Влияние обработки семян электронным излучением на урожай пшеницы и его качество

В последние годы всё активнее изучаются факторы физического воздействия на семена разных культур с целью ускорения их прорастания и повышения полевой всхожести. Публикации зарубежных и отечественных авторов свидетельствуют о положительном влиянии физических факторов на прорастание семян, рост и развитие растений, а также урожайность сельскохозяйственных культур [1-3]. Показано [4], что низкочастотное электромагнитное облучение различной интенсивности воздействует на посевные качества семян и биометрические параметры растений яровой пшеницы.

Через семена передаётся более половины заболеваний растений, которые наносят существенный вред производству сельхозпродукции [5]. Поэтому необходима их предпосевная обработка средствами защиты растений. Использование с этой целью ионизирующих излучений решает важные агроэкологические и социально-экономические задачи, направленные на дальнейшее увеличение производства продукции растениеводства, снижение энергозатрат, предотвращение загрязнения окружающей среды [6].

Установлено, что электронное облучение семян в дозе 2 кГр (энергия электронов 130 кэВ) снижает степень поражения ячменя Bipolaris sorokiniana и распространённость болезни в фазы

Лой Н.Н.* – в.н.с., к.б.н.; Санжарова Н.И. – науч. рук., д.б.н., проф., чл.-корр. РАН. НИЦ «Курчатовский институт» – ВНИИРАЭ.

кущения и колошения более чем в 1,5 раза относительно контроля [7]. Предпосевное облучение семян ярового ячменя ( Hordeum vulgare L. ) сорта Владимир (энергия электронов 160 кэВ) дозами 1-5 кГр приводило к увеличению содержания фитогормонов индолилуксусной кислоты (ИУК), ин-долилмасляной кислоты (ИМК) и абсцизовой кислоты (АБК) [8], что свидетельствует о потенциале к стимуляции роста растения [9]. Низкоэнергетическое электронное облучение в дезинфицирующей дозе мало влияет на содержание таких питательных веществ, как белки и жиры (на примере пшеницы, риса, соевых бобов и др.) [10].

Цель исследований – изучить влияние предпосевной обработки семян электронным низкоэнергетическим 100 кэВ и 120 кэВ излучением на урожайность пшеницы, качество продукции и поражённость болезнями.

Материалы и методы

Работу выполняли в 2024 г. в микрополевом опыте на дерново-подзолистой супесчаной почве в Калужской области с последующим изучением семян нового урожая в лабораторном модельном эксперименте. Объектом исследований служила пшеница яровая сорта Ирень (1 репродукция). Площадь одной делянки 2 м2 (1 мх2 м). Повторность 3-кратная, размещение делянок рандомизированное.

Почва опытного участка дерново-подзолистая супесчаная со следующими агрохимическими показателями: pH KCl – 4,6; гидролитическая кислотность – 2,90 смоль(экв)/кг; содержание гумуса – 1,22%; Ca и Mg – соответственно 4,7 и 0,6 ммоль(экв)/100 г; P 2 O 5 и K 2 O (по Кирсанову) – соответственно 103 и 84 мг/кг.

Облучение семян проводили за 3 сут до посева в ИСЭ СО РАН (г. Томск) на широкоапертурном электронном ускорителе «Дуэт» с сетчатым плазменным катодом и выводом генерируемого пучка большого сечения в атмосферу [11]. Дозы облучения составляли 1, 2, 3, 4 и 5 кГр при двух энергиях электронов – 100 кэВ (режим 1) и 120 кэВ (режим 2), мощность излучения – 100 Гр/импульс.

Навеска семян на каждую дозу составляла 200 г. Семена распределяли слоем в одну зерновку в полиэтиленовом пакете и помещали на расстоянии 20 мм от выводного окна ускорителя. Суммарную поглощённую дозу формировали путём изменения количества импульсов. При этом глубина обработки не превышала 300 мкм от поверхности семени.

Облучённые и необлучённые (контроль) семена высевали в заранее подготовленные бороздки, глубиной 5-6 см с междурядьем 15 см. За растениями вели наблюдения с целью установления сроков наступления фаз развития, отбор образцов проводили в фазы кущения (21 сут после посева), колошения (60 сут после посева) и полной спелости (80 сут после посева). Периодически (раз в 1-2 недели) осуществляли ручную прополку.

