CC BY
501
директор института экспериментальной ботаники им. В.Ф. Купревича НАН Беларуси, академик
старший научный сотрудник, кандидат биологических наук
младший научный сотрудник
УДК 581.14:631.53.011/.027.2/3
Современная технология предпосевной обработки семян
Рост производства растениеводческой продукции возможен только при освоении новых, экологически безопасных технологий, позволяющих реализовывать генетический потенциал современных сортов при одновременном снижении потерь сельскохозяйственной продукции от болезней, вредителей, сорняков и других неблагоприятных воздействий. В этом комплексе мероприятий одним из ведущих приемов должно стать получение и сохранение до посева семян высокого физиологического качества.
Главный путь получения семян с высокими посевными и урожайными свойствами — выращивание их по специальной технологии. Особенно успешно подобные технологии развиты за рубежом, в ведущих компаниях. Знакомство с опытом их работы имеет большое научное и практическое значение для создания технологии производства высококачественного семенного материала в нашей стране.
Современная технология подготовки семян к посеву включает следующие этапы: сбор урожая и его обработка (очистка и сортировка семян); хранение посевного материала; предпосевная обработка семян (стимуляция прорастания, дезинфекция и покрытие оболочками) (рис. 1).
Послеуборочная обработка семян заключается в их очистке, сушке и сортировке. Первая и последняя обеспечивают удаление дефектных семян (битых, раздавленных, проросших), семян-сорняков и примесей других культурных растений, а также вредителей. Этот процесс основывается на таких физических характеристиках семян, как масса, форма, размер, цвет, плотность, характер по-
Николай Ламан Галина Алексейчук Жанна Калацкая
верхности, а также на их аэродинамических, оптических и электрических свойствах с целью получения семенного материала более высокого физиологического качества, обладающего способностью
Рис. 1. Схема подготовки семян к посеву
к дружному и быстрому прорастанию и формирующего нормально развитые проростки в различных условиях окружающей среды. Рядом зарубежных семеноводческих компаний используется сортировка семян по степени зрелости, основанная на измерении содержания хлорофилла в семенных оболочках.
Хранение посевного материала — одна из наиболее актуальных проблем семеноводства, поскольку основной причиной снижения качества семян является их старение как процесс накопления структурных и метаболических повреждений при неблагоприятных условиях хранения. Качество семян в данном случае зависит от комплекса взаимосвязанных факторов: биотических (микроорганизмы, насекомые, грызуны); антропогенных (воздействие человека в процессе выращивания, уборки и послеуборочной обработки); абиотических (влажность, температура и состав воздуха, освещенность). Сочетание низких значений влажности и температуры определяет наиболее благоприятную сохранность посевного материала: чем выше температура, тем ниже должен быть уровень влажности семян.
Отличительной чертой комплекса предпосевной обработки за рубежом является использование приемов стимуляции прорастания семян, основанных на их предварительном увлажнении с последующим высушиванием или без него, что позволяет:
• снизить чувствительность семян к стрессу быстрым набуханием, когда при прорастании, особенно в сырой холодной почве, из-за слишком быстрого поступления воды могут происходить механические повреждения клеточных мембран и покровных тканей;
• вывести семена из вторичного покоя, в результате чего увеличивается их всхожесть и дружность прорастания;
• улучшить физиологическое качество семян путем восстановления накопленных при хранении повреждений на уровне мембран и внутриклеточных компонентов.
Набухание семян в парах воды приводит к их постепенной гидратации за счет диффузии паров через покровы семени. Этот метод обычно применяют при работе с крупносеменными бобовыми культурами. Медленно набухшие в парах воды семена впоследствии менее чувствительны к стрессу быстрым набуханием. Данный метод также используют для увеличения влагосодержа-ния слишком сухих семян перед закладкой на хранение. Однако следует избегать конденсации воды на поверхности семян, приводящей к развитию инфекции.
