Способ активации проращивания семян сахарной свеклы при светодиодном монохроматическом освещении
Владельцы патента RU 2742535:
Автономная некоммерческая организация «Институт социально-экономических стратегий и технологий развития» (RU)
Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к растениеводству, может найти применение для повышения всхожести семян сахарной свеклы, в селекции с использованием агробиотехносистем с искусственным освещением для получения новых биотипов растений и в технологиях получения пророщенных семян и микрозелени. Сущность изобретения заключается в том, что семена после посева проращивают при комнатной температуре и увлажнении семян с применением в качестве источника света монохроматического непрерывного освещения светодиодами синего света с длиной волны 440 нм или зеленого света с длиной волны 525 нм при генерации фотонов низкой интенсивности в диапазоне 6,52 - 1,44 мкмоль/м2·с на уровне подложки с семенами. Способ позволяет расширить возможности использования светодиодного освещения в варианте монохроматических спектров синего, зеленого света для повышения всхожести семян сахарной свеклы, продуктивности ростков при проращивании для получения пророщенных семян и микрозелени и использования в селекции для получения новых биотипов растения. 2 табл.
Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности, в растениеводстве, может найти применение для повышения всхожести семян, в селекции с использованием агробиотехносистем с искусственным освещением в технологиях получения пророщенных семян сахарной свеклы и получения микрозелени.
Известна технология применения светодиодных источников света в светокультуре растений в теплицах и оранжереях, которая дает возможность длительного постоянного облучения комбинированным светом с включением в световой поток полихромного освещения красного (СД КС), синего (СД СС) и зеленого (СД ЗС) светов (Курьянова И.В., Олонина С.И. Оценка влияния различных спектров светодиодного светильника на рост и развитие овощных культур» Вестник НГИЭИ, 2017.№7(74) с.35-44)
Такие источники света предлагаются многими производителями как фитолампы. Как правило, искусственное освещение для различных видов растений в теплицах исследуется только с точки зрения возможности повышения фотосинтеза на разных стадиях вегетативного и генеративного развития при вегетации конкретных растений в условиях защищенного грунта.
Известно также техническое решение, где для каждого растения конкретно исследуются вопросы влияния искусственного освещения в различных его составляющих, по спектрам электромагнитного излучения, интенсивности, и времени воздействия на разных этапах вегетации и фотосинтеза, при разработке элементов технологий для защищенного грунта (патент №2601055,опубликован 27.10.2014 Бюл.№30. МПК А01С1/00, А01С1/02)
Известен способ фитостимуляции растений в теплице путем облучения растений в ультрафиолетовом диапазоне УФ-В длин волн в течении всего времени вегетаци и разовыми дозами облучения 3-25 Вт/м2 в пределах 50-120 Дж/м2 в течении 3-20 сек с периодичностью 1 раз в 1-4 суток. При этом авторы делают акцент на снижение числа микроорганизмов в теплице и на поверхности растений, при таких режимах с минимальным негативным воздействием на инициирование окислительных процессов, сказывающихся на продуктивности растений (патент №2674599, опубликован 11.12.2018 Бюл.№35. МПК А01G7/04, А01G9/20)
Авторы не рассматривают вопросы первичного этапа проращивания семян растений, а предложенный диапазон жесткого УФ спектра, средние уровни интенсивности и временные диапазоны с кратностью запуска светового излучения рассматривают как воздействие на микрофлору растений для обеззараживания, что и является одним из факторов улучшения выращивания в теплице.
Также, известна система искусственного фитоосвещения, которая позволяет использовать светодиодный светильник с реализацией его возможностей использования спектров излучения синего, красного, дальнего красного света в соотношении 1:3:1 (патент №2723725, опубликован 17.06.2020 Бюл.№17. МПК А01G9/20, A01G 7/04, F21S 2/00). Авторы за счет набора светодиодов с реализацией максимальных интенсивностей и возможностей использования конкретного набора светодиодов широкого диапазона излучения, предлагают унификацию своей системы освещения для широкого ряда растительных культур в теплицах. При этом, авторы не учитывают особенности специфичности первичного отклика генома разных растений на спектры освещения и интенсивности пучков фотонов первой стадии проращивания до начала истинного фотосинтеза после формирования истинных первых 4-х листьев растений. Число вариаций реализации таких систем освещения при определении оптимума для конкретного растения составляет огромное количество, и ориентация на спектры поглощения света для фотосинтеза может оказаться малоприемлимым на стадии проращивания и формирования первичных всходов в виде микрозелени.
Известно, что влияние света на этапе прорастания семян мало связано с интенсивностью фотосинтеза, т.к. фотосинтетический аппарат - листья растений, еще не сформированы.
Вопрос об использовании вышеперечисленных подходов реализации искусственного освещения, например для технической культуры сахарной свеклы остается открытым.
