CC BY
60
УДК 631.53.01.12, 001.891
ОБЗОР МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ ВСХОЖЕСТИ СЕМЯН ПШЕНИЦЫ
БАРЫШЕВА Н.Н.,
кандидат технических наук, доцент кафедры информационных технологий, Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова, e-mail: mnn-t@mail.ru, тел.: 8-923-647-3443.
ПРОНИН СП.,
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой информационных технологий, Алтайский государственный технический университет им. ИИ. Ползунова, e-mail: sppronin@mail.ru, тел.: 8-913-085-9665.
Реферат. Контроль качества семенного материала перед отправкой на хранение является актуальной проблемой на сегодняшний день. Проведен обзор существующих методов контроля всхожести семян пшеницы. Практически все представленные методы характеризуются двумя основными фазами - подготовка семян к проведению исследований и само исследование. Основным методом оценки всхожести является метод по ГОСТ 120384-84. Обладая высокой продолжительностью, он все же выступает в качестве эталона. Значительно сократить сроки проведения лабораторного метода по сравнению с ГОСТ 12038-84 можно, используя следующие методы - метод контроля жизнеспособности семян с помощью солей тетразола, метод с использованием мицелия гриба Мукор, метод рентгенографического анализа. Однако в процессе обзора выяснилось, что каждый метод обладает рядом недостатков - сложность технической реализации, низкая производительность и т.д. Метод контроля, основанный на исследованиях изменения потенциала действия является безопасным и простым в технической реализации, позволяет значительно сократить сроки проведения исследований, однако не учитывает влияние внешних факторов и требует автоматизации обработки сигналов. Альтернативный метод контроля всхожести по мембранному потенциалу учитывает воздействие внешних факторов, метод имеет математическое обоснование, базируется на теории мембранного потенциала, на исследованиях зависимости мембранного потенциала от температуры, от изменения концентрации ионов K+, Na+, Cl- на внешней стороне оболочки зерна. Имеет теоретическую основу для разработки методов контроля наличия травмированных, пустотелых и зараженных семян. Метод может быть откалиброван и использован для контроля всхожести семян пшеницы любого сорта.
Ключевые слова: мембранный потенциал, зерна пшеницы, всхожесть, метод контроля.
REVIEW OF CONTROL METHODS OF GERMINATION WHEAT SEEDS
BARYSHEVA N.N.,
candidate of technical Sciences, associate Professor of information technologies chemistry, Polzunov Altai State Technical University, e-mail: mnn-t@mail.ru, phone: 8-923-647-3443.
PRONIN S.P.,
doctor of technical Sciences, Professor, head of information technologies chemistry, Polzunov Altai State Technical University, e-mail: sppronin@mail.ru, phone: 8-913-085-9665; E-mail: mnn-t@mail.ru.
Essay. The germination of wheat seeds is the main indicator of the quality of seed material, it is used to calculate the seeding rate. The article provides an overview of existing methods for controlling of wheat seeds germination. Almost all presented methods are characterized by two main phases, these are preparation of seeds for research and research. The main method for control germination is the method by GOST 120384-84. Having a high duration, it still acts as a standard. Significantly reduce the time of laboratory method in comparison with GOST 12038-84 may be by using the following methods: the method of controlling the viability of seeds by means of salts of tetrazole, the method using the mycelium of the fungus Mucor, the method of radiographic analysis. However, in the review process it became clear that each method has a number of drawbacks: difficulty of technical implementation, low performance, etc. The method of control, based on the investigation of the change of the action potential, is safe and simple in technical implementation, can significantly shorten the time of research, but does not take into account the influence of external factors and requires the automation of signal processing. The alternative method of control of germination by membrane potential takes into account the influence of external factors, the method has a mathematical basis, is based on the theory of membrane potential, on studies of the dependence of membrane potential on temperature, on changes in the concentration of ions K+, Na+, Cl- on the outside of the grain shell. It has a theoretical basis for developing methods for controlling the presence of injured, hollow and contaminated seeds. The method can be calibrated and used to control the germination of wheat seeds of any variety.
Keywords: membrane potential, wheat seeds, germination, control method.
Введение. Всхожесть семян пшеницы - это основной показатель качества семенного материала, применяется для расчета нормы высева.