Замачивание в воде можно применять только для семян, не чувствительных к стрессу набуханием. Это позволяет достигать лаг-фазы набухания, но видимого прорастания, как правило, не наблюдается из-за недостатка растворенного в воде кислорода. В набухших семенах происходит инициация метаболических процессов роста, отчего при их последующем подсушивании нет возврата в исходное покоящееся состояние. Семена остаются на той фазе, которой они достигли при замачивании, поэтому прорастают быстрее и более дружно. При этом сокращается срок хранения обработанных семян: они должны быть реализованы в течение 1—2 недель.
увлажнение семян с прорастанием характеризуется их набуханием путем замачивания до фазы видимого проклевывания зародышевого корешка. Но пока этот прием технологически
разработан очень слабо и используется редко. Чаще всего для замачивания применяют гелевые растворы, поскольку в них проросшие семена меньше повреждаются (проклюнувшиеся всплывают на поверхность раствора и таким образом их можно отсортировывать). Проросшие семена хранят не более 1—2 недель при низкой температуре и относительной влажности воздуха, не допускающей их пересыхания. В настоящее время для увеличения срока хранения разрабатываются щадящие приемы подсушивания.
Прайминг представляет собой обработку семян, включающую их контролируемое набухание до уровня влагосодержания, не допускающего видимого проклевывания зародышевого корешка сквозь семенную оболочку.
гидропрайминг — набухание семян в ограниченном количестве воды. Недостатком этого метода является вероятность неравномерной гидратации отдельных семян, что приводит к получению партии с различным физиологическим статусом и несинхронным прорастанием. Кроме того, скорость гидратации трудно контролировать и семена некоторых культур могут повреждаться из-за стресса набуханием.
Выделяют технологические разновидности гидропрайминга, например так называемый барабанный прайминг, когда семена, находящиеся во вращающемся барабане, медленно набухают в водном тумане. Контроль влагосодержания осуществляется регистрацией изменения их массы или расчетом количества и темпа подачи воды в барабан.
осмопрайминг — медленное набухание семян в растворах осмотических веществ, таких, как полиэтиленгликоль, маннитол, сахароза, растворы солей с низким водным потенциалом (от -0,4 до -1,5 МПа). Самым распространенным является полиэтиленгли-коль, поскольку он инертен и его молекулы не способны проникнуть сквозь семенную оболочку.
твердый прайминг — набухание семян, помещенных на твердые увлажненные носители (вермикулит, торфяной мох, песок), обладающие низким матричным потенциалом, нерастворимостью в воде, высокой водоудерживающей способностью, большой площадью поверхности и инертностью. Поверхность этих материалов создает матричные силы, удерживающие воду, которая медленно абсорбируется семенами.
Важнейшим этапом предпосевной обработки является дезинфекция, обеспечивающая защиту семян и проростков от болезней, которая может осуществляться с использованием физических факторов (обработки лазерами, озонирования, температурной обработки) и/или химических средств защиты растений (протравителей). Наиболее распространенным приемом дезинфекции семян является именно протравливание.
Сухие протравители характеризуются несложным применением, хорошим распределением на зерне, возможностью протравливания без добавления воды и при низких температурах, а также простотой транспортировки и хранения. Их отрицательные характеристики — низкая прилипаемость к поверхности семян, образование пыли и высокая осыпаемость. Самая простая препаративная форма — дуст с диаметром частиц 10 мкм и менее. Оптимизация применения сухих протрав заключается в переходе от дустов к
микрогранулярным формам с диаметром частиц от 0,06 до 0,2 мм, способным к большей адгезии с поверхностью семян.
Смачивающиеся порошки — диспергируемые вещества, которые предварительно разбавляются водой в смесительном сосуде с последующим использованием в жидком виде. Действующее вещество в виде тонкого порошка или жидкости адсорбировано или смешано с тонкоизмельченным неорганическим носителем типа талька, каолина, глины, бентонита, диатомита. Прилипаемость таких порошков может быть оптимизирована за счет добавления при-липателей типа декстрина. Их хранение и транспортировка не представляет проблем, а отсутствие пыления при обработке семян повышает их экологическую чистоту. Отрицательные свойства — плохая самотечная подача протравленного семенного материала.
