CC BY
44
УДК / UDC 632.9
ВЛИЯНИЕ ПРЕДПОСАДОЧНОЙ ОБРАБОТКИ ИМПУЛЬСНЫМ НИЗКОЧАСТОТНЫМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПОЛЕМ НА ПОВЫШЕНИЕ ВСХОЖЕСТИ БОТАНИЧЕСКИХ СЕМЯН КАРТОФЕЛЯ (SOLANUM TUBEROSUM L.)
EFFECT OF THE PRE-PLANTING TREATMENT WITH LOW-FREQUENCY PULSE ELECTRIC FIELD ON THE GERMINATION RATE OF TRUE POTATO SEEDS
(SOLANUM TUBEROSUM L.)
Стацюк Н.В.1*, Такур К.2, Сметанина Т.И.1, Кузнецова М.А.1, научные сотрудники Statsyuk N.V., Thakur K., Smetanina T.I., Kuznetsova M.A., Researchers
1ВНИИ фитопатологии, Московская область, Россия All-Russian Research Institute of Phytopathology, Moscow Region, Russia 2Туберозум Текнолоджис Инк., Бродерик, Канада Tuberosum Technologies Inc., Broderick, Canada *E-mail: [email protected]
АННОТАЦИЯ
Предпосадочная обработка ботанических семян картофеля (БСК) модулированным импульсным низкочастотным электрическим полем продолжительностью 1, 2, 3 или 9 ч повышает их энергию прорастания на 15.3-18.2% и увеличивает лабораторную всхожесть семян на 10.7-16.7% по сравнению с контролем. При высеве БСК в почву применение вышеуказанных режимов обработки увеличивает всхожесть на 6.9-20.9%. Максимальное увеличение всхожести наблюдается при времени экспозиции, равном 2 ч; при этом всхожесть БСК при высеве на фильтровальную бумагу и в почву превышает таковую в контроле на 16.7 и 20.9%, соответственно.
ABSTRACT
A pre-planting treatment of true potato seeds with modulated low-frequency pulse electric field for 1, 2, 3, and 9 h improved their germination energy and germination rate under laboratory conditions by 15.3-18.2% and 10.7-16.7%, respectively. In the case of a seed planting in soil, the application of these exposition times increases the germination rate by 6.9-20.9%. The maximum effect is observed for the 2-h treatment; in this case, the germination of seeds on a filter paper and in soil exceeds that of the control by 16.7 and 20.9%, respectively.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
Картофель, импульсное поле, предпосевная обработка, всхожесть. KEY WORDS
Potato, pulsed field, pre-treatment, germination.
Одним из наиболее важных факторов развития картофелеводства является использование высококачественного семенного материала. Низкое качество семенного фонда существенно снижает эффект величину урожая и качество собранных клубней.
К настоящему времени получено много данных, свидетельствующих о том, что по мере репродуцирования семенного картофеля происходит его вырождение, выражаемое в снижении урожайности и потере сортовых признаков и товарности. Так, посадка клубней ниже III репродукции приводит к снижению продуктивности по сравнению с элитой на 22.6-39.8% (Анисимов и др., 2007). Кроме того, при вегетативном способе размножения через семенные клубни происходит передача и распространение вирусных и вироидных болезней картофеля (Анисимов и др., 2009). Помимо этого, семенные клубни могут иметь скрытую инфекцию бактериальной и грибной этиологии. Поэтому регулярное обновление семенного материала является обязательным приемом повышения общей продуктивности картофелеводства.
В настоящее время наиболее популярным способом производства здорового посадочного материала является использование культур апикальной меристемы картофеля в сочетании с гидропонными и аэропонными технологиями (Badoni and Chauhan, 2010). Однако эта технология сама по себе является достаточно дорогостоящей, вследствие чего затраты на приобретение семенного материала могут составлять 20-70% от общих затрат на коммерческое производство картофеля (Muthoni et al., 2013). Кроме того, во многих странах используется импортируемый семенной материал, что дополнительно увеличивает его стоимость, наряду с расходами по перевозке и хранению клубней до их посадки. В результате в странах с невысоком уровнем доходов населения фермеры часто отказываются от приобретения семенного картофеля, предпочитая использовать для посадки часть собственного урожая предыдущего года, что, как уже было сказано выше, негативно сказывается на продуктивности и степени инфицированности семенных клубней.
Альтернативным решением может стать использование ботанических семян картофеля (БСК). В середине 70-х гг. Международный центр картофеля (CIP) в Перу запустил долгосрочную программу исследований возможности широкомасштабного применения БСК в качестве альтернативы классическому способу размножения картофеля (Almekinders et al., 2009). Результаты этой программы продемонстрировали технологическое преимущество использования БСК вместо семенных клубней, особенно для развивающихся стран. БСК имеют невысокую стоимость и небольшие размеры и массу, облегчающие их хранение, транспортировку и доставку даже в труднодоступные регионы, могут сохранять всхожесть в течение нескольких лет, и, кроме того, свободны от многих патогенов, вызывающих заболевания картофеля.
