CC BY
22УДК 631.811.94
шша ЛЛАКРОЛЛЕР11
им. B.C. ЛЕБЕДЕВА
Физиологические, биохимические и продуктивные показатели пивоваренного ячменя при использовании биологически активных наноматериалов
A.А. НАЗАРОВА, С.Д. ПОЛИЩУК, д-р техн. наук, руководитель Наноцентра для АПК,
B.В. ЧУРИЛОВА
Рязанский ГАТУ им. П.А. Костычева
Современные нанотехнологии обладают огромным потенциалом и имеют большое значение для развития промышленности и экономики. В ближайшем будущем, в связи с повышенным спросом на высокоэффективные, но в то же время экологически безопасные агрохимикаты, следует ожидать появления всё большего числа подобных продуктов. Этому будет способствовать дальнейшее формирование научных представлений о механизмах влияния наночастиц различной природы на растения с учётом соблюдения норм экологической безопасности [1, 3, 4].
В условиях Центра наноматериалов и нанотехно-логий для АПК при ФГБОУ ВО РГАТУ проводятся исследования биологической активности наномате-риалов различной природы и разработка на их основе стимуляторов роста и микроудобрений с учётом почвенных, климатических условий и видовых особенностей сельскохозяйственных культур. Наночастицы металлов благодаря особому строению и размерам 20—40 нм обладают специфическими биокаталитическими свойствами. Применение их в качестве стимуляторов роста при предпосевной обработке семян сельскохозяйственных растений позволяет при минимуме затрат достичь высокой прибавки урожая семян, а также повысить накопление биологически активных веществ в продукции растениеводства [2, 5].
Цель исследований — определение оптимальных концентраций наночастиц биогенных металлов на семенах и проростках ячменя и изучение влияния на-нобиопрепаратов на рост, развитие и продуктивность пивоваренного ячменя сорта «Саншайн».
Исследования проводились в лаборатории Центра наноматериалов и нанотехнологий для АПК и в условиях Агротехнологической станции РГАТУ в 2014— 2016 гг. (табл. 1).
Для приготовления биопрепаратов использовались нанопорошки кобальта (НП Со) и меди (НП Си) — мелкодисперсные однородные порошки без посто-
ронних включений; чистота 99,98%, размер частиц — 20-40 нм, произведены в НИТУ МИСиС.
Лабораторные исследования по определению оптимальных концентраций НП меди и кобальта были проведены на семенах и проростках ячменя сорта
Таблица 1. Схема лабораторных исследований
и полевых испытаний
№ п/п Препарат Вариант
Лабораторные исследования по определению оптимальных концентраций НП кобальта и меди на семенах и проростках ячменя
1 Контроль Замачивание в дистиллированной воде
2 НП кобальта 0,01 г на гектарную норму высева семян (г/г.н.в.)
3 НП кобальта 0,10 г/г.н.в.
4 НП кобальта 1,00 г/г.н.в.
5 НП кобальта 2,00 г/г.н.в.
6 НП кобальта 5,00 г/г.н.в.
7 НП кобальта 10,00 г/г.н.в.
8 НП меди 0,01 г/г.н.в.
9 НП меди 0,10 г/г.н.в.
10 НП меди 1,00 г/г.н.в.
11 НП меди 2,00 г/г.н.в.
12 НП меди 5,00 г/г.н.в.
13 НП меди 10,00 г/г.н.в.
Полевые испытания по изучению влияния оптимальных концентраций НП кобальта и меди на продуктивные и биохимические показатели пивоваренного ячменя
1 Контроль Замачивание в дистиллированной воде
2 НП кобальта 1,00 г/г.н.в.
3 НП меди 1,00 г/г.н.в.
од щелково
агрохим
www.betaren.ru
семена гибридов сахарной свеклы российского производства
Высокии доход от каждого семени
ОТ ИДЕИ К СОЗИДАНИЮ
www.macromer.ru
Рис. 1. Семидневные проростки семян ячменя, обработанные НП Co и ^ (1,0г/г.н.в.)
«Саншайн». Семена закладывались в чашки Петри по 50 штук в каждую (рис. 1), в четырёхкратной повтор-ности. Энергию прорастания и всхожесть определяли в соответствии с ГОСТ 12038-84. Длину ростков и корней измеряли с помощью линейки у каждого проростка, имеющего побеги или корни, массу надземных и подземных частей проростков определяли при помощи цифровых аналитических весов «Ohaus Pioneer».
