Способ предпосевной обработки зернобобовых культур

Изображения

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к предпосевной обработке семян различных сельскохозяйственных культур. Способ включает одновременное воздействие на слой семян несколькими видами излучений, в том числе излучением в инфракрасной области спектра. На слой семян толщиной в пределах 1-2 среднего зерна одновременно с инфракрасным лазерным излучением с длиной волны 890 нм и уровнем плотности дозы 6-7 Дж/см2 воздействуют импульсным излучением ультрафиолетового диапазона с длиной волны 255 нм и мощностью 6 Дж/см2, а также импульсным магнитным полем с частотой 1-2 Гц и амплитудой магнитной индукции поля, равной 20 мТл. Воздействие на слой семян осуществляют таким образом, чтобы амплитуды частотно-фазовых модуляций ультрафиолетового и инфракрасного лазерного излучений изменялись синхронно с амплитудой импульсного магнитного поля во всех временных интервалах. Применение данного способа позволяет повысить производительность зернобобовых культур. 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к области предпосевной обработки семян различных сельскохозяйственных культур, и может найти широкое применение при производстве зернобобовых культур в фермерских хозяйствах и на предприятиях агропромышленного комплекса.

Известен «Способ предпосевной обработки семян», включающий воздействие излучения лазера с длиной волны 632,8 нм, в котором семена подвергают непрерывной одноцикловой обработке с эффективной дозой и высевают без отлежки перед посевом. Патент РФ на изобретение 2286037, МПК А01С 1/00, д. публ. 2006.10.27.

Известен «Способ обработки семян», включающий воздействие электромагнитным полем, при этом на обрабатываемые семена воздействуют электромагнитным полем, фазомодулированными колебаниями крайне низкочастотного диапазона в течение 40-60 мин при напряженности поля 120-1400 А/м. Патент РФ на изобретение 2179792, МПК А01С 1/00, д. публ. 2002.02.27.

Известен «Способ повышения урожайности растений», включающий воздействие на растения магнитными импульсами переменной полярности, форма которых аналогична форме двухфазного потенциала с частотой следования 0,01-1,00 сек и шириной импульсов 0,002 сек. Патент Великобритании 2145317, МПК А01K 29/00, д. публ. 1985.03.27.

Известен «Способ обработки семян», включающий воздействие на семена, помещенные в вакуумированную камеру, созданным в этой камере газовым разрядом в форме плазмы, затем выдержку семян в плазме 1-160 мин при температуре от -20°С до -60°С. Патент Китая 1067350, МПК А01С 1/00, дата публ. 1992.12.30.

Известны способы обработки семян или растений, совмещающие несколько видов излучений, например «Способ обработки семян», включающий облучение семян электромагнитным сверхвысокочастотным полем при турбулентном перемешивании в объемном резонаторе с принудительной вентиляцией, при этом семена дополнительно облучают электромагнитным полем миллиметрового диапазона волн, причем облучение указанными полями осуществляют циклическими периодами при взвешенном состоянии семян. Патент РФ на изобретение 2014781, МПК А01K 59/04, д. публ. 30.06.94 г.

Наиболее близким аналогом к способу, предложенному в изобретении, является «Способ предпосевной обработки семян», включающий одновременное воздействие на семена излучениями в инфракрасной и красной областях спектра, при этом поток излучения в инфракрасной области спектра формируют непрерывно с длиной волны в диапазоне 900-980 нм и с объемной плотностью 1,0-10 Вт/м2, а соотношение плотностей потоков излучения в красной и в инфракрасной областях устанавливают в пределах (5-10):1 и осуществляют воздействие в течение 60-360 сек. Патент РФ на изобретение 2090031, МПК A01C 1/00, д. публ. 1997.09.20.

Техническим результатом способа является повышение продуктивности зернобобовых культур за счет роста урожайности и качества полученного зерна путем предпосевной обработки семян этих культур одновременно излучениями в ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра, а также импульсным магнитным полем таким образом, чтобы амплитуды частотно-фазовых модуляций излучений в ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра изменялись синхронно с амплитудой импульсного магнитного поля во всех временных интервалах.

