Обоснование режимов предпосевной обработки семян ячменя в электротехнологиях на основе регистрации микрофенологических фаз их прорастания

Введение. Изучение влияния электромагнитных полей на прорастание семян, рост и развитие растений и их урожайность является одной из важных проблем современной науки и практического растениеводства. Эта проблема привлекает внимание многих исследователей. Изучению данного феномена были посвящены многочисленные работы и имеется обширная научная литература [2, 3, 5, 6, 7, 8, 9]. В целом увеличение урожайности при различных видах обработок физическими факторами составляет по разным культурам от 10 до 30%. Но механизм данных явлений до конца до сих пор не установлен. При этом при проведении исследований для изучения физиологии и биохимии отбирают в опыт все семена, прошедшие обработку, хотя известно, что семена обладают разно-качественностью не только по массе и линейным размерам, но и по активности метаболических реакций. Нами была предложена шкала микрофенологических фаз прорастания семян (МФФ ПС) ячменя [1, 10]. Эти МФФ ПС легко визуально идентифицировать для каждого индивидуального семени. Проведя регистрацию морфологических изменений каждого прорастающего семени и формирующегося проростка, происходящих за весь период от замачивания семян до становления полноценного проростка, можно определить время наступления каждой МФФ ПС, ее продолжительность, охарактеризовать ход процесса во времени, выделить отдельные фракции семян, установить характер ответной реакции на электромагнитную стимуляцию.

Цель исследований - выявить механизм увеличения всхожести и реакции отдельных фракций семян ярового ячменя в результате их предпосевной обработки ПЭМП ПЧ на основе анализа наступления и продолжительности микрофенологических фаз прорастания семян.

Объектом исследований служили семена двух сортов ярового ячменя - Зерноградский и Рубикон. Семена были получены на полях учебно-опытного фермерского хозяйства АЧИИ в питомнике конкурсного сортоиспытания по принятой в зоне технологии.

Методы исследований. Семена проращивали в рулонах фильтровальной бумаги по ГОСТ 12038-84 [4] в оптимальных условиях на дистиллированной воде при +20 °C в течение 7 суток. Энергию прорастания семян определяли через трое, а всхожесть - через семь суток от посева. Динамику прорастания семян определяли путем подсчета числа проросших семян за каждые сутки.

Изучение наступления и продолжительности МФФ ПС. Для этого семена проращивали в растильнях на фильтровальной бумаге на дистиллированной воде при +20 °C в течение 7 суток [4]. Семена аккуратно раскладывали по 100 штук в растильни рядами и проводили анализ по каждому семени: в течение семи суток через каждые два часа просматривали каждое семя, отмечая и регистрируя время наступления определенной МФФ. На основании полученных данных составляли таблицу наступления каждой МФФ для каждого семени, а потом находили средние значения наступления и продолжительности МФФ ПС. Повторность опыта трехкратная.

Определение МФФ ПС проводили согласно их описанию [1,10].

Предпосевную обработку семян в ПЭМП ПЧ проводили на лабораторной установке в течение 1 секунды, затем оставляли на 4 суток для отлежки, а на 5-е сутки закладывали на прорастание. Такой режим обработки является наиболее эффективным для семян ячменя [6].

Статистическую обработку проводили с применением пакета статистических программ Excel.

Результаты исследований. Предпосевная обработка семян, имеющих высокую изначальную всхожесть, приводит к незначительному её увеличению - на 4% у обоих сортов, но при этом существенно увеличивает энергию прорастания: на 36 и 42% у семян сортов Зерноградский 584 и Рубикон, соответственно (таблица 1).

Поскольку энергия прорастания отражает количество семян, проросших за трое суток, то увеличение числа таких семян может оказать положительный эффект на получение дружных всходов в полевых условиях, запланированного стеблестоя и, в конечном итоге, на урожайность. Поэтому представляет интерес более детально изучить влияние обработки семян ПЭМП ПЧ на некоторые характеристики процесса их прорастания.

Динамику прорастания семян изучили, определяя число проросших семян за каждые сутки (таблица 2).

