Способ активации проращивания семян салатных культур при светодиодном монохроматическом освещении
Владельцы патента RU 2750265:
Автономная некоммерческая организация «Институт социально-экономических стратегий и технологий развития» (RU)
Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к растениеводству. Способ включает освещение светодиодами зеленого света. Семена проращивают 6 суток в стандартных условиях при комнатной температуре и увлажнении семян при постоянном монохроматическом излучении светодиодами зеленого света с длиной волны 525 нм при низкой интенсивности пучка фотонов в 1,44 мкмоль/(м2⋅с) на уровне подложки с семенами с получением микрозелени. Способ позволяет повысить эффективность, определять параметры излучения для салатных культур, повышающие их рост и развитие. 4 табл.
Изобретение относится к области сельского хозяйства и может найти применение для повышения всхожести семян растений в растениеводстве, в селекции и расширении области применения светодиодного монохроматического излучения в технологиях получения пророщенных семян салатных культур для здорового питания.
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, а другие показатели развития растений не учитываются, что снижает эффективность способа.
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 АО 1C 1/00, АО 1C 1/02).
В последние несколько десятилетий активно в практику сельскохозяйственной науки и биотехнологии входят агробиотехносистемы различных конструкций и модификаций, предназначенные для исследования процессов выращивания растений в контролируемых условиях проведения эксперимента. В России эти технические системы наиболее известны под термином фитотроны. Появились и модификации- фитотронов для решения вопросов выращивания растений, космического питания и медицины (Коновалова И.О., Беркович Ю.А., Ерохин А.Н., Смолянина С.О., О.С. Яковлева, А.И. Знаменский, И.Г. Тараканов, С.Г. Радченко, С.Н. Лапач. Обоснование оптимальных режимов освещения растений для космической оранжереи «Витацикл-Т» // Авиакосм, и экол. мед. - 2016. - Т. 50, № 4. - С. 28-36), а также класс фитотронов - синерготроны с программно-управляемыми параметрами, включая и режимы освещения светодиодными источниками света (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. - 208с. ISBN 978-5-94836-543-5).
Известно техническое решение, в котором растения картофеля in vitro облучают светодиодными источниками разного цвета (красного, синего, зеленого, белого) с различной интенсивностью в нанометрах. (Ю.Ц. Мартиросян, Л.Ю. Мартиросян, А.А. Кособрюхов. Динамика фотосинтетических процессов в условиях переменного спектрального облучения растений. Сельскохозяйственная биология, 2016, том 51, №5, с.680-687)
Однако в известном решении не выявлены четкие зависимости по росту и развитию растений и обозначены параметры одной изучаемой культуры при чередовании темноты и облучения разным световым спектром излучения для листьев картофеля в условиях фотосинтеза при вегетации культуры.
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 полидисперсный фотонный источник широкой области красного излучения и дает решение вопроса интенсификации роста растений салатной культуры только в фазе технической зрелости.
Известно, что влияние света на этапе прорастания семян мало связано с интенсивностью фотосинтеза, т.к. фотосинтетический аппарат - листья растений, еще не сформированы.
Наиболее близким к предлагаемому решению является изобретение, где в качестве биостимулятора используют светодиодное облучение семян и проращиваемых растений, причем светодиодный облучатель выполнен из красных, синих и ультрафиолетовых светодиодов (патент №2680590, опубликован 22.02.2019, Бюл. №6, МПК А01G9/20)
Недостатком способа прототипа является достаточно сложная система, подключения, управляемая компьютером, что снижает эффективность способа. Кроме того, не обозначены параметры длины излучения для повышения всхожести и скорости роста семян салатных культур, их качественных показателей.
Технический результат - повышение эффективности способа, определение параметров излучения для салатных культур, повышающих их рост и развитие.
Техническое решение заявленного объекта заключается в том, что способ активации проращивания семян салатной культуры при светодиодном монохроматическом освещении включает освещение светодиодами зеленого света, согласно изобретению, семена проращивают 6 суток в стандартных условиях при комнатной температуре и увлажнении семян при постоянном монохроматическом излучении светодиодами зеленого света с длиной волны 525 нм при низкой интенсивности пучка фотонов в 1,44 мкмоль/(м2⋅с) на уровне подложки с семенами с получением микрозелени.
