностью поля 0,15 А/м в течение 30 минут привела к увеличению их длины на 12 мм по сравнению с контролем (средняя длина проростков в опыте 18 мм, длина проростков в контроле 6 мм).

Обработка семян подсолнечника сорта Березанский - их проростков в угнетающем режиме магнитным полем с частотой 205,0 Гц, напряженностью поля 10 А/м, в течение 3 минут привела к уменьшению длины проростков на 18% по сравнению с контролем.

Пример 4

Аналогично примеру 1 проводили проверку на семенах сои сорта Вилан-Элита. Для поиска резонансных частот использовали экстракционный раствор, полученный из семян сои сорта Вилан-Элита. После этого производили обработку семян сои в соответствии с найденными резонансными частотами в течение 10 минут.

В результате обработка семян сои сорта Вилан-Элита в стимулирующем режиме магнитным полем с частотой 15 Гц, напряженностью поля 5 А/м в течение 10 минут привела к увеличению всхожести семян на 14% по сравнению с контролем.

Обработка семян сои сорта Вилан-Элита в угнетающем режиме магнитным полем с частотой 19 Гц, напряженностью поля 5 А/м в течение 10 минут привела к уменьшению всхожести семян на 16% по сравнению с контролем.

Пример 5

Аналогично примеру 1 проводили проверку на семенах сахарной свеклы сорта МС-74. Для поиска резонансных частот использовался экстракционный раствор семян сахарной свеклы сорта МС-74 при температуре 20°С.

После нахождения резонансных частот данного сорта семян сахарной свеклы производился полевой опыт.

В опыте использовался сорт семян сахарной свеклы МС-74, репродукция первая. Сев осуществлялся сеялкой точного высева из расчета 7 семян на 1 погонный метр. Размещение делянок рендомизированное, повторность шестикратная. Почвой являлся чернозем слабо выщелоченный, малогумусный, сверхмощный. Количество гумуса в пахотном горизонте равнялось 3,8%. Механический состав - тяжелосуглинистый, структура почвы комковато-зернистая, водно-воздушные свойства хорошие. Реакция почвы - pH 6,8. Предшественником являлась озимая пшеница. Производилось лущение предшественника лущильником ЛД-10; вспашка плугом ПН-4-35 на глубину 25÷27 см; предпосевная культивация на глубину 10÷12 см соответственно. В период вегетации экстремальные метеоусловия не наблюдались.

Семена сахарной свеклы были обработаны в стимулирующем режиме магнитным полем с частотой 18,0 Гц в течение 60 минут при напряженности поля 10 А/м за четыре часа перед посевом в термостатированной камере при температуре 20°С.

В результате урожайность в опыте составила 414 (ц/га), средняя масса клубня 460 г, в контроле 357 (ц/га) и 397 г соответственно. Оба показателя превышали погрешность эксперимента, что позволяет сделать заключение о достоверном изменении урожайности.

Перед проведением исследований производилась оценка электрических флуктуаций (влияющих на измерения фазы между током и напряжением) и биений, возникающих между электрическим полем, приложенным к кондуктометрической ячейке, магнитным полем, создаваемым излучателем, наводками электрической сети и другими источниками электромагнитных помех. Величина биений во всех измерениях была незначительной (не более 2°), поэтому этим фактором можно пренебречь.

Таким образом, из примеров видно, что определение оптимальных параметров магнитного поля для воздействия им на биологические объекты и последующая обработка биологических объектов, в частности семян сельскохозяйственных культур, этим полем с частотой, соответствующей их резонансным частотам, найденным для каждого объекта в отдельности (вида и даже сорта одного и того же вида), создает возможность влиять - ускорять, а соответственно и замедлять в них биохимические процессы и влиять на всхожесть и урожайность.

Способ определения оптимальных параметров магнитного поля для регулирования всхожести семян, отличающийся тем, что определяют чувствительность биологического объекта к параметрам магнитного поля, для чего из пробы биологического объекта экстрагируют макромолекулы, отделяют клеточные оболочки и получают водный биологический раствор, содержащий макромолекулы белков, который подвергают одновременному воздействию магнитным полем с частотой 3-300 Гц и напряженностью 0,15-10 А/м и переменным электрическим полем с частотой 1-30 Гц и напряженностью 0,01-0,07 мВ/м, при этом в течение 10-120 с измеряют сдвиг фазы между током и напряжением, создаваемым электрическим полем, и производят подсчет количества изменений фазы с уровнем более 10°, по этим данным строят график зависимости числа сдвигов фазы между током и напряжением, создаваемым электрическим полем, от частоты магнитного поля, и по графику выявляют области частот магнитного поля с максимальным количеством сдвигов фаз, обеспечивающим стимуляцию активности биологических процессов, повышающую всхожесть, и минимальным, обеспечивающим подавление их активности, понижающее всхожесть.