Использование переохлажденной плазмы при выращивании саженцев картофеля

В сельском хозяйстве широко известны методы повышения посевных качеств сельскохозяйственных растений, основанные на использовании воды, прошедшей электрохимическую активацию с получением анолита и католита [12, 13, 1] . Данные исследования основаны на электролизе воды с получением растворов с различной кислотностью (от 3 до 10 pH). Сущность технологии электрохимической активации состоит в том, что воду (а также и другие жидкости) подвергают обработке в одной из камер (анодной или катодной) диафрагменного электрохимического реактора и за счет преобразования содержащихся в ней растворенных веществ превращают в высокоактивный раствор кислот и окислителей или щелочей и восстановителей [5] .

Применять данное воздействие можно не только на растениях, но и на животных. Например, опубликован ряд работ, посвященных применению активированной воды при производстве шелка [2, 4, 3] , где воздействие осуществляется непосредственно на грены тутового шелкопряда.

Дальнейшим развитием подобных технологий являются новые методы электрохимического воздействия на воду. Одним из таких методов является обработка воды переохлажденной плазмой. Технология получения переохлажденной плазмы с температурой видимой части факела 40…42°С известна достаточно давно [11] . Основное отличие переохлажденной плазмы от других типов плазмы – это температура, близкая к температуре биологических объектов. Данное обстоятельство позволяет применять этот тип плазмы к живым системам. Например, в медицине при лечении ран [8] . Технология получения переохлажденной плазмы различных видов хорошо проработана и отличается от технологии получения низко- и высокотемпературной плазмы тем, что ионизирующееся вещество проходит не через дуговой электрический разряд, а через тлеющий [9] .

Положительные результаты получены в рыбоводстве при обработке воды переохлажденной плазмой [15] . Результаты исследований показали, что вода, непосредственно обработанная переохлажденной плазмой и разбавленная водопроводной водой в соотношении до 1:9, оказалась губительной как для сапролегниевого гриба (Saprolegniales), так и для икры. При исследовании влияния воды, разбавленной в соотношениях свыше 1:19, было выявлено значительное снижение активности сапролегниоза (грибкового заболевания икры), а также увеличение темпов раннего онтогенеза.

Известны исследования по применению переохлажденной плазмы низкого давления против организмов, паразитирующих на различных поверхностях органического происхождения [17] . В лесном секторе также можно отметить работы, посвященные применению технологий переохлажденной плазмы [14 ,19 ,16 ,18] . Существуют разработки устройств, предназначенных для обработки переохлажденной плазмой семян сосны [7] .

Таким образом, в сельском хозяйстве перспективно применение переохлажденной плазмы. Для внедрения в производство плазменных технологий необходима разработка соответствующих технологий применения переохлажденной плазмы. Поэтому целью данного исследования являлась разработка методики применения переохлажденной плазмы в растениеводстве и ее апробация на примере меристемных растений картофеля.

В 2012 г. в Петрозаводском государственном университете на кафедре механизации сельскохозяйственного производства при исследовании влияния однократной выдержки посадочных клубней картофеля в воде, обработанной переохлажденной плазмой, получено, что в опытном варианте при использовании обработанной воды без разбавления выявлено снижение урожайности, что согласуется с исследованиями, проведенными ранее. В образцах, обработанных разбавленным раствором обработанной и водопроводной воды, урожайность исследуемых сортов (холмогорский и владимирский) повысилась на 12 %. Более подробно с методикой и результатами исследования можно ознакомиться в публикации [10] . В 2013 г. исследования, направленные на разработку технологии применения переохлажденной плазмы в растениеводстве, были продолжены.

2.    Материалы и методы

Объектом исследований являлись меристемные растения среднеспелого сорта «Голубизна», который отличается устойчивостью к мозаичным вирусам. Данные меристемные растения были получены в лаборатории кафедры агрономии землеустройства и кадастров Петрозаводского государственного университета. Растения культивировали in vitro на искусственной питательной среде «Мурасиге-Скуга» в течение 20 дней и высаживали в вермикулит. Предварительно корневую систему контрольных образцов растений выдерживали в необработанной плазмой воде, а остальные образцы – в обработанной переохлажденной плазмой воде. Экспозиция обработки растений составила 0,5 часа и 1 час. Каждый вариант включал 15 растений. Растения выращивали при температуре 18…20° С. Оценку роста саженцев проводили по длине стеблей и количеству листьев с интервалом в 7 дней (18 и 26 июня). Точность измерения длины стеблей составила 5 мм.