Технический результат достигается тем, что «Способ предпосевной обработки семян зернобобовых культур» включает одновременное воздействие на слой семян несколькими видами излучений, в том числе излучения в инфракрасной области спектра. При этом на слой семян толщиной в пределах 1-2 среднего размера зерна одновременно с инфракрасным лазерным излучением с длиной волны 890 нм и уровнем плотности дозы 6-7 Дж/см2 воздействуют импульсным излучением ультрафиолетового диапазона с длиной волны 255 нм и мощностью 6 Дж/см2, а также импульсным магнитным полем с частотой 1-2 Гц и амплитудой магнитной индукции поля, равной 20 мТл. Воздействие на слой семян осуществляют таким образом, чтобы амплитуды частотно-фазовых модуляций ультрафиолетового и инфракрасного лазерного излучений изменялись синхронно с амплитудой импульсного магнитного поля во всех временных интервалах.

Способ осуществляется следующим образом. При предпосевной обработке семян на них воздействуют импульсами ультрафиолетового (УФ) и инфракрасного (ИК) излучения синхронно с импульсами магнитного поля, а амплитуды низкоинтенсивного излучения ИК и УФ и интенсивности магнитной индукции изменяются в рабочее пространство согласованно. На примере люпина сорта «Снежеть» применение способа позволило увеличить урожайность на 24%, повысить содержание белка на 51%, снизить на 34% содержание алкалоидов согласно опытным испытаниям 2007-2009 гг. Использован трехкратный повтор на опытных делянках и двойной контроль, позволившие получить оценки разброса результатов воздействия и точности контрольных опытов. С появлением доступных лазерных источников света широкого диапазона длин волн 250-10000 нм фотобиостимуляция растений получила широкий размах. Проведены обширные исследования и установлено многофакторное воздействие света разных длин волн и интенсивностей, приведенные, например, в обзоре А.В.Будаговского (Будаговский А.В. «Лазерная стимуляция в растиниеводстве». «Лазерные технологии в сельском хозяйстве», М.: Техносфера, 2008, с.89-116.

В работах Г.П.Дудина установлено, что облучение лазером с длиной волны 628 нм и дозой 20-100 Дж/см 2 приводит к росту урожайности. Однако этот уровень доз в настоящее время недостижим для широкого промышленного применения, реальными являются величины доз 2-10 Дж/см2 (Дудин Г.П. «Мутагенное действие излучений гелий-неонового лазера на яровой ячмень». Генетика, 1983, т.19, 10, с.1693-1699.

Рост урожайности обусловлен направленными мутациями генотипа (генотип - совокупность генов, регулирующих рост, размер и элементный состав зерен) согласно позже проведенной классификации академика А.А.Шахова (Шахов А.А. «Фотоэнергетика растений и урожай», М.: Наука, 1993, 411 с. (с.318-328).

Известна работа Иванова Б.В., в которой семена гороха (также бобовой культуры, как и люпин), обработанные на лазерной установке «Урожай» (длина волны 890 нм, плотность мощности 10 мВт/см2 и в магнитном поле Земли), при последующем 48-часовом затоплении проросли на 57%, тогда как контрольные - на 10%. Авторы связали этот эффект с увеличением активности дыхательных ферментов и повышением урожайности гороха. Точных данных о повышении продуктивности в этой работе не содержится (Иванов Б.В., Миляев А.В., Миляев В.А. и др. «Влияние лазерного излучения на семена гороха», «Аграрная наука», 2001, 5, с.28-29).

Известно также повышение продуктивности такой зернобобовой культуры, как фасоль, на 17,5% при лазерной обработке семян на установке «Львов - Электроника» (длина волны 628 нм) в присутствии постоянного магнитного поля в работе Зардиашвили Г.Г. и др. (Зардиашвили Г.Г., Глонти Г.Г., Дедуль Ф.А. «Влияние лучей лазера и магнитного поля на рост, развитие и урожай фасоли», «Применение низкоэнергетических физических факторов в биологии и сельском хозяйстве». Киров, 1989, с.113-114.

