CC BY
67
УДК 631.171:621.384
ОЗОНИРОВАНИЕ КАК ФИЗИЧЕСКИЙ МЕТОД ПОВЫШЕНИЯ СПОСОБНОСТИ СЕМЯН К ПРОРАСТАНИЮ
А.А. ГАВРИЛОВА1, кандидат биологических наук, доцент
О.А. ШАРАБАЕВА1, старший преподаватель
Г.Ю. ТКАЧЕНКО2, младший научный сотрудник
А.В. ЧУРМАСОВ1, доктор биологических наук, профессор
Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия, просп. Гагарина, 97, Нижний Новгород, 603107, Россия
2Нижегородский научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии им. академика И.Н. Блохиной, ул. Малая Ямская, 71, Нижний Новгород, 603950, Россия
E-mail: gavr65aa@rambler.ru
Резюме. Исследования проводили с целью изучения особенностей влияния озоно-воздушной смеси на морфофизиоло-гические показатели прорастания семян ячменя (Hordeum L.) сорта Зазерский. В работе использовали семена со сроками хранения 1 год и 11 лет. Озон получали на оригинальной экспериментальной установке методом барьерного разряда. Диапазон изучаемых доз составил от 190 до 24-103 мг-мин/ м3, что при усреднении n = 4 соответствовало дозам 283,8 и 7875 мг-мин/м3. В качестве основных показателей были выбраны энергия и средняя скорость прорастания, средние длина и масса проростка. Полученные в ходе исследований данные свидетельствуют об эффективности воздействия озона на семена ячменя при увеличении их сроков хранения в области малых доз. Например, в диапазоне от 190 до 750 мг-мин/м3 (при усреднении - от283,8до 1406,3 мг-мин/м3) энергия прорастания увеличивается, по сравнению с контролем, от 42,7до 28,2% (26,7-11,2% при усреднении). При воздействии в дозах 750 и 2250 мг-мин/м3 отмечено незначительное увеличение энергии прорастания и средней длины проростка - на 8,8 и 5,3%, 4,5 и 8,2% соответственно, а также несущественное повышение средней скорости прорастания (на 2,5%). С увеличением дозы озона эффективность его воздействия на все показатели снижается. На семенах со сроком хранения 1 год положительный результат отмечен только по изменению средней массы проростков: его максимальное в опыте значение составило 6,6%. Все величины биологического эффекта по этому показателю для семян с длительным сроком хранения лежали в области отрицательных значений. В целом применение озона более оправдано при обработке семян с длительным сроком хранения. Ключевые слова: озон, озоно-воздушная смесь, семена, хранение, ячмень.
Для цитирования: Озонирование как физический метод повышения способности семян к прорастанию/А.А. Гаврилова, О.А. Шарабаева, Г.Ю. Ткаченко, А.В. Чурмасов//Достижения науки и техники АПК. 2015. №2. С. 21-23.
Сегодня весьма актуальна проблема применения низкозатратных, низкоэнергоемких и экологически безопасных технологий в различных отраслях сельского хозяйства, пищевой и перерабатывающей промышленности [1]. Озон - естественный природный агент, формирующийся в стратосфере и защищающий от жесткого ультрафиолетового излучения [2]. Изучение его влияния на физиологические процессы растений - основного источника питания как сельскохозяйственных животных, так и человека, весьма актуальная задача. Известно [3], что при хранении способность семян к прорастанию снижается. Имеются сведения об эффективности озонирования в этот период овощей, фруктов, зерна [4, 5]. Опыты с семенами облепихи показали, что обработка озоно-воздушной смесью (ОВС) семян со сроком хранения 5 лет имела стимулирующий
эффект и приводила к повышению всхожести порядка 50%, по сравнению с контролем [6], что имеет интерес как для определения механизмов этого явления, так и для практического использования.
Цель нашего исследования - изучить особенности влияния озоно-воздушной смеси на морфофи-зиологические показатели прорастания семян ячменя (Hordeum L.) при хранении в течение года и более длительного срока.
