Способ предпосевной обработки семян козлятника восточного с использованием наночастиц железа

Способ предпосевной обработки семян козлятника восточного с использованием наночастиц железа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к сельскому хозяйству, к отрасли растениеводства, а именно к способу предпосевной обработки семян многолетних бобовых трав, имеющих твердую влагонепроницаемую оболочку.

Козлятник восточный является перспективной ресурсоэнергосберегающей многолетней бобовой кормовой культурой, способной на протяжении 10-12 лет давать 100 ц к.ед./га, 17-19 ц/га переваримого протеина, усваивать из атмосферы и накапливать в почве до 200 кг/га азота. При возделывании козлятника восточного, как и большинства многолетних бобовых кормовых культур, необходимо учитывать их низкую полевую всхожесть, обусловленной твердосемянностью, достигающей 50-98% [1, 2, 3, 4].

Для повышения полевой всхожести козлятника восточного необходимым обязательным приемом технологии его возделывания является предпосевная, за 7-10 дней до посева, скарификация семян. Для скарификации используются специальные машины: СКС-1, СКС-20, СКС-30 [1, 3].

Скарификация семян позволяет повысить урожайность до 102 ц/га зеленой массы, 29 ц/га сухого вещества и выход кормовых единиц свыше 25 ц/га [1].

Однако максимальной полевой всхожести путем скарификации возможно достичь в производственных условиях только до 60,7-69% [1]. Поэтому поиск способов повышения полевой всхожести семян козлятника восточного имеет особенно важное значение.

Широко известен и применим в производстве способ обработки семян трав перед посевом гиббереллиновой кислотой ГАЗ с целью повышения полевой всхожести и энергии прорастания, а также прерывания состояния физического экзогенного покоя, т.е. твердосемянности. Механизм действия ГАЗ связан с изменением проницаемости мембран растительных клеток и используется как включатель активации генов за счет высокой полярности карбо- или гидроксильных групп [5].

Известны способы обработки посевного материала и вегетативной массы электрохимически активированной (ЭХА) водой - католитом, образующимся в катодной зоне диафрагменного электролизера, который (католит) обладает биостимулирующим действием [7, 8, 9, 13].

Известны способы, усиливающие стимулирующее воздействие католита путем совместной обработки с семенами в вакуумной среде, что позволяет сократить период их прорастания, повысить энергию прорастания и всхожесть в результате активной проницаемости католита через мембраны клеток семян [8, 11].

Известен эффективный способ обработки семян путем замачивания их в растворе католита с наночастицами железа и стимулятором роста гиббереллином [15].

Взаимодействие наночастиц металлов с растениями сопровождается их встраиванием в мембраны, проникновением в клетки и клеточные органеллы и находит практическое применение для предпосевной обработки семян [16].

Однако перечисленные способы обработки семян не полностью реализуют биологический потенциал посевного материала, поскольку не предусматривают полного вывода семян из глубокого физического покоя.

Целью изобретения является активация проращивания семян козлятника восточного Galega orientalis Lam, повышение энергии прорастания, их полевой всхожести и вывода из состояния глубокого физического покоя путем комплекса обработок скарифицированных семян стимулятором роста гиббереллином ГАЗ в концентрации менее 0,001 мас.% и суспензией наночастиц Fe в концентрации 0,002-0,008 мас.% в смеси нейтрального католита рН 9 и Eh=-350…-400 мВ с водопроводной водой в соотношении 1:5 в вакуумной среде при давлении 650-680 мм рт.ст. с одновременным перемешиванием в барабане с частотой вращения 10 об/мин в течение 30-45 мин.

Поставленная задача достигается тем, что предлагаемый способ объединяет такие технологические приемы, как скарификацию семян [1], обработку семян суспензией наночастиц Fe с гиббереллиновой кислотой ГАЗ [15], обработку семян в смеси с нейтральным католитом [8] и обработку семян в смеси с нейтральным католитом в вакуумной среде [11, 12] по схемам лабораторных опытов, представленных в табл. 1, 2 и 3.

При исследовании использовали сорт козлятника «Казбек», селекции Поволжского НИСХ им. П.Н. Константинова, г. Кинель, Самарской обл., посевные качества которого отвечали требованиям ГОСТ 19450-98 (лабораторная всхожесть 92%).