Таблица 1 - Изменение всхожести и энергии прорастания семян ярового ячменя под влиянием предпосевной обработки электромагнитным полем промышленной частоты (ПЭМП ПЧ)

Сорт	Энергия прорастания, %			Всхожесть, %
	К	ПЭМППЧ	± от К	К	ПЭМППЧ	± от К
Зерноградский 584	52	88	36	94	98	4
Рубикон	52	94	42	92	96	4

К - контрольный вариант, семена без обработки;

ПЭМП ПЧ - семена обработаны в электромагнитном поле промышленной частоты

Таблица 2 - Влияние предпосевной обработки семян двух сортов ярового ячменя электромагнитным полем промышленной частоты на количество проросших семян за каждые сутки в течение периода прорастания

Сорт	Вариант опыта	Число проросших семян (% от всхожих семян):
		через 2-е суток	за 3-и сутки	за 4-е сутки	за 5-е сутки	за 6-е сутки	за 7-е сутки
Зерноградский 584	Контроль	0	52	44	2	2	0
	ПЭМП ПЧ	17	71	10	2	0	0
Рубикон	Контроль	0	52	46	2	0	0
	ПЭМП ПЧ	26	68	6	0	0	0
Среднее	Контроль	0	52	45	2	1	0
	ПЭМП ПЧ	21	70	8	1	0	0

В контрольном варианте все всхожие семена сорта Зерноградский 584 проросли за 6 суток, а сорта Рубикон - за 5 суток, при этом основное количество проросших семян наблюдали через трое и четверо суток. Обработка семян ПЭМП ПС в целом приводит к ускорению прорастания семян и сокращает на одни сутки весь период прорастания у обоих сортов за счет появления фракции быстро прорастающих (через двое суток) и исчезновения фракции самых медленно прорастающих (за 5-е и за 6-е сутки) семян. В полевых условиях такой эффект предпосевной обработки ПЭМП ПЧ на прорастание семян приводит к увеличению полевой всхожести и формированию более мощных проростков.

Однако ускорение прорастания на одни сутки не происходит путем простого перемещения семян из одной фракции в другую. Если провести подсчет числа проросших семян в контроле и в опыте и сравнить изменение их количества по суткам, то становится очевидным, что ускорение прорастания семян всех фракций происходит только на одни сутки, семена не могут «перепрыгнуть» через фракцию и прорасти на двое суток раньше. Кроме того, все семена по-разному реагируют на обработку ПЭМП ПЧ. Например, у сорта Рубикон после обработки только половина семян, прорастающих за трое суток, переходит во фракцию быстро прорастающих (двое суток), зато семена фракции 4-х суток почти нацело переходят во фракцию 3-х суток. Семена фракции 5 суток целиком переходят во фракцию 4-х суток. Аналогичная закономерность проявляется и на семенах сорта Зерноградский 584. Следовательно, наибольший положительный эффект от предпосевной обработки семян ПЭМП ПЧ сказывается на запаздывающих семенах путем ускорения их прорастания.

Наступление и продолжительность МФФ ПС. На основе данных круглосуточного с интервалом в два часа анализа морфологических изменений каждого прорастающего семени вычислили среднее для всей партии семян время наступления и продолжительность каждой МФФ ПС. Полученные значения изученных параметров имеют достоверные различия: в таблице 3 представлены результаты статистического анализа результатов.

Таблица 3 - Результаты попарной оценки для каждой микрофенологической фазы прорастания семян двух сортов ярового ячменя (контроль * обработка ПЭМП ПЧ) существенности разности наступления и продолжительности not-критерию. Значение 1табл.=1,96

МФФ ПС	t-критерий
	Рубикон		Зерноградский 584
	Наступление	Продолжительность	Наступление	Продолжительность
Набухание	-	3,68	-	2,65
Точка	3,68	9,02	2,65	7,5
К1	10,9	8,54	3,77	3,2
К2	9,48	1,52	5,36	0,34
КЗ	8,82	4,26	4,31	2,43
Росток	9,40	6,92	4,97	4,18
Проросток	11,66	13,91	5,23	6,33

Различия времени наступления каждой МФФ ПС статистически достоверны, так как между двумя средними значениями (контроль + ПЭМП) имеется существенное (значимое) различие по критерию существенности разности: для всех сравниваемых пар зна чений t табл < t факт.