В предложенном в изобретении способе предпосевной обработки семян высокая продуктивность зернобобовой культуры достигнута благодаря комплексному применению методов магнитно-лазерной предпосевной биостимуляции зерен люпина «Снежеть» широкого диапазона длин волн 255-890 нм, позволяющих при относительно малой дозовой нагрузке (до 3-6 Дж/см2) одновременно с облучением их умеренными магнитными полями со средней индукцией 20 мТл детально исследовать процессы проращивания, роста растений, формирования зерновых бобов, накапливания микроэлементного и белкового состава зерен.

Проведено решение задачи технологического воздействия на урожайность люпина и его качественных показателей как кормовой культуры, его генетическую стабильность и поиск путей повышения вкусовых характеристик для расширения его использования. Проращивание зерен, наблюдение за ростом растений, образование зерновых бобов, динамика их созревания проведены для четырех типов фиксированных магнитно-лазерных воздействий: на зернах, опытных делянках и др. Исследуемые типы образцов были подвергнуты одинаковому воздействию импульсными магнитными полями с амплитудой индукции 20 мТл и частотой 1 Гц. Одновременно с магнитным полем образцы 1 облучались ультрафиолетовым некогерентным излучением (УФНИ) с длиной волны 255 нм и плотностью мощности 2 мВт/см 2 (доза 3 Дж/см2) и импульсным инфракрасным лазером с длиной волны 890 нм и плотностью импульсной мощности 5 Вт/см2 (доза 6 Дж/см2); образцы 2 - УФНИ с длиной волны 255 нм и плотностью мощности 2 мВт/см2 (доза 6 Дж/см2), и 4 - импульсным инфракрасным лазером с длиной волны 890 нм и плотностью импульсной мощности 5 Вт/см2 (доза 6 Дж/см2); образцы 5 - красным лазером с длиной волны 635 нм и плотностью мощности 3 мВт (доза 3 Дж/см2). Образцы 3 и 6 выступали в качестве контрольных. Измерения размеров семян осуществляли с помощью стандартных мер с точностью до 0,1 мм. Погрешность определения линейных размеров 5-13 мм не превышала 2%. Число зерен N в выборке составляло 50-200 штук. Изменение объема зерен при их проращивании осуществляли через каждые 2-4 часа за первые сутки и потом два раза в сутки. Исследования проращивания семян люпина сорта «Снежеть» выявило особенности динамики роста объема зерен в чистой (кипяченной) воде: после набухания семян за первые сутки, потом рост объема зерен, близкий к линейному dv/vodt=3dl/lodt=(0,10+0,01) сут-1 . Обнаружены особенности начального (за первые 24 часа) значительного увеличения роста объема зерен (2-3 раза), подвергнутых облучению инфракрасным лазером и магнитным полем (образцы 4, 34) и ультрафиолетовым светом и магнитным полем (образцы 1, 31), по сравнению с контрольными образцами (образец 3. 33), приведенные на фиг.1. Также обнаружены особенности гистограмм распределения размеров зерен по числу, порядка 50. Измерение числа зерен от 50 до 200 не приводило к усреднению характеристик, а сохраняло ступенчатый характер номограмм согласно результатам, приведенным на фиг.1.

Ступенчатый характер размеров зерен носит систематический характер и наблюдается как в исходном твердом состоянии (при хранении зерновых информация о воздействии сохранялась не менее трех лет), так и в процессе их роста. Необходимо отметить существование 3-5 наиболее часто встречающихся размеров зерен как размеров центральной последовательности. Они также могут отличаться различной и конкретной экспрессией генов, отвечающих за рост и формирование элементного состава зерен люпина. По-видимому, эта дискретность свидетельствует о широком диапазоне проявления дискретности генотипа роста люпина «Снежеть». Проявление дискретности можно описать с помощью формализма нормального распределения каждого размера центральной последовательности: F(xJ)k= NLexp[-(xJK-MK)2 /2 2] при k=1 или k=3; где F - частота реализации данного размера, x - размер зерна, N - число зерен данного размера, М - среднее данной центральной последовательности, - дисперсия или ширина данного распределения, k - числа центральной последовательности, J - числа зерен, принадлежащих каждой из центральных последовательностей.