водные суспензии и водно-суспензионные концентраты состоят из действующего вещества, воды и поверхностно-активных веществ. Они имеют преимущества по сравнению со смачивающимися порошками: при одинаковой норме расхода лучше прилипают и распределяются на семенах, меньше снижают качество самотечной подачи. Но транспортировка и хранение готовых к применению водных суспензий требуют больших емкостей. Благодаря свойствам структурообразующих компонентов нет необходимости в использовании дополнительных прилипателей. Основным недостатком водно-суспензионных концентратов является гидролизуемость действующего вещества.
Общий недостаток всех жидких протравителей, приготовленных на основе воды, — невозможность их применения при низких температурах. Однако он отсутствует в жидких протравителях, приготовленных на основе органических растворителей.
органические растворы представляют собой смеси действующего вещества в органическом растворителе. Эмульсионные концентраты — это растворы действующего вещества в органическом растворителе с добавлением эмульгаторов. Их положительные характеристики — отсутствие пыления, хорошая прилипаемость и распределяемость на семенах, простота в применении, транспортировке и хранении. К отрицательным характеристикам относят необходимость очистки оборудования с помощью органических растворителей, утилизации отходов, возможность вдыхания персоналом испарений.
В соответствии со свойствами и формой препарата, биологией возбудителя, состоянием семян получают развитие следующие способы протравливания:
Сухое протравливание — нанесение на поверхность семян сухих протравителей. Семена смешиваются с сухой пудрой, содержащей необходимое соединение. Этот метод является безводным и рекомендуется при использовании быстро разлагающихся или плохо совместимых компонентов. Основной его недостаток — неравномерное распределение сухой пудры на поверхности семян и ее плохое прилипание. Кроме того, работа с таким препаратом отрицательно сказывается на состоянии здоровья персонала и приводит к заболеваниям дыхательной системы. В настоящее время данный метод используется редко.
Метод органических растворителей основывается на их использовании для введения веществ в семена. Семена инкубируют в орга-
ническом растворителе (от 15 минут до нескольких часов), а затем проветривают. При этом растворенное вещество входит также под семенную оболочку, а органический растворитель испаряется, не нарушая уровня влагосодержания семян. Достоинство этого метода в том, что он является безводным и позволяет вводить в семена нерастворимые в воде соединения (протравители, регуляторы роста). Однако при его применении требуется подбор инертного для семян органического растворителя, а также вытяжная система, предотвращающая контакт персонала с испарениями.
влажное протравливание подразумевает нанесение на поверхность семян жидких протравителей в различных препаративных формах. Использование жидкости обеспечивает равномерное распределение малых доз вещества на поверхности семян. При этом действующее вещество должно растворяться или образовывать суспензию, а вода выполняет функции его растворителя и носителя.
Полусухое протравливание — нанесение на поверхность семян жидких протравителей, приготовленных на основе воды. Но такая обработка может приводить к нежелательному повышению влагосодержания семян, что создает трудности с подготовкой их к высеву.
Мокрое протравливание — замачивание или увлажнение семян большим количеством жидкого препарата в виде раствора, суспензии или эмульсии с последующим томлением в течение двух часов. Этот способ очень трудоемкий и требует последующей сушки семян, поэтому используется ограниченно.
Протравливание с увлажнением — самый распространенный метод, при котором семена предварительно увлажняют, а затем наносят препарат в любой препаративной форме. Количество воды при данном виде обработки должно составлять не более 1% от массы семян, чтобы предотвратить изменение их водного статуса. Этот метод дает возможность применения препаратов разного целевого назначения и является наиболее экологически чистым. При подсыхании семян препарат может осыпаться, поэтому рекомендуется использовать специальные вещества-прилипатели, удерживающие его на поверхности семян.