Полевые испытания на пивоваренном ячмене проводились на серой лесной среднесуглинистой почве, хорошо окультуренной, содержание гумуса в пахотном слое составляло 3,4%, и рНсол среды почвенной вытяжки — 5,9. Обеспеченность подвижным фосфором — 13,0—14,5 мг/100 г почвы и калием — 11,8—12,4 мг/100 г почвы. Плотность почвы — 1,1-1,2 г/см.
Повторность в опыте трёхкратная, размещение вариантов систематическое, площадь делянки 1 га, уборочная площадь — 0,8 га.
Закладка опытных делянок, наблюдения, оценки проведены в соответствии с методикой «Методические рекомендации по госиспыта-
нию сельскохозяйственных культур», определение белка в зерне ячменя — по ГОСТ 10846-91. Статистическую обработку полученных данных проводили методом дисперсионного анализа по Доспехову с помощью пакета статистических программ Excel 7.0.
Результаты лабораторных исследований
На первом этапе исследований по определению оптимальных концентраций наночастиц биогенных металлов кобальта и меди были изучены энергия прорастания, всхожесть (табл. 2), а также длина и масса семидневных проростков ячменя (табл. 3).
Обработка семян ячменя наночастицами кобальта способствовала достоверному повышению энергии прорастания (на 4,0—5,5%) и всхожести (на 3,5—4,0%) в концентрациях от 0,1 до 2 г/г.н.в. Наночастицы меди показали лучший результат также в концентрациях от 1 до 2 г/г.н.в. семян, увеличив энергию прорастания и всхожесть на 3,5—5,0% относительно контроля.
Обработка семян суспензией наночастиц металлов значительно изменила длину и массу проростков ячменя. Так, использование НП кобальта максимально увеличило длину надземной части проростков в концентрациях от 1 до 2 г/г.н.в. семян (на 13,3—14,4%),
Таблица 3. Морфофизиологические показатели роста семидневных проростков ячменя
Таблица 2. Энергия прорастания и всхожесть
семян ячменя
Варианты опыта Энергия прорастания, % Всхожесть, %
Контроль 90,0±0,2 94,0±0,2
НП Со 0,01 г/г.н.в. 93,5±0,5 96,0±0,3
НП Со 0,10 г/г.н.в. 94,0±0,3 97,5±0,5
НП Со 1,00 г/г.н.в. 95,5±0,4 98,0±0,7
НП Со 2,00 г/г.н.в. 95,0±0,5 97,0±0,5
НП Со 5,00 г/г.н.в. 92,5±0,5 95,5±0,5
НП Со 10,00 г/г.н.в. 91,5±0,5 94,0±0,5
НП Си 0,01 г/г.н.в. 91,6±0,3 95,5±0,5
НП Си 0,10 г/г.н.в. 93,5±0,2 96,5±0,4
НП Си 1,00 г/г.н.в. 95,0±0,6 98,0±0,2
НП Си 2,00 г/г.н.в. 95,0±0,4 97,5±0,2
НП Си 5,00 г/г.н.в. 92,0±0,6 96,0±0,2
НП Си 10,00 г/г.н.в. 90,5±0,4 95,5±0,4
НСР05 1,51 0,53
Вариант Длина Масса
Надземная часть, мм Подземная часть, мм Надземная часть, г Подземная часть, г
Контроль 65,3±0,1 48,2±0,2 0,079±0,001 0,018±0,003
НП Со 0,01 г/г.н.в. 65,6±0,2 45,1±0,4 0,081±0,003 0,012±0,005
НП Со 0,10 г/г.н.в. 69,9±0,1 47,3±0,4 0,086±0,002 0,020±0,002
НП Со 1,00 г/г.н.в. 74,7±0,3 53,7±0,3 0,094±0,003 0,035±0,008
НП Со 2,00 г/г.н.в. 74,0±0,2 55,1±0,2 0,092±0,001 0,038±0,006
НП Со 5,00 г/г.н.в. 70,7±0,3 55,9±0,3 0,090±0,002 0,031±0,004
НП Со 10,00 г/г.н.в. 63,8±0,2 46,3±0,4 0,091±0,003 0,022±0,007
НП Си 0,01 г/г.н.в. 66,3±0,2 51,0±0,2 0,075±0,007 0,019±0,008
НП Си 0,10 г/г.н.в. 70,6±0,2 53,5±0,1 0,078±0,005 0,028±0,006
НП Си 1,00 г/г.н.в. 75,7±0,3 56,4±0,1 0,089±0,006 0,041±0,009
НП Си 2,00 г/г.н.в. 73,2±0,4 54,3±0,4 0,090±0,004 0,040±0,004
НП Си 5,00 г/г.н.в. 71,6±0,1 50,3±0,1 0,091±0,001 0,032±0,005
НП Си 10,00 г/г.н.в. 62,1±0,4 45,3±0,2 0,085±0,004 0,039±0,010
НСР05 1,58 1,47 0,005 0,004
№ 1. 2017 САХАР 23
система управления вегетацией сахарной свеклы: эффективные ХСЗР, [Щ ЩЕЛКОВО
W V^ агрохимикаты, высококачественные семена, полный цикл агросопровождения b^J АГРОХИМ
controlled vegetation system WWW.betaren.rU
МАКРОМЕР
им. В.С. ЛЕБЕДЕВА
а длина подземной части была выше контроля только в диапазоне концентраций от 1 до 5 г/г.н.в. семян
— на 11,4-16,0%. Подобная динамика наблюдается и при анализе весовых показателей: лучший результат получен при использовании наночастиц кобальта в концентрациях 1—2 г/г.н.в. семян, масса надземной части проростка увеличилась на 18,9%, а подземной
— на 94,4% по сравнению с контролем. Наночастицы меди показали лучший результат
также на вариантах 1 и 2 г/г.н.в. семян, причём максимальное повышение всех изученных показателей наблюдалось при концентрации 1 г/г.н.в. — длина надземной части проростков увеличилась на 15,9%, длина подземной части — на 17,0%, масса надземной части — на 12,6%, масса подземной части — на 127,8% по сравнению с контрольными значениями.