Наряду с вышеописанными преимуществами, использование БСК имеет и определенные недостатки. Свежесобранные БСК находятся в фазе покоя (4-9 месяцев) и характеризуются в этот период практически нулевой всхожестью. По истечении этого срока лабораторная всхожесть БСК повышается, но в полевых условиях остается невысокой и нестабильной (Pallais, 1995; Almekinders, 2009). Рост и развитие растений происходит медленнее, чем при проращивании клубней, а проростки оказываются менее устойчивыми к различным стресс-факторам. Следовательно, решение указанных проблем может представлять определенный практический интерес как для исследователей, использующих БСК в селекционной работе, так и для картофелеводов, рассматривающих БСК в качестве альтернативы семенным клубням.
Целью настоящей работы было изучение возможности применения технологии предпосадочной стимуляции импульсным низкочастотным электрическим полем (ИНЭП) для повышения всхожести ботанических семян картофеля.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Материалом для исследований послужили ботанические семена гибрида картофеля TT-09-039 урожая предшествующего эксперименту года, уже миновавшие стадию покоя. Обработку сухих семян проводили с использованием генератора модулированного импульсного электрического поля "СЭФ". Частота основного сигнала составляла 16 кГц, частота следования модулирующих импульсов - 200 Гц, напряженность создаваемого поля - 20 кВ/м (Бельковец и др., 2013). В качестве контроля использовали необработанные сухие семена.
Для определения оптимального режима обработки было исследовано влияние времени экспозиции семян в электрическом поле на их энергию прорастания и всхожесть. Варианты включали экспозиции, равные 15 и 30 мин, а также экспозицию в течение 1-9 ч с шагом в один час. Опыт проводили в соответствии с ГОСТ 12038-84 «Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести». Каждый экспериментальный вариант включал 50 семян в четырехкратной повторности. Через один день после обработки семена помещали на влажную фильтровальную бумагу в кюветы, закрытые прозрачными пластиковыми пакетами для сохранения высокого
уровня влажности. Энергию прорастания и лабораторную всхожесть семян определяли на третий и седьмой день с момента посева, соответственно.
Для определения всхожести семян при высеве в почву использовали отобранные в результате предыдущего опыта наилучшие варианты обработки (1, 2, 3 и 9 ч). Опыт проводили в трехкратной повторности (по 40 семян в каждой повторности). Через два дня после обработки семена были высажены в пластиковые поддоны в увлажненную почву, в два ряда по 20 семян в каждом. Расстояние между семенами составляло 1-1.5 см, а глубина заделки - 0.5 см. Эксперимент был проведен в лабораторном помещении при комнатной температуре и естественном освещении. Контроль за увлажненностью почвы осуществляли на протяжении всего эксперимента. Учет проростков был начат на 7 день с момента посадки и осуществлялся ежедневно до тех пор, пока количество проросших растений в каждом варианте не перестало изменяться.
Статистическую обработку результатов проводили с использованием программы «Дисперсионный анализ однофакторного опыта» 1.02).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Определение влияния длительности обработки электрическим полем на энергию прорастания и лабораторную всхожесть ботанических семян картофеля. Результаты исследования влияния различных времен экспозиции на энергию прорастания и всхожесть семян представлены на рис. 1 и 2. При оценке энергии прорастания было выявлено четыре варианта, в которых средние значения достоверно превышали контроль (1, 2, 3 и 9 ч).
40
К
5 30 X
та
та
о 20
6
с
к
а 10 о
X
о
10,0
12,7
14,7
25,3
26,2
28,2
11,3
17,3
12,7
20,0
14,0
26,3
0 0.25 0.50 123456789
Время обработки, ч
Рисунок 1 - Влияние продолжительности обработки импульсным низкочастотным электрическим полем на энергию прорастания ботанических семян картофеля (НСР005=10.0)
100
л
I-
0
1
о
X
о со
90
80
70
60
78,0
87,3
¡,5
3,7
94,7
92,7
89,3
89,3
8,7
90,0
92,0
92,0
0.25 0.50
123456789 Время обработки, ч
Рисунок 2 - Влияние продолжительности обработки импульсным низкочастотным электрическим полем на лабораторную всхожесть ботанических семян картофеля (НСР005=7.7)
0
Во всех испытанных вариантах обработки всхожесть достоверно превышала таковую в контроле. Наилучший результат (94.7%) был получен для экспозиции, равной 2 ч; в этом варианте всхожесть БСК превысила контрольную на 16.7%.