В период вегетации пшеницы учитывали поражённость растений грибными болезнями [12]. Оценку поражённости яровой пшеницы корневой гнилью Bipolaris sorokiniana проводили в фазы кущения и колошения. После наступления восковой спелости выполняли уборку урожая, отбирая с каждой делянки растения с площади 1 м². Через две недели определяли структуру урожая.

В мае 2024 г. метеорологические условия характеризовались недостаточным количеством осадков (на 38 мм ниже среднемноголетнего значения), минимальные температуры воздуха были ниже среднемноголетних на 2,1-0,5 °С, максимальные - выше на 6,6-10,6 °С. В июне и июле мини- мальные температуры были также ниже среднемноголетних на 1,0-4,2 и 3,6-4,6 °С соответственно, а максимальные - выше на 3,1-7,0 и 4,0-6,3 °С соответственно. Количество осадков в июне значительно превышало среднемноголетнее на 74,4 мм, а в июле было на 3 мм ниже нормы (табл. 1).

Агрометеорологические условия проведения опыта

Таблица 1

Месяц, декада
	Май		Июнь			Июль			Август
Показатель	II	III	I	II	III	I	II	III	I
2024 г.
Температура воздуха, °С: минимальная максимальная среднесуточная Сумма осадков, мм	+3,6 +22,7 +1 0	+5,2 +26,7 2,1 3	+12,6 +26,6 24	+12,9 +26,2 +19,4 141	+9,7 +30,1 4,4	+10,7 +32,7 40	+11,7 +30,1 +21,3 19	+11,3 +25,6 29	+11,0 +25,2 +18,4 11
Среднемноголетние данные
Температура воздуха, °С: минимальная максимальная среднесуточная Сумма осадков, мм	+5,7 +16,1 +13,8 41		+13,9 +23,1 +25,5 95			+15,3 +26,4 +20,9 91			+11,7 +19,5 +15,6 75

Зерно собранного в опыте урожая проращивали в рулонах фильтровальной бумаги в течение 7 сут в термостате PHCBI (Panasonic, Sanyo) MIR-154 при температуре +20 °С по ГОСТ 12038-84.

При проведении лабораторного опыта учитывали лабораторную всхожесть, силу роста семян, длину ростка и корешка, сырую и сухую массу проростков. Учёт поражённости (степень поражения и распространённость) проростков болезнями проводили по ГОСТ 12044-93.

Для выявления связи изучаемых факторов между собой использовали расчёт коэффициента корреляции (r) и устанавливали по его величине силу связи в соответствии с общей классификацией корреляционных связей: сильная или тесная при коэффициенте корреляции 0,70<|r|<0,9; средняя – при 0,50<|r|<0,69; умеренная – при 0,30<|r|<0,49; слабая – при 0,20<|r|<0,29; очень слабая – при |r|<0,19.

Статистическую значимость различий между средними значениями в опытах с облучением семян пшеницы оценивали по НСР (наименьшей существенной разнице) при 95% уровне значимости.

Результаты и обсуждение

Облучение семян яровой пшеницы перед посевом дозой 5 кГр статистически значимо увеличивало массу зерна на 54,8% и соломы на 57,2% в расчёте на одно растение в режиме 1 и в режиме 2 – на 51,3% и 59,8% соответственно (рис. 1).

При дозе 1 кГр аналогичные изменения отмечали на уровне тенденции – на 24,1% и 32,5% (режим 1) и 34,7% и 21,1% (режим 2) соответственно. При других дозах облучения величины этих показателей структуры урожая находились на уровне контрольных значений. Повышение сбора зерна с одного растения происходило вследствие увеличения продуктивной кустистости (табл. 2).

При использовании режима 1 в вариантах с дозами 4 и 5 кГр выявлена прямая связь между выходом зерна с 1 растения и числом зёрен в колосе – коэффициент корреляции r=0,968 и 0,969; между выходом зерна с 1 растения и массой зерна с колоса – r=0,987 и 1,00; между выходом зерна с 1 растения и количеством продуктивных стеблей – r=0,969 и 0,965.