Электрохимическую активацию исходной водопроводной воды (рН 8, Eh=+200…+250 мВ) в лабораторных условиях проводили на диафрагменном электролизере ЭСПЕРО-1, выпускаемом ташкентской фирмой и широко рекомендуемом в Интернете с оптимальным периодом электролиза 7 мин [9]; вакуумную обработку на установке с вращающимся барабаном ММ001 китайской фирмы «TUV»; скарификацию семян - мелкозернистой наждачной бумагой.

При проведении опыта использованы наночастицы Fe, полученные методом высокотемпературной конденсации на установке «МиГен» [17]. Предварительное изучение морфологии данных частиц на сканирующем электронном микроскопе JSM 7401F («JEOL», Япония) характеризовало их как сферические образования размером 103±2 нм. В свою очередь, использование методов рентгеновской дифрактометрии и мессбауровской спектроскопии идентифицировало на поверхности наночастиц оксидные пленки, составляющие 4-15% от их массы.

Для создания суспензий наночастиц Fe и гиббереллина ГАЗ навеску согласно концентрации помещали в электрохимически активированный нейтральный католит с рН 8-9 и редокс-потенциалом Eh=-350…-400 мВ [8, 15] и диспергировали.

Концентрация наночастиц в суспензии определялась нами на основании данных авторов из ранее проведенных работ [16, 18]. Так, суспензии наночастиц Fe концентрации 0,002-0,008 мас.% положительно влияли как на энергию прорастания, так и на лабораторную всхожесть семян. Увеличение концентрации до 0,01 мас.% приводило к подавлению прорастания даже по сравнению с контролем.

На этом основании нами определена при лабораторных опытах концентрации наночастиц Fe в суспензии в пределах от 0,002 до 0,008 мас.% (табл. 3).

Семена, обработанные по схемам, представленных в табл. 1, 2 и 3, закладывали в чашки Петри для определения ожидаемой полевой и лабораторной всхожестей.

У многолетних бобовых трав к лабораторной всхожести относятся нормально проросшие семена за 14 сут. и плюс все не проросшие, но твердые семена [12].

Однако лабораторная всхожесть как оценочный показатель в семеноводстве и на кормовые цели не достоверна и не применима, т.к. не характеризует однородность и густоту всходов, снижает показатель урожайности зеленой массы, сухого вещества и качества семян [1, 12].

Результаты лабораторных опытов (табл. 1, 2 и 3) представлены на фиг. 1, 2 и 3.

Так, гиббереллин ГАЗ как стимулятор прорастания семян для нарушения физического покоя обеспечил повышение лабораторной всхожести с 50 до 60% и количества нормально проросших семян с 24 до 46% (фиг. 1).

Результаты лабораторного опыта 2 (фиг. 2) показали, что скарификация семян козлятника по вариантам I и II повысила количество нормально проросших семян по сравнению с опытом 1 - с 42-46% до 68-70%.

Следует отметить, что низкий процент проросших скарифицированных семян при обработке нейтральным анолитом (фиг. 2) можно объяснить, по нашему мнению, тем, что максимальный эффект биосинтеза ГАЗ при культивировании гриба F. Monili-forme как стимулятора наблюдался при конечном рН до 4,7, не достигая, однако, рН 7 [5], и подкисление среды определило такой показатель - 40%.

Результаты лабораторного опыта 3 (фиг. 3) показали, что вакуумная обработка семян по всем вариантам значительно повышает лабораторную всхожесть, а по сравнению с опытами 1 и 2 превосходство составило 20-30%.

Однако вакуумная обработка скарифицированных семян в варианте с раствором нейтрального католита суспензии наночастиц Fe с ГАЗ (фиг. 3, II вариант) максимально повысила лабораторную всхожесть по сравнению с контролем, I и III вариантами с 60 до 83%. При этом всхожесть превысила стандартные товарные требования, а также показатели, приводимые в литературных источниках [1, 6, 8, 9], на 10-20% (фиг. 3).

Если при скарификации нарушается только оболочка семян, то их вакуумная обработка в смеси нейтрального католита суспензии наночастиц Fe и ГАЗ сокращает даже запаздывание действия гиббереллина, которое составляет примерно 6 часов, и ускоряет набухание семян [14].

Заключительно, обязательным технологическим приемом является инокуляция семян непосредственно в день посева специфичным бактериальным удобрением для козлятника восточного - активным штаммом клубеньковых бактерий R. galegae [1, 3], что обеспечивает получение достаточно более высокой прибавки урожайности, заложенной нами в предлагаемом способе обработки семян.