Таким образом, лабораторные исследования показали, что наиболее эффективной концентрацией в предпосевной обработке ячменя для наночастиц металлов кобальта и меди является 1 г/г.н.в. семян.
Рис. 2. Предпосевная обработка нанобиопрепаратами и посев ячменя
Рис. 3. Опытный участок и растения ячменя
Результаты полевых испытаний
На втором этапе были проведены полевые испытания оптимальных концентраций биопрепаратов, содержащих наночастицы металлов, на яровом пивоваренном ячмене сорта «Саншайн» в 2014—2016 гг. (рис. 2).
В период исследований были определены полевая всхожесть (рис. 3), урожайность и её структура (табл. 4), а также качественные показатели зерна ячменя (табл. 5).
Предпосевная обработка семян ярового ячменя биологически активными нанопрепаратами в оптимальной концентрации способствовала улучшению полевой всхожести. Так, наночастицы кобальта привели к её повышению на 5,3%, наночастицы меди — на 6,1% относительно контроля, все отличия достоверны.
В табл. 4 представлены основные элементы структуры урожая ярового ячменя «Саншайн» за 2014— 2016 гг.
Применение биологически активных наночастиц металлов способствовало увеличению числа продуктивных стеблей на единице площади в среднем на 7,4% по сравнению с контролем. Кроме того, у растений опытных групп помимо повышения числа зёрен в колосе (на 6,9—16,5%) в среднем по вариантам, масса зёрен в колосе также была выше контроля на 22,9% с применением наночастиц меди и на 27,1% с применением наночастиц кобальта. Увеличение продуктивных показателей в итоге привело к повышению урожайности семян ярового ячменя: при использовании наночастиц меди — на 7,08%, наночастиц кобальта — на 11,76%, что является лучшим результатом в опыте.
После уборки опытных и контрольных делянок (рис. 4) в лабораторных условиях были определены
Таблица 4. Структура и урожайность ярового ячменя «Саншайн»
Вариант Число продуктивных стеблей с 1 м2, шт Длина колоса, см Число зёрен в колосе, шт Масса зёрен в колосе, г Масса 1 000 зёрен, г Урожайность, ц/га Отношение к контролю, %
Контроль 510,5±5,5 5,81±0,11 14,5±0,5 0,48±0,03 30,91±0,52 37,85±1,05 —
НП Си г/г.н.в. 548,3±6,2 6,32±0,09 15,5±0,4 0,59±0,06 35,64±0,41 41,24±0,98 +7,08
НП Со г/г.н.в. 532,9±6,9 6,48±0,07 16,9±0,6 0,61±0,04 37,45±0,38 43,48±1,12 + 11,76
НСР05 2,35 ц/га
ОД ЩЕЛКОВО У1У АГРОХИМ www.betaren.ru
СЕМЕНА ГИБРИДОВ САХАРНОЙ СВЕКЛЫ РОССИЙСКОГО ПРОИЗВОДСТВА
Высокий доход от каждого семени
ОТ ИДЕИ К СОЗИДАНИЮ
www.macromer.ru
м Г
Л. л
" Н V f* t
¿* J -J Я
-i' ■ V+1V
Щ : ®2
i III Л-
Рис. 4. Уборка учётных делянок ячменя
Таблица 5. Показатели качества зeрна ярового ячменя
«Саншайн»
Варианты Зольность зерна, % Массовая доля белка в пересчёте на абсолютно сухое вещество, % Отношение к контролю, %
Контроль 2,62±0,14 12,35±0,28 -
НП меди 2,93±0,13 11,84±0,19 -0,51
НП кобальта 2,54±0,18 11,68±0,24 -0,67
НСР05 0,23 0,35
зольность зерна ячменя и содержание в нём белка (табл. 5).
