Влияние на всхожесть предпосевной обработки семян посредством их облучения волнами разной длины

Одним из самых важных ресурсов является плодородная почва, на которой прорастают различные культурные растения. С целью повышения плодородия почвы и увеличения продуктивности широкое применение получили в течение долгого времени химические удобрения (нитраты, фосфаты) и пестициды, которые хотя и увеличивают плодородность почвы, но при этом, в связи с их чрезмерным употреблением, приводят к отравлению урожая, водных ресурсов, и, как следствие, повышается угроза здоровью людей. В связи с этим в настоящее время имеются методы повышения урожайности, которые являются экологически безопасными. Один из таких методов – предпосевная обработка семян.

В статье рассматриваются некоторые методы повышения всхожести семян, которая достигается через их обработку различными излучениями (УФ-облучение, лазерное облучение, гамма-облучение, УВЧ-облучение).

1.    Влияние лазерного излучения на всхожесть семян

Одним из экологически чистых методов повышения всхожести семян является их предпосевная обработка лазерным излучением. Исследования данного метода в настоящее время все еще продолжаются, и имеется большое количество статей с данными, которые говорят об эффективности этого метода.

В данных статьях ученые используют различные длины волн лазерного излучения, меняют время облучения и интенсивность, а также методы предобработки перед облучением, например замачивание семян на определенное время.

В [1] проводится исследование влияния лазерного облучения низкой интенсивности на примере озимой мягкой пшеницы и овса. В данном исследовании время экспозиции семян составляло 2, 4, 6, 8, 10, 20, 30 и 40 мин для пшеницы и 10, 20, 30 и 40 мин для овса.

Согласно итоговым данным [1], при времени экспозиции от 2 до 8 мин влияние лазерного излучения на всхожесть и энергию прорастания не выявлено. При этом при времени экспозиции 30 и 40 мин у семян пшеницы ярко выражено повышение не только всхожести (с 77 до 92 % и 95 % при 30 и 40 мин экспозиции соответственно), но и энергии прорастания (с 72 до 87 % и 89 % при 30 и 40 мин экспозиции соответственно).

Лазерное облучение семян овса оказало ухудшающее влияние на энергию прорастания и всхожесть семян, которое упало с 95 до 75 % при времени экспозиции 40 мин.

В [2] проводится исследование по влиянию лазерного облучения на семена овса при двух длинах волн – 650 нм и 780 нм. Так же как и в [1], время обработки варьировалось от 30 с до 20 мин.

В соответствии с данными, полученными в [2], также было установлено, что лазерная обработка по большей части повышает всхожесть обработанных семян. Согласно [2], было выявлено, что при

LM^^e © Клюев Д.С. и др., 2020

длине волны 650 нм всхожесть повысилась на 7,5 % при времени облучения 10 мин (всхожесть контрольной группы составила 92,5 %). При этом при времени до 1 мин влияние лазерного облучения на всхожесть семян не было установлено.

Влияние на всхожесть семян при длине 650 нм было установлено только при времени экспозиции 1 мин (повышение на 2,5 %), 3 мин (повышение на 5 %), 10 мин (повышение на 7,5 %), 15 мин (повышение на 2,5 %, при этом снижение от показателя 10 мин на 5 %), 20 мин (повышение на 5 %, при этом снижение от показателя 10 мин на 2,5 %). В промежуточных значениях экспозиции (до 5 мин) показатели всхожести повторяют предыдущие.

При обработке семян при длине волны 780 нм установлено, что обработка семян оказывает как положительное, так и отрицательное влияние на всхожесть семян ячменя. Положительное влияние на всхожесть семян наблюдается при времени экспозиции 1 мин и 3 мин. При данном времени экспозиции повышение всхожести составило 7,5 % (при 92,5 % контрольной группы). При увеличении времени экспозиции всхожесть начинает спадать и достигает минимума при времени экспозиции 15 мин, при котором всхожесть семян упала на 12 % по сравнению с контрольной группой, после чего при 20 мин всхожесть стала составлять 97,5 %.

В [3] для предпосевной обработкой семян используется магнитно-инфракрасно-лазерный аппарат «РИКТА-05». При данных исследованиях используются для облучения повторения импульсов с частотой 1000 Гц при времени экспозиции 10–30 мин с различным расстоянием от излучателя до облучаемых семян. Для проведения исследований влияния лазерного излучения на всхожесть использовались семена клевера лугового и люцерны посевной.

Согласно итоговым данным исследования, наблюдалось заметное увеличение энергии прорастания и всхожести семян. Данные исследования показали, что при обработке семян от 10 до 15 мин энергия прорастания и всхожесть семян клевера лугового увеличились с 32 до 73 % и с 43 до 75 % соответственно. У семян люцерны посевной также наблюдается увеличение энергии прорастания с 35 до 75 % и всхожести с 47 до 82 % [3].

При времени экспозиции 18–20 мин и расстоянии между излучателем и семенами 1–1,5 см увеличение также наблюдается. Так энергия прорастания и всхожесть клевера лугового увеличились до 76 и 88 % соответственно, в то время как у люцерны луговой – до 78 и 86 % соответственно [3].

С увеличением времени экспозиции до 25–30 мин и расстояния от излучателя до обрабатываемых семян 2–2,5 см показатели начали падать и рост энергии прорастания и всхожесть стали составлять у клевера 71 и 78 %, а у люцерны – 73 и 79 %.

2.    Влияние УФ-облучения на всхожесть семян

Помимо обработки семян лазерным облучением с целью увеличения их всхожести также существует обработка семян ультрафиолетовым излучением. Влияние обработки УФ-излучением также доказано многократными исследованиями.

