CC BY
41
УДК633; 635; 581.192.7; 614.876
эффективность предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур продуктами переработки, полученными в результате радиационных технологий
Н.Н. ЛОЙ1, кандидат биологических наук, зав. сектором
Н.И. САНЖАРОВА1, доктор биологических наук, чл.-корр. РАН, зам. директора
А.А. КУЗНЕЦОВ2, генеральный директор
A.А. МОЛИН2, зам. генерального директора
B.А. ВИНОКУРОВ3, доктор химических наук, зав. кафедрой
всероссийский научно-исследовательский институт радиологии и агроэкологии, Киевское шоссе, 109 км, Обнинск, Калужская область, 249032, Россия, 2ООО «Центр «Атоммед», Варшавское шоссе, 46, Москва, 115230, Россия
3Российский Государственный Университет нефти и газа имени И.М. Губкина, Ленинский просп., 65, Москва, 119991, Россия
E-mail: [email protected]
Резюме. Исследования проводили с целью изучения влияния предпосевной обработки семян продуктами переработки, полученными в результате гидролиза радиационно обработанного (доза 100 кгр) сырья (ППГРОС) при производстве биотоплива, на урожай сельскохозяйственных культур в условиях вегетационного опыта. Материал исследований -салат латук сорта Новогодний, томат сорта Персей и редис сорта Корунд. ППГРОС получен в РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина совместно с сотрудниками ООО «Центр «Атоммед» при облучении бамбуковых опилок. В состав ППГРОС, идентифицированный с использованием системы капиллярного электрофореза входит смесь органических кислот (СОК): винная, яблочная, лимонная, янтарная, молочная, фосфат, уксусная. Применение различных концентраций СОК (в диапазоне от 110-7 до Ь10'15%) для предпосевной обработки семян дает стимулирующий эффект, величина которого зависит от концентрации вещества и сельскохозяйственной культуры. Обработка семян салата способствовала увеличению количества листьев при концентрации СОК 110-13 % и Ы0-'5 % на 17 и 25%, площади листовой поверхности - при концентрации 110'9%> и Ь10'15% на 43 и 27% соответственно. Предпосевная обработка семян редиса стимулировала развитие растений и способствовала увеличению площади листовой поверхности - на 4-21%, количества листьев - на 9-12%. Благодаря обработке семян овощных культур СОК, урожайность редиса возрастала на 27-84%, томата - на 1618%, однако на салат-латук такого влияния не установлено. Наибольшее стимулирующее воздействие на урожайность редиса оказала обработка СОК в концентрации 110''3 и 110' 15%, томата - 110'7, 110-9 и Ь10'11%. Низкие концентрации СОК увеличивали товарность корнеплодов редиса на 18%, плодов томата - на 4,8-23,6%.
Ключевые слова: эффективность, предпосевная обработка семян, продукты переработки, сельскохозяйственные культуры, радиационные технологии.
Для цитирования: Эффективность предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур продуктами переработки, полученными в результате радиационных технологий / Н. Н. Лой, Н.И. Санжарова, А.А. Кузнецов, А.А. Молин, В.А. Винокуров// Достижения науки и техники АПК. 2015. Т.29. №5. С. 29-32.
Развитие сельскохозяйственного производства в связи с вступлением России в ВТО требует разработки новых инновационных технологий, способствующих решению такой задачи, как обеспечение продовольственной безопасности страны. В последние годы
в растениеводстве все больше внимания уделяется использованию современных средств химизации, позволяющих сохранить стабильность агробиоценозов. Их применение связано не только с увеличением урожайности культур, но и с повышением резистентности растений к действию биотических и абиотических факторов [1].