Контроль качества семенного материала перед отправкой на хранение является актуальной проблемой на сегодняшний день, поскольку зачастую после уборки урожая семена отличаются пониженной всхожестью, возникают сложности с оценкой их посевных качеств.
Актуальным вопросом является и оценка всхожести в сжатые сроки непосредственно перед посевной для корректировки нормы высева. Применение машин на всех этапах уборки и обработки семян травмирует семена, что снижает их всхожесть. Оценка наличия травмированных, пустотелых и зараженных семян с целью корректировки нормы высева является также важной проблемой.
Результаты исследования. Для решения поставленных проблем существует множество методов контроля качества. На сегодняшний день наиболее популярный метод контроля - это метод лабораторной оценки всхожести по ГОСТ 12038-84 [1].
Контроль всхожести по ГОСТ 12038-84 включает в себя несколько основных этапов:
1) отбор зерен для проведения лабораторного анализа (отбор проб проводится по ГОСТ 1203685 [2]);
2) подготовка оборудования (промывание и дезинфицирование);
3) выведение семян пшеницы из состояния покоя путем предварительного охлаждения, предварительного нагревания или обработкой раствором гиббереллина;
4) проращивание подготовленных семян в чашках Петри или Коха на выбор, замачивая зерна в бумаге или на предварительно прокаленном песке в термостатах при температуре 20° С (допускается отклонение не больше, чем на 2°С);
5) оценка всхожести путем подсчета нормально проросших семян пшеницы в отобранных пробах.
Для контроля всхожести отбирается 4 пробы по 100 семян в каждой, если их масса составляет 20 %, и 2 пробы, если масса составляет от 10 % до 20 % [1].
Подсчет проросших семян осуществляют на 78 день, если ростки появились преждевременно, то подсчет происходит раньше, а если за 8 дней ростков не появилось, то подсчет проросших семян сдвигается еще на три дня [1].
На последнем этапе происходит проверка зерен на появление здоровых корешков, наличие неповрежденных подсемядольных и надсемядоль-ных колен и появление двух семядолей и первых листков [1]. В результате считается среднеарифметическое значение для всех исследуемых партий.
На сегодняшний день лаборатории «Россель-хозцентра» осуществляют оценку всхожести, ис-
пользуя метод проращивания зёрен в чашечках Петри или Коха, описанный в ГОСТ 12038-84.
Недостатки данного метода заключаются в продолжительности подготовки к проведению исследования (от 3 до 7 дней) и непосредственного проведения эксперимента (около 8 дней). Метод не позволяет достоверно оценить всхожесть семян пшеницы сразу после уборки урожая (перед хранением). Сразу после уборки урожая семена отличаются пониженной всхожестью, в данном случае сложно определить, что вызвало снижение всхожести семян - гибель зародыша или его физиологическая неполноценность. Метод не позволяет оценить наличие травмированных семян. Данный метод является объективным критерием всхожести, но не имеет математического обоснования.
Существуют альтернативные методы оценки всхожести семян пшеницы. Именно для ранней оценки всхожести после уборки урожая применяется метод контроля жизнеспособности семян с использованием солей тетразола [3].
Метод состоит из следующих этапов:
1. Замачивание семян в количестве 100 штук в воде в течение 18-20 часов.
2. Разрезание пополам каждой зерновки. Для анализа используют одну половинку зерновки, вторую выбрасывают.
3. Обработка половинок зерновок в 2-3-кратной повторности с использованием раствора тетразола на протяжении 40 мин при установленной температуре 30-35°С.
4. Промывание половинок зерновок, подсчет количества с окрашенным зародышем. Количество окрашенных семян соответствует всхожести.
Использование данного метода позволяет провести предварительную оценку качества посевного материала перед отправкой на хранение в достаточно сжатые сроки по сравнению с методом, основанным на ГОСТ 12038-84.
Недостатки данного метода:
1. Проведение анализа требует больших затрат ручного труда.
2. Результаты исследования отличаются от лабораторной всхожести семян, что затрудняет использование данного метода в предпосевной период.
3. Метод не позволяет оценить наличие травмированных семян.
Метод не является объективным критерием всхожести, поскольку результат зависит от восприятия цвета окрашенных семян оператором, метод не имеет математического обоснования.