Условия, материалы и методы. Объектами исследования в опытах служили семена ячменя (Hordeum L.) сорта Зазерский со сроком хранения 1 год и 11 лет. Озон получали методом барьерного разряда на оригинальной экспериментальной установке [7]. Его концентрацию в озоно-воздушной смеси определяли йодометрическим и оптическим методами при длине волны X = 254 нм [8]. Диапазон измеряемой концентрации озона в ОВС составлял от 19 до 600 мг/м3. Дозу озона D (мг-мин/м3) рассчитывали путем умножения концентрации на время обработки. Обработку растительного материала (семян) проводили однократно в специальной камере в 8 повторностях. Контрольные семена действию озона не подвергали.
Проращивание обработанных и контрольных семян осуществляли в идентичных стандартных условиях в течение 5-и дней. Начиная с третьего дня подсчитывали число проростков, в конце опыта измеряли длину и массу проростков. Всего, с учетом повторности некоторых серий опытов, в эксперименте проанализировано 8600 проростков.
В процессе изучения определяли следующие показатели: энергия, средние время и скорость прорастания [9], средняя длина и изменение массы одного проростка (разность между массой проростка и семени).
Эффективность воздействия факторов оценивали по биологическому эффекту, который рассчитывали по формуле:
БЭ = |О - К|100/К (%),
где О - опытное значение, К - контрольное значение.
Обработку полученных результатов осуществляли стандартными методами [10] с использованием программ Microsoft Office Excel 2007 и MathCAD. Расчет данных по методу плавающей средней (при n = 4) проводили согласно численным методам анализа случайных процессов [11]. Достоверность полученных результатов оценивали по критерию Стъюдента при 5 %-ном уровне значимости (р = 0,05).
Всего было поставлено две серии опытов. В первой серии с диапазоном доз от 750 до 6000 мг-мин/м3 (концентрация озона в ОВС 75 и 150 мг/м3) осуществляли сравнительный анализ влияния озоно-воздушной смеси на морфометрические показатели прорастания семян ячменя со сроком хранения 1 год и 11 лет. Данные по схожим дозам (1500 и 3000 мг-мин/м3) усредняли.
Во второй серии опытов диапазон доз расширили от 190 до 24-103 мг-мин/м3 (шесть вариантов концентраций - 19 мг/м3; 37,5 мг/м3; 75 мг/м3; 150 мг/м3; 300 мг/м3; 600 мг/м3), срок хранения исследуемых семян составлял 11 лет. Результаты по схожим дозам (380, 760, 1500, 3000, 6000, 12000 мг-мин/м3) здесь также усредняли. Это увеличивало надежность иссле-
Рис. 1. Дозозависимый эффект влияния ОВС на энергию прорастания (а) и среднюю длину проростка (б) семян ячменя со сроком хранения 1 год и 11 лет: + - 1 год; —■--11 лет.
довании: одной точке кривои соответствовали данные по 2-м или 3-м дозам (400 или 600 проростков).
Результаты и обсуждение. В первой серии опытов озонирование семян с длительным сроком хранения в некоторых случаях (дозы 750 и 2250 мг-мин/м3, 1д й 2,88 и 3,35 соответственно) приводил к незначительной стимуляции энергии прорастания - 8,8% при 750 мг-мин/м3 и 5,3% при 2250 мг-мин/м3 (рис. 1а). Обработка семян со сроком хранения 1 год на величину этого показателя практически не действовала.
Влияние озона на среднюю длину проростка для семян обоихсроков хранения носит сходный характер до дозы 4500 мг-мин/м3, а далее линии графика, характеризующие его воздействие, входят в противофазу (рис. 1б). При этом на семена со сроком хранения 11 лет ранее упомянутые дозы (750 и 2250 мг-мин/м3) также оказывают незначительное стимулирующей влияние. В целом воздействие озона на величину этого показателя для семян обоих сроков хранения имеет тенденцию к снижению с увеличением дозы.
Изменение массы семян при прорастании свидетельствует об интенсивности обменных процессов и расходе запасных питательных веществ. В нашем опыте у семян со сроком хранения 1 год отмечен
незначительный стимулирующий эффект, выражающийся в увеличении массы проростка, для двух ранее упомянутых доз - 750 и 2250 мг-мин/м3 (рис 2а). На изменение массы семян с длительным сроком хранения озон оказал подавляющее действие. Что связано, по-видимому, с ослаблением метаболической функции стареющих семян.