Предпосевная обработка семян осуществляется веществами, обладающими защитно-стимулирующим эффектом, повышающими иммунитет, способствующими увеличению ростовой активности, защите от болезней и вредителей и, в конечном итоге, повышению урожайности. Экологические нормативы вызывают необходимость создания средств, которые относятся к категории биопрепаратов, эффективных в малых дозах. Например, на основе органических кислот, участвующих в цикле Кребса, - лимонной, янтарной, яблочной и фумаровой, используемых в наноразмерных концентрациях. Известно, что эти соединения, введенные экзогенно, легко проникают в митохондрии и используются так же быстро, как и их эндогенные формы [2]. В литературе имеются данные о том, что лимонная кислота - это ингибитор гликолиза на уровне фосфофруктокиназы и пируваткиназы, она регулирует пропускную способность гликолиза, а, значит, и содержание пирувата. При экзогенном введении лимонной кислоты обнаружено увеличение содержания пировиноградной кислоты на свету [3]. Подобная закономерность характерна и при использовании других субстратов цикла Кребса - яблочной и янтарной кислот [4]. Янтарная кислота, введенная экзогенно, оказывает активирующее действие на различные физиолого-биохимические процессы у растений, причем влияние ее проявляется в относительно низких концентрациях [5]. Эта кислота может изменять энергетический уровень ферментов, повышать всхожесть семян и продуктивность некоторых растений [6], стимулировать ростовые процессы и активизировать синтез аскорбиновой кислоты [7].
Цель исследований - изучение влияния предпосевной обработки семян продуктами переработки, полученными в результате гидролиза радиационно обработанного (доза 100 кгр) сырья (ППГРОС) при производстве биотоплива с различными концентрациями смесей органических кислот (в диапазоне 1107-1-10-15%) на урожай сельскохозяйственных культур в условиях вегетационного опыта.
Условия, материалы и методы. Исследования по изучению влияния ППГРОС проводили по общепринятым методикам [8]. Материал исследований - салат латук (Lactuca sativa L.) сорта Новогодний, томат (Solánum lycopérsicum) сорта Персей и редис (Raphanus sativus) сорта Корунд.
Салат сорта Новогодний - раннеспелый, холодостойкий, высокоурожайный, хорошо переносит недостаток освещенности. Лист маслянистый, нежный.
Редис сорта Корунд - раннеспелый, от всходов до технической спелости 23-28 дн. Корнеплод округлый,
Рис
годний:
кармино-красныи, диаметром 2-3 см, массоИ до 25 г. Отличается дружноИ отдачей урожая, пригоден для выращивания в открытом и защищенном грунте.
Томат сорта Персей -среднеранний, детерми-нантный. От всходов до технической спелости 105123 дн. Плоды округлые, красные, толстостенные массой 110-130 г(отдельные до 400 г), в кисти пять плодов. Вкусовые и товарные качества высокие. Универсального назначения.
ППГРОС получен в РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина совместно с ООО «Центр «Атоммед» при облучении бамбуковых опилок. В состав ППГРОС, идентифицированный с использованием системы капиллярного электрофореза входит смесь органических кислот (СОК): винная, яблочная, лимонная, янтарная, молочная, фосфат, уксусная.
Перед началом вегетационных опытов мы провели лабораторные исследования по изучению влияния СОК в выбранном диапазоне концентраций (на основе литературных данных) на посевные качества и морфометри-ческие параметры развития проростков различных видов сельскохозяйственных культур - салата, моркови, столовой свеклы, редиса, томата и ячменя по методике [9].
Предпосевная обработка семян различными концентрациями СОК (1 ■10-7-М0-15%) способствовала повышению энергии прорастания (до 12%), лабораторной всхожести (до 27%), силы роста семян (до 10%), длины корешка (до 33,1%) и сухой биомассы (на 8-12,6%) в зависимости от вида культуры и концентрации рабочего раствора.
В ходе экспериментов на проростках не удалось выявить наиболее эффективную концентрацию раствора СОК, она изменялась в зависимости от вида культуры и определяемого показателя.
В связи с этим в вегетационных опытах для предпосевной обработки семян использовали те же концентрации, что и в лабораторных опытах: 1 ■ 10-7%; 1 ■ 10-9; 1 -10-11%; 1 ■ 10-13% и 1 ■ 10-15%. Семена в контрольном варианте обрабатывали дистиллированной водой. Норма расхода рабочего раствора из расчета 10 л/т семян. Обработку семян проводили непосредственно перед закладкой опыта на лабораторной роторной установке RVO-64.
В экспериментах использовали смесьдерново-подзолистой супесчаной и торфяно-болотной низинной почвы в соотношении 3:2. Масса субстрата в одном сосуде - 5 кг. При набивке вносили минеральные удобрения в виде водных растворов солей N^N03, К^04 и КН2Р04 в дозах N3 - 0,15; Р205 - 0,1 и К20 - 0,1 г/кг почвы. Растения находились в теплице с
Влияние предпосевной обработки семян СОК на развитие салата сорта Ново-
- высота; ---□----сырая биомасса листьев; ■
■ - ПЛП.