Известно, что при досвечивании горчицы салатной в фазе технической зрелости растений светодиодными светильниками с красным и синим полидисперсным спектром можно управлять продуктивностью растений и параметрами антиоксидантной активностью ее зеленой массы (Зеленков В.Н., Кособрюхов А.А., Лапин А.А., Латушкин В.В./ Продуктивность и антиоксидантная активность горчицы салатной при облучении красным и синим светом в замкнутой системе фитотрона класса синерготрон ИСР-1.1. // Жизненный цикл и экология растений: регуляция и управление средой обитания в агробиотехносистемах. Сборник научных трудов. Выпуск 1/ под редакцией проф. В.Н. Зеленкова - М.: Техносфера, 2018 - С.144-154. ISBN 978-5-94836-543-5, DOI: 10.22184/978-5-94836-543-5-142-152.
Однако, данный аналог рассматривает источник света в красной области излучения светодиодного светильника как полихроматический источник фотонов широкой области красного излучения и дает решение вопросов интенсификации роста растений салатной культуры в фазе технической зрелости салата.
Близким к предлагаемому решению является исследование в ВНИИ лекарственных и ароматических растений при рассмотрении фактора освещения при проращивании семян лекарственных растений с длительным периодом покоя, что снижает эффективность их применения в лекарственном растениеводстве из-за низкой всхожести, как лабораторной, так и полевой. Авторы работы - прототипа используют полные спектры излучателей красного и синего света, при проращивании семян паслена и белладонны (Н.Ю. Свистунова, П.С. Савин. Влияние различных условий на всхожесть семян некоторых лекарственных растений после длительного хранения / Идеи Н. И. Вавилова в современном мире: тезисы докладов в IV Вавиловской международной конференции. -Санкт-Петербург, 20–24 ноября 2017 г. СПб.: ВИР, 2017, с.149). В известном способе авторы применяют спектры синего и красного освещения широкого диапазона и высокой энергетической составляющей генерируемых пучков фотонов. Наиболее эффективным для реализации проращивания семян лекарственных растений белладонны и паслена оказался вариант с красным освещением семян при проращивании. Однако авторы не указывают интенсивности освещения и точных длин волн красного и синего света, что является существенным для практической реализации способа в технологиях проращивания для других сельскохозяйственных культур. Это не позволяет применить приведенные данные авторов, например, для сельскохозяйственной культуры сахарной свеклы при проращивании семян. Наиболее близким техническим решением является способ светодиодного облучения семян сахарной свеклы (СN107105625 А, 29.08.2017), в котором осуществляют облучение семян ультрафиолетовыми лучами. Однако, в способе – прототипе отсутствуют конкретные параметры облучения при освещении монохроматическим спектром света для получения качественной продукции в течение всего проращивания семян и получения первичной микрозелени в закрытой агробиотехносистеме.
Технический результат - расширение возможностей использования светодиодного освещения в варианте монохроматических спектров синего, зеленого света для повышения всхожести семян сахарной свеклы, продуктивности ростков при проращивании для получения пророщенных семян и микрозелени.
Техническое решение заявленного объекта заключается в том, что в отличие от способа - прототипа, семена сахарной свеклы проращивают при комнатной температуре и увлажнении с получением первичной микрозелени и применением в качестве источника света монохроматического непрерывного освещения светодиодами синего света с длиной волны 440 нм или зеленого света с длиной волны 525 нм при генерации фотонов низкой интенсивности в диапазоне 6,52 – 1,44 мкМоль/м2·с на уровне подложки с семенами.
Способ осуществляют следующим образом:
Исследования проводили с использованием экспериментального образца агробиотехносистемы - синерготрона с цифровым программным управлением основными параметрами среды (модель 1.01. конструкции АНО «Институт стратегий развития», Москва). В качестве объекта исследований взята техническая сельскохозяйственная культура - сахарная свекла сорта Смена F1.
ПРИМЕР
Проращивание семян сахарной свеклы осуществляли в соответствии с ГОСТ 22617.2-94 («Семена сахарной свеклы. Методы определения всхожести, одноростковости и доброкачественности») с модификацией методики, а именно: вместо фильтровальной бумаги использовали подложку из минеральной ваты в виде пластин 20*20 см (400 см2). Количество семян 2,0 г, повторность трехкратная. Полив проводили дистиллированной водой по мере подсыхания подложки. В качестве контроля использовали проращивание в темноте.
Проращивание семян сахарной свеклы в темноте а также 3 опытных варианта с монохроматическим светодиодным низкоэнергетическим освещением синего (СД СС), зеленого (СД ЗС) и красного (СД КС) света с длинами волн 440 нм, 525 нм и 660 нм и интенсивностью 6,52 мкМоль / м2·с, 1,44 мкМоль / м2·с и 2,36 мкМоль / м2·с, соответственно.
На 4-е сутки определяли энергию проращивания семян, на 10-е сутки определяли всхожесть семян в контрольных и опытных вариантах. Измеряли высоту, продуктивность проростков (средняя масса по 100 проросткам) в 3-х повторностях. Определяли среднее арифметическое энергии, всхожести и сырой биомассы 100 ростков (продуктивность). Высоту ростков определяли на 6-е сутки и на 10-е сутки.
Результаты испытаний реализации способа приведены в таблицах 1 и 2.
