Способ определения биологически ценных семян кукурузы
Владельцы патента RU 2506734:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ставропольский государственный аграрный университет" (RU)
Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к растениеводству. Способ включает фотографирование семян кукурузы, которые дополнительно обрабатывают электромагнитным полем крайне высокой частоты, после которого проводят повторное фотографирование с последующим сравнением температуры каждого семени до и после воздействия электромагнитного поля крайне высокой частоты. При этом фотографирование и определение температуры проводят перед обработкой электромагнитным полем крайне высокой частоты с длиной волны 5,6 мм и частотой 53,3-53,7 ГГц с экспозицией 10-15 мин и после окончания воздействия электромагнитным полем крайне высокой частоты проводят повторное фотографирование и сравнение температуры семян. Если разница температур составит от 3,3°С до 5,3°С, то семена не являются биологически ценными, а если разница температур составит от 5,3°С до 7,1°С, то семена являются биологически ценными. Способ позволяет сократить время проведения анализа по определению биологически ценных семян кукурузы. 7 ил., 3 пр.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к способам определения биологически ценных семян кукурузы, и может быть использовано для оценки и определения качества семян сельскохозяйственных культур.
Уровень техники
Известен способ оценки качества семян, имеющих семядолю, который включает проращивание семян в растильне и проведение оценки их качества. Проращивание семян осуществляется в течение 7-8 суток в зависимости от вида исследуемой культуры в растильне, стенки которой имеют высоту, равную оптимальной глубине заделки семян. При этом семена укладывают в ячейки растильни с имеющимися в верхней части прорезями, размер которых меньше габарита семядоли. Проводят подсчет количества петелек, которые вышли за пределы края растильни, а оценку качества семян проводят путем определения нормы высева по следующей формуле:
где Н - норма высева, кг/га; М - масса 1000 семян, г; К - количество всходов, шт./м2; Ч - чистота семян, %; ВЗ - всхожесть семян с петелькой более 3 см, %; В - всхожесть семян с петелькой менее 3 см, %; К - коэффициент (см. патент RU 2362318 С2, МПК А23К 1/16, опубл. 27.07.2009)
Основным недостатком данного способа является невозможность определить и отделить всхожие от невсхожих семян до их прорастания и большое количество времени на проведение анализа.
Также известен «Способ определения посевных качеств семян с учетом их плотности». Пробы семян помещаются в прозрачный цилиндрический сосуд, который заливают жидкостью, имеющей плотность на 2-3% ниже плотности семян, причем жидкость заливают до уровня, когда между слоями семян погрузившихся и всплывших образуется прозрачный пояс жидкости, затем семена перемешивают до прекращения перемещения их из одного слоя в другой, проводят раздельное измерение этих слоев по высоте, величину слоя погрузившихся семян делят на суммарную высоту обоих слоев и получают коэффициент плотности семян относительно плотности жидкости, характеризующий биологическую ценность семян, при этом чем выше плотность семян, тем выше их посевные качества (см. патент RU 2370010 С2, МПК А01С 1/00, опубл. 10.06.2009).
Недостатком данного способа является травмирование семян при их замачивании.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту и принятый авторами за прототип является способ оценки посевных качеств семян, для анализа качества семян берут навеску посевного материала, каждому семени присваивают номер, взвешивают на аналитических весах, на рентгеноскопической установке получают рентгенограммы семян и измеряют длину, ширину и периметр изображений. Сравнение проводится по следующим показателям: масса семян, площадь рентгенопрозрачности семян, длина семян, ширина семян, периметр непрозрачной части семян, удлиненность, длина гипокотиля 10-дневных проростков, вес гипокотиля 10-дневных проростков, вес надземной части 10-дневных проростков, вес семядолей 10-дневных проростков, среднее время появления всходов (см. а.с. SU 1667667, А01С 1/00 опубл. 07.08.1991).
Недостатками данного способа является значительная трудоемкость, занимает достаточно долгий период времени, требует большого количества ручной работы и при этом невозможно определить и отделить всхожие семена от невсхожих до их прорастания.
Раскрытие изобретения
Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа определения биологически ценных семян кукурузы, позволяющего сократить затраты труда, капитальных вложений и времени на проведение анализа по определению биологически ценного посевного материала, а также оснастить селекционеров объективным методом определения и отбора наиболее биологически ценного посевного материала кукурузы.
Технический результат, который может быть получен с помощью предлагаемого способа, сводится к сокращению затрат труда, капитальных вложений и времени на проведение анализа по определению качества семян кукурузы.
Технический результат достигается с помощью способа определения биологически ценных семян кукурузы.
