CC BY
38УДК 633.63:631:664.12 doi.org/10.24411/2413-5518-2020-11004
Влияние предпосевного лазерного облучения семян на развитие растений и технологические показатели корнеплодов сахарной свёклы
О.А. ПОДВИГИНА, д-р с/х. наук,
Л.Н. ПУТИЛИНА, канд. с/х. наук(е-mail: lputilina@bk.ru), Н.А. ЛАЗУТИНА
ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт сахарной свёклы и сахара имени А.Л. Мазлумова»
Введение
Широкое применение лазерных технологий началось в 80-х гг. прошлого столетия. Лидером в разработке и практическом применении лазерных технологий выступал Советский Союз. Однако позитивные результаты были достигнуты в Германии, Бразилии, Мексике, Кубе, Индии, Китае, Японии, Австралии, Болгарии, Чехии, Венгрии, Польше и других странах.
Лазерному воздействию подвергались многие сельскохозяйственные культуры (зерновые, овощные, технические, кормовые, плодово-ягодные), древесные, декоративные виды растений и их различные части — семена, луковицы, клубни, зелёные черенки, генеративные органы и целые вегетирующие растения.
Наибольшее предпочтение получила предпосевная фотостимуляция семян лазером. Воздействие лазерного луча на вегетирующие части растений значительно активизирует процессы фотосинтеза. В процессе обработки семян световая энергия сразу преобразуется в фотохимическую, запасается и потом расходуется во время прорастания и последующего роста и развития растений. Поэтому при использовании лазерных технологий энергия оптического излучения выступает как энергетический и управляющий фактор, влияющий на рост и биометрические показатели растений, продолжительность прохождения фенологических фаз развития и вегетационного периода, устойчивость растений и качественные показатели продукции.
Влияние лазерного излучения на урожайность многих сельскохозяйственных культур подтверждено многолетними исследованиями и научными публикациями. Установлено достоверное повышение
урожайности зерновых культур на 10—15 %, гороха — на 20—40, овса — на 7, овощных культур — до 5—20, яровой пшеницы — на 14 % и т. д. При этом отмечается ускорение сроков созревания продукции на 3—10 дней.
Анализ научных публикаций показал, что обработка низкоинтенсивным когерентным излучением семян и растений способствует улучшению качества сельскохозяйственной продукции. После лазерного облучения семян у плодов томата улучшились биохимические характеристики и физические свойства, повышающие их сопротивляемость механическим нагрузкам [7]. Воздействие лазером на плоды фруктовых деревьев способствовало значительному повышению их сохранности в послеуборочный период и выход кондиционных плодов на 12—17 % [5]. При лазерной обработке семян картофеля и сахарной свёклы отмечено увеличение плотности клубней и корнеплодов, что повышало их устойчивость к механическим повреждениям при уборке и перевозке, способствовало лучшей сохранности [4].
Позитивные результаты лазерной фотоактивации семян были отмечены и на сахарной свёкле. Так, учёными Казахского госуниверситета В.Б. Плохих и Л.Б. Мацуциной после лазерного облучения семян сахарной свёклы удалось выделить две диплоидные формы, которые в течение двух поколений превышали по сахаристости исходные материалы на 1,8—2,5 % при одинаковом весе корнеплодов [6]. Положительные результаты предпосевной лазерной обработки семян были отмечены Л.В. Брижанским, когда прирост полевой всхожести составил в среднем 14,5—20,5 %, прирост массы корнеплода — 40,8—42,9 %, прибавка урожая с 1 га — 66 ц, или 13 % [1]. Однако данные по изучению технологического качества корнеплодов
сахарной свеклы и причин повышения сахаристости при воздействии на семена лазером в литературе отсутствуют.
В связи с этим целью исследований было изучение влияния предпосевного лазерного облучения семян на дальнейший рост растений и технологические показатели корнеплодов сахарной свеклы.
Материалы и методы исследований
Опыты проводились в 2019—2020 гг. в отделе семеноводства и семеноведения сахарной свеклы и лаборатории хранения и переработки сырья ВНИИСС. В качестве материалов для исследований были взяты дражированные семена гибрида РМС 127 (F:).