постоянным режимом: температура воздуха - 18-240С, влажность почвы - 60% от полной влагоемкости (ПВ), влажность воздуха - 60%, дополнительное ежедневное досвечивание в течение 3 ч (с 8 до 11 ч).
Исследования по влиянию предпосевной обработки семян томата раствором СОК на продуктивность проводили через рассадную культуру. Обработанные семена сначала высевали в пластмассовые сосуды вместимостью 0,5 кг почвы, которые помещали в теплицу с оптимальными для роста и развития условиями. При наступлении фазы первой пары настоящих листьев растения пикировали в ранее упомянутые сосуды вместимостью 5 кг почвы по одному растению на сосуд. Уход заключался в поливе, подкормке во время бутонизации суперфосфатом (20 г/м2), удалении пасынков. Сбор урожая проводили в несколько приемов, по мере наступления спелости плодов.
После уборки урожая исследуемых культур определяли их продуктивность в опытных и контрольных вариантах, а также оценивали развитие растений по следующим параметрам: у салата и редиса - высота растений (см), количество листьев (шт.), площадь листовой поверхности (см2), сырая и абсолютно сухая (после высушивания в сушильном шкафу) биомасса (г), кроме того, у редиса определяли фракционный состав(крупность) корнеплодов (г); у томата учитывали количество плодов (шт.), массу плодов (г), урожай на 1 растение (г). Повтор-ность в опытах с редисом и салатом 3-х кратная, с томатом - 6-икратная. Полученные данные обработаны статистически методом парных сравнений.
Рис. 2. Влияние предпосевной обработки семян СОК на развитие редиса сорта Корунд: — - высота; ------- - кол-во листьев; - -а---масса 1 корнеплода; —х--ПЛП, см2.
Таблица. отношение массы корней к массе листьев салата и редиса в зависимости от условий выращивания
Вариант Культура
салат редис
К 0,07 0,58
1 ■ 10-7 0,08 0,71
-МО"9 0,06 0,84
1 10-11 0,07 0,65
1 10-13 0,07 0,98
1 10-15 0,07 0,99
В таблицах и на рисунках представлены средние арифметические значения.
рис. 3. Влияние обработки семян редиса сорта Корунд СОК на урожай и товарность корнеплодов: —♦— - товарность; ------- - урожай.
результаты и обсуждение. При обработке семян салата сорта Новогодний перед посевом раствором СОК в диапазоне концентраций от 1 10-7 до 1 ■ 10-15% и последующем выращивании в условиях теплицы высота растений к уборке (30 сут.) в опытных вариантах находилась на уровне контроля (рис. 1). При этом площадь листовой поверхности (ПЛП) салата при использовании раствора СОК в концентрации 1 ■ 10-9% и 1 ■ 10-15% увеличилась, по сравнению с контролем, на 43 и 27% соответственно. Однако значительное увеличение фотосинтетической поверхности листьев не оказало положительного влияния на размеры сырой биомассы 30-и суточных растений.
При выращивании в условиях теплицы редиса мы не выявили достоверных различий по высоте растений между опытными вариантами и контролем. ПЛП редиса, семена которого обрабатывали СОК, была на 4-21% выше, чем в контроле, исключение составил вариант с концентрацией 1 ■ 10-13%, где она оказалась такой же как при обработке водой. Количество листьев на одно растение при использовании ППГРОС находилось на уровне контроля или было выше на 9-12% (рис. 2). При этом масса корнеплода (в расчете на
одно растение) увеличивалась в случае применения СОК, по сравнению с контролем, на 32-84%.
Отношения массы корнеплода к массе надземной части растений редиса также расширилось, что свидетельствует о положительном влиянии СОК на развитие корневой системы и корнеплода (см. табл.).
Анализ урожая редиса по фракционному составу показал (рис. 3), что при использовании для обработки семян СОК в концентрации 1 ■ 10-13% происходит рост как урожайности редиса (на 25-35%), так и товарности корнеплодов (на 18%), по сравнению с контролем.