В [4] приведено исследование влияние УФ излучения с длиной волны 365 нм при времени облучения 5 и 30 мин и интенсивности 610 мкВт/см2 с расстоянием до облучаемого объекта 15 см. Облучению подвергались семена пшеницы сорта Московская 39, Эстер, Дарья, Юбилейная 100 и Афина, которые имеют всхожесть 67, 3, 92, 98 и 99 % соответственно.

По результатам опыта было установлено изменение всхожести и энергии прорастания. При времени облучения 5 мин пшеницы сорта Московская 39 и Юбилейная 100 увеличение всхожести не было установлено, но при этом энергия прорастания Московской 39 снизилась на 7 %, а энергия прорастания Юбилейной 100, наоборот, увеличилась на 2 %. Для остальных сортов повышение всхожести составил 1–2 %, как и энергии прорастания. Картина не изменяется и при времени облучения 30 мин, за исключением того, что энергия прорастания пшеницы сорта Дарья увеличилась на 7 %.

В [5] дополняет исследования [4] другим временем облучения. В данном исследовании время облучения составляют 20, 30 и 40 мин, при этом длина волны такая же, как и в [4]. В [5] облучению подвергали семена яровой пшеницы сорта Эстер и ярового ячменя сорта Эльф.

В результате обработки УФ-излучением всхожесть пшеницы сорта Эстер увеличилась на 5 % при времени облучения 20 и 30 мин и на 7 % при времени облучения 40 мин. Энергия прорастания увеличилась на 3 % при 20 и 30 мин облучения и на 4 % при 40 мин. Для ячменя увеличение всхожести составил 1–2 %, при этом энергия прорастания почти не изменилась.

В [6] имеются результаты влияния комплексного УФ-излучения, которое находится в диапазоне 300–400 нм. Облучению повергались семена туи за- падной, а мощность излучения составляла 10 мВт. Время облучения – 9,5, 14,3 и 19 мин, дозы облучения – 1,995, 3,003 и 3,99 кДж/м2 соответственно.

Результатами обработки семян стало увеличение всхожести на 8, 4 и 2 % при времени 9,5, 14,3 и 19 мин соответственно.

3.    Влияние УВЧ-облучения на всхожесть семян

Исследований по влиянию УВЧ-облучения на всхожесть семян немного: так, на elibrary имеется на данный момент всего 1 статья, посвященная влиянию УВЧ-излучения на всхожесть семян.

В работе [7] исследования влияния УВЧ-облучения на всхожесть семян проводились в зависимости от времени замачивания семян в воде и длительности экспозиции.

Результаты [7] показывают, что: при 3-суточном замачивании семян с исходной всхожестью 70 % без облучения всхожесть снижается до 60 %. При 1–2-суточном замачивании и длительности облучения 15 и 30 мин всхожесть повышается на 10 и на 20 %. При времени экспозиции 60 мин наблюдалось снижение всхожести на 10 при 1–2-суточном замачивании и 30 % при 3-суточном.

4.    Влияние гамма-облучения на всхожесть семян

Еще одним из методов повышения всхожести семян является их предпосевная обработка гамма-излучением. Результативность данного метода подтверждается многими статьями и патентами.

В [8] имеются результаты влияния гамма-излучения на семена пустынных кормовых растений, которые в сухом виде подверглись влиянию гамма-излучения при трех дозах: 1–3 кГр, 3–4 кГр, 4–5 кГр. Исследуемыми семенами являлись семена изеня, саксаула белого и чогона.

В результате гамма-облучения при сильной дозе облучения семян изеня и саксаула белого всхожесть возросла в 2 раза по сравнению с контрольной группой и в 1,5 и 1,14 раза при средней и малой дозе облучения. При полевых исследованиях всхожесть семян чагона, которые подверглись гамма-облучению дозами 1–3 кГр и 3–4 кГр, превысила контрольные в 1,18–1,7 раза.

В [9] имеются результаты исследования влияния на всхожесть солодки уральской гамма-излучения. Семена подвергали действию различных доз гамма-лучей: 2,5; 5,0; 7,5; 10; 50 Грей, время облучения – 26 мин; 32 мин; 1 ч 2 мин, 1 ч 32 мин; 2 ч 4 мин; 1 ч 31 мин соответственно.

По результатам исследования было установлено, что ионизирующее излучение в стимулирующей дозе способствует более ускоренному росту и развитию семян, начиная от состояния покоя до образования семядолей. У облученных семян процесс прорастания проходит за 8, а у контрольных за 10 дней. Также было установлено, что под действием гамма-лучей в дозах 1,0 и 1,5 Грей всхожесть семян увеличивается в среднем на 20–60 % по сравнению с контролем. Прорастание семян, облученных в пределах доз от 2,5 до 10 Грей, превышает контрольный вариант в среднем более чем на 60 %.

В патенте [10] также имеются данные о благоприятном воздействии гамма-излучения на всхожесть семян. В данном патенте был предоставлен метод, при котором часть семян подвергалась гамма облучению, после чего облученные семена оставлялись на хранение в воздухонепроницаемом контейнере на 25–50 суток на расстоянии 50 см от необработанных семян. В результате данного исследования было установлено, что всхожесть семян, хранящихся рядом, возрастала в среднем на 5–6 % при лабораторных исследованиях и на 17– 21 % при полевых. Также было установлено увеличение урожайности на 16–26 %.

Заключение

Из приведенных исследований видно, что экологически безопасные методы повышения всхожести семян имеют большую эффективность, но только при условии правильно подобранной обработки, т. к. влияние обработки зависит не только от типа излучения и длины волны, но также и от вида культуры. Так, например, влияние лазерной обработки показал, что при длине волны 650 нм всхожесть семян заметно возросла, но при длине 780 нм всхожесть семян, наоборот, снизилась.