Зольность зерна как в контрольном, так и в опытных вариантах отличалась незначительно и находилась в пределах нормы. Содержание белка в зерне зависело от предпосевной обработки нанобиопрепаратами: во всех опытных вариантах белка было меньше, чем в контрольном, на 0,51—0,67%. Предположительно это связано с тем, что наночастицы в процессе предпосевной обработки способны проникать в растительные клетки и взаимодействовать с их генетическим аппаратом. Так, если учесть, что «Саншайн» — сорт пивоваренного направления и селекция его была направлена на снижение данного показателя, то исследуемые наночастицы способствуют развитию селекционной направленности культуры и сорта. Данный факт наблюдался на протяжении последних 10 лет и находил выражение в следующем: возрастала маслич-ность подсолнечника, повышалось содержание белка в кукурузе, сое, овсе и клейковины — в пшенице. В данном случае наблюдается снижение белка в зерне пивоваренного ячменя.
Выводы
Лабораторные исследования показали, что оптимальной концентрацией наночастиц металлов меди и кобальта для предпосевной обработки пивоварен-
ного ячменя является 1 г на гектарную норму высева семян.
Полевые испытания оптимальных концентраций показали, что использование наночастиц металлов в технологии возделывания ячменя сорта «Саншайн» способствует повышению количественных и качественных показателей продуктивности, в том числе снижает содержание белка в зерне.
Наиболее эффективный результат показал биопрепарат на основе наночастиц кобальта.
Список литературы
1. Нанотехнологические разработки аграрных вузов: каталог // И.Г. Голубев, Л.А. Неменущая. — М. : ФГБНУ «Росинформагротех», 2013. — 84 с.
2. Полищук, С.Д. Биологически активные препараты на основе наноразмерных частиц металлов в сельскохозяйственном производстве / С.Д. Полищук,
A.А. Назарова, И.А. Степанова [и др.] // Нанотехни-ка. - 2014. - № 1 (37). - С. 72-81.
3. Федоренко, В.Ф. Обзор российских нанопрепара-тов для обработки сельскохозяйственных культур /
B.Ф. Федоренко, Д.С. Буклагин, И.Г. Голубев [и др.]. // Российские нанотехнологии. - Т. 10. - 2015. -№ 3-4. - С. 126-131.
4. Федоренко, В.Ф. Нанотехнологии и наномате-риалы в агропромышленном комплексе: научн. изд. / В.Ф. Федоренко, М.Н. Ерохин, В.И. Балабанов [и др.]. - М. : Росинформагротех, 2011. - 312 с.
5. Чурилов, Г.И. Биологическое действие нанораз-мерных металлов на различные группы растений: монография / Г.И. Чурилов, А.А. Назарова, Л.Е. Ам-плеева [и др.]. - Рязань, 2010. - 148 с.
Аннотация. В данной работе показано влияние биопрепаратов, содержащих наночастицы металлов кобальта и меди, на пивоваренный ячмень. Изучено влияние биопрепаратов на морфологические и физиологические показатели проростков и растений, урожайность, структуру урожая и химический состав ячменя, а также на содержание в зерне белка. На основе исследований рекомендовано внедрение нанобипрепаратов в интенсивную технологию возделывания пивоваренного ячменя.
Ключевые слова: пивоваренный ячмень, семена и проростки, нанопорошки кобальта и меди, нанобиопрепараты, биологически активные наноматериалы, урожайность, структура урожайности, белок.
Summary. The article presents the influence of biopreparations containing nanoparticles of cobalt and cuprum on brewing barley. We have studied the influence of biopreparations on morphological and physiological parameters of seedlings and plants, the yield, its structure and chemical composition of wheat as well as on protein. On the basis of investigations we have recommended introduction of nanobiopreparations into intensive technology of growing the brewing barley. Keywords: brewing barley, seeds and seedlings, cobalt, cuprum nanopowders, nano-bio-drugs, biologically active nanomaterials, yield, yield structure, protein.
№ 1. 2017 САХАР 25
система управления вегетацией сахарной свеклы: эффективные ХСЗР, [Щ ЩЕЛКОВО
W V^ агрохимикаты, высококачественные семена, полный цикл агросопровождения b^J АГРОХИМ
controlled vegetation system WWW.betaren.rU