Установлено влияние раствора СОК на фракционный состав корнеплодов редиса - масса мелкой (менее 10 г) фракции при его использовании была ниже, чем в контроле, за исключением варианта с концентрацией 1 ■ 10-11%, где величина этого показателя возросла на 23%, рост массы средней фракции (от 10 до 20 г) наблюдали при обработке в дозе М0-7% (на 7%) и 11013% (на 51%). Наибольшие изменения массы крупной фракции (более 20 г) корнеплодов редиса отмечены в случае применения для предпосевной обработки СОК в концентрациях 1 ■ 10-11, 1 ■ 10-13 и М0-15%, прибавка к контролю составила на 4-23% (рис. 4).
Наблюдения за рассадой томатов показали, что обработка семян СОК в дозах 110-11, 1 ■ 10-13 и 1 ■ 10-15% стимулировала рост побегов в высоту, по сравнению с контролем, при этом время наступления и прохождения фаз развития растений не различалось.
Установлено, что количество плодов томата на одно растение в опытных вариантах существенно не отличалось от контроля, а в вариантах с 110-7 и 11015% оно даже снизилось на 11 и 17% соответственно (рис. 5).
Урожай томатов в расчете на одно растение в вариантах с дозами СОК 1 ■ 10-7,1 ■ 10-9 и 110-11 % увеличился на 16-18%. Произошло это благодаря формированию более крупных плодов, средняя масса которых была
рис. 4. Влияние обработки семян редиса сорта Корунд СОК на фракционный состав корнеплодов: —*— - менее 10 г; ------- - 10...20 г; --а---более 20 г.
Вариант
рис. 5. Влияние предпосевной обработки семян СОК на урожай томата сорта Персей: —о— - масса томатов с 1 растения; ....... - средняя масса одного томата, г; - количество плодов на 1 растение, шт.
выше, чем в контроле, на 4,8-23,6%. В случае обработки семян дозой 1 ■ 10-15% все исследуемые показатели находились на уровне контроля (рис. 5).
выводы. В результате проведенных исследований выявлено ростостимулирующее действие предпосевной обработки семян смесью органических кислот в различной концентрации (1 10-7-1 10-15%) на последующее развитие сельскохозяйственных культур. Использование этого приема способствовало повышению энергии прорастания (до 12%), лабораторной всхожести (до 27%), силы роста семян (до 10%), длины корешка (до 33%) и сухой биомассы (на 8-12,6%) в зависимости от вида культуры и концентрации рабочего раствора.
Установлено, что такая предпосевная обработка, приводила к увеличению урожайности редиса (на 27-84%) и томата (на 16-18%), но не влияла на сбор салата.
Наибольший стимулирующий эффект на урожайность редиса оказала обработка СОК в концентрации 110-13и 110-15%, на томат - М0-7,М0-9и 110-11%. При этом товарность корнеплодов редиса повышалась на 18%, масса плодов томата - на 4,8-23,6%.
Литература.
1. Особенности накопления токсичных веществ (тяжелые металлы, радионуклиды) сельскохозяйственными культурами при использовании химических средств защиты растений /Л.Н. Ульяненко, С.В. Круглов, А.С. Филипас, Е.П. Пименов, Н. Н. Лой, С. П. Арышева // Труды регионального конкурса научных проектов в области естественных наук. Калуга: Издательский дом "Эйдос", 2004. Вып. 6. С. 330-343.
2. Верхотурова Г. С., Астафурова Л. И., Кудинова Л. И. Работа цикла Кребса на свету и некоторые механизмы его регуляции // Вопросы взаимосвязи фотосинтеза и дыхания; под ред. В.Л. Вознесенского. Томск: Изд-во Томского ун-та, 1988. С. 19-29.
3. Постовалова В. М., Верхотурова Г. С. Изучение функционирования заключительного этапа гликолиза в листьях растений на свету // Третий съезд Всероссийского общества физиологов растений: тезисы докладов. Санкт- Петербург, 1993. С. 190
4. К вопросу о функционировании гликолиза в зеленых листьях растений на свету/ Т.П. Астафурова, Г.С. Верхотурова, О.В. Волкова, О.А. Боровая // Вопросы взаимосвязи фотосинтеза и дыхания / Под ред. В.Л. Вознесенского. Томск: Изд-во Томского ун-та, 1988. С. 30-36.
5. Максютова Н.Н., Яковлева В.Г. Действие экзогенной янтарной кислоты на растения // Проблемы ботаники на рубеже XX - XXI веков: Тез. докл. II(X) съезда Русского ботанического общества. СПб.: Ботанический институт РАН, 1998. С.179.
