Возможности применения нетепловых методов воздействия для регулирования посевных свойств мягкой яровой пшеницы (Triticum aestivum L.)

Природно-климатические условия являются значимым фактором для производства зерновых культур, определяющего Продовольственную безопасность и независимость стран. Однако глобальное изменение климата, согласно мнению экспертов, может оказать негативное влияние на урожайность в мире. Так, к 2050 году прогнозируется снижение для пшеницы на уровне 15–20 % [5]. Для решения возникающих проблем важно развивать устойчивую форму сельского хозяйства на основе интеграции научных решений, направленных на адаптацию биологического сырья к экстремальным погодным условиям в практику ведения агротехнических мероприятий.

В последние годы наряду с другими регионами нашей страны экстремальные глобальные изменения климата негативно проявились в уральском регионе [4]. Метеорологические условия оказывают влияние на формирование растений, их потенциальную и реальную продуктивность, накопление и сохранение пластических веществ в эндосперме, которые впоследствии выражаются в технологических качествах [11].

Зерновые культуры развиваются при постоянном и достаточном количестве влаги в почве, а ее избыток ограничивает продуктивность растений, что, собственно, наблюдалось на территориях возделывания уральского региона в период уборочной 2023–2024 гг. Мяг- кая яровая пшеница (Triticum aestivum L.) довольно влаголюбивая культура в течение всего жизненного цикла, быстрое набухание и прорастание зерна проходит при влажности почвы выше 40 % от полной влагоемкости [1]. Внедрение эффективных агротехнических мероприятий на разных стадиях жизненного цикла зернового сырья с целью минимизации рисков снижения продуктивности необходимо осуществлять уже в период предпосевной подготовки зерна. В совокупности предлагаемых решений высокую эффективность для обеспечения биобезопасности при сохранении физиологических свойств показывают методы «зеленых» технологий на основе нетепловых воздействий атмосферной холодной плазмы. В настоящее время данные технологии применяются в отношении снижения рисков накопления вторичных метаболитов токсиген-ных микромицетов родов Alternaria, Aspergillus, Fusarium spp [2, 8, 12].

В области физики плазма считается четвертым состоянием вещества наряду с твердым телом, жидкостью и газом и в последние несколько лет привлекает к себе внимание для более широкого применения.

Исследование посвящено изучению влияния нетепловых воздействий атмосферной холодной плазмы, используемой для обеспечения биобезопасности зерновой массы мягкой яровой пшеницы ( Triticum aestivum L. ) на сохранение ее посевных свойств.

Объекты и методы

Объектами исследования были партии зерна яровой мягкой пшеницы сортов Тризо и Ирень урожая 2024 года, из которых были сформированы пробы для исследований возможности применения нетепловых методов воздействия с целью регуляции посевных свойств. Согласно Госреестру сорт мягкой яровой пшеницы Тризо ( Triticum aestivum L. ) является среднепоздним, среднерослым. Сорт интенсивного типа, не боится заморозков, с высокими хлебопекарными качествами. В то время как сорт мягкой яровой пшеницы Ирень ( Triticum aestivum L. ) является раннеспелым, среднерослым. У данного сорта отсутствует осыпаемость зерна и ломкость колоса, отмечается высокая устойчивость к прорастанию на корню.

Для достижения поставленной цели образцы зерновой массы подвергали воздействию атмосферной холодной плазмы (АХП). Поток холодной плазмы генерируется за счет отрицательного коронного разряда между анодом и катодом при импульсном напряжении с параметрами: разность потенциалов 10 кВ, частота 50 Гц, плазмообразующее вещество – воздух. При этом влажность зерна, в частности сорта Тризо находилась на уровне 12,8 % а зерна сорта Ирень – в диапазоне 13,2 %. Что не превышает допустимую норму по ГОСТ 9353-2016. Пшеница. Технические условия – не более 14 %. Зерновую массу размещают толщиной слоя 5 мм на поверхности, являющейся анодом, и обрабатывают в режимах: длительность 30 секунд и далее 3; 5; 10 минут [3].