Существует также способ оценки всхожести семян пшеницы путем их заражения мицелием гриба Мукор [4]. Данный метод состоит из следующих этапов - это раскладка зерен на увлажненном ложе, затем обработка семян мицелием гриба Мукор с целью их заражения, проращивание семян в термостате при переменной температуре от 20 до 25°С на протяжении 4-5 дней (каждую
зерновку располагают в термостате изолированно) и расчет всхожести по формуле.
Для проведения анализа травмированных семян пшеницы требуется дополнительная подготовка - 100 зерновок пшеницы замачивают в растворе конгорота на 10-15 мин, по окончанию остатки раствора сливают, а зерна промывают водой. При обработке раствором конгорота происходит окрашивание поврежденных семян в красный цвет. Далее подсчитывают процент травмированных семян [4].
Преимущество данного метода заключается в том, что он позволяет учесть наличие травмированных зерновок при оценке всхожести семян. Преимущества данного метода - минимальные трудовые затраты, высокая точность оценки качества посевного материала, возможность применения данного метода для оценки всхожести в предпосевной период.
Недостатки данного метода:
1) Проведение анализа требует больших затрат ручного труда.
2) Продолжительность анализа всхожести составляет 4-5 дней.
3) Использование мицелия гриба Мукор.
Метод не является объективным критерием
всхожести, не имеет математического обоснования.
Еще одним новым и перспективным методом контроля всхожести является рентгенографический анализ, а именно микрофокусная рентгенография. Данный метод позволяет провести анализ качества семян пшеницы, выявить наличие полноценных, пустых и пораженных вредителями семян разных видов растений, в том числе и зерновых за счет увеличенных в десятки раз изображений объекта [5, 6].
Метод состоит из подготовки карточек с семенами для проведения рентгенографических исследований, количество семян на карточке выбирается в соответствии с выбранным коэффициентом увеличения изображения (чем выше коэффициент увеличения изображения, тем меньше размер рабочего поля карточки, тем меньше зерен на одном изображении). Далее необходимо подобрать анодное напряжение рентгеновской трубки и экспозицию и затем отсканировать рентгеночувстви-тельную пластину. Оператор анализирует полученные изображения семян.
Оценка качества семян с помощью микрофокусной рентгенографии позволяет значительно снизить трудозатраты по очистке семенного материала, сократить продолжительность анализа.
Основные недостатки методики:
- высокая стоимость оборудования;
- требуются квалифицированные сотрудники.
Метод представляет собой субъективную
оценку всхожести, поскольку результат от оператора, не имеет математического обоснования.
Альтернативный метод контроля всхожести семян пшеницы по изменению потенциала дейст-
вия зерна позволяет повысить производительность, сократить продолжительность оценки до одних суток. Метод базируется на теории мембранного потенциала и не противоречит ГОСТ по срокам и условиям подготовки семян к анализу
[7].
Представленный метод контроля состоит из трех основных этапов: подготовки зерен пшеницы к проведению анализа, регистрации потенциала действия зерен и обработки результатов анализа, построения графика изменения усредненного значения потенциала действия семян пшеницы с доверительными интервалами в контрольных точках (всего их 6 - время фазы нарастания, начальное значение, максимальное значение, изменение под-порогового потенциала, время фазы реполяриза-ции подпорогового потенциала, диапазон нарастания потенциала действия). На основании полученного графика делается заключение о всхожести анализируемой партии семян пшеницы.
Основным недостатком данного метода является сложность обработки результатов, поскольку для анализа используется множества контрольных точек, метод не автоматизирован, хотя и выявлены отличительные признаки всхожести. Не предусмотрено проращивание семян при неизменной температуре.
Экспериментально установлено, что температура проращивания более 23°С вызывает искажение результатов измерения мембранного потенциала, так как значения мембранного потенциала семян пшеницы с разной всхожестью (экспериментально установлено для всхожести 97 %, 95 %, 93 % и 87 %) становятся идентичными [8].
Метод не позволяет оценить влияние солевых растворов разной концентрации на изменение мембранного потенциала, так как при проращивании семян пшеницы используют только дистиллированную воду.
Метод представляет собой субъективный критерий оценки всхожести, так как базируется на графоаналитической модели, не имеет математического обоснования.
Для автоматизации обработки сигналов была предложена методика диагностики показателя всхожести семян пшеницы на основе экспертной системы, однако оценка всхожести осуществляется не по всем контрольным точкам и представлена для некоторых сортов пшеницы [9].