Источником низкоинтенсивного когерентного излучения (НКИ) служила установка ЛОС-25А с плотностью мощности 1,886 Вт. Экспозиция лазерной обработки составляла 5, 10 и 15 мин. Контролем служили семена без обработки. Площадь опытной делянки — 56,7 м2, повторность опытов трехкратная. Полевые учеты и наблюдения велись согласно общепринятым методикам [2].
Оценка технологического качества корнеплодов сахарной свеклы включала в себя определение сахаристости, содержания калия, натрия и а-аминного азота на автоматизированной линии Betalyser; редуцирующих веществ — методом Мюллера; растворимой золы — кондуктометрическим методом [3]. На основании результатов анализа проб свеклы рассчитывали по Брауншвейгской формуле прогнозируемые потери сахара в мелассе, прогнозируемый выход сахара, коэффициент его извлечения и МБ-фактор.
Результаты исследований и их обсуждение
Фенологические наблюдения за развитием растений в полевых условиях показали, что лазерная обработка семян стимулировала развитие вегетативной части сахарной свеклы в начальный период роста. Полевая всхожесть семян увеличивалась с 47,02 до 53,8 % с повышением экспозиции воздействия НКИ (табл. 1).
При наличии у растений трех пар настоящих листьев их вегетативная масса увеличилась в 1,7— 1,9 раза в сравнении с контролем и достигла от 19,6— 22,4 г у 100 растений (11,6 г в контрольном варианте) (рис. 1). Активная стимуляция ростовых процессов была отмечена и в фазу смыкания растений в рядках. Масса 100 растений выросла до 67,3 кг (экспозиция НКИ 10 мин) при 47,9 кг в контроле. Воздействие лазером на семена в течение 15 мин незначительно угнетало рост и развитие растений в данные фазы наблюдений.
Таблица 1. Морфометрические характеристики растений и урожайность сахарной свёклы,
2019-2020 гг.
Показатели Контроль Экспозиция воздействия НКИ, мин
5 10 15
Полевая всхожесть, % 47,0 48,1 50,8 53,8
Среднее количество листьев на 1 растении (смыкание рядков), шт. 19,9 18,5 20,0 18,8
Средняя площадь листа, см2 156,8 173,7 171,8 183,0
Количество растений на 1 м, шт. 5,7 6,9 6,6 6,8
Средний вес 1 корнеплода, кг 0,420 0,354 0,341 0,361
Коэффициент отношения массы ботвы к массе корнеплодов 0,28 0,21 0,23 0,24
Биологическая урожайность корнеплодов, т/га 36,1 36,4 33,7 34,6
Установлено положительное влияние светола-зерной фотоактивации и на площадь листовой пластинки. Максимальное значение данного показателя (183,0 см2) было выявлено при 15-минутной экспозиции обработки семян, минимальное — в контрольном варианте (156,8 см2).
Погодные условия, сложившиеся в вегетационные периоды 2019 и 2020 гг., были неблагоприятными для активного роста корнеплодов сахарной свёклы, они характеризовались высокой температурой воздуха и малым количеством осадков. Поэтому
24 22 20 18 16 14 12 10
5 Q
¡Б ^ § §
It
I ?
i ! ■ =
т
= Щ
1 2 3
Вариант
Рис. 1. Влияние экспозиции воздействия НКИ на развитие растений сахарной свёклы. Варианты: 1 — контроль; 2 — экспозиция 5мин; 3 — экспозиция 10мин; 4 — экспозиция 15 мин
Таблица 2. Гидротермический коэффициент в вегетационные периоды, 2019—2020 гг.
Месяц ГТК 2019 г. Характеристика ГТК 2020 г. Характеристика
Апрель 1,0 Слабозасушливый 0,8 Засушливый
Май 0,7 Очень засушливый 1,2 Слабозасушливый
Июнь 0,3 Сухой 0,3 Сухой
Июль 1,1 Слабозасушливый 0,5 Очень засушливый
Август 0,2 Сухой 0,9 Засушливый
Сентябрь 0,6 Очень засушливый 0,1 Сухой
гидротермический коэффициент (ГТК) с апреля по сентябрь не превышал значения 1,3, что соответствует градации «влажный» период (табл. 2).