Способ определения биологически ценных семян кукурузы включает фотографирование семян, при этом семена дополнительно обрабатывают электромагнитным полем (ЭМП) крайне высокой частоты (КВЧ), после которого проводят повторное фотографирование с последующим сравнением температуры каждого семени до и после воздействия электромагнитного поля крайне высокой частоты, при этом фотографирование и определение температуры проводят перед обработкой электромагнитным полем крайне высокой частоты с длиной волны 5,6 мм и частотой 53,3…53,7 ГГц с экспозицией 10-15 мин и после окончания воздействия электромагнитным полем крайне высокой частоты проводят повторное фотографирование и сравнение температуры семян, при этом если разница температур составит от 3,3°С до 5,3°С, то семена не являются биологически ценными, а если разница температур составит от 5,3°С до 7,1°С, то семена являются биологически ценными.
Сущность способа определения биологически ценных семян кукурузы заключается в следующем.
Анализируют качество семян кукурузы сорта Машук-250. Берут навеску семян, каждому семени присваивают номер и помещают в непроводящую тепло тару. Делают фотографию данной навески семян с помощью тепловизора. Затем эту навеску помещают под рупор излучателя ЭМП КВЧ на расстояние 1-4 см от излучателя и проводят обработку в течение 10-15 мин. Сразу по окончании времени воздействия ЭМП на семена делают повторную фотографию навески тепловизором. Полученные фотографии обрабатывают в специальной программе для персонального компьютера, предназначенной для анализа, обработки и архивирования изображений, записанных с помощью тепловизора. После сравнивают температуру каждого семени до и после воздействия на него ЭМП КВЧ. Если разница температур составит от 3,3°С до 5,3°С, то семена не являются биологически ценными, а если разница температур составит от 5,3°С до 7,1°С, то семена являются биологически ценными.
Краткое описание чертежей и других материалов
На фиг.1 дан способ определения биологически ценных семян кукурузы, фотография тепловизором семян кукурузы после воздействия ЭМП КВЧ.
На фиг.2 - то же, вид семян кукурузы, фотография цифровым фотоаппаратом.
На фиг.3 - то же, график влияния режимов предпосевной обработки ЭМП КВЧ на лабораторную всхожесть семян кукурузы.
На фиг.4, то же, график динамики нагрева семян кукурузы в зависимости от частоты воздействия ЭМП КВЧ.
На фиг.5 - то же, таблица разнокачественности семян в пределах одного початка кукурузы.
На фиг.6 - то же, таблица средней разницы нагрева семян кукурузы при воздействии на них ЭМП КВЧ.
На фиг.7 - то же, температура нагрева семян кукурузы при воздействии на них ЭМП КВЧ в зависимости от места расположения семян на початке.
Осуществление изобретения
Примеры конкретного выполнения способа определения биологически ценных семян кукурузы
Способ определения биологически ценных семян кукурузы характеризуется эффектом нагрева диэлектрика в переменном электромагнитном поле, отличается тем, что диэлектрические свойства семян зависят от химического состава растительных клеток, а сравнение семян в партии по качеству и оценку всей партии в целом проводят по уровню нагрева каждого семени в частности.
Проведение анализа проходит в следующем порядке:
1. Из объема посевного материала кукурузы берут навеску семян.
2. Данную навеску помещают в не проводящую тепло тару. Каждому семени присваивают номер.
3. Перед обработкой посевного материала электромагнитным полем (ЭМП) крайне высокой частоты (КВЧ) делается фотография навески семян тепловизором с техническими характеристиками: температурная чувствительность - <80 мК; Спектральный диапазон - 8-14 дм; погрешность - ±2°С, ±2% от показания.
4. Далее эту навеску помещают под рупор излучателя ЭМП КВЧ на расстоянии от 1 до 4 см от излучателя и производят обработку при экспозиции 15 минут и длине волны - 5,6 мм.
5. После окончания воздействия на семена ЭМП КВЧ делают повторную фотографию навески тепловизором Фиг.1 приложения.
6. Используя программу для персонального компьютера, предназначенную для анализа, обработки и архивирования изображений, записанных с помощью тепловизора, сравнивают полученные снимки.
С целью устранения источников помех при проведении инфракрасного измерения, таких как загрязнение воздуха, воздействие внешних источников излучения (солнце, электрические лампочки), резких перепадов температуры окружающей среды, эксперимент проводился в стерильной лаборатории, при закрытых дверях и жалюзи, с выключенным светом и другими электрическими приборами при стабильной температуре окружающей среды.