С целью решения данных проблем был разработан метод контроля всхожести семян пшеницы по их мембранному потенциалу с учетом температуры и внешних растворов [8, 10].
Метод контроля мембранного потенциала семян пшеницы заключается в подготовке семян к эксперименту (зерна помещаются в поролоновую форму, увлажненную дистиллированной водой на 12 часов при температуре 20°С), измерении мембранного потенциала семян пшеницы с помощью измерительных электродов (анализируется начальное значение), обработке полученных данных
с применением статистических методов анализа и расчете всхожести семян по формуле, установленной калибровочной зависимостью [9].
Представленный метод позволяет проводить лабораторную оценку всхожести в короткие сроки (для исследования достаточно 13 часов), обеспечивая высокую степень достоверности полученных результатов, поскольку при исследовании учитывается влияние всех факторов на изменение мембранного потенциала [11].
Метод имеет математическое обоснование в виде измененной формулы Гольдмана-Ходжкина-Катца, базируется на теории мембранного потенциала, на исследованиях зависимости мембранного потенциала от температуры, от изменения концентрации ионов К+, С1- на внешней стороне оболочки зерна, что предоставило теоретическую основу для разработки методов контроля наличия травмированных, пустотелых и зараженных семян [12].
Вывод. Проведен обзор существующих методов контроля всхожести семян пшеницы. Практически все представленные методы характеризуются двумя основными фазами - подготовка семян к проведению исследований и само исследование. Основным методом оценки всхожести является метод по ГОСТ 120384-84. Обладая высокой продолжительностью, он все же выступает в качестве
эталона. Значительно сократить сроки проведения лабораторного метода по сравнению с ГОСТ 12038-84 можно, используя следующие методы -метод контроля жизнеспособности семян с помощью солей тетразола, метод с использованием мицелия гриба Мукор, метод рентгенографического анализа. Однако в процессе обзора выяснилось, что каждый метод обладает рядом недостатков -сложность технической реализации, низкая производительность и т.д. Метод контроля, основанный на исследованиях изменения потенциала действия, является безопасным и простым в технической реализации, позволяет значительно сократить сроки проведения исследований, однако не учитывает влияние внешних факторов и требует автоматизации обработки сигналов.
Альтернативный метод контроля всхожести по мембранному потенциалу учитывает воздействие внешних факторов, имеет математическое обоснование, базируется на теории мембранного потенциала, на исследованиях зависимости мембранного потенциала от температуры, от изменения концентрации ионов К+, С1- на внешней стороне оболочки зерна. Имеет теоретическую основу для разработки методов контроля наличия травмированных, пустотелых и зараженных семян. Метод может быть откалиброван и использован для контроля всхожести семян пшеницы любого сорта.
Список использованных источников
1. ГОСТ 12038-84. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести.
2. ГОСТ 12036-85. Семена сельскохозяйственных культур. Правила приемки и методы отбора проб.
3. Гриценко В.В. Семеноведение полевых культур. - М.: Колос, 1984. - 272 с.
4. Савельев В.А., Бешкильцева Т.А. Способ определения всхожести семян пшеницы // Патент № 2323560. 2008.
5. Архипов М.В., Потрахов Н.Н. Микрофокусная рентгенография растений. - СПб.: Технолит, 2008. - С. 37-38, 78-82.
6. Грязнов А.Ю., Староверов Н.Е., Баталов К.С. Применение метода микрофокусной рентгенографии для контроля качества семян // Плодоводство и виноградарство Юга России. - 2017. - № 48(06). - С. 46-55.
7. Матлаев А.Г., Пронин С.П. Контроль всхожести семян пшеницы по параметрам потенциала действия // Естественные и технические науки. - 2009. - С. 305-308.
8. Мерченко Н.Н., Пронин С.П., Зрюмова А.Г. Разработка метода контроля всхожести зерен пшеницы по мембранному потенциалу // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. -
2013. - № 10 (108). - С. 103-106.
9. Лукоянычева О.В., Пронин С.П. Экспертная система для определения показателя всхожести пшеницы // Ползуновский вестник. - 2015. - № 2. - С. 65-69.
10. Барышева Н.Н., Пронин С.П. Метод контроля мембранного потенциала семян пшеницы и его применение для оценки всхожести // Ползуновский вестник. - 2015. - № 2. - С. 70-74.
