CC BY
51
Биологические аспекты применения наноматериалов и нанотехнологий в лесном хозяйстве
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ НАНОТЕХНОЛОГИЙ ПРИ ПОДГОТОВКЕ СЕМЯН К ПОСЕВУ
А.Р РОДИН, проф. каф. лесных культурМГУЛ, засл. лесовод РСФСР, д-р с.-х. наук, Е.А. КАЛАШНИКОВА, проф. РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, д-р с.-х. наук
Важной проблемой лесного хозяйства России является воспроизводство лесов. При этом новые искусственные леса создают главным образом семенным способом - посадкой растений, выращенных из семян или посевом семян. Результативность искусственных лесов во многом зависит от жизнеспособности биологической системы семян в период их посева в грунт, и это недостаточно учитывается при выращивании посадочного материала. Подтверждением этому, в определенной степени, являются завышенные нормы высева. Например, в соответствии с действующими нормами при выращивании сеянцев сосны на один погонный метр посевной строчки высевают 250 семян первого класса качества, а плановый выход сеянцев составит 43 растения [3].
Для повышения биологической активности семян в этот период применяют различные способы подготовки их к посеву. Например, сейчас уже обнаружено и изучено в той или иной степени более 5 тыс. соединений химического, микробиологического и растительного происхождения, обладающих регуляторным действием. Из них в мировой практике используется около 1 %. Вышли на стадию практического применения препараты третьего поколения, гектарные дозы которых исчисляются миллиграммами. В последнее время находят применение экологически чистые биопрепараты на основе молочнокислых бактерий и полезных микроорганизмов, обеспечивающих активацию прорастания семян в грунте [2].
Проведенные нами теоретические и экспериментальные поисковые исследования позволяют считать, что перспективными способами подготовки семян хвойных пород будет предпосевная обработка их путем использования нанотехнологий.
Активизация жизнеспособности биологической системы семян, повышение грунтовой всхожести и усиление роста проростка достигается обработкой семенного материала нанопорошками - наноразмерными частицами металлов. Эти частицы имеют размер от 18 до 50 нанометров, что позволяет им легко проникать через поры и распределяться внутри семени. Активные компоненты нанопорошков составляют металлы (железо, медь, марганец, цинк и магний) в ультрадисперс-тном состоянии. Эти препараты обладают уникальными свойствами: они экологически безопасны, экономически выгодны и способствуют более эффективному повышению продуктивности растений. Кроме того, обработка семян, например наночастицами серебра, приводит к ингибированию развития патогенной микрофлоры, что обеспечивает формирование из семян высококачественного посадочного материала с его дальнейшим сохранением.
При обработке нанопорошками металлов покой семян прерывается и биологическая система переходит в возбужденное состояние.
В этом случае электроны атомов переходят на более высокие энергетические уровни; в эндосперме и в зародыше семян активизируются ферменты, приводящие к усиленному переводу запасных питательных веществ из неусвояемой для зародыша и проростка формы в усвояемую в виде сахаров (сахароза, фруктоза, глюкоза, раффиноза), свободных аминокислот и органических кислот; усиливается протекание окислительных процессов, приводящих к образованию физиологически активных веществ, положительно влияющих на зародыш и вызывающих его интенсивный рост и развитие; возрастает дыхание; происходят физико-химические из-
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 7/2012
65
Биологические аспекты применения наноматериалов и нанотехнологий в лесном хозяйстве
менения в семенах, что обеспечивает начало роста зародыша.
Положительное влияние обработки наноразмерными частицами металлов объясняется и тем, что ионы металлов являются энергетическими источниками и участвуют в переносе электронов при дыхании лесных и травянистых растений и синтезе хлорофилла. При взаимодействии с биологическими объектами нанопорошки металлов представляют множество источников энергии ионов металлов, постоянно образующих определенную концентрацию вокруг каждой частицы.
Таким образом, при предпосевной подготовке семян лесных растений наноразмерными частицами металлов прерывается состояние покоя семенного материала, активизируются биохимические процессы в биологической системе семени, энергия прорастания и всхожесть повышаются, а образовавшиеся всходы и проростки из таких семян отличаются более интенсивным ростом и повышенным иммунитетом к болезням и вредителям.
При подготовке семян к посеву в перспективе может быть использована также квантово-резонансная технология (SSF), разработанная российскими учеными и запатентованная в России и в Евроазиатской патентной конвенции. Она включает элементы натотехнологии, когерентной химии, теории нелинейных колебаний, стохастического резонанса, эффекта сверхмалых доз, нацеленной на управляемое изменение характеристик биологических объектов различной природы. Применяемый водородный газоразрядный генератор генерирует сверхслабое поле [1].
Экспериментально доказано, что воздействие SSF на растительный организм приводит к активации электронного комплекса молекул, их ионизации, образованию свободных радикалов и т.д., что, в свою очередь, повышает интенсивность биохимических реакций, активность ферментных систем и изменяет метаболизм в целом растении. Этот комплекс условно можно разделить на 3 этапа, гармонично перетекающих друг в друга:
1) физический этап - возбуждение атомов и молекул, разрыв некоторых хими-
ческих связей, образование коротко- и долгоживущих парамагнитных частиц, излучение энергии и др.;
2) химический этап - усиление окислительно-восстановительных реакций, изменение скорости ферментных реакций и трансмембранного переноса вещества, активизация биосинтеза, изменение макромолекул и, в некоторых случаях, нуклеиновых кислот, белков, комплексных полисахаридов и т.д.;
3) биологический этап - изменение мембранных систем и биохимических структур клеток, метаболизм, эпигенез, морфогенез, мутагенез, продуктивность и т.д.
На химическом и биологическом этапах действие поля аналогично действию эндогенных гормонов или синтетических регуляторов роста, связанных с активацией структурно-метаболических и эпигенетических процессов в биообъектах.
Использование квантово-резонансной технологии активизирует физиолого-биохимические процессы семян, в результате чего повышается их грунтовая всхожесть, усиливается рост проростка.
Например, было установлено, что после восьмилетнего хранения всхожесть семян ели европейской составляла 23 %, а лиственницы сибирской - 28 %. После их обработки SSF всхожесть повысилась и составила соответственно 48 % и 71 %. Эффективность нанотехнологий и квантово-резонансной возрастает при обработке долго хранившихся семян или хранившихся в неблагоприятных условиях.
Библиографический список
1. Калашникова, Е.А. Перспективы использования энергоинформационного поля при искусственном лесовыращивании / Е.А. Калашникова, В.М. Ковалев, Д.В. Белов, А.Р. Родин // Лесное хозяйство.
- 1998. - № 4. - С. 21-23.
2. Родин, А.Р, Попова Н.Я., Стукушин Н.М. Исполь-зоавание высокоэффективных фиторегуляторов роста при выращивании посадочного материала / А.Р Родин, Н.Я. Попова, Н.М. Стукушин // Вестник МГУЛ-Лесной вестник. - 2000. - № 6 (15).
- С. 189-190.
3. Справичник лесовода: под общ. ред. В.П. Ращупкина. - М.:ВНИИЛМ. - 2007. - 608 с.
66
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 7/2012