В связи с этим при хорошем развитии листового аппарата средняя масса корнеплода опытных вариантов не превышала 0,361 кг. Следует отметить, что на момент уборки коэффициент отношения массы ботвы к массе корнеплодов, характеризующий достижение сахарной свёклой биологической спелости, в вариантах с предпосевной лазерной обработкой был ниже
Таблица 3. Технологические показатели корнеплодов сахарной свёклы в зависимости от действия лазерного
облучения на семена
Исследуемые параметры Контроль Экспозиция воздействия НКИ, мин
5 10 15
Сахаристость, % 19,13 19,20 20,00 19,40
Сухие вещества (СВ), % 28,39 28,19 28,85 28,62
Количество сахарозы в СВ, % 67,38 68,11 69,32 67,78
Содержание натрия, ммоль/100 г свёклы 1,66 2,31 1,22 1,35
Содержание калия, ммоль/100 г свёклы 3,00 3,08 2,32 2,47
Содержание а^Н2, ммоль/100 г свёклы 5,77 4,01 4,81 5,14
Массовая доля РВ, % к массе свёклы 0,118 0,078 0,098 0,081
Массовая доля углекислой золы, % к массе свёклы 0,458 0,485 0,425 0,442
(0,21—0,24), чем в контрольном варианте — 0,28. По-видимому, в вариантах с лазерной обработкой семян растения достигли биологической спелости раньше контрольных. Средняя биологическая урожайность корнеплодов находилась в пределах 33,7—
36.4 т/га.
В результате технологической оценки корнеплодов сахарной свёклы установлено увеличение сахаристости в вариантах с применением лазерной обработки семян на 0,07—0,87 абс. % относительно контроля (19,13 %). В связи с засушливыми условиями вегетационного периода в годы исследований во всех вариантах опыта отмечено повышенное содержание сухих веществ (СВ) в корнеплодах, значение которых варьировало от 28,19 до 28,85 %. При этом доля сахарозы в СВ корнеплодов экспериментальных вариантов находилась на уровне 67,78—69,32 % СВ, что выше значения контрольного варианта (67,38 % СВ) на 0,40—1,94 абс. %. Наибольшее значение анализируемого показателя (69,32 % СВ) отмечено при увеличении экспозиции НКИ до 10 мин, что, вероятно, связано с более интенсивным синтезом сахарозы в корнеплодах в данном варианте (табл. 3).
В вариантах с экспозицией лазерного облучения семян продолжительностью 10 и 15 мин отмечено меньшее количество всех несахаров в корнеплодах, величина которых была ниже контроля: натрия — на
26.5 и 18,7 %; калия — на 22,7 и 17,7 %; а-аминного азота — на 26,6 и 10,9 %; редуцирующих веществ — на 16,9 и 31,3 %; растворимой углекислой золы — на 7,2 и 3,5 % соответственно.
В варианте с экспозицией лазерной обработки 5 мин выявлено большее содержание натрия (на 39,2 %), калия (на 2,7 %) и растворимой углекислой золы (на 5,9 %) в сравнении с контрольным вариантом.
Вариант
Рис. 2. Расчётные показатели переработки сахарной свёклы в опыте с предпосевной обработкой семян НКИ
В результате расчёта прогнозируемых технологических показателей получено, что во всех вариантах с предпосевным облучением семян потери сахара в мелассе были на уровне 2,06—2,17 %, что ниже в сравнении с контрольным вариантом (2,42 %) на 0,25—0,36 абс. %. В экспериментальных вариантах прогнозируемый выход сахара превзошёл значение контрольного варианта (15,71 %) на 0,40—1,23 абс. % (рис. 2). Наибольшая величина анализируемого показателя была получена при экспозиции лазерной обработки семян продолжительностью 10 мин и составила 16,94 %. Это связано как с более высокой сахаристостью, так и с меньшим содержанием несахаров в корнеплодах данного варианта.