Покрытие семян пленкой, содержащей необходимые для защиты и питания семян и развивающихся проростков вещества и позволяющей прочно удерживать их, является очень эффективным и наиболее современным способом предпосевной обработки. Классификация типов покрытия (искусственных оболочек) основана на их способности изменять форму и размер семени (рис. 2).
* Инкрустирование # ш
П1ш СОЛ 1 Ц_ц Епсгияйг^
* Дражнродонне
(реГ1е1т£, рШтр) •
\1ini р ¡11 5Шп*1агс! рШ
Рис. 2. Типы искусственных оболочек для покрытия семян
инкрустирование представляет собой однородное нанесение материала на поверхность семян без изменения их формы и размеров. Увеличение при этом массы семян незначительно и составляет от 0,5 до 5% (film coating) и от 1 до 5 раз (encrusting). Жидкая субстанция, включающая пленкообразующий полимер и растворенные в нем вещества, впрыскивается со строго контролируемой частотой в массу вращающихся семян для однородного распределения на их поверхности. Скорость процедуры лимитируется необходимостью подсушивания, для оптимизации которой используют перфорированные барабаны.
Пленкообразующими компонентами являются полимеры различных типов, например натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы ^аКМЦ), производные крахмала и целлюлозы, поливинилацетат, поливиниловый спирт.
В качестве защитных веществ используют фунгициды или другие пестициды в форме смачивающихся порошков или дустов.
В пленкообразующие составы можно добавлять регуляторы роста: амбиол, гидрогумат, оксигумат, гумат натрия, янтарную кислоту, эпин; а также вводить микроэлементы: бор, марганец, медь, молибден, цинк. При выборе последних необходимо учитывать специфическую потребность в них каждой культуры и результаты агрохимического обследования почв на содержание этих веществ в подвижной усвояемой растениями форме.
Иногда при инкрустировании используют наполнители — тальк или слюду, которые включают в распрыскиваемую смесь или до-
бавляют отдельно в виде пудры для облегчения движения семян во время вращения барабанов или для косметического эффекта. Применяются и сухие составы из пестицидов, защитно-стимулирующих веществ и прилипателей, которые готовят на местах или получают в виде готовых смесей, требующих разбавления на пунктах обработки семян, а также жидкие составы в форме водных суспензий или водно-суспензионных концентратов.
Эти препараты должны быть не токсичными по отношению к семенам и не препятствовать поглощению ими воды и кислорода; иметь высокую степень адгезии, при этом обработанные семена не должны слипаться при транспортировке и хранении; включать совместимые компоненты, не вступающие в химическое взаимодействие в процессе обработки семян и после их высева в почву.
Преимущества метода инкрустирования семян: однородное распределение материала в правильной пропорции, отсутствие пыли, улучшенная окраска при включении пигментов. Однако, несмотря на кажущуюся однородность распределения материала на поверхности семени, под микроскопом часто выявляется неоднородность толщины слоя покрытия. Особенно сложно добиться равномерности покрытия семян, имеющих неровную, морщинистую поверхность (лука, сахарной свеклы), а также очень жирную и слизистую (льна).
Дражирование является перспективным, но по сравнению с инкрустированием менее распространенным на территории стран СНГ способом покрытия семян. Дражированные семена характе-
Таблица.