Качество семян - один из важнейших факторов определяющих рентабельность технологии возделывания сельскохозяйственных культур. Уровень современной техники и технологий по определению качества и отбору наиболее ценного посевного материала, основанный на различных свойствах семян: размер, масса, форма, физико-механических и химико-физических характеристиках, не гарантирует отбор посевного материала по уровню его физиологической зрелости.
Разнокачественность - различия семян в одной и той же партии по массе, форме, размеру и степени выполненности. Они могут различаться и по химическим, физиологическим и генетическим признакам. Разнокачественность влияет на их посевные качества и урожайные свойства (Гриценко В.В. Семеноведение полевых культур / В.В.Гриценко, З.М.Калошина. - М.: Колос, 1984. - 272 с).
И.Г.Строна (1966) выделяет три типа разнокачественности семян: экологическую, матрикальную и генетическую (Агроном + : Сайт о сельском хозяйстве и его модернизации. 2012. - Режим доступа: (27/05/2012)).
Наибольший интерес вызывает матрикальная разнокачественность - результат неодинакового местонахождения семян на материнском растении, что ведет к разному режиму их питания и разному влиянию материнского растения.
Особенности цветения, оплодотворения и условия, при которых они протекают, существенно влияют на качество семян (Володарский Н.И. Биологические основы возделывания кукурузы / Н.И.Володарский - М.: Колос, 1975. - 256 с.).
Цветение на одном соцветии происходит неодновременно. В разное время образуются также плоды и семена, что определяет разнокачественность семян (в пределах одного растения). Семена, сформировавшиеся позже или в неблагоприятный период, обычно более мелкие, худшего качества. (CoolReferat: Рефераты, книги, курсовые, дипломы, диссертации. 2012. - Режим доступа: 7956 (01/08/2012)).
Так, на початке кукурузы в связи с разными сроками формирования цветков по длине початка, разной скоростью роста столбиков женских цветков и разным расстоянием от местоположения цветков в початке до верхушки обертки нити столбиков появляется не одновременно. Первыми появляются из обертки початка столбики пестиков верней части нижней трети початка, затем цветение распространяется вверх и вниз от этой зоны. Последними появляются столбики пестиков верхушечных цветков. (Володарский Н.И. Биологические основы возделывания кукурузы / Н.И.Володарский. - М.: Колос, 1975. - 256 с).
Таким образом семена кукурузы с нижней и средней частей початка вследствие матрикальной разнокачественности являются более качественными по своим характеристикам. Это подтверждают и исследования Т.С.Чалык, Фиг.5 (Володарский Н.И. Биологические основы возделывания кукурузы / Н.И.Володарский. - М.: Колос, 1975. - 256 с).
Наиболее низкими посевными качествами характеризуются верхушки початка. Они отличаются наименьшим весом 1000 зерен, дают невыравненный стеблестой растений и заметно меньший урожай зерна.
Установлено, что семена в электрическом поле разделяются по совокупности физических и электрических свойств (электропроводность, диэлектрическая проницаемость). Эти свойства связаны с биохимическим составом семян и их физиологической зрелостью. Например, диэлектрическая проницаемость связанной воды в 40 раз меньше, чем свободной. Соотношение же форм связи влаги в зерне определяет его физиологическую зрелость (Шихсаидов, Б.И. Методы послеуборочной и предпосевной обработки семян с использованием электрического поля / Б.И.Шихсаидов, С.В.Бедоева, М.М.Абачараев, И.Б.Шихсаидов // Вестник дагестанского научного центра. - 2009. - №35. - с.11-17.
Пример 1. Проводят анализ по определению усвоения энергии ЭМП КВЧ семенами кукурузы, соответствующих ГОСТу Р 52325-2005 «Семена сельскохозяйственных растений. Сортовые и посевные качества. Общие технические условия», при длине волны λ=7,1 мм и частоте 42 ГГц, в зависимости от времени обработки, контролируют лабораторную всхожесть (ГОСТ-12038-84) и нагрев зерновок.
Перед проведением анализа из объема посевного материала берут навеску семян, которую помещают в непроводящую тепло тару. Каждому семени присваивают номер. Перед обработкой посевного материала ЭМП КВЧ делают фотографию навески семян тепловизором. Далее эту навеску помещают под рупор в зону действия ЭМП КВЧ на расстоянии от 1 до 4 см от излучателя и производят обработку, после окончания воздействия на семена ЭМП КВЧ делают повторную фотографию навески тепловизором.
Из графика на фиг.3, где представлена зависимость влияния режимов предпосевной обработки ЭМП КВЧ-диапазона на лабораторную всхожесть семян кукурузы, видно, что оптимальным временем обработки семян кукурузы при длине волны λ=7,1 мм является время t=10 мин, при котором лабораторная всхожесть увеличилась на 8%.