Таблица 2

Результат влияния режима и дозы облучения на структуру урожая яровой пшеницы (в расчёте на 1 растение)

Доза облучения, кГр	Высота растения с колосом, см	Всего стеблей, шт.	Кол-во продуктивных стеблей, шт.	Масса соломы, г	Главный побег			Боковой побег
					длина колоса, см	число зёрен, шт.	масса зерна, г	число зёрен, шт.	масса зерна, г
0 (К)	73,28	1,50	1,40	0,93	8,03	23,30	0,65	11,64	0,27
Режим 1
1	73,07	1,57	1,37	1,23	8,65	28,40	0,78	20,72	0,43
2	74,20	1,17	1,10	0,86	7,50	25,20	0,69	17,33	0,36
3	70,97	1,30	1,17	0,87	8,98	25,70	0,72	12,50	0,21
4	73,25	1,47	1,33	1,14	8,13	26,07	0,74	17,36	0,43
5	75,73	1,73	1,57	1,46	8,72	31,13	0,87	32,38	0,69
Режим 2
1	74,05	1,47	1,33	1,13	8,38	29,53	0,86	25,97	0,58
2	72,88	1,30	1,07	0,88	7,65	26,43	0,67	3,33	0,06
3	71,43	1,43	1,37	1,02	8,28	28,70	0,79	17,62	0,36
4	70,88	1,27	1,20	0,91	7,55	24,23	0,66	16,07	0,31
5	74,92	1,87	1,70	1,49	8,95	29,10	0,85	25,64	0,55
НСР 05	11,85	0,4	0,31	0,51	1,93	8,94	0,29	16,93	0,38

■ Масса зерна на 1 раст.

Рис. 1. Влияние предпосевного электронного облучения на показатели структуры урожая яровой пшеницы (* – здесь и далее – различие с контролем достоверно при р>0,95).

Доза облучения, кГр

Масса соломы на 1 раст.   ■ Масса 1000 зерен

При аналогичных дозах и облучении в режиме 2 также выявлена сильная прямая связь между выходом зерна с 1 растения и числом зёрен в колосе – r=0,998 и 0,998; между выходом зерна с 1 растения и массой зерна с колоса – r=0,992 и 0,980. При этом сопряжённость между выходом зерна с 1 растения и количеством продуктивных стеблей при 4 кГр была сильной (r=0,942), а при 5 кГр – слабой (r=0,246).

В фазе кущения степень поражения растений Bipolaris sorokiniana при дозе 5 кГр в режиме 1 снизилась, по сравнению с контролем, в 1,5 раза, при дозах 1-5 кГр в режиме 2 – в 2,4-4,0 раза (рис. 2А). Распространённость гельминтоспориоза при облучении в режиме 2 снижалась независимо от дозы в 2,0-2,8 раза. В вариантах с режимом 1 различия были не значимыми.

В фазе колошения поражённость корней гельминтоспориозом при облучении в дозах 3 и 4 кГр в режиме 1 снизилась в 1,5-1,7 раза, в дозах 2-5 кГр в режиме 2 – в 2-12 раз (рис. 2Б). Распространённость болезни уменьшалась в 3-6 раз только вариантах с дозами 3-5 кГр в режиме 2.

■ Пораженность      Распространенность

Рис. 2. Поражение растений пшеницы корневой гнилью Bipolaris sorokiniana в фазы кущения (А) и колошения (Б).

Доза облучения, кГр

Б

Пораженность ■ Распространенность

Растения в сильной степени поражались стеблевой ржавчиной. По флаг-листу в контроле величина этого показателя составляла 42,8% по второму листу – 63%. Облучение не оказывало достоверного влияния на поражённость растений этим заболеванием. Она варьировала соответственно от 31 до 71% и от 37 до 77,5% (рис. 3). Аналогичная ситуация складывалась и с распространённостью стеблевой ржавчины, различия между вариантами были несущественными.

■ Флаг-лист ■ 2 лист сверху

Рис. 3. Зависимость поражения растений пшеницы стеблевой ржавчиной Puccinia graminis tritici в фазе колошения от режима и дозы облучения .