Лабораторная всхожесть семян капусты белокочанной сорта Амагер, инкрустированных эпибрассинолидом и гомобрассинолидом в составе безводной композиции на основе поливинилацетата (ПВА) и органических растворителей*
Варианты обработки Всхожесть Нормально Анормально
семян (%) развитые проростки (%) развитые проростки (%) 1 (%) 1
Контроль 91,5±1,67 31,0±6,12 60,5±6,42 8,5±1,67
Пленка 92,0±2,11 52,5±4,89 39,5±3,24 8,0±2,11
ЭБ 97,0±0,56 64,0±3,48 33,0±3,35 3,0±0,56
ГБ 95,5±1,67 61,0±3,79 34,5±2,17 4,5±1,67
ЭБ/ТМТД 97,5±1,23 65,5±3,52 32,0±4,31 2,5±1,23
ГБ/ТМТД 94,0±1,60 58,5±4,83 35,5±5,08 6,0±1,60
ЭБ/ТМТД/М 97,5±1,23 71,0±3,79 26,5±3,79 2,5±1,23
Контроль (УС) 63,0±0,98 36,0±2,77 27,0±2,94 37,0±0,98
Пленка (УС) 65,0±1,26 41,0±3,05 24,0±1,96 35,0±1,27
ЭБ (УС) 78,0±4,15 53,5±3,69 24,5±3,24 22,0±4,16
ГБ (УС) 68,5±3,43 38,5±5,74 30,0±2,53 31,5±3,43
ЭБ/ТМТД (УС) 77,5±1,47 50,5±2,82 27,0±2,59 22,5±1,47
ГБ/ТМТД (УС) 72,0±2,26 54,5±4,33 17,5±2,17 28,0±2,26
ЭБ/ТМТД/М (УС) 70,0±2,11 45,0±6,22 25,0±2,04 30,0±7,11
* Контроль — необработанные семена
Пленка — семена инкрустированы 1%-ным раствором ПВА ЭБ—семенаинкрустированыПВАсдобавлениемэпибрассинслццавкон-центрации 10"6М
ГБ—семена,инкрустированныеПВАсдобавлениемгомобрассинолидав концентрации 10-6М
ЭБ/ТМТД—семенаинкрусrирсваныПВАсцсбавлениемэпибрассинслицаи
фунгицида ТМТД
ГБ/ТМТД—семенаинкрустированыПВАсдобавлениемэпибрассинолидаи фунгицида ТМТД
ЭБ/ТМТД/М—семенаинкрустированыПВАсдобавлениемэпибрассинопи-да, фунгицида ТМТД и инсектицида моспилана
УС—семенапослеинкрустациихранили3дняпри400Си86%влажности воздуха (тест на ускоренное старение)
ризуются тем, что их форма и размер значительно изменяются, а масса может увеличиваться от 10 до 25 раз (mini pill) или от 15 до 100 раз (standard pill).
В состав драже входят наполнители, являющиеся основным по массе компонентом, связывающие вещества и прилипатели, а также действующие вещества, к примеру пестициды, микроэлементы и регуляторы роста растений.
В качестве наполнителей часто используют порошкообразные вещества — торфопыль, древесную муку, диатомовую землю, керамзит, вермикулит, тальк, известь. Как связывающие вещества применяют полиакриламид, бентонитовую глину, поливиниловый спирт, а также модифицированный крахмал или декстрин.
Массу вращающихся семян опрыскивают водой для активации связывающих веществ. Во время вращения происходит налипание наполнителя на семена и формирование сферических драже. В отличие от инкрустирования, дражирование — влажный процесс. Оно дает возможность послойного покрытия, так что действующие вещества могут быть пространственно отделены друг от друга или от поверхности семени и становятся доступными лишь при формировании проростка. Основное достоинство дражирования — облегчение механизированного высева семян, особенно мелких и неправильной формы.
Кроме показателей размеров, формы и массы дражированные и инкрустированные семена отличаются по составу покрытия. В основе драже лежит инертный порошкообразный наполнитель, а инкрустирующего состава — пленкообразующий гелеобразный полимер. В технологическом отношении различия заключаются в процедуре высушивания — инкрустирование предполагает обработку семян с одновременным их высушиванием, тогда как драже не сушат до завершения процедуры. Иногда эти процессы комбинируют. Например, пленкообразующие полимеры с включенным в них красителем наносят на поверхность драже, чтобы предотвратить пылеобразование. Однако, несмотря на свою эффективность, технология дражирования на отечественном рынке практически еще не внедрена — в основном из-за необходимости приобретения специальной дражирующей техники и строгого соблюдения технологического регламента.