Изменение центральных последовательностей образцов с магнитно-лазерным воздействием свидетельствует об изменении экспрессии генов, управляющих мембранным механизмом (динамика роста зерен на фиг.1) набухания зерен. Аналогичные данные получены в работе Дударовой Л.В. (Дударова Л.В., Рудиковская Е.Г., Макаренко С.П. и др. «Возможные пути действия низкоинтенсивного лазерного излучения на мембранные структуры в клетках растений. В сб. «Лазерные технологии в сельском хозяйстве», М.: Техносфера, 2008, с.49-62.

Исследования по внешнему виду стеблей, бобов и зерен, высаженных на опытных участках площадями 60 м2, были близки, хотя есть некоторые отличия, которые исследованы. Прежде всего, в процессе роста и созревания участки растений люпина заметно отличались по росту, темпам созревания.

На фиг.2 приведены результаты исследования формирования бобов с растущими зернами полевых растений в течение от 11 до 17 недель. Линии с отношением 1.00 - соответствуют усредненным для аналогичных измерений для контрольных образцов 3 и 6. Отношение масс бобов люпина образцов 4, подвергнутых магнитно-лазерной обработке с длинной волны лазера 890 нм, больше, чем в контроле, на 4-12%, а для образцов 5 с обработкой лазером с длинной волны 635 нм меньше контрольных на 2-8%, так же как и для образцов 1.

Наблюдаются особенности набора массы бобов до 5-6 г в течение 10-13 недель с момента посадки и последующего снижения до 1,6-1,8 г по времени после 15-17 недель (фиг.2). Эти особенности могут управляться только генотипом роста люпина. Имеет место также задержка созревания образцов 2 и 5 в среднем на две недели. При этом имеет место увеличение урожайности для образцов 1 в трех повторах в среднем на 24%, для образцов 4 в среднем на 26% по массе и для образцов 5 в среднем на 16% по массе. Уборка проведена после 19 недели роста.

Полученные результаты позволяют отметить, что в процессе начального роста зерен (фиг.1) и в процессе формирования бобов зерен люпина «Снежеть» (фиг.2) магнитно-лазерная обработка существенно влияет в основном на экспрессию генов (или экспрессию генов генотипа) роста и формирования состава зерен люпина. Уместно отметить высокий уровень характеристик экспрессии генов для люпина «Снежеть» и их высокой чувствительности к различным внешним воздействиям.

Анализ полученных результатов позволяет сделать следующие основные выводы, подтверждающие реализацию способа:

- действие инфракрасного лазера и НИУФ излучения, согласованного с ними импульсного магнитного поля приводит к изменению экспрессии генов, контролирующих ускорение процессов набухания зерен люпина, и увеличению массы бобов и их зерен в процессе роста, что способствует повышению урожайности люпина «Снежеть» в среднем на 24% по массе от контрольных, увеличению содержания белков на 51% при одновременном снижении содержания вредных алкалоидов на 34% и представляет практический интерес;

- проведена проверка данных типа 2, когда стимуляция осуществляется с помощью ярко-красного лазера и магнитного поля, приводит к неоднородному ускорению процессов роста зерен и снижению темпов набора массы бобов и зерен в процессе роста на 14 дней и приводит только к 16% увеличению урожайности и росту содержания вредных алкалоидов. Это воздействие позволяет управлять также и элементным составом зерновых люпина «Снежеть» - содержанием белков.