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»). В качестве объекта исследований взят широко применяемый в России с 1996 г салат Дубачек МС, сорт селекции чешской компании Agrofirma Moravoseed.
Проращивание семян проводили согласно ГОСТ 12038-84 с изменениями, а именно: вместо фильтровальной бумаги использовали подложку из минеральной ваты в виде пластин 10*20 см (200 см2). Количество семян на вариант 0,2 г, повторность трехкратная. Полив проводили дистиллированной водой по мере подсыхания подложки. В качестве контроля использовали проращивание семян в темноте в соответствии с ГОСТ 12038-84, 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 6,53 мкмоль / (м2⋅с), 1,44 мкмоль / (м2⋅с) и 2,36 мкмоль / (м2⋅с), соответственно.
На 6-е сутки определяли всхожесть семян в контрольном, и опытных вариантах, на 3-и и 6-е сутки измеряли высоту ростков и на 6-е сутки продуктивность проростков в 3-х повторностях. Определяли среднее арифметическое по всхожести и измерением высоты и сырой биомассы 100 ростков (продуктивность).
Для оценки запуска в предлагаемом способе первичного фотосинтеза (автотрофного питания) определяли спектрофотометрически фотосинтетические пигменты в ростках. Для этого проводили экстракцию этанолом из образцов сырых ростков на 6-е сутки проращивания.
Результаты испытаний вариантов реализации способа приведены в таблицах 1, 2, 3 и 4.
Таблица 1. Всхожесть (6-е сутки) семян салата Дубачек МС в опытах и контроле
| Вариант опыта | Всхожесть, % | Изменение всхожести относительно контроля, % |
| Проращивание семян в темноте - контроль | 77,2 | - |
| Проращивание семян при постоянном освещении СД СС 440 нм, 6,52 мкмоль / (м2⋅с) |
76,3 | - 1,2 |
| Проращивание семян при постоянном освещении СД ЗС 525 нм, 1,44 мкмоль / (м2⋅с) |
81,9 | + 6,1 |
| Проращивание семян при постоянном освещении СД КС 660 нм, 2,36 мкмоль / (м2⋅с) |
82,4 | + 6,7 |
Применение предложенного способа с использованием монохроматического освещения СД ЗС и СД КС позволяет повысить всхожесть семян салата Дубачек 6,1 и 6,7%, соответственно, по сравнению с контролем при незначительном снижении всхожести семян на 1,2% для варианта СД СС (табл. 1).
Применение предложенного способа приводит к уменьшению роста ростков на 3-и и 6- е сутки на 37,5% и 26,9% только для варианта использования СД СС (табл.2). При этом, для этого варианта наблюдается и снижение продуктивности салата по росткам на 4,8% (табл.3).
Для вариантов опытов с освещением СД ЗС и СД КС существенно высота ростков увеличивается как на 3-и сутки проращивания на 71,9% и 12,5%, так и на 6-е сутки на 21,2% и 9,6%, соответственно (табл.2). При этом, только для случая освещения СД ЗС отсутствуют изменения продуктивности по росткам салата (отсутствие достоверных различий с контролем) в отличие от снижения продуктивности на 13,0% для пророщенных ростков салата в варианте освещения СД КС (табл.3). Таким образом, только вариант СД ЗС позволяет получить ростки пророщенного салата на 6-е сутки без потери продуктивности относительно контрольного варианта проращивания в темноте.
Принципиальным моментом для оценки предлагаемого способа служат также 2 критерия:
- скорость роста салата первые 3-е суток за счет внутренних ресурсов питательных веществ семени;
- появление в составе проростков фотосинтетических пигментов к 6-м суткам проращивания.