Во всех вариантах с НКИ семян коэффициент извлечения сахарозы (К ) был выше значения кон* ^ извл7
трольного варианта (82,10 %) на 1,55—2,60 абс. %. Наилучшая извлекаемость сахарозы отмечена при экспозиции лазерного излучения 10 мин, где Кизвл составил 84,70 %.
Одним из критериев оценки качества сырья является МБ-фактор, показывающий, какое количество мелассы будет получено на 100 кг произведённого готового сахара. Если растение заканчивает период вегетации естественным отмиранием листьев, спелая сахарная свёкла достигает минимальных значений МБ-фактора (в среднем 15—20) и максимально возможного выхода сахара. Варианты с предпосевной лазерной обработкой семян характеризовались более низкими значениями МБ-фактора: 24,3—26,7, тогда как в контрольном варианте данный показатель находился на уровне 30,8.
Заключение
Установлено, что применение низкокогерентного излучения дражированных семян стимулирует и активизирует рост и развитие растений сахарной свёклы, тем самым обеспечивая сокращение периода достижения ими биологической и технологической спелости. Это подтверждается морфологическими показателями (увеличение количества листьев на 1 растении, средней площади ассимиляционной поверхности, снижение коэффициента отношения массы ботвы к массе корнеплодов) и результатами оценки технологических достоинств корнеплодов (снижение содержания несахаров-мелассообразователей, повышение прогнозируемого выхода сахара и его извлекаемости, снижение МБ-фактора). Определена наиболее эффективная экспозиция обработки семян НКИ - 10 мин.
Список литературы
1. Брижанский, Л.В. Обоснование параметров стратификации дражированных семян сахарной свёклы низкоинтенсивным лазерным излучением: Автореф. дисс. ... канд. техн. наук / Л.В. Брижанский. — Мичуринск : Наукоград, 2015. — 18 с.
2. Доспехов, Б.А. Методика полевого опыта / Б.А. Доспехов. — М. : Агропромиздат, 1985. — 351 с.
3. Инструкция по химико-техническому контролю и учёту свеклосахарного производства ВНИИСП. — Киев, 1983. - 476 с.
4. «ЛазерИнформ».Блогим. Agromakerhttp://agro-praktik.ru/ blog /147... 2011. - № 1-2 (448-449). -С. 4-7.
5. Патент РФ 1750487. МКИ5 A01F25/00, A231L3/54, А23В7/015. Способ подготовки плодов к хранению / О.Н. Будаговская, A.B. Будаговский. -Заяв. № 4849046/13 от 19.07.90; Опубл. 30.07.1992; Бюл. 28. - 8 с.
6. Плохих, В.Б. Лазер в селекции и семеноводстве / В.Б. Плохих, Л.Б. Мацуцина // Сахарная свёкла. -1985. - № 4. - С. 29-31.
7. Koper, R. Wlasciwosci mechaniczne owocow pomidorow zmo-dyfikowane pizedsiewna laserowa biostymulacja nasion / R. Koper // Technical and organizanion progress in Polishagriculture. - Zawoia, 1995. - P. 129-136.
Аннотация. В статье представлены результаты исследований влияния светолазерной обработки семян на морфометрические характеристики растений и технологическое качество корнеплодов. Установлена наиболее эффективная экспозиция обработки семян НКИ - 10 мин, стимулирующая развитие растений в течение всего периода вегетации, что обеспечивает снижение потерь сахара в мелассе на 0,36 абс. %, повышение прогнозируемого выхода сахара на 1,23 абс. % при лучшей его извлекаемости из сырья.
Ключевые слова: семена сахарной свёклы, лазерное облучение семян, морфометрические характеристики растений, технологическое качество. Summary. The article presents the results of studies on the research of the effect of laser light treatment of seeds on the morphometric characteristics of the plants and technological quality of beet roots. Identified the most efficient exposure of seed treatment with NCI - 10 min, stimulating the development of plants during the entire period of vegetation, which ensures reduction in sugar losses in molasses by 0.36 abs. %. Also, an increase in the predicted sugar yield by 1.23 abs. % was proved, with the better extractability from raw materials. Keywords: sugar beet seeds, laser irradiation of seeds, morphometric characteristics of plants, technological quality