Различия продолжительности каждой МФФ ПС в контроле и в опыте также статистически достоверны (кроме МФФ ПС К2), так как между средними значениями (контроль + ПЭМП) имеется значимое различие по критерию существенности разности: для сравниваемых пар значений t табл > t факт.

Сроки наступления отдельных МФФ в контроле у обоих изученных сортов имеют близкие значения с разницей в 2-4 часа (рисунок 1). В среднем все семена обоих сортов наклевываются через 22-24 часа, а прорастают, что отмечали по становлению полноценного проростка, за 72,8-72,9 часа.

Обработка семян ПЭМП ПЧ приводит к ускорению наступления всех МФФ, но при этом наблюдаются сортовые различия: у семян сорта Рубикон наступление всех МФФ происходит раньше, а среднее время прорастания всех семян меньше на 6,5 часов, чем у семян сорта Зерноградский 584. Полученные в данном опыте данные согласуются с результатами изучения динамики прорастания семян по суткам (см. таблицу 2).

Продолжительность МФФ ПС контрольных семян существенно разнится - от 6,9 до 23,5 часа и от 6,7 до 22,2 часа у сортов Зерноградский 584 и Рубикон, соответственно (рисунок 2). Самыми продолжительными МФФ ПС являются фазы Набухание и Длинные корешки (КЗ), а самыми скоротечными - фазы Точка (наклевывание семени) и Росток (появление ростка). Порядок расположения МФФ ПС по продолжительности при проращивании контрольных семян одинаков для обоих сортов: Набухание > КЗ > К2 > К1> Т> Р.

Точка - наклевывание семян; К1 - «вилка»; К2 - короткие корешки; КЗ - длинные корешки;

Росток - появление колеоптиля; Проросток - становление полноценного проростка

Рисунок 1 - Влияние предпосевной обработки семян двух сортов ярового ячменя переменным электромагнитным полем промышленной частоты на время наступления МФФ ПС при проращивании их в оптимальных условиях

Рисунок 2 - Влияние предпосевной обработки семян двух сортов ярового ячменя переменным электромагнитным полем промышленной частоты на продолжительность МФФ ПС при проращивании их в оптимальных условиях (обозначения МФФ ПС - см. рисунок 1)

Обработка сухих семян ПЭМП ПЧ приводит к достоверному уменьшению продолжительности всех МФФ прорастания, кроме МФФ Короткие корешки (К2). Уменьшение продолжительности разнится у разных МФФ.

Порядок расположения МФФ ПС по продолжительности при проращивании обработанных семян одинаков для обоих сортов: Набухание >КЗ>К2>К1>Р>Т. Обработка семян приводит к наибольшему сокращению продолжительности МФФ Точка, в то время как у контрольных семян самой скоротечной была МФФ Росток.

Обработка семян ПЭМП ПЧ приводит к различному изменению скорости протекания физиологобиохимических процессов на каждой МФФ ПС. Если бы обработка семян ускорила только поглощение воды за период набухания, а все остальные процессы протекали бы в стабильном режиме, то сдвиг наступления и продолжительности всех последующих МФФ ПС должен был иметь одинаковые значения. Однако на практике наблюдаются серьезные различия, особенно по продолжительности МФФ ПС (таблица 4).

Таблица 4 - Ускорение наступления и сокращение продолжительности микрофенологических фаз прорастания семян (МФФ ПС) двух сортов ярового ячменя под влиянием предпосевной обработки переменным электромагнитным полем промышленной частоты

МФФ ПС	Уменьшение времени наступления МФФ ПС		Сокращение продолжительности МФФ ПС
	часы	% от контроля	часы	% от контроля
Зерноградский 584
Набухание	-	-	2,6	11,1
Точка	2,6	11,1	3,3	47,1
К1	4,3	14,9	1,6	22,5
К2	5,9	16,4	0,2	1,7
КЗ	5,6	11,9	2,8	14,7
Росток	8,4	12,7	2,8	40,6
Проросток	11,2	15,4	-	-
Набухание - Проросток	-	-	13,3	17,7
Рубикон
Набухание	-	-	3,2	14,4
Точка	3,2	14,4	4,6	56,1
К1	7,7	25,4	4,1	43,2
К2	11,8	29,6	1	8,1
КЗ	12,2	23,6	4,9	28,3
Росток	14,9	22,5	2,8	41,8
Проросток	17,6	24,2	-	-
Набухание - Проросток	-	-	20,6	27,0

