Способ предпосадочной обработки клубней семенного картофеля
Владельцы патента RU 2690937:
Федеральное Государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий российской академии наук" (RU)
Способ предпосадочной обработки семенного картофеля включает применение в составе суспензии для обработки наночастиц Fe и SiO2 при их дозировке соответственно НЧ Fe 16⋅10-4 моль/л и НЧ SiO2 6⋅10-3 моль/л в смеси со стабилизированным электрохимически активированным водным католитом с рН 8-9 и Eh=-400…-500 мВ. Обработку осуществляют в вакуумной среде при давлении 650-680 мм рт.ст. с одновременным перемешиванием в барабане с частотой вращения 10 об/мин в течение 5 мин. В качестве стабилизатора используют глицин в количестве 0,01 мас.%. Изобретение обеспечивает повышение энергии прорастания и всхожести семенного картофеля. 3 табл.
Изобретение относится к сельскому хозяйству и может найти применение при совершенствовании технологии возделывания картофеля.
Цель изобретения - стимулирование роста и развития растений.
Для ускорения энергии прорастания и всхожести клубней картофеля, а также в целях повышения его урожайности широко применяются предпосевные электро-, физио- и био- обработки [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8].
При проведении предпосевной электростимуляции семян зерновых культур в 40-ые годы XX века были выявлены явления: повышения всхожести, увеличение, как корней, так и листостебельной массы растений, развития скороспелости, повышения продуктивности культур и их качества [9, 10].
В интактном растительном организме формирование новых тканей и органов, составляющих основу роста и развития растений, находятся под постоянным влиянием эволюционно сложившихся и взаимосвязанных генетической, метаболической, гормональной, электрофизиологической и других систем [11, 12, 13].
Классическими экспериментами [14, 15, 16] достоверно установлено, что любой растительной клетке присуща электрическая полярность. При этом внутренняя часть клетки заряжена отрицательно по отношению к внешней среде и существующая напряженность может достигать до 100000 В/см [17, 18]. Между надземной и подземной массой растения во все периоды его роста и развития существует электрическая разность потенциалов, которая поддерживается электромагнитным полем земли и атмосферы. Причем корень по отношению к стеблю имеет положительный потенциал, стебель по отношению к корню - отрицательный. Постоянное напряжение находится в пределах 15-25 мВ, а плотность электрического тока достигает 4-8 мкА/см2.
Так в известном эксперименте повышение в почвенной среде положительного заряда привело к увеличению урожая зерна кукурузы на 4,7 ц/га, асмоченные семена в воде, зараженной аэроинами, повысили полевую всхожесть на 14-16%, что выше по сравнению с контролем - семенами, смоченными обычной природной водой [15].
Проведенный нами анализ результатов научных исследований [7, 8 … 16, 17] по вопросам предпосевной обработке семян в электрическом поле позволили нам сформулировать направление в разработке предлагаемого способа обработки клубней картофеля, сущность которого заключается в воздействии «электрохимической активации» (ЭХА) на систему тканей и крахмалистобелковую массу, которая в свою очередь изменила биоэлектрический потенциал клубня.
Используя достижения нанотехнологии применения НЧ при обработке семенного материала совместно в смеси с католитом, как допинг преодоления негативных воздействий [27], представляется возможность значительно повысить их энергию прорастания и всхожести [28, 29].
Известно, что недостаток кремния сдерживает рост и развитие растений. Выводы ведущих мировых ученых выдвигают свойства кремния на первое место [30]. При улучшении кремниевого питания повышается эффективность фотосинтеза и активность корневой системы [31].
Известно и возбуждающее влияние наночастиц железа на повышение энергии прорастания и всхожести семян, подтвержденное результатами исследований [32, 33, 34].
Аналогом влияния ЭХА католита [31] является электростимуляция семян путем обработки их аэроионами отрицательной полярности, представленная в исследованиях А.А. Чижевского [20].
Для решения задачи повышение эффективности применения представленных способов нами совмещено их влияние с вакуумной обработкой.
Анализ доступных источников информации не выявил применения наночастиц железа Fe оптимальной дозировки [35, 36] и НЧ оксида кремния SiO2 в смеси с католитом при обработке в вакуумной среде, как способ биостимуляции прорастания клубней семенного картофеля. При этом задачей являлось иустановление оптимальной дозировки применения НЧ SiO2 в сочетании с оптимальной для НЧ Fe в растворе католита при обработке клубней.
Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует патентоспособности «новизна».