На среднюю скорость прорастания семян 11-летнего срока хранения воздействия озона в целом оказывало хотя и незначительный, но положительный эффект (рис. 2б). То есть они активнее выходили из состояния покоя. У семян с 1-летним сроком хранения с увеличением дозы наблюдалось снижение величины этого показателя относительно контроля.
Рис. 2. Дозозависимый эффект влияния ОВС на изменение средней массы проростка (а) и скорости прорастания (б) семян ячменя со сроком хранения 1 год и 11 лет: + -1 год; ■ - 11 лет.
При обработке результатов второй серии опытов для наглядности характера воздействия озона приведенные данные (рис. 3) усредняли при п = 4 (то есть в каждой точке усредненные данные по 4 опытным вариантам), что увеличивает надежность полученного результата.
Установлено, что использование озона в диапазоне доз от 190 до 760 мг-мин/м3 (при усреднении от 283,8 до 1406,3 мг-мин/м3) оказывает выраженный стимулирующий эффект на энергию прорастания семян с длительным сроком хранения. В случае
БЭ,% 50
40
30
20
10
0
2
-10 -20 -30
lg D, мг-мин/м3
Рис. 3. Дозозависимый эффект воздействия озона на показатели прорастания семян ячменя со сроком хранения 11 лет (при усреднении п = 4): ♦ - БЭ энергии прорастания, %; ■ - БЭ средней длины проростка, %; —А--
БЭ изменения массы проростка, %; —•--БЭ средней скорости прорастания, %.
дальнейшего увеличения доз он снижается. Скорость прорастания при использовании изучаемого приема находилась вблизи контрольных значений. Остальные показатели (средняя длина проростка и изменение массы семян при прорастании) действие озона ингибировало.
Выводы. Таким образом, озонирование семян с длительным сроком хранения в области доз 750 и 2250 мг-мин/м3 увеличивает энергию их прорастания на 8,8 и 5,3%, длину проростка - на 4,5 и 8,2% соответственно. Незначительно повышается и скорость прорастания (порядка 1,5-2,5%).
В случае использования более широкого диапазона доз увеличение энергии прорастания семян ячменя со сроком хранения 11 лет возрастало при обработке озоном в диапазоне доз от 283,8 до 471,3 мг-мин/м3 с 26,7 до 33,8%, в случае дальнейшего повышения дозы эффективность воздействия убывала до 11,2% (при 1406,3 мг-мин/м3). На остальные показатели прорастания озонирование не оказывало стимулирующего действия. При дозах более 1968,8 мг-мин/м3 обработка озоном приводила к уменьшению всех изучаемых параметров.
В целом можно отметить, что в изученном диапазоне доз и сроков хранения семян озонирование сильнее воздействует на посевной материал с более длительным сроком хранения.
Литература.
1. Ткаченко С.Н., Лунин В.В., Вобликова В.А. О работе и деятельности семинара по озону и деятельности общественной организации Озонное общество - ассоциация «Озон и другие экологически чистые окислители» // Озон и другие экологически чистые окислители. Наука и технологии: материалы 32-го всеросс. семинара. М.: Макспресс, 2012. 200 с.
2. Тарасов В.В., Тихонова И.О., Кручинина Н.Е. Мониторинг атмосферного воздуха. М.: ФОРУМ, 2008. 128 с.
3. Николаева М.Г., Разумова М.В., Гладкова В.Н. Справочник по проращиванию покоящихся семян. Л.: Наука, 1985. 348 с.
4. Лойко Р.Э., Лебедко Е.В. Пути повышения сохранности сельскохозяйственной продукции. Минск: БелНИИНТИ, 1983. 48 с.
5. Yang Yan-fen [et al]. The effects of ozone and low temperature to preserve the freshness of mushrooms Agaricus bisporus // Jiangxi nongye daxue xuebao, Acta agr. univ. Jiangxiensis, 2005. 27. № 1. Р. 29-33.