Таблица 2. Высота (мм) ростков на 3-и и 6-е сутки проращивания семян салата сорта Дубачек МС в опытах и контроле
| Вариант опыта | Высота ростков, мм, 3 сутки | Изменение высоты относительно контроля, % | Высота ростков, мм, 6 сутки | Изменение высоты относительно контроля, % |
| Проращивание семян в темноте - контроль | 32 | - | 52 | - |
| Проращивание семян при постоянном освещении СД СС 440 нм , 6,52 мкмоль / (м2⋅с) |
20 | - 37,5 | 38 | - 26,9 |
| Проращивание семян при постоянном освещении СД ЗС 525 нм, 1,44 мкмоль / (м2⋅с) |
55 | + 71,9 | 63 | + 21,2 |
| Проращивание семян при постоянном освещении СД КС 660 нм, 2,36 мкмоль / (м2⋅с) |
36 | + 12,5 | 57 | + 9,6 |
Таблица 3. Продуктивность ростков (масса 100 ростков, г) на 6-е сутки проращивания семян салата Дубачек МС в опытах и контроле
| Вариант опыта | Продуктивность - масса 100 ростков, г | Изменение продуктивности относительно контроля, % |
| Проращивание семян в темноте - контроль | 5,40 | - |
| Проращивание семян при постоянном освещении СД СС 440 нм , 6,52 мкмоль / (м2⋅с) |
5,14 | - 4,8 |
| Проращивание семян при постоянном освещении СД ЗС 525 нм, 1,44 мкмоль / (м2⋅с) |
5,38 | - 0,4 |
| Проращивание семян при постоянном освещении СД КС 660 нм, 2,36 мкмоль / (м2⋅с) |
4,70 | - 13,0 |
По этим дополнительным критериям выбранный вариант светодиодного освещения зеленым светом с длиной волны 525 нм удовлетворяет критерию 1. Так, скорость роста проростков семян салата на 3-и сутки составила для контроля 32 мм/3 сут. = 11,0 мм/сутки и для предлагаемого способа 55 мм/3 сут. = 18,0 мм/сут. (табл.3). Т.е. при использовании предлагаемого способа скорость роста проростков семян салатной культуры возросла на 63,6% при использовании варианта освещения СД ЗС.
Также, предложенный вариант реализации способа с использованием освещения СД ЗС удовлетворяет и 2-му дополнительному критерию по наличию в ростках фотосинтетических пигментов, что уже на 6-е сутки дает возможность реализовывать технологии получения микрозелени для здорового питания с содержанием в проростках хлорофилла а и b и каратиноидов (табл.4)
Таблица 4. Содержание хлорофиллов а и b и каратиноидов в ростках на 6-е сутки проращивания семян салата сорта Дубачек МС в опытах и контроле
| Вариант опыта | Хлорофилл а, мкг/мл | Хлорофилл b, мкг/мл | Каротиноиды мкг/мл |
| Проращивание семян в темноте - контроль | - | - | - |
| Проращивание семян при постоянном освещении СД ЗС 525 нм, 1,44 мкмоль / (м2⋅с) | 2,15 | 2,85 | 1,32 |
Таким образом, использование предлагаемого способа с применением низкоэнергетического излучения светодиодных светильников СД ЗС (интенсивности излучения 1,44 мкмоль / (м2⋅с)) при проращивании семян салатной культуры позволяет получать пророщенные семена с содержанием биологически активных компонентов - продуктов первичного фотосинтеза: хлорофиллы а и b, каратиноиды при повышении всхожести семян, скорости роста и высоты ростков при сохранении продуктивности.
Это позволяет получать новый тип пророщенных семян на 6 сутки с фотосинтетическими пигментами как микрозелень для здорового питания.
Способ активации проращивания семян салатной культуры при светодиодном монохроматическом освещении, включающий освещение светодиодами зеленого света, отличающийся тем, что семена проращивают 6 суток в стандартных условиях при комнатной температуре и увлажнении семян при постоянном монохроматическом излучении светодиодами зеленого света с длиной волны 525 нм при низкой интенсивности пучка фотонов в 1,44 мкмоль/(м2⋅с) на уровне подложки с семенами с получением микрозелени.
