Обработка семян ячменя перед посевом в переменном электрическом поле

Введение. Широкие перспективы в повышении продуктивности зерновых и других культур, их устойчивости к болезням, стимулировании роста, а также качества собираемого урожая открывает применение физических методов в предпосевной обработке семян. Среди них особое место занимают технологии с использованием магнитных [1, 2] и электрических [5] полей.

Предпосевная обработка семян экологически безопасными электрофизическими методами повышает их лабораторную и полевую всхожесть [3, 7], ускоряет темпы начального роста растений [8, 12], интенсивность корнеобразования и кущения и повышает урожайность [3]. В процессе обработки семян электрическими полями происходит их поверхностное обеззараживание [3, 6].

На семенах ячменя было изучено влияние поля коронного разряда [10] на стимуляцию их прорастания и на перенос энергии на семена. Показано, что в оптимальных дозах обработка семян в поле коронного разряда повышает жизнеспособность, лабораторную и полевую всхожесть. Достоверное повышение изученных параметров было получено только на первой фракции семян из сепаратора. Авторы делают вывод, что эффект зависит не только от воздействующего фактора, но и от семян, а перенос энергии на семена в результате обработки зависит также и от электрических свойств семян.

На семенах лука было изучено влияние напряженности электрического поля, продолжительности его воздействия на посевные качества семян и урожайность [11]. Авторы показали, что стимулирующий эффект на всхожесть, скорость прорастания, линейные размеры и массу проростков оказывало воздействие электрического поля напряженностью от 2 до 9 кВ/см при экспозиции 15-45 минут. А на семенах бобов было установлено, что положительный эффект от стимуляции в электрическом поле напряженностью 6 кВ/см усиливался в течение 3-5 дней после обработки [9].

Однако применение ПЭП для предпосевной обработки семян ярового ячменя современных коммерческих сортов местной селекции не было изучено, также не было выявлено, за счет чего проявляется положительный эффект обработки.

Цель исследований - оценить эффективность применения кратковременного воздействия переменного электрического поля для предпосевной обработки семян коммерческих сортов ярового ячменя местной селекции и выявить механизм стимулирующего действия.

Объектом исследований служили семена трех коммерческих сортов ярового ячменя - Рубикон, Мамлюк и Вакула. Эти сорта ячменя адаптированы к условиям юга Ростовской области. Семена были получены на полях учебно-опытного фермерского хозяйства АЧИИ в питомнике конкурсного сортоиспытания по принятой в зоне технологии в 2017 году. Исследования были проведены весной 2018 года, что соответствует нормальному временному интервалу между уборкой и высевом семян ячменя в производстве.

Методы исследований. Предпосевную обработку семян в переменном электрическом поле (ПЭП) напряженностью 5 кВ/см проводили на лабораторной установке в течение 20 секунд (далее просто обработка), оставляли обработанные семена на 4 суток для отлежки, а затем на 5-е сутки закладывали на прорастание. Контролем в опытах служили необработанные семена.

Семена проращивали в рулонах фильтровальной бумаги согласно ГОСТ 12038-84 [4] на дистиллированной воде при +20 °C. Энергию прорастания семян определяли через трое, а всхожесть - через семь суток от посева. Анализировали по 100 штук семян в четырех повторностях.

Линейные размеры проростка: через 7 суток проращивания семян определяли линейные размеры проростков: длину ростка, а также длину самого длинного корешка (далее просто корешка). Число зародышевых корешков подсчитывали, учитывая все растущие корешки. В анализ отбирали 350-390 проростков.

Статистическую обработку результатов исследований проводили с применением пакета статистических программ Excel. Достоверность различий сравниваемых пар значений оценивали по t-критерию Стьюдента на 5-процентном уровне значимости.

Результаты исследований. Всхожесть семян. Семена взятых для изучения сортов ярового ячменя были получены в один год и имели одинаковую всхожесть, их обработка практически не дала увеличения всхожести (кроме сорта Мамлюк, семена которого после обработки повысили всхожесть на 1%), что свидетельствует о прорастании в контроле всех жизнеспособных семян (таблица 1). Зато энергия прорастания, которая соответствует числу проросших через трое суток семян, в результате обработки существенно возросла - от 25 до 37%.