Предпосевное электронное облучение семян улучшило качество зерна. Содержание протеина при использовании режима 1 увеличилось, по сравнению с контролем, на 1,28-2,68%, режима 2 при всех дозах, кроме 2 кГр, – на 1,32-2,36%, жира при облучении в дозах 1, 3 и 5 кГр в режиме 1 – на 0,12-0,19%, в дозе 3 кГр режима 2 – на 0,11%. Концентрация углеводов оставалась на уровне контроля (рис. 4).

■ Протеин ■ Жир ■ Клетчатка

Рис. 4. Влияние режима и дозы облучения на качество урожая яровой пшеницы Ирень.

Через 2 мес. после уборки в вариантах с предпосевным электронным облучением в дозах 4 и 5 кГр в режиме 1 отмечено достоверное увеличение лабораторной всхожести семян на 10%, в дозах 1 и 3 кГр в режиме 2 – на 10-11% (рис. 5А).

125                                                           125

■ Лабораторная всхожесть     С ила рос т а семя н                 ■ Сыра я масса на 1 раст. Сухая масса на 1 раст.

Рис. 5. Влияние предпосевного облучения на посевные свойства (А) и морфометрические показатели (Б) семян нового урожая.

Негативное влияние (рис. 5Б) предпосевного облучения проявилось в достоверном снижении сырой массы на 15% и сухой массы 7-суточных проростков на 13% в расчёте на одно растение в варианте с дозой 5 кГр (режим 2).

Фитоэкспертиза семян нового урожая показала, что предпосевное электронное облучение в режиме 2 достоверно снизило их поражённость гельминтоспориозом, по сравнению с контролем, при обработке дозой 3 кГр в 2,4 раза, а также распространённость болезни в вариантах с дозами 3 и 4 кГр – в 2,3 и 1,5 раза (рис. 6).

■ Пораженность ■ Распространенность

Рис. 6. Влияние предпосевного облучения на поражённость семян нового урожая Bipolaris sorokiniana .

Выводы

В микрополевом опыте экспериментально установлено, что эффективность действия предпосевного низкоэнергетического электронного облучения семян яровой пшеницы сорта Ирень на урожайность и поражаемость растений болезнями зависит от дозы облучения и энергии электронов. Показано, что:

• 1)    Увеличение выхода зерна с 1 растения отмечено при дозе 5 кГр на 54,8% (режим 1) и на 51,3% (режим 2) вследствие увеличения продуктивной кустистости.

• 2)    Облучение улучшило качества зерна нового урожая: содержание белка увеличилось на 1,28-2,68% (режим 1) и на 1,32-2,36% (режим 2), жира – на 0,12-0,19% (дозы 1, 3 и 5 кГр, режим 1) и на 0,11% (доза 3 кГр, режим 2).

• 3)    Применение предпосевного электронного облучения семян способствовало снижению поражённости пшеницы корневой гнилью как в фазу кущения (в 1,5 раза при дозе 5 кГр в режиме 1 и в 2,4-4,0 раза при дозах 1-5 кГр в режиме 2), так и в фазу колошения (в 1,5-1,7 раза при дозах 3 и 4 кГр в режиме 1 и в 2-12 раз при дозах 2-5 кГр в режиме 2).

• 4)    Распространённость болезни достоверно уменьшалась при использовании режима 2: в фазе кущения – в 2,0-2,8 раза (дозы 1-5 кГр), в фазе колошения – в 3,0-6,0 раз (дозы 3-5 кГр).

• 5)    Облучение семян в режиме 2 (энергия электронов 120 кэВ) было более эффективным по степени снижения развития корневой гнили на растениях пшеницы.

• 6)    Низкоэнергетическое электронное излучение представляет собой поверхностную обработку с низкой проникающей способностью и, следовательно, не влияет на качественные свойства внутренней пищевой матрицы (облучаемого семени пшеницы) и поэтому может использоваться для получения дезинфицирующего эффекта на облучаемый объект с целью подавления фитопатогенной инфекции в отличие от высокоэнергетического излучения, подавляющего способность семени к прорастанию.

Полученные результаты свидетельствуют о перспективности предпосевного низкоэнергетического электронного облучения семян яровой пшеницы для снижения поражённости растений болезнями, увеличения размеров урожая и повышения его качества.