В проведенных исследованиях использовалась экспериментальная установка, разработанная авторами. На данную установку получен патент [6] . Установка представляет собой высоковольтную электрическую машину, которая позволяет генерировать плазменный разряд в проточной воде (Рис. 1).

Конструктивное исполнение разрядной камеры представлено на рисунке 2. Плазменный разряд горит между анодом ( а ) и катодом ( b ) в зоне выхода воды. Здесь происходит непосредственный контакт воды и переохлажденной плазмы (Рис. 2).

Рисунок 1. Схема установки обработки воды переохлажденной плазмой [14] .

( a ) - трансформатор; ( b ) - конденсатор; ( c ) - коммутатор; ( d ) - анодно-катодная пара, ( e ) -корпус разрядной камеры, ( f ) - область существования плазменного разряда.

Рисунок 2. Схема разрядной камеры.

( a ) - анод; ( b ) - катод; ( c ) - изолятор.

Установка имеет ряд варьируемых параметров, которые позволяют получать разряд различной интенсивности. В данном случае параметры разряда были следующие: межэлектродное расстояние 6 мм, начальное напряжение пробоя воды 40 кВ, средняя мощность разряда 1600 кВа.

3.    Результаты

Исследования показали, что контрольные группы 0,5 часа и 1 час имеют незначительные (6,5 мм) колебания показателей длины стеблей. Предварительное выдерживание корневой системы в воде, обработанной переохлажденной плазмой в течение 0,5 часа, вызвало превышение данных контроля на 43 % (Рис. 3).

Даты выполнения измерений

Рисунок 3. Влияние времени выдержки меристемных растений картофеля в воде на длину стебля

В варианте с обработкой растений на протяжении 1 ч. установлено замедление ростовых процессов. Это согласуется с результатами более ранних исследований [15 ,17] , в которых обработанная вода с небольшим разбавлением приводила к подавлению развития и гибели исследуемых организмов.

При учете числа сформированных листьев статистически значимые отклонения от контроля получены лишь на 26 июня (Рис. 4), через 7 дней после начала эксперимента. При обработке результатов использовался критерий согласия Пирсона при уровне значимости 0,94.

Рисунок 4. Влияние времени выдержки меристемных растений картофеля в воде на число листьев

При учете числа листьев получена подобная тенденция: относительно контроля число листьев увеличилось на 41 % при длительности обработки корневой системы 0,5 ч. и, наоборот, – снижение их числа при выдержке на протяжении 1 ч.

Таким образом, вода, обработанная переохлажденной плазмой в течение 0,5 ч, активизирует ростовые процессы меристемных растений картофеля сорта «Голубизна».

4.    Обсуждение и заключение

Применение переохлажденной плазмы перспективно в сельском хозяйстве, так как данная отрасль неотрывно связана с живыми системами. До сих пор не проводилось широкомасштабных полевых исследований по применению переохлажденной плазмы в сельском и лесном хозяйстве, хотя имеются результаты некоторых лабораторных опытов.

Проведённое исследование носит предварительный постановочный характер. Будучи проведённым на небольшом количестве образцов, оно позволяет сделать вывод о перспективности выбранного направления. Полученные численные значения длины стебля и числа листьев на нём позволяют, на наш взгляд, планировать дальнейшие исследования таким образом, чтобы изучать рост саженцев, корневая система которых прошла обработку водой в течение 15, 30 и 45 минут. Круг объектов исследования может быть расширен с включением других сельскохозяйственных культур и продуктов животного происхождения, в частности молока.

Работа выполнена при поддержке Программы стратегического развития Петрозаводского государственного университета в рамках реализации комплекса мероприятий по развитию научно-исследовательской деятельности на 2012 – 2016 гг.