Для выявления оптимальных режимов воздействия холодной плазмы у образцов зерна пшеницы оценивались такие показатели качества, как всхожесть (по ГОСТ 12038-84 «Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести»), энергии прорастания (по ГОСТ 10968-88 «Зерно. Методы определения энергии прорастания и способности прорастания»), а также была проведена сравнительная оценка биометрических параметров вегетативных органов растения (длина стебля и корня). В ходе исследований определяли жизнеспособность семян, массу надземной части и объем корней, осуществлялся учет всходов и динамика развития проростков. Массив полученных данных математически обрабатывался (Statistica for Windows).

На первом этапе исследования для изучения влияния нетепловых воздействий атмосферной холодной плазмы, используемой для обеспечения биобезопасности зерновой массы мягкой яровой пшеницы сортов Тризо и Ирень ( Triticum aestivum L .) на сохранение ее посевных свойств, проводилась оценка таких показателей качества, как всхожесть и энергия прорастания. Всхожесть – способность семенного материала прорастать и давать здоровые ростки показатель, который указывает на процент семян, способных успешно прорастать. В то время как энергия прорастания – это показателей посевных качеств семян культуры, показывающий процент нормально проросших семян за определенный срок.

Результаты и их обсуждение

В ходе исследования изучалось влияние длительности воздействия холодной плазмы (ХП) на зерно пшеницы и определялся максимальный эффект активации в них внутренних процессов. Данные процессы могут повышать всхожесть, скорость прорастания, по- глощение воды, увеличивают длину побега, массу сухого побега, длину корня и массу сухого корня. Стоит отметить, что во время обработки плазма воздействует на поверхность зерна, создавая электромагнитное поле, которое запускает цепочку реакций. Результаты исследования прорастания зерна пшеницы мягкой яровой разных сортов при разной длительности воздействия ХП (от 30 с до 10 мин) представлены в табл. 1.

Исходя из представленных результатов исследования, наилучший эффект ХП наблюдается при 10 мин для мягкой яровой пшеницы сорта Тризо, всхожесть которого составила 99,1 % при энергии прорастания 97,3 %. В то время как для мягкой яровой пшеницы сорта Ирень всхожесть составила 98,2 % при энергии прорастания 96,9 %. Воздействие холодной плазмой визуально не изменяет поверхностные свойства зернового сырья, однако фиксируется улучшение водопоглощения и прорастания. В параллели исследований наблюдается эффект обеззараживания за счет того, что высокореактивные компоненты холодной плазмы дезактивируют и фактически уменьшают количество микроорганизмов на поверхности зерна [7, 8].

На следующем этапе исследования проводилась оценка биометрических параметров вегетативных органов зерна яровой мягкой пшеницы (длина стебля и корня) при разных режимах воздействия холодной плазмы (30 с;

3 мин; 5 мин; 10 мин). Результаты динамики процесса представлены на рисунке, а визуализация биометрических параметров вегетативных органов зерна пшеницы после воздействия ХП – в табл. 2.

Результаты исследования показали, что у сортов мягкой яровой пшеницы Тризо и Ирень в процессе обработки при разных режимах ХП длина побегов и корневой системы изменялась. Вариативность длительности обработки ХП зерна пшеницы оказывает эффект по-разному. У мягкой яровой пшеницы сорта Тризо был выявлен наилучший эффект при обработки ХП в течение 10 мин. Длина побегов составляла в диапазоне (9,7 ± 0,5) см, в то время как прирост побегов составил (2,4 ± 0,2) см. Рост корневой системы находился в диапазоне (8,6 ± 0,3) см, в то время как прирост длины корня составил (2,0 ± 0,4) см.

Обработка в течение 10 минут также показала наилучший эффект для мягкой яровой пшеницы сорта Ирень. Длина побегов составляла в диапазоне (12,4 ± 0,4) см, в то время как прирост побегов составил (3,5 ± 0,2) см. Рост корневой системы находился в диапазоне (9,3 ± 0,2) см, в то время как прирост длины корня составил (0,7 ± 0,3) см.