6. Гаврилова А. А. Влияние озоно-воздушной смеси и озонированной воды на показатели прорастания семян облепихи различных сроков хранения/Н. В. Лисицына, А. В. Чурмасов, В. Г. Резчиков// Сб. науч. тр. «Физиология, электрофизиология, ботаника и интродукция сельскохозяйственных растений». Н. Новгород: НГСХА, 2001. С. 44 - 46.
7. Патент РФ №2169177 МКИ 7 С 12 С 1/00, А 01 С 1/00. Способ стимулирования прорастания семян. / А. А. Гаврилова, В.Г. Резчиков, А. В Чурмасов, Г. К. Эльберт. - опубл. 20.06.2001, Бюл. № 17.
8. Перетягин С.П., Карелин В.И. К методике определения концентрации озона в газовой фазе //Озон и методы эфферентной терапии в медицине: тез. докл. III Всерос. науч. - практич. конфер. Н. Новгород, 1998. С.225-226.
9. Рогачева Э.Д. и др. Влияние мягкого рентгеновского излучения на прорастаемость семян облепихи крушиновидной // Биологические аспекты интродукции, селекции и агротехники облепихи: сб. науч. тр. Горький: ГСХИ, 1985. С. 106-111.
10. Лакин Г.Ф. Биометрия. М.: Высшая школа., 1990. 300 с.
11. Лившиц М.Е. и др. Численные методы анализа случайных процессов. М.: Наука, 1982. 126 с.
OZONATION AS A PHYSICAL METHOD OF INCREASING THE ABILITY OF SEEDS TO GERMINATE
A.A. Gavrilova1, O.A. Sharabaeva1, G.Yu. Tkachenko2, A.V. Churmasov1
1 Nizhny Novgorod State Agricultural Academy, Gagarin Avenue, 97, Nizhny Novgorod, 603107, Russia
2 Nizhny Novgorod Research Institute of Epidemiology and Microbiology n.a. Academician I.N. Blohina, Malaya Yamskaya Str., 71, Nizhny Novgorod, 603950, Russia
Summary. The aim of this work is to study the influence of ozone-air mixture on the morphological parameters of seed germination of barley (Hordeum L.) varieties «Zazersky.» We used the seeds with shelf life of 1 year and 11 years. Ozone was obtained on the original experimental apparatus by a barrier discharge. The range of doses studied ranged from 190 to 24 ■ 103 mg ■ min / m3, when averaging n = 4 corresponded to doses 283,8 and 7875 mg-min/m3. Energy, average germination speed, average length and weight of seedlings were selected as main indicators of germination. The results obtained in the course of research indicated the efficiency of ozone impact on barley seeds with an increase in their storage periods at low doses: in the range from 190 to 750 mg ■ min / m3 (26,7 to 11,2 % when averaged) germination energy increased from 42,7% to 28,2% compared with the control; in the doses of 750 and 2250 mg ■ min / m3 germination energy and average seedling length increased slightly by 8.8% and 5,3% and 4,5% and 8,2% respectively. There is also a slight increase in germination - the average speed of germination was increased by 2,5%. With increasing doses of ozone efficiency of its impact on all indicators decreased. For seeds with a lifespan of 1 year, a positive result was obtained only for changes in the average weight of seedlings: the maximum value was 6.6%. All values of the biological effect of this indicator for seeds with a long shelf life lay in the area of negative values. Thus, all the data obtained testify in favor of the seeds with a good shelf life: application of ozone for them more effectively. Keywords: ozone, ozone-air mixture, seeds, storage, barley.
Author Details: A.A. Gavrilova, Cand. Sc. (Biol.), Assoc. Prof. (e-mail: gavr65aa@rambler.ru); O.A. Sharabaeva, Senior Lecturer; G.Yu. Tkachenko, Junior Researcher; A.V. Churmasov, Dr. Sc. (Biol.), Prof.
For citation: Gavrilova A.A., Sharabaeva O.A., Tkachenko G.Yu., Churmasov A.V. Ozonation as a physical method of increasing the ability of seeds to germinate. Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2015. T.29. №2. pp. 21-23 (In Russ)