Источники информации

1. Довнар И.А. Приемы оптимизации технологии возделывания козлятника восточного (Galega orientalis Lam.): Дисс. канд. с.-х. наук. - Жодино, 2003. - 153 с.

2. Попцов А.В. Биология твердосемянности. - М.: Наука, 1976. - 157 с.

3. Райт Х.А. Семеноводство галеги. Таллин: УИВ Госагропрома ЭССР, 1988, - 24 с.

4. Подгорный П.И. Растениеводство. - М.: Гос. из-во с/x литературы, 1957 - С. 542-574.

5. Гамбург К.З., Кулаева. О.Н., Муромцев Г.С., Прусакова Л.Д., Чкаников Д.И. Регуляторы роста растений. - М.. Изд-во «Колос», 1979. - С. 35-86.

6. Муромцев Г.С., Агнистикова В.Н. Гормоны растений гиббереллины. - М.: Наука, 1973. - 270 с.

7. Калунянц К.А., Кочеткова А.А.., Сушенкова О.А., Садова А.И., Филатова Т.В. Интенсификация технологических процессов обработки зерна электрохимическим воздействием // Совещание по электрохимической активации сред. Тезисы докладов. - Всесоюзное химическое общество им. Д.И. Менделеева, 1987. - С. 83.

8. Патент на изобретение RU №2429592. Способ выращивания гидропонных кормов. / С.А. Мирошников, Т.Д. Дерябина и др., опубликовано 27.09.2010. Бюл. №27.

9. Патент на изобретение RU №2349072. Способ некорневой подкормки озимой пшеницы. / Э А. Александрова, Р.М Герчаулова и др., опубликовано 20.03.2009. Бюл. №8.

10. Патент на изобретение RU №2234945. Стабилизатор водного раствора и водосодержащего сырья с самопроизвольно изменяющимися окислительно-восстановительными свойствами. / В.М. Дворников, опубликовано 27.08.2004.

11. Патент на изобретение РФ №2477942. Способ предпосевной обработки семян нута. / С.А. Мирошников, A.B Малышева, Т.Д. Дерябина и др. Опубликовано 27.03.2013. Бюл. №35.

12. Методические указания по проведению исследовании в семеноводстве многолетних трав. / ВНИИ кормов им В.Р. Вильямса. - Москва, 1986. - 135 с.

13. Патент на изобретение RU №946484. Способ обработки злаковых культур. / Р.Р. Ахметов, Ш.Я. Гилязетдинов, И.А. Язин и др., опубликовано 30.07.92. Бюл. 28.

14. Mann J.D. Mechanism of action of gibberellins. - In: Gibberellins and Plant.Ed.by H.N.Krishnamoorthy, Harvana Agr. Univ. Hissar, New Delbi, 1975, p. 239-267.

15. Заявка на изобретение №2015150156 РФ. Аэрогидропонный способ выращивания зеленых кормов. / С.А. Мирошников, Е.А. Сизова, Т.Д. Дерябина и др., дата регистрации 23.11.2015 г.

16. Виноградова Д.Л., Малышев Р.А., Фломанис Г.Э. Экономические аспекты применения нанотехнологий в земледелии. // Под общ. ред. Г.В Павлова. - М.: Исследовательский центр проблем качества подготовки специалистов, 2005. - 58 с.

17. Жигач АН., Лейпунский И.О., Кусков М.Л. и др. Установка для получения и исследования физико-химических свойств наночастиц металлов. // Приборы и техника эксперимента, №6, 2000. - С. 12.

18. Заявка на изобретение №2014149835 РФ. Способ предпосевной обработки семян. / С.А Мирошников, Е.А. Сизова и др., дата регистрации 09.12.2014.

ГАЗ

Способ предпосевной обработки семян козлятника восточного Galega orientalis Lam, включающий их скарификацию, отличающийся тем, что скарифицированные семена обрабатывают стимулятором роста гибберелином ГАЗ в концентрации менее 0,001 мас.% и суспензией наночастиц Fe в концентрации 0,002-0,008 мас.% в смеси нейтрального католита рН 9 и Eh=-350…-400 мВ с водопроводной водой рН 8, Eh=+200…+250 мВ в соотношении 1:5 в вакуумной среде при давлении 650-680 мм рт.ст. с одновременным перемешиванием в барабане с частотой вращения 10 об/мин в течение 30-45 мин.