В среднем по всем МФФ ПС их наступление ускоряется на 16,4% и 23,3%, а продолжительность - на 30% и 32% у сортов Зерноградский 584 и Рубикон, соответственно. Можно предположить, что значительное сокращение продолжительности МФФ ПС Точка и Росток произошло за счет осуществления части процессов метаболизма в предыдущие фазы - Набухание и КЗ, продолжительность которых сократилась гораздо меньше. Продолжительность МФФ ПС К2 (Короткие корешки), когда начитается рост появившихся зародышевых корешков, практически не меняется, что свидетельствует о независимости этих процессов от внешних воздействий.

Структура периода прорастания семян. Чтобы оценить влияние ПЭМП ПЧ на структуру всего периода прорастания семян изученных сортов, определили долю продолжительности каждой МФФ ПС в процентах от общего времени прорастания от момента замачивания семян до становления полноценного проростка (таблица 5).

Оказалось, что при сокращении абсолютных значений продолжительности (в часах) всех МФФ ПС (см. рисунок 2 и таблицу 4), фазы Набухание и Короткие корешки (К2) в среднем по двум изученным сортам после предпосевной обработки стали занимать больший процент времени в структуре периода прорастания: на 3,8 и 3,6%, соответственно.

Таблица 5 - Продолжительность каждой микрофенологической фазы прорастания семян (МФФ ПС) ярового ячменя в процентах от общего времени прорастания от момента замачивания семян до становления полноценного проростка.

Средние значения по двум сортам

Вариант опыта	Продолжительность МФФ ПС, % от продолжительности периода прорастания
	Набухание	Точка	К1	К2	КЗ	Росток
Контроль	30,2	10	11	15,7	24	9
Обработка	34	6,2	9,3	19,3	24,3	6,8

При этом семена за сократившийся после обработки период набухания достигают более высокой влажности в МФФ Точка.

Это, парадоксальное на первый взгляд, явление позволяет по-новому рассматривать механизм стимулирующего действия предпосевной обработки семян ПЭМП ПЧ на начальных этапах роста и развития растений и по-новому подходить к оценке целесообразности и настройке режимов обработки семян в электротехнологиях.

Выводы

• 1.    Предложенный нами метод, основанный на изучении морфологических изменений каждого семени в процессе прорастания в период от замачивания до стадии полноценного проростка, позволил провести более детальную оценку прохождения семенами отдельных этапов прорастания и влияния на них предпосевной обработки.

• 2.    Ускорение почти в два раза протекания МФФ Точка в среднем по сортам составляет 51,5%. Это свидетельствует о существенном ускорении поглощения воды в период набухания семян, так как влажность зародыша в МФФ Точка уже достигает значений, необходимых для запуска всех физиолого-биохимических процессов. Возможно, магнитное поле активизирует гидролиз запасных углеводов и возрастание сосущей силы семян.

• 3.    Предпосевная обработка семян ярового ячменя ПЭМП ПЧ сокращает период набухания семян, что может быть связано с возрастанием сосущей силы семян. При этом в структуре периода прорастания от момента замачивания семян до становления проростка продолжительность МФФ Набухание сокращается на 11-14%, а следующая за ней МФФ Точка - на 4756%.

• 4.    Изучение первичных этапов поглощения воды и последовательности прохождения семенами мик-рофенологических фаз прорастания может быть использовано в качестве экспериментального подхода для изучения реакции семян на внешнее воздействие. Также оно поможет ускорить расшифровку механизмов реакции сухих покоящихся семян на кратковременную обработку переменным электромагнитным полем и дифференцированно подходить к оценке целесообразности и настройке режимов обработки семян в электротехнологиях.