Полученные данные сведены в таблицу. На основании этих данных можно сделать вывод о реализации способа повышения продуктивности зернобобовых культур, так как имеет место одновременное увеличение урожайности на 24+5%, увеличение содержания белков в на 51+3%, и при этом улучшаются вкусовые качества люпина, так как на 34+2% снижается содержание алкалоидов. Экспериментальные данные по реализации способа: позиция 1, позиции 2-7: иллюстрация отдельных шагов, обеспечивающих доказательность способа: 2 - данные для воздействия импульсными магнитными полями (МП) и ультрафиолетового излучения, 3 и 6 - двойной разнесенный по пространству контроль, 4 - данные для воздействия импульсными МП и инфракрасным лазером, 5 - данные для воздействия импульсными МП и ярко-красным лазером ( =630 нм), 7 - средние значения контрольных образцов 3 и 6 (см. таблицу).

Обоснование расположения слоя зерновых по толщине, не превышающей двух средних размеров зерен, связано с необходимостью однородной обработки, посредством сканирования однородной интенсивностью электромагнитной волны при одинаковой средней напряженности магнитного поля на уровне не менее 80% по числу зерен, подвергнутых однородному воздействию и заявляемых номиналов. Обоснование заявляемых диапазонов ЭМ воздействий на зерна - по своей природе они эквивалентны природным факторам: магнитному полю Земли с индукцией порядка 60 мТл и излучению широкого диапазона длин волн Солнца порядка =200-1500 нм светового дня, около 80% от общей светимости. Диапазон длин волн биотропного на молекулярно-клеточном уровне биологических упорядоченных сред ИК излучения диапазона 750-1000 нм, с другой стороны, является освоенным в промышленном смысле полупроводниковой лазерной техники, в том числе и уровнем плотности низкоинтенсивной дозы 2-20 Дж/см2, достижимой по времени облучения порядка 10-20 мин на кг зерна и в перспективе до десятков тонн в сутки с соответствующим увеличением излучателей. Мягкий ультрафиолетовый диапазон 250-350 нм с низкоинтенсивной плотностью мощности (порядка 2-8 мВт/см2) и соответствующих плотностей доз 1-10 Дж/см2 воздействует как модулятор генной экспрессии генотипа роста зернобобовых культур. Причем уровень плотности дозы биотропного ИК излучения установлен экспериментально, а уровень дозы УФ излучения должен быть ниже как модулятор основного ИК, например от 20:10 до 20:1. Частота импульсных магнитных полей 0,2-20 Гц обусловлена низкой областью 0,2 Гц требуемой производительности обработки, а верхний предел 20 Гц задается временем, необходимым задаваемой информационной обработке биосред зерен. Амплитуда импульсных магнитных полей задана диапазоном 5-50 мТл, причем нижняя граница 5 мТл задана пороговой амплитудой, а верхняя в 50 мТл - как средняя величина на зерне, обеспечивающая низкоинтенсивное воздействие в указанном частотном диапазоне.

Применение данного изобретения позволит повысить продуктивность зернобобовых культур за счет роста урожайности и качества полученного зерна, а также добиться увеличения содержания белков и снижения примесей алкалоидов в зерновых компонентах и расширить область применения зернобобовых культур для почв Нечерноземья РФ.

Формула изобретения

Способ предпосевной обработки семян зернобобовых культур, включающий одновременное воздействие на слой семян несколькими видами излучений, в том числе, излучением в инфракрасной области спектра, отличающийся тем, что на слой семян толщиной в пределах 1-2 среднего размера зерна одновременно с инфракрасным лазерным излучением с длиной волны 890 нм и уровнем плотности дозы 6-7 Дж/см2 воздействуют импульсным излучением ультрафиолетового диапазона с длиной волны 255 нм и мощностью 6 Дж/см2 , а также импульсным магнитным полем с частотой 1-2 Гц и амплитудой магнитной индукции поля, равной 20 мТл, причем воздействие на слой семян осуществляют таким образом, чтобы амплитуды частотно-фазовых модуляций ультрафиолетового и инфракрасного лазерного излучений изменялись синхронно с амплитудой импульсного магнитного поля во всех временных интервалах.

MM4A Досрочное прекращение действия патента из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 27.05.2012

Дата публикации: 20.03.2013