Динамика нагрева семян кукурузы при воздействии на них ЭМП КВЧ длиной волны λ=7,1 мм и частоте 42 ГГц представлена на графике фиг.4. Средний нагрев семян кукурузы при 15 мин обработки составил 2,4°С, минимальный нагрев - 2,1°С, максимальный нагрев - 2,6°С.
Такая небольшая разность между максимальным и минимальным нагревом посевного материала не позволяет достаточно точно проводить анализ качества посевного материала.
Пример 2. Проводят аналогично примеру 1, но при длине волны λ=5,6 мм и частоте 53 ГГц.
Из графика на фиг.3, где представлена зависимость влияния режимов предпосевной обработки ЭМП КВЧ-диапазона на лабораторную всхожесть семян кукурузы, видно, что оптимальным временем воздействия на семена кукурузы при длине волны λ=5,6 мм является время t=15 мин, при котором лабораторная всхожесть увеличилась на 11%.
Динамика нагрева семян кукурузы при воздействии на них ЭМП КВЧ длиной волны λ=5,6 мм и частоте 53 ГГц представлена на графике фиг.4. Средний нагрев семян кукурузы при 15 мин обработки составил 5,1°С, минимальный нагрев - 3,3°С, максимальный нагрев - 7,1°С.
Было подсчитано среднее распределение температуры семян кукурузы после воздействия на него ЭМП КВЧ в зависимости от расположения семян на початке. Результаты эксперимента и подсчета среднего распределения температуры зерновок семенного материала кукурузы представлен в таблице фиг.6 и рисунке фиг.7, так семена с верхней части початка нагрелись в среднем на 4,8°С, средней части на 5,3°С, нижней части на 6°С. Это объясняется тем, что семена кукурузы с нижней части початка, как говорилось ранее, являются более качественными по своим характеристикам.
Пример 3. Проводят аналогично примера 1, но при длине волны λ=4,9 мм и частоте 61 ГГц.
Из графика на фиг.3, где представлена зависимость влияния режимов предпосевной обработки ЭМП КВЧ-диапазона на лабораторную всхожесть семян кукурузы, видно, что оптимальным временем воздействия на семена кукурузы при длине волны λ=4,9 мм является время t=15 мин, при котором лабораторная всхожесть увеличилась на 10%.
Динамика нагрева семян кукурузы при воздействии на них ЭМП КВЧ длиной волны λ=4,9 мм и частоте 61 Ггц представлена на графике фиг.4. Средний нагрев семян кукурузы при 15 мин обработки составил 2,6°С, минимальный нагрев - 2,2°С, максимальный нагрев - 3°С.
Разность между максимальным и минимальным нагревами семян кукурузы при воздействии на них ЭМП КВЧ, равная 0,8°С, больше, чем в первом примере, однако остается недостаточно большой для проведения анализа качества семян кукурузы.
Таким образом, оптимальным является пример 2, так как установлено, что при длине волны ЭМП КВЧ, равной 5,6 мм, и частоте 53 ГГц достигается наибольшее повышение лабораторной всхожести и наибольший нагрев посевного материала, а следовательно, лучшее усвоение энергии ЭМП КВЧ. Данная частота является резонансной частотой для семян кукурузы.
Кроме того, на данной длине волны наблюдается наибольшая разность между максимальным и минимальным значениями нагрева, что является достаточным для определения качества семян кукурузы.
Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями имеет следующее преимущества:
- сокращение затрат труда на проведение анализа;
- сокращение капитальных вложений на проведение анализа;
- сокращение времени на проведение анализа по определению биологически ценных семян кукурузы.
Способ определения биологически ценных семян кукурузы, включающий фотографирование семян, отличающийся тем, что семена дополнительно обрабатывают электромагнитным полем крайне высокой частоты, после которого проводят повторное фотографирование с последующим сравнением температуры каждого семени до и после воздействия электромагнитного поля крайне высокой частоты, при этом фотографирование и определение температуры проводят перед обработкой электромагнитным полем крайне высокой частоты с длиной волны 5,6 мм и частотой 53,3-53,7 ГГц с экспозицией 10-15 мин и после окончания воздействия электромагнитным полем крайне высокой частоты проводят повторное фотографирование и сравнение температуры семян, при этом если разница температур составит от 3,3°С до 5,3°С, то семена не являются биологически ценными, а если разница температур составит от 5,3°С до 7,1°С, то семена являются биологически ценными.