Таблица 1. Энергия прорастания (4-е сутки) и всхожесть (10-е сутки) семян сахарной свеклы сорта Смена F1
| Вариант опыта | Энергия, % | Изменение энергии относит. контроля, % | Всхожесть,% | Изменение всхожести относит. контроля, % |
| Проращивание семян в темноте - контроль | 54 | - | 86 | - |
| Проращивание семян при постоянном освещении СД СС 440 нм, 6,52 мкМоль / м2·с | 66 | +22,2 | 88 | +2,3 |
| Проращивание семян при постоянном освещении СД ЗС 525 нм, 1,44 мкМоль / м2·с | 54 | 0 | 86 | 0 |
| Проращивание семян при постоянном освещении СД КС 660 нм, 2,36 мкМоль / м2·с | 44 | - 22,7 | 56 | - 34,9 |
Применение предложенного способа, с использованием разных спектров светодиодных источников синего (СД СС), зеленого (СД ЗС) и красного (СД КС) света с длинами волн 440 нм, 525 нм и 660 нм с низкой интенсивностью при проращивании семян 6 суток при монохроматическом непрерывном освещении ведет к снижению энергии проращивания и всхожести относительно контроля для СД КС на 22,7% и 34,9%, соответственно. Для вариантов освещения СД СС и СД ЗС наблюдается увеличение на 22,2% и сохранение энергии проращивания, соответственно. Для этих же вариантов наблюдается такая же закономерность и для всхожести семян - увеличение на 2,3% и сохранение показателя для СД СС и СД ЗС, соответственно (таблица 1).
Таблица 2. Высота (см) растений на 6-е и 10-е сутки и продуктивность ростков (масса ростков, г) на 10-е сутки проращивания семян сахарной свеклы (сорт Смена F1)
| Вариант опыта | Высота ростков, см на 6-е сутки | Изменение высоты к контролю, % | Высота ростков на 10-е сутки, см | Изменение высоты к контролю, % | масса 100 ростков, г | Изменение массы ростка к контролю, % |
| Проращивание семян в темноте | 6,6 | - | 8,8 | - | 5,05 | - |
| Проращивание семян при постоянном освещении СД СС 440 нм, 6,52 мкМоль / м2·с |
6,3 | - 4,5 | 6,3 | - 28,4 | 5,42 | +7,3 |
| Проращивание семян при постоянном освещении СД ЗС 525 нм, 1,44 мкМоль / м2·с |
7,8 | +18,2 | 7,8 | - 11,4 | 6,05 | +19,8 |
| Проращивание семян при постоянном освещении СД КС 660 нм, 2,36 мкМоль / м2·с |
2,6 | - 60,6 | 2,9 | - 67,0 | 2,34 | - 53,7 |
Для варианта освещения СД КС наблюдается существенное снижение как высоты ростков на 60,6% (на 6-е сутки) и на 67,0% (на 10-е сутки) при высоком снижении продуктивности биомассы ростков на 53,7% относительно контроля (табл.2).
Для вариантов испытания способа СД СС наблюдается незначительное снижение высоты ростков на 4,5% на 6-е сутки проращивания и значительное снижение высоты на 28,4% при повышении продуктивности на 7,3% (табл.2). Эти данные говорят о формировании низкорослых биотипов ростков и микрозелени сахарной свеклы в этом варианте освещения.
Для СД ЗС наблюдается существенное увеличение продуктивности (прирост биомассы на 19,8%) при повышении высоты ростков на 18,2% на 6-е сутки проращивания и при уменьшении высоты ростков на 11,4% (по отношению к контролю) при продолжении проращивания на 10-е сутки проращивания семян (табл.2).
Это позволяет получать пророщенные семена сахарной свеклы с повышенной биологической активностью относительно контроля (темнового проращивания семян) с повышением продуктивности при формировании первичной микрозелени с использованием только гетеротрофного питания за счет семенного запаса питательных веществ и активации процессов проращивания монохроматическим излучением светодиодных источников фотонов низкой интенсивности.
Таким образом, использование предлагаемого способа с применением низкоэнергетического излучения монохроматического светодиодного светильника СД СС 440 нм (интенсивности излучения 6,52 мкМоль / м2·с) или варианта СД ЗС 525 нм (интенсивности излучения 1,44 мкМоль / м2·с), позволяет получать пророщенные семена сахарной свеклы в форме первичной микрозелени с содержанием новых фотосинтетических биологически активных компонентов - продуктов гетеротрофного питания ростков и первичного фотосинтеза уже на 10 сутки для здорового питания, а также использовать этот подход для получения новых биотипов растения сахарной свеклы для селекции.
Способ активации проращивания семян сахарной свеклы при светодиодном монохроматическом освещении, включающий освещение семян разными спектрами, отличающийся тем, что семена проращивают при комнатной температуре и увлажнении с получением первичной микрозелени и применением в качестве источника света монохроматического непрерывного освещения светодиодами синего света с длиной волны 440 нм или зеленого света с длиной волны 525 нм при генерации фотонов низкой интенсивности в диапазоне 6,52-1,44 мкмоль/м2·с на уровне подложки с семенами.