Целью изобретения является повышение энергии прорастания и всхожести семенного картофеля. Поставленная цель достигается тем, что согласно предлагаемому способу клубни обрабатываются в вакуумной среде при давлении 650-680 мм рт.ст. в эмульсии ЭХА католитом с НЧ Fe оптимальной концентрации 16⋅10-4 моль/л и SiO2 6⋅10-3 моль/л, соответственно, с рН 8-9 и редокс-потенциалом Eh = -400…-500 мВ, стабилизированного аминокислотой с глицином в количестве 0,01 мас. % на установке с вращающимся барабаном с частотой 10 об/мин в течение 5 мин.
При эксперименте использовали наночастицы Fe (II) производитель ООО «Передовые порошки технологии» г. Томск и SiO2 производитель «Плазмотерм» г. Москва, ул. Тарутинская, д. 1
Для проверки результатов достижения поставленной цели в нашем эксперименте предпосевной обработке клубней семенного картофеля проращивание клубней осуществляли в вегетационной камере в течение 10-15 дней, что найдет применение при возделывании картофеля.
Использование предлагаемого способа электрохимической активации клубней картофеля позволяет исключить предпосадочное проращивание - яровизацию в течение от 40-60 дней, полнее использовать генетический потенциал, заложенный в сорте путем интенсивного прорастания жизнеспособной почки в течение 10-15 дней, что найдет применение в интенсивной технологии возделывания картофеля.
Для опыта использовали Сорт картофеля Ицил (селекционный номер 03.9.7), отобран из ботанических семян, полученных от скрещивания сортов Кондор и Фреско в лаборатории селекции картофеля ФГБНУ «Южно-Уральский научно-исследовательский институт садоводства и картофелеводства».
Режим обработки клубней картофеля представлены в таблице 1.
Для дезинфекции клубней картофеля при их подготовке к опыту обрабатывали 0,01%-ом растворе марганцовокислого калия.
Предлагаемый нами стабилизатор демонстрирует устойчивую противомикробную и противогрибковую активность, длительную сохранность редокс-потенциала катодного водного раствора и представляет собой аминокислоту из группы полярных (гидрофильных) незаряженных аминокислот в количестве 0,01 мас. %, в нашем эксперименте глицин [23].
Водный раствор католита с рН 8-9 и редокс-потенциалом Eh = -400…-500 мВ получали в эксперименте путем электролита водопроводной воды с помощью био-электроактиватора «Эсперо-1» [22].
Исходные данные используемой водопроводной воды в опыте соответствовали требованиям СанПин 2.1.4.1074-01 [24].
С целью определения влияния обработки клубня ЭХА католитом производили замеры напряжения между точкой роста (верхушечная почка) - отрицательной полярности и пуповиной клубня - положительной полярности.
Результаты эксперимента представлены в таблице №2.
Таким образом, предлагаемый предпосадочный способ обработки клубней семенного картофеля ЭХА католитом в вакуумной среде при давлении 650-680 кгс/см по III варианту (табл. 1, 2) показал, что энергия прорастания на 6 день превышала контроль, I и II вариант на 5% - 18%, а количество ростков на клубне на 15 день проращивания превысила показатели соответственно на 17,2%, 10,4% и 6,9%, т.е. исключает длительность предпосадочного светового проращивания - яровизацию в течение 15-20 дней и расширяет применимость способа выращивания картофеля в факторостатных лабораторных условиях.
Способ экологически чист и позволяет повысить максимальный потенциал сорта за счет повышения полярности клубня и совершенствования технологии возделывания картофеля, которые и предопределяют повышение, как качества сорта, так и урожайность на 30-40% [7, 12].
Литература
1. Авторское свидетельство SU №231951, 1967.
2. Труды Челябинского института механизации и электрификации сельского хозяйства, 1972. вып. 65. С. 52-55.
3. Бобров Л.Г., Гольц А.А., Иванов Г.И. Поточная линия для механизированной подготовки семенного картофеля к посадке. Алма-Ата, «Кайнар», 1973.
4. Авторское свидетельство SU №65657, 1976.
5. Авторское свидетельство SU №946428, 1982.
6. Авторское свидетельство SU №1116989, 1983.
7. Анисимов Б.В., Зебрин С.Н., Логинов С.И., Кузьмичев А.А. Новый стандарт - новый уровень качества семенного картофеля. В сб.: Развитие новых технологий селекции и создание отечественного конкурентоспособного семенного фонда картофеля: матер, межд. науч-практ. конф., серия «Картофелеводство», под редакцией С.В. Жеворы. 2016. С. 131-137.
8. Картофелеводство. Сб. науч. тр.: матер, межд. науч.-практ. конф. «Методы биотехнологии в селекции и семеноводстве картофеля» / ГНУ ВНИИКХ Россельхозакадемии, М., 2014. 286 с.
9. Артемьев Н.А. Проблемы энерговоздействия на рост растений. М., изд-во ВАСХНИЛ, 1936.