Анализируя данные увеличения энергии прорастания, можно предположить, что семена изученных сортов разнились по механизмам отзывчивости.

Таблица 1 - Влияние предпосевной обработки семян ярового ячменя в переменном электрическом поле на их всхожесть

Сорт	Всхожесть семян, %			Энергия прорастания
	Контроль, %	Обработка		Контроль, %	Обработка
		%	± к, %		%	± К, %
Вакула	97	97	0	46	83	+37
Рубикон	97	97	0	48	77	+29
Мамлюк	96	97	1	48	73	+25
X	96	97	0,3	47	78	*30,3
8	2,2	0		22,5	5
Sx	0,64	0		6,5	1,3
V, %	2	0		2,4	6,5

Либо сорта отличаются по отзывчивости (механизму) всех семян на обработку, либо в изученных партиях семян было разное количество жизнеспособных, но несколько ослабленных семян.

Таким образом, по результатам определения посевных качеств семян ячменя можно заключить, что их предпосевная обработка в ПЭП целесообразна, а семена используемых в производстве сортов отзывчивы на обработку.

Мощность проростков. Полученные после семи суток проращивания семян проростки оценили по числу сформированных корешков, а также по длине самого длинного корешка и ростка (таблица 2).

Число корешков является довольно консервативным признаком и мало подвержено изменениям, однако обработка семян в ПЭП все-таки приводит к некоторому увеличению их числа: у сортов Вакула и Рубикон число корешков увеличилось на 10%, а у сорта Мамлюк этот признак под влиянием обработки не изменился.

Таблица 2 - Влияние предпосевной обработки семян ярового ячменя в переменном электрическом поле на число корешков, длину самого длинного корешка и ростка

Сорт	Статистические	Вариант опыта
	характеристики	контроль	обработка
Число корешков
Вакула	Ср. значение, шт. Пределы, шт. Квар., %	5,0 2-7 21,3	5,1 2-6 14,9
Рубикон	Ср. значение, шт. Пределы, шт. Квар., %	6,1 4-8 19,8	6,6 5-8 10,8
Мамлюк	Ср. значение, шт. Пределы, шт. Квар., %	6 3-8 41,9	6 4-8 33,6
Длина самого длинного корешка
Вакула	Ср. значение, см Пределы,см Квар., %	7,2 1-14 19	10,9 3,5-16 16,9
Рубикон	Ср. значение, см Пределы,см Квар., %	11,1 2,3-17,8 19	12,6 1,3-20,5 17,1
Мамлюк	Ср. значение, см Пределы,см Квар., %	7 1,3-11,6 46	10,2 1,5-16 84,5
Длина ростка
Вакула	Ср. значение, см Пределы,см Квар., %	5,8 0,5-9 30,2	9,0 1,6-13,2 23,3
Рубикон	Ср. значение, см Пределы,см Квар., %	5,7 2,4-8,5 23,8	8,7 3,6-12,7 25,8
Мамлюк	Ср. значение, см Пределы,см Квар., %	5,3 2,5-8,4 55,7	8,0 3,2-12,3 57,1

Характерно, что вследствие обработки варьирование числа корешков (Квар.) у всех сортов существенно уменьшается, следовательно, обработка стимулирует рост заложенных в зародыше корешков (пять штук), а также формирование и рост дополнительных корешков - от одного до трех. При этом эти процессы синхронизируются у прорастающих семян.

Длина самого длинного корешка - важный признак полученного проростка, так как от его длины зависит способность растения получать воду из нижележащих влажных слоев почвы, что особенно важно в условиях развивающейся после посева весенней почвенной засухи. Реакция на обработку длины корешка имела разный характер: у сортов Вакула и Мамлюк средние значения длины корешка возросли на 53,6% и 55,2%, соответственно, а у сорта Рубикон - только на 13,5%.