По совокупности полученных результатов были отобраны четыре лучших варианта (1, 2, 3 и 9 ч), которые были использованы на следующем этапе исследования (посев в почву).
Определение влияния длительности обработки электрическим полем на всхожесть ботанических семян картофеля при высеве в почву. Результаты исследования влияния отобранных на предыдущем этапе режимов обработки ИНЭП на всхожесть БСК при высеве в почву представлены в таблице и на рис. 3. Появление первых всходов было зарегистрировано на седьмой день после высева. По истечении 28 дней с момента высева количество всходов во всех вариантах перестало изменяться. Максимальный уровень всхожести в почве был отмечен для двухчасовой экспозиции ИНЭП; его значение (54.2%) на 20.9% превышало значение, полученное в контрольном варианте.
Таблица 1 - Динамика изменений средней всхожести ботанических семян картофеля, высеянных в почву, при различных режимах обработки импульсным низкочастотным
электрическим полем
Вариант Всхожесть в зависимости от кол-ва дней, прошедших с момента высева, %
7 8 9 10 11 12 16 17 28
Контроль 10.0±2.5 20.8±5.8 23.3±8.0 24.2±7.6 25.8±5.8 26.7±5.2 26.7±5.2 26.7±5.2 33.3±3.8
1 ч 23.3±10.1 33.3±3.8* 34.2±5.2 34.2±5.2 34.2±5.2 35.0±4.3 35.8±3.8 38.3±3.8 40.0±4.3
2 ч 18.3±5.8 33.3±3.8 39.2±2.9 42.5±4.3 45.0±5.0 47.5±4.3 48.3±3.8 48.3±3.8 54.2±2.9
3 ч 13.3±2.9 30.8±2.9 37.5±5.0 40.8±5.2 42.5±6.6 42.5±6.6 42.5±6.6 43.3±5.2 48.3±2.9
9 ч 17.5±6.6 26.7±3.8 30.0±2.5 30.8±3.8 33.3±2.9 35.0±2.5 37.5±2.5 40.0±2.5 42.5±2.5
НСР0.05 11.3 8.2 9.3 9.8 9.5 8.7 8.4 7.7 6.1
* Уровни всхожести, достоверно отличающиеся от контрольных значений (р<0.05), показаны жирным шрифтом.
60
Контр.
1 ч
2 ч
3 ч
9 ч
Рисунок 3 - Всхожесть биологических семян картофеля, высеянных в почву, при разных временах обработки импульсным низкочастотным электрическим полем (НСР005=6.1)
Таким образом, предпосадочная обработка ИНЭП продолжительностью 1, 2, 3 или 9 ч достоверно повышает энергию прорастания БСК на 15.3-18.2% и увеличивает их лабораторную всхожесть на 10.7-16.7%. При высеве БСК в почву применение вышеуказанных режимов обработки также достоверно увеличивает всхожесть на 6.920.9% по сравнению с контролем. Максимальное увеличение всхожести отмечено при времени экспозиции, равном 2 ч; при этом превышение уровня всхожести БСК над контролем при высеве на фильтровальную бумагу и в почву составляет 16.7 и 20.9%, соответственно. Наблюдаемое повышение всхожести бСк при обработке ИНЭП хорошо согласуется с результатами, полученными ранее для некоторых других
сельскохозяйственных культур, таких как свекла (+10%), морковь (+10-12%), салат (+917%), укроп (+10-11%) и петрушка (+9-22%) (Стацюк и др., 2014; Курбакова, 2011; Курбаков, 2007; Потехин, 2011).
В России, в отличие от таких стран как Китай, Индия, Вьетнам, Египет, Перу и др., рынок БСК пока относительно невелик и представлен всего несколькими коммерческими предложениями (Дубинин, 2014). Во многом это связано с тем, что прямой высев БСК в поле сопряжен с низкой полевой всхожестью, высокой чувствительностью семян и проростков к абиотическим стрессам, а также более продолжительным развитием растений до стадии образования клубней (в среднем, вегетационный сезон для них длится на один месяц дольше, чем для растений, выращенных из клубней). Вследствие этого урожайность растений, выращенных в поле из семян, зачастую оказывается ниже потенциально возможной. В результате многие картофелеводы предпочитают альтернативные способы использования БСК, такие как проращивание семян в условиях теплиц с последующей трансплантацией их в поле, а также высев семян на рассадочные грядки (nursery beds) в контролируемых условиях питомников или теплиц (Almekinders et al., 2009). Однако при этом заметно увеличиваются трудозатраты и снижается объем производства, что способствует сохранению актуальности исследований, связанных с преодолением недостатков прямого высева БСК в почву. В свете вышесказанного, полученные нами результаты могут представлять практический интерес как для селекционеров, так и для производителей семенного и столового картофеля, работающих или намеревающихся работать с БСК.