Таким образом, в последние годы в нашей республике стало активно внедряться инкрустирование семян, чему способствовало продвижение на отечественный рынок импортных препаратов защиты растений в форме водных суспензий и водно-суспензионных концентратов. Однако применяемые импортные технологии и средства защиты являются дорогостоящими, что заставляет белорусских ученых разрабатывать более доступные препараты из дешевого отечественного сырья.
В Институте экспериментальной ботаники им. В.Ф. Купревича НАН Беларуси создан пленкообразующий состав для инкрустации семян сельскохозяйственных культур на основе отходов производства поливинилацетатных красок и побочных продуктов ректификации этилового спирта. Инкрустирующая пленка отличается высокой степенью адгезии, негигроскопична и позволяет включать различные, в том числе водонерастворимые защитно-стимулирующие химические ингредиенты, что существенно повышает эффективность и экологическую безопасность предпосевной обработки
семян. Качество такой пленки дает возможность разрабатывать на ее основе различные стимулирующие и обеззараживающие композиции для предпосевной обработки семян (см. табл.). Исследования в этом направлении в настоящее время активно проводятся в лаборатории роста и развития растений Института экспериментальной ботаники им. В.Ф. Купревича совместно с коллегами из Института биоорганической химии, а также Института земледелия и селекции и Института овощеводства НАН Беларуси.
Литература
1. Алексейчук Г.Н., Ламан Н.А., Задворнова Ю.В., Солоненко Ю.А. Современные подходы к оценке посевных качеств семян сельскохозяйственных культур // Земляробства i ахова раслн 2005, № 2. С. 19—22.
2. Алексейчук Г.Н., Ламан Н.А. Физиологическое качество семян сельскохозяйственных культур и методы его оценки: Методическое руководство. Мн., 2005.
3. ГОСТ 21507-81. Защита растений. Термины и определения.
4. Гриценко В.В., Калошина З.М. Семеноведение полевых культур. М., 1976.
5. Каспаров В.А., Промоненков В.К. Применение пестицидов за рубежом. М., 1990.
6. Лобода Н.В., Весна Б.А., Сирота М.М. и др. Справочник по семеноводству. Киев, 1991.
7. Протравливание семян сельскохозяйственных культур пленкообразующими составами и препаратами (методические указания). М., 1988.
8. Строна И.Г. Допосевная и предпосевная обработка семян сельскохозяйственных культур // Теория и практика предпосевной обработки семян: Сборник научных трудов. Киев, 1984. С. 5—16.
9. Halmer P. Commercial seed treatment technology // Seed technology and its biological basis / Black M., Bewley J.D. (edS.). Sheffield Academic Press Ltd, 1999. P. 257—286.
10. Brandl F. Seed treatment technologies: evolving to achieve crop genetic potential // Seed treatment: challenges and opportunities: BCPC Symposium proceedings № 76. UK: British crop protection council, 2001. P. 3—17.
11. Copeland L.O., McDonald M.B. Principles of seed science and technology. 3r-dedition — NY: Chapman and Hall, 1995. P. 258—277.
12. Taylor A.G. Seed treatment // Encyclopedia of applied plant sciences / Tomas B., Murphy D.J., Murray B.G. (eds.). Elsevier Academic Press, 2003. P. 1291—1297.
SUMMARY
Successful stand establishment requires high-quality, genetically pure seed that produces rapid, uniform seedling emergence. However even the most high-grade elite sorts are not able to show their potential without intensive technology of cultivation. The great urgency in Belarus was got with a problem of the poor-quality infected seed material. Such situation has developed because of failure to comply with the technology of after-ripening and pre-sowing processing of seed treatment which should include the obligatory estimation of seed lot quality at each stage. The analysis of modern technology of pre-sowing seed treatment existing in a world practice and the tendency of its development in Republic of Belarus are considered in the article.