10. Евреинов М.Г. Применение электричества в сельском хозяйстве. ОГИЗ - Сельхоз, 198.
11. Кефели В.И. Рост растений и природные регуляторы. Физиология растений. Т. 25. вып. 5. М., Наука, 1978.
12. Агрономическая тетрадь. Возделывание картофеля по интенсивной технологии / Под общ. ред. Б.Ф. Хлевного. - М. : Россельхозиздат. 1986. 96 с.
13. Картофелеводство: история развития и результаты научных исследований по культуре картофеля. Сб. науч. тр. / ФГБНУ ВНИИКХ, под ред. С.В. Жеворы. М., 2015.449 с.
14. Изаков В.Я., Рыбин И.А. Биологические явления у животных и растений. Основы электробиологии. Свердловск, УГУ, 1973.
15. Воронцов Д.С Электричество в живом организме. «Знание», 1961.
16. Гунар И.И. проблема раздражимости растений и ее значение для дальнейшего развития физиология растений. Доклад на научной конференции академии им. Тимирязева, 9 декабря 1952. М., 1953.
17. Кочан А.Б. Электрофизиология. М., Высшая школа, 1969.
18. Рубин Б. Курс физиологии растений. М., Высшая школа, 1976.
19. Иванько И.П. Влияние электрического поля земли и растения. Механизация и электрификация соц. с/х, №1, 1977.
20. Чижевский А.Л. Аэроионофикация в народном хозяйстве. М.: Госпланиздат, 1960. С. 531-557.
21. Хасанова З.М., Наумов Л.Г. Предпосевная электрообработка семян. Уфа, Башкирское книжное изд-во, 1981. 112 с.
22. Бахир В.М., Задорожный Ю.Г., Леонов Б.И. и др. Электрохимическая активация: очистка воды и получение полезных растворов. М.: ВНИИМТ, 2001. 176 с.
23. Патент на изобретение RU №2234945, 2004.
24. СанПиН 2.1.4.1074-01 Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. - М.: Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава России. 2002. 103 с.
25. ГОСТ 12038-84 Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести. - Введ. 1986-07-01. - М.: Изд-во стандартов, 1985. С 5-9.
26. Семена сельскохозяйственных культур. Методы анализа. Сборник ГОСТов, - М.: ИПК Изд-во стандартов, 2004. С. 9-11.
27. Патент RU №2234945. Опубликовано 27.08.2004. Бюл. №14.
28. Виноградова Д.Л., Малышев Р.А., Фолманис Г.Э. Экономические аспекты применения нанотехнологий в земледелии / под. общ. ред. Г.В. Павлова - М.: Исследовательский центр проблем качеств подготовки специалистов. 2005. С. 8-34.
29. Коваленко Л.в., Фолманис Г.Э. Биологически активные нанопорошки железа. М.: Наука, 2006. 124 с.
30. Ma, J.F. et al. (2004) Characterization of Si uptake system and molecular mapping of Si transporter gene in rice. Plant Physiol. 136, 3284-3289.
31. Wang S.Y., Galletta G.J. Foliar application of potassium silicate induces metabolic changes in strawberry plants. Journal of Plant Nutrition. Vol. 21, Iss. 1, 1998.
32. Патент RU №2635103. Опубликовано 09.11.2017. Бюл. №31 (прототип)
33. Патент RU №2623471. Опубликовано 26.06.2017. Бюл. №
34. Патент RU №2627556. Опубликовано 08.06.2017. Бюл. №
35. Heather A. Currie, Carole С.Perry. Silica in plants: Biological, biochemical and chemical studies//Ann. Bot. 2007. December. 100 (7). P. 1383-1389.
36. Матыченков B.B., Бочарникова E.A., Кособрюхов A.A., Биль К.Я. О подвижных формах кремния в растениях // ДАН РАН. 2008. Т. 418. №2. С. 279-281.
Таблица 2
Влияние режимов обработки клубней семенного картофеля
Способ предпосадочной обработки клубней семенного картофеля, включающий использование наночастиц железа Fe размером 80 нм и наночастиц оксида кремния SiO2 размером 25 нм и оптимальной концентрацией их НЧ Fe 16⋅10-4 моль/л и НЧ SiO2 6⋅10-3 моль/л в смеси со стабилизированным электрохимически активированным водным католитом с рН 8-9 и Eh = -400…-500 мВ в вакуумной среде при давлении 650-680 мм рт.ст. с одновременным перемешиванием в барабане с частотой вращения 10 об/мин в течение 5 мин, при этом в качестве стабилизатора используют аминокислоту из группы полярных незаряженных аминокислот, представляющую собой глицин, в количестве 0,01 мас. %.