6. Косакович Е.В., Викторова Л.В., Максютова Н.Н., Яковлева В.Г. Влияние янтарной кислоты на продуктивность и качество урожая пшеницы// Третий съезд Всероссийского общества физиологов растений, 24-29 июня 1993 г. Санкт- Петербург. Тезисы докладов. С. 625.
7. Чупахина Г.Н., Романчук А.Ю. Возможный механизм стимулирования ростовых процессов янтарной кислотой // Теоретические и прикладные аспекты биологии: межвуз. сб. науч. тр. / отв. ред. В.П. Дедков. Калининград: Издательство кгУ, 1999. С. 46-51.
8. Журбицкий З.И. Теория и практика вегетационного метода. М.: Наука, 1968. 264 с.
9. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения качества. Часть 2. Государственные стандарты Союза ССР. ГОСТ 12038-84. М.: Издательство стандартов, 1991. С. 44-101.
10. Справочник пестицидов и агрохимикатов, разрешенных к применению на территории Российской Федерации. М.: Агрорус. 2010. 799 с.
THE EFFICIENCY OF PRE-SOwING SEED TREATMENT OF CROPS BY PROCESSED PRODuCTS OBTAINED AS A RESuLT OF RADIATION Technologies
N.N. Loy1, N.I. Sanzharova1, AA Kuznetsov2, A.A. Molin2, V.A. Vinokurov3
1 Russian Research Institute of Radiology and Agroecology, 109 km, Kievskoe shosse, Obninsk, Kaluga region, 249032, Russia
2 «Center» Atommed « Ltd, Varshavskoe shosse, 46, Moscow, 115230, Russia
3 Russian State University of Oil and Gas named after I.M. Gubkin, Leninsky prospect, 65, Moscow, 119991, Russia
Summary. The aim of the investigation was to study the effect of pre-sowing seed treatment by processed products derived from the hydrolysis of radiation-treated (dose 100 kGy) raw material (PPHRTRM) during the preparation of biofuel on crop yields under vegetation conditions. The objects of the research were lettuce Novogodny, tomato Perseus and radish Corundum. PPHRTRM was obtained at the State University of Oil and Gas named after I.M. Gubkin together with collaborators from OOO "Center "Atommed" during irradiation of bamboo sawdust. PPHRTRM composition, identified by a capillary electrophoresis system, included a mixture of organic acids (MOA): tartaric, malic, citric, succinic, lactic, phosphate, acetic acids. Application of different concentrations of MOA (within the range of 1*10E-7 to 1*10E-15 %) for pre-sowing treatment of seeds had stimulatory effect, which depended on the concentration of the substance and the crop. The treatment of lettuce seeds contributed to the increase in the number of leaves at the concentrations of MOA 1*10E-13 % and 1*10E-15 % by 17 and 25 %, of leaf area - at the concentrations 1*10E-9 % and 1*10E-15 % by 43 and 27 %, respectively. The pre-sowing treatment of radish seeds stimulated the development of plants and contributed to the increase in leaf area by 4...21 % and in the number of leaves by 9...12 %. Due to the treatment of seeds of vegetable cultures by MOA the yield of radish increased by 27.84 %, tomato - by 16.18 %, but such influence was not determined for lettuce. The treatment by MOA at the concentrations 1*10E-13 and 1*10E-15 % had the greatest stimulation effect on radish yield; for tomato such effect was provided by concentrations 1*10E-7, 1*10E-9 and 1*10E-11 %. Low concentrations of MOA enhanced the marketability of roots of radish by 18 % and of tomato fruits - by 4.8.23.6 %.
Keywords: efficiency, pre-sowing treatment of seeds, processed products, agricultural crops, radiation technologies. Author Details: N.N. Loy, Cand. Sc. (Biol.), Head of Sector ([email protected]);
N.I. Sanzharova, Dr. Sc. (Biol.), Corresponding Member, Deputy Director; A.A Kuznetsov, Director; A.A. Molin, Deputy Director; V.A. Vinokurov, Dr. Sc. (Chem.), Head of Department.
For citation: Loy N.N., Sanzharova N.I., Kuznetsov A.A, Molin A.A., Vinokurov V.A. The efficiency of pre-sowing seed treatment of crops by processed products obtained as a result of radiation technologies // Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2015. V. 29. № 5. pp. 29-32 (In Russ).
