Перспективы применения стимуляции старых семян зерновых культур в электрическом поле

Введение. Сохранение семенами высоких посевных кондиций при их длительном хранении в коллекциях селекционных учреждений или в национальных хранилищах является залогом поддержания биоразнообразия сельскохозяйственных культур, что важно для создания селекционным путём новых сортов и гибридов, устойчивых к неблагоприятным условиям возделывания [3, 8]. Причинами старения семян, по мнению многих исследователей, являются разнохарактерные процессы: разрушение хромосом [10], потеря митохондриями дыхательной активности [9, 11], увеличение проницаемости биомембран [9], образование токсичных продуктов за счет нарушения обмена [1], разрушение гормонов, углеводов [5] и самоокисление запасных липидов, необходимых для прорастания [6, 9], денатурация белков.

Семена ярового ячменя, хранящиеся в оптимальных условиях, начинают ускоренно терять всхожесть через 6-8 лет [7]. При этом в них уменьшается массовая доля запасных соединений и возрастает доля продуктов их гидролиза, в липидном комплексе зерна возрастает доля структурных липидов, свободных жирных кислот, повышается активность ферментов класса гидролаз и снижается активность оксидоредуктаз [1].

Для улучшения посевных качеств семян применяют различные способы предпосевной обработки семян, в том числе и обработку семян в переменном электрическом поле [4]. Обработке подлежат, как правило, семена, предназначенные для товарных посевов, но отсутствуют сведения о реакции на предпосевную обработку старых семян, которые долго хранились и частично потеряли всхожесть.

Цель исследования - изучение возможности применения предпосевной стимуляции старых семян ярового ячменя с целью повышения их всхожести и получения более мощных проростков.

Объектом исследования служили семена ярового ячменя сорта Мамлюк, которые хранились в естественных условиях на протяжении 11 лет (старые семена), 4 (4-летние) и 1 года (свежие семена). Семена были выращены на полях учебно-опытного фермерского хозяйства АЧИИ по принятой в зоне технологии.

Методика исследований. Обработку семян в переменном электрическом поле (ПЭП) напряженностью 5 кВ/см проводили на лабораторной установке в течение 20 секунд. Затем семена оставляли для от-лежки, а на 5-е сутки их закладывали на проращивание.

Проращивали семена в рулонах фильтровальной бумаги по ГОСТ 12038-84 [2] на дистиллированной воде при +20 °C. Всхожесть семян определяли через 7 суток, энергию прорастания - через 3 суток.

Линейные размеры проростков. Через 7 суток проращивания определяли длину самого длинного корешка (далее просто корешка) и длину ростка у 100 проростков.

Статистическая обработка полученных экспериментальных данных была проведена с помощью пакета программ Excel.

Результаты исследований. Посевные качества семян определяли у семян разных лет репродукции, которые хранились в естественных условиях в герметичных пластмассовых контейнерах. Исследования были проведены в 2018 году, так что семена урожая 2007 года хранились 11 лет, семена 2014 года -4 года, а семена 2017 года - один год. В таблице 1 представлены результаты определения всхожести и энергии прорастания семян ячменя.

Таблица 1 - Влияние предпосевной обработки семян ярового ячменя сорта Мамлюк в электрическом поле на всхожесть и энергию прорастания: контроль - семена без обработки; обработка - семена подвергли воздействию переменного электрического поля напряженностью 5 кВ/см в течение 20 секунд

Продолжительность хранения семян	Энергия прорастания			Всхожесть
	Контроль, %	Обработка		Контроль, %	Обработка
		%	± К, %		%	± К, %
11	0	0	0	40	44	+4
4	48	73	+25	93	94	+1
1	48	90	+42	96	97	+1

Всхожесть свежих и 4-летних семян отличается на три процента, что свидетельствует о начавшихся в последних деструктивных процессах. Энергия прорас тания этих двух партий семян имеет одинаковое значение (48%), так как, очевидно, сильные быстро прорастающие семена за четыре года хранения не по- страдали. Предпосевная стимуляция свежих и 4-летних семян увеличила их всхожесть только на один процент, что могло бы привести к выводу о нецелесообразности предпосевной обработки в ПЭП. Однако энергия прорастания выросла на 42% у свежих и на 25% у 4-летних семян. Это очень положительный эффект электростимуляции, так как наличие быстро прорастающих семян в условиях нарастающей весенней почвенной засухи будет обеспечивать получение дружных полных всходов и заданного стеблестоя.