Следует также отметить, что исследования, проведенные ранее на семенах салата (Lactuca sativa L.), показали, что увеличение лабораторной всхожести семян после обработки ИНЭП сравнимо с таковым от их обработки 0.001% раствором гиббереллина (9-17% и 6-15%, соответственно), а в случае оранжерейной всхожести (14-20%) даже превосходит действие гиббереллина, не оказывающего в этом случае видимого эффекта (Курбаков, 2007). Помимо этого, обработка ИНЭП семян салата с нулевой всхожестью позволила восстановить уровень их лабораторной и оранжерейной всхожести до 15 и 11%, соответственно; при этом в варианте с обработкой гиббереллином лабораторная всхожесть была восстановлена до 22%. Это позволяет предположить целесообразность проведения дополнительного исследования возможного действия ИНЭП на уменьшение или прерывание периода покоя свежесобранных БСК, обычно осуществляемое путем их обработки гиббереллином.
Кроме того, имеющиеся данные о положительном влиянии ИНЭП на ускорение роста и развития растений моркови и петрушки (Курбакова, 2011) и на сокращение периода между высадкой семян салата и достижением растениями товарной годности (Курбаков, 2007) а также предварительные результаты экспериментов с семенами кукурузы ипшеницы позволяют предположить, что применение ИНЭП может не только повысить уровень всхожести БСК, но и решить проблемы, связанные с медленным развитием полученных из них растений.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Анисимов Б.В., Усков А.И., Юрлова С.М., Варицев Ю.А. (2007) Семеноводство картофеля в России: состояние, проблемы и перспективные направления. // Достижения науки и техники АПК, № 7, с. 15-19.
2. Анисимов Б.В., Белов Г.Л., Варицев Ю.А., Еланский С.Н., Журомский Г.К., Завриев С.К., Зейрук В.Н., Иванюк В.Г., Кузнецова М.А., Пляхневич М.П., Пшеченков К.А., Симаков Е.А., Склярова Н.П., Сташевски З., Усков А.И., Яшина И.М. (2009) Защита картофеля от болезней, вредителей и сорняков. М.: Картофелевод, 272 с.
3. Бельковец Е.М., Галантерник Ю.М., Добруцкая Е.Г., Филиппов А. В., Филиппова Г.Г., Костяшов В.В., Кузнецова М.А., Широкова Е.А., Стацюк Н.В. (2013) Способ
предпосадочной обработки семенного материала сельскохозяйственных культур и послеуборочной обработки урожая. Рос. патент RU 2487519.
4. Дубинин С.В. (2014) Как получить высококачественный семенной материал картофеля? // Картофелеводство, № 1, с. 31.
5. Курбаков Е.Л. Эффективность новых элементов технологии выращивания салата в Нечерноземной зоне России. Дисс. канд. с/х наук. М, 2007 - 152 с.
6. Курбакова О.В. Повышение посевных качеств семян моркови столовой (Daucus carota L.), укропа пахучего (Anethum graveolens L.) в условиях Нечерноземной зоны России. Дисс. канд. сельскохоз. наук. М., 2011 - 153 с.
7. Потехин Г.А. Оценка и отбор исходного материала петрушки (Petroselinum crispum (Mill.) Nym.) для селекции на продуктивность и качество и разработка элементов технологии повышения посевных качеств семян. Дисс. канд. сельскохоз. наук. М., 2011 - 151 с.
8. Стацюк Н.В., Кузнецова М.А., Филиппов А.В., Елисеева Л.Г. (2014) Обработка семян и корнеплодов после уборки импульсным низкочастотным электрическим полем: увеличение урожайности, снижение потерь при хранении. // Сахар, № 10, с. 38-40.
9. Almekinders C.J.M., Chujoy E., Thiele G. (2009) The use of true potato seed as pro-poor technology: the efforts of an International Agricultural Research Institute to innovating potato production. // Potato Res. 52(4): 275-293.
10. Badoni A. and Chauhan J.S. (2010) Conventional vis-a-vis biotechnological methods of propagation in potato: a review. // Stem Cell 1:1-6.
11. Muthoni J., Shimelis H., Melis R. (2013) Alleviating potato seed tuber shortage in developing countries: potential of true potato seeds. // Austr. J. Crop Sci. 7(12):1946-1954.
12. Pallais N. (1995) Storage factors control germination and seedling establishment of freshly harvested true potato seed. // Am. Potato J., 72: 427-436.
13. Rowell A.B., Ewing E.E., Plaisted R.L. (1986) General combining ability of neo-tuberosum for potato production from true potato seed. // Am. J. Potato Res. 63:143-153.