11. Барышева Н.Н., Гудков П.А. Обзор факторов воздействия на мембранный потенциал зерен пшеницы // Ползуновский альманах. - 2017. - Т.3. - № 4. - С. 88-90.
12. Мерченко Н.Н., Пронин С.П. Зависимость мембранного потенциала зерен пшеницы от концентрации ионов на внутренней стороне оболочки и ее проницаемости // Фундаментальные исследования. -
2014.- № 8. - С. 1539-1544.
List of sources used
1. GOST 12038-84. Seeds of agricultural crops. Methods for determining germination.
2. GOST 12036-85. Seeds of agricultural crops. Acceptance rules and methods of sampling.
3. Gritsenko V.V. Seed studies of field crops. - Moscow: Kolos, 1984. - 272 p.
4. Savelyev V.A., Beshkiltseva T.A. Method for determining the germination of wheat seeds // Patent No. 2323560. 2008.
5. Arkhipov M.V., Potrakhov N.N. Microfocus radiography of plants. - St. Petersburg: Technolit, 2008. - P. 37-38, 78-82.
6. Gryaznov A.Yu., Staroverov N.E., Batalov K.S. Application of the method of microfocus radiography for monitoring the quality of seeds // Fruit growing and viticulture in the South of Russia. - 2017. - No. 48 (06). - P. 46-55.
7. Matlayev A.G., Pronin S.P. Controlling the germination of wheat seeds according to the parameters of the action potential // Essential and Technical Sciences. - 2009. - P. 305-308.
8. Merchenko N.N., Pronin S.P., Zryumova A.G. Development of a method for controlling the germination of wheat grains from the membrane potential // Vestnik of the Altai State Agrarian University. - 2013. - No. 10 (108). - P. 103-106.
9. Lukoyanycheva O.V., Pronin S.P. Expert system for determining wheat germination index // Polzunovskii vestnik. - 2015. - No. 2. - P. 65-69.
10. Barysheva N.N., Pronin S.P. A method for monitoring the membrane potential of wheat seeds and its application for assessing germination // Polzunovskii vestnik. - 2015. - No. 2. - P. 70-74.
11. Barysheva N.N., Gudkov P.A. A review of the impact factors on the membrane potential of wheat grains // Polzunovsky almanac. - 2017. - T.3. - No. 4. - P. 88-90.
12. Merchenko N.N., Pronin S.P. Dependence of the membrane potential of wheat grains on the ion concentration on the inner side of the shell and its permeability // Fundamental research. - 2014. - No. 8. - P. 15391544.
УДК 631.353
КОМБИКОРМОВЫЙ ЦЕХ ДЛЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ
САВИНЫХ П.А.,
доктор технических наук, профессор, заведующий лабораторией Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого», е-mail: peter.savinyh@mail.ru, тел. (8332) 674552.
СЫЧУГОВ Ю.В.,
доктор технических наук, старший научный сотрудник Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого», тел.89127318797.
КАЗАКОВ В.А.,
кандидат технических наук, старший научный сотрудник Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого», тел.89195112747.
ЧЕРНЯТЬЕВ НА.,
кандидат технических наук, старший научный сотрудник Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого», тел. 89128218493; е-mail: priemnaya@fanc-sv.ru.
Реферат. Применение полнорационных комбикормов, сбалансированных по всем элементам питания - энергии, протеину, аминокислотам, минеральным веществам, витаминам, антиоксидантам и другим биологически активным веществам позволяет обеспечить высокую продуктивность животных и одновременно снизить удельные затраты на прирост единицы продукции по сравнению с кормлением отдельными компонентами. С целью производства данного вида кормов в нужном количестве и качестве различным группам сельскохозяйственных животных сельскохозяйственного предприятия, а также для максимально возможного использования местного сырья, обогащения его до необходимых кондиций добавками соответствующего состава разработан кормоцех, в максимальной мере учитывающий особенности и возможности хозяйства. В предложенном комбикормовом цехе применена пооперационная технология приготовления комбикормов, которая состоит из линии приема и временного хранения исходного зернового сырья, линии дробления зерновых компонентов, линии смешивания, линии хранения и отгрузки готовых кормосмесей, а также линии приема, дозирования, взвешивания шрота и белково-витаминного сырья. Управление технологическими процессами получения комбикорма осуществляется программой через компьютеры дозирования и администрации, на этапе дозирования и отгрузки готово-