Холодная плазма представляет собой ионизированный газ, содержащий активные формы кислорода, азота и других веществ, которые в совокупности проявляют обеззараживающий эффект. Стоит отметить, что боль-

Таблица 1

Результаты влияние холодной плазмы на прорастание зерна пшеницы мягкой яровой разных сортов

Наименование образца	Всхожесть, %	Энергия прорастания, %
Пшеница мягкая яровая Тризо, контроль	98,2	97,2
Пшеница мягкая яровая Тризо, ХП 30 с	98,1	96,8
Пшеница мягкая яровая Тризо, ХП 3 мин	98,5	96,9
Пшеница мягкая яровая Тризо, ХП 5 мин	98,5	97,1
Пшеница мягкая яровая Тризо, ХП 10 мин	99,1	97,3
Пшеница мягкая яровая Ирень, контроль	97,0	96,5
Пшеница мягкая яровая Ирень, ХП 30 с	97,0	96,5
Пшеница мягкая яровая Ирень, ХП 3 мин	97,1	96,8
Пшеница мягкая яровая Ирень, ХП 5 мин	97,3	96,9
Пшеница мягкая яровая Ирень, ХП 10 мин	98,2	96,9

30 с 3 мин 5 мин 10 мин Длительность обработки холодной плазмы

■Рост побега ---Рост корневой системы

Рост побега ---Рост корневой системы

Длительность воздействия холодной плазмы на зерно пшеницы

---Побега ---Корневой системы

Результаты оценки биометрических параметров вегетативных органов зерна яровой мягкой пшеницы при разных режимах воздействия холодной плазмы: 1–2 – сорт Тризо, 3–4 – сорт Ирень шинство растений не может самостоятельно фиксировать азот, который превращается в аммиак и становится удобрением для посевов. За фиксацию отвечают специальные бактерии, которые встречаются достаточно редко. Обработка плазмой делает азот биологически доступным для растений [6, 9, 10].

Выводы по результатам работы

Результаты исследования доказывают эффективность применения нетепловых воздействий атмосферной холодной плазмы, используемой для обеспечения биобезопасности зерновой массы мягкой яровой пшеницы (Triticum aestivum L.) на сохранение ее посевных свойств. В ходе исследования всхожести и энергии прорастания, а также биометрических параметров вегетативных органов у мягкой яровой пшеницы сортов Тризо и Ирень был выявлен наилучший эффект при обработке ХП в течение 10 мин.

В процессе обработки зерна пшеницы при разных режимах ХП длина побегов и корневой системы изменялась. Вариативность длительности обработки ХП зерна пшеницы оказывает эффект по-разному. При глобальном изменении климата применение эффектов холодной плазмы позволит улучшить посевные свойства зерновых культур и обеспечить их биобезопасность. Таким образом, применение нетепловых методов воздействия на основе атмосферной холодной плазмы возможно использовать в качестве активатора для стимулирования ростовых процессов, причем для каждого сорта зерна пшеницы с учетом исходных данных его качества необходимо определять оптимальные режимы.

Таблица 2

Визуализация биометрических параметров вегетативных органов зерна яровой мягкой пшеницы при разных режимах воздействия холодной плазмы

Наименование образца

Размеры вегетативных органов (побег и корень)

Пшеница мягкая яровая Тризо, ХП 30 с

Пшеница мягкая яровая Тризо, ХП 3 мин

Пшеница мягкая яровая Тризо, ХП 5 мин

Пшеница мягкая яровая Тризо, ХП 10 мин

Пшеница мягкая яровая Ирень, ХП 30 с

Внешний вид объема проросших зерен

Окончание табл. 2

Наименование образца

Размеры вегетативных органов (побег и корень)

Внешний вид объема проросших зерен

Пшеница мягкая яровая Ирень, ХП 3 мин

Пшеница мягкая яровая Ирень, ХП 5 мин

Пшеница мягкая яровая Ирень, ХП 10 мин