Всхожесть старых семян составила всего 40% (исходная всхожесть этих семян после уборки была 98%). Надо отметить, что энергия прорастания у старых семян имеет нулевые значения как в контрольном, так и в опытном вариантах, что является следствием отсутствия семян, способных быстро поглощать воду и прорастать за трое суток. После воздействия ПЭП всхожесть этих семян возросла на 4%. Следовательно, через 11 лет хранения семян в естественных условиях (при комнатной температуре) происходят существенные изменения в зародыше, которые приводят к его гибели.

Через семь суток проращивания семян оценили полученные проростки по числу образовавшихся зародышевых корешков, а также по длине самого длинного корешка и длине ростка (таблица 2).

Таблица 2 - Влияние предпосевной обработки семян ярового ячменя сорта Мамлюк в электрическом поле на число корешков и линейные размеры проростков

Продолжитель-ностьхранения семян, лет	Число корешков			Длина корешка			Длина ростка
	контроль, штук	обработка		контроль, см	обработка		контроль, см	обработка
		штук	% от к		см	% от к		см	% от к
11	4,8	5,1	106,3	6,5	9,3	143,1	3,0	3,4	113,3
4	5,8	6	103,4	6,8	8,9	130,9	4,8	7,1	147,9
1	6,0	6,0	100	7,0	10,4	148,6	5,0	7,3	146

В процессе хранения семян число корешков проростка снижается. А число корешков у свежих семян в контроле и после обработки семян в ПЭП остается постоянным. Электростимуляция семян приводит к незначительному увеличению числа корешков. Длина корешка является очень важным признаком, который отражает способность растущего растения достигать влажного слоя почвы в условиях весенней почвенной засухи после посева. В контрольном варианте наблюдается снижение длины корешка и длины ростка по мере хранения семян. После обработки в ПЭП длина корешка существенно возрастает: от 30,9% у 4-летних семян до 48,6% - у свежих. Длина ростка также возрастет почти в полтора раза у свежих и 4-летних семян, и только на 13,3% у старых. Следовательно, в процессе длительного хранения ткани зародышевых корешков дольше остаются жизнеспособными, чем ткани зародышевой почечки.

Дополнительную информацию о направленности ростовых процессов в прорастающих семенах и растущих проростках может дать анализ полученных экспериментальных данных, например, длина проростка целиком и соотношение длин корешка и ростка (таблица 3).

Таблица 3 - Длина 7-суточного проростка ярового ячменя сорта Мамлюк и соотношение его линейных размеров в зависимости от предпосевной обработки семян в переменном электрическом поле

Продолжительность хранения семян, лет	Длина проростка (корешок + росток), см		Соотношение длины «корешок/росток»
	контроль	обработка	контроль	обработка
11	9,5	12,7	2,2	2,7
4	11,6	16	1,4	1,3
1	12	17,7	1,4	2,1

Длина проростка целиком имеет максимальные значения у свежих семян и снижается по мере их хранения. Разница между длиной проростка у свежих и старых семян возрастает в два раза после электростимуляции (2,5 см в контроле и 5 см после обработки), что свидетельствует о более высокой отзывчивости на обработку свежих семян. Соотношение длины корешка и ростка в контроле имеет одинаковые значения у свежих и 4-летних семян, но после обработки длина корешка у проростков из свежих семян возрастает больше, чем длина ростка. У старых семян соотношение длины корешка и ростка и в контроле и в опыте имеет самые высокие значения, что подтвер ждает сделанный нами ранее вывод о большей жизнеспособности тканей зародышевого корешка по сравнению с тканями зародышевой почечки.

Выводы. В селекционных учреждениях и в хранилищах генофонда сельскохозяйственных культур семена хранят без пересева продолжительное время, в результате чего они теряют всхожесть. Поэтому разработка и применение методов предпосевной стимуляции старых семян в переменном электрическом поле имеет большое практическое значение.

Наибольшее повреждение в процессе длительного хранения семян ячменя (более 10 лет) получают ткани зародышевой почечки.

В ответ на предпосевную обработку переменным электрическим полем всхожесть свежих и старых семян возрастает незначительно, но зато существенно возрастает энергия прорастания.

Длина самого длинного корешка у проростков, полученных из свежих и старых семян, возрастает на 30-48%, что обеспечивает ему постоянный контакт с влажными слоями почвы в условиях нарастающей весенней почвенной засухи.