Длина ростка - очень отзывчивый на обработку признак: у сортов Вакула, Рубикон и Мамлюк она возросла на 55,2%, 52,6% и 51%, соответственно. Такая однотипная реакция проростков на обработку будет ускорять вынос на поверхность ростка и переход растения к автотрофному типу питания.

Частотный анализ длины корешка. Для выявления механизмов ответной реакции сортов ячменя изученных сортов по длине корешка провели частотный анализ распределения корешков по длине (рисунок).

На рисунке представлены частоты распределения корешка по длине у 7-суточных проростков трех сортов ярового ячменя, полученных после проращивания в оптимальных условиях контрольных и обработанных семян. В целом реакция семян изученных сортов на обработку однотипная - происходит возрастание доли длинных корешков и кривая распределения в варианте с обработкой сдвигается вправо. Однако оказалось, что при этом проявляются и сортовые особенности.

У сорта Вакула кривые распределения проростков по длине корешка имеют форму нормального распределения в контроле и опыте и практически одинаковые значения частот, а обработка приводит просто к сдвигу кривой распределения в сторону высоких значений. Доля проростков с максимальными значениями длины 8-10 см в контроле и 10-12 см в опыте составляет 45,5 и 46,3%, соответственно. Такая форма кривых и такой сдвиг кривой варианта с обработкой могут свидетельствовать, что семена сорта Вакула представлены единой фракцией, семена которой обладают пропорциональной реакцией на влияние ПЭП.

Рисунок - Влияние предпосевной обработки семян ярового ячменя в переменном электрическом поле на распределение самого длинного корешка по длине у 7-суточных проростков при проращивании в оптимальных условиях увлажнения и температуры: контроль - семена без обработки; обработка - семена обработаны в переменном электрическом поле в течение 20 секунд

У сорта Мамлюк кривая распределения корешков по длине имеет практически правильную форму в контроле с максимумом в интервале 8-10 см и со значением 46,5% и еще небольшой максимум в области длинных корешков -12-14 см. После обработки семян кривая распределения сдвигается вправо и ее максимум приходится на область 12-14 см, но при этом значения этого максимума существенно снижаются -32,2%. Часть семян составляет фракцию с максимумом 8-10 см, которая слабо отреагировала на обработку. Можно заключить, что семена сорта Мамлюк представляют собой смесь нескольких фракций, у которых реакция на обработку разная.

У сорта Рубикон кривая распределения корешков по длине в контроле ниже кривой в опыте, она имеет пологую вершину, максимум кривой находится в области 10-12 см. Кривая распределения корешков по длине в опыте имеет правильную форму, ее максимум находится в интервале 12-14 см.

Выводы

Предпосевная обработка семян ярового ячменя коммерческих сортов Вакула, Рубикон и Мамлюк в переменном электрическом поле целесообразна, так как она приводит к увеличению всхожести, энергии прорастания, возрастанию числа зародышевых корешков, удлинению самого длинного корешка и ростка.

Частотный анализ распределения длины самого длинного корешка выявил сортовые особенности реакции на обработку в ПЭП. Это может быть пропорциональная реакция у всех семян, что проявляется на графике аккуратным сдвигом в сторону большей длины корешка (сорт Вакула), может быть разная по степени у отдельных фракций единой партии семян положительная реакция на обработку, что отражается на графике сдвигом кривой в сторону больших значений (сорта Рубикон и Мамлюк).

Эффект предпосевной обработки семян ярового ячменя по-разному проявляется на семенах изученных сортов, что свидетельствует о наличии индивидуальных особенностей реакции каждого генотипа, а не об условиях года репродукции. Это можно утверждать, так как семена трех сортов были выращены на одном поле по единой технологии, убраны в один день, очищены на одной семяочистительной машине, а затем досушены в лабораторных условиях и хранились в одинаковой таре. Поэтому в методологическом плане надо с осторожностью экстраполировать данные механизмов отзывчивости на предпосевную обработку семян, полученные на одном сорте, на всю культуру в целом.