CC BY
69
Сведения об авторах
Казакова Алия Сабировна - доктор биологических наук, профессор кафедры «Агрономия и селекция сельскохозяйственных культур», Азово-Черноморский инженерный институт - филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зернограде (Ростовская область, Российская Федерация). Тел.: 8 (86359) 35-9-96. E-mail: [email protected].
Майборода Светлана Юрьевна - кандидат биологических наук, доцент кафедры «Агрономия и селекция сельскохозяйственных культур», Азово-Черноморский инженерный институт - филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зернограде (Ростовская область, Российская Федерация). Тел.: 8 (86359) 41-5-02. E-mail: [email protected].
Юдаев Игорь Викторович - доктор технических наук, профессор кафедры «Теплоэнергетика и информационно-управляющие системы», заместитель директора по научной работе, Азово-Черноморский инженерный институт - филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зернограде (Ростовская область, Российская Федерация). Тел.: +7-905-397-64-17. E-mail: [email protected].
Information about the authors
Kazakova Aliya Sabirovna - Doctor of Biological Sciences, professor of the Selection and seed production of agricultural crops department, Azov-Black Sea Engineering Institute - branch of FSBEI HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov region, Russian Federation). Phone: 8 (86359) 35-9-96. E-mail: [email protected].
Mayboroda Svetlana Yurievna - Candidate of Biological Sciences, associate professor of the Selection and seed production of agricultural crops department, Azov-Black Sea Engineering Institute - branch of FSBEI HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov region, Russian Federation). Phone: 8 (86359) 41-5-02. E-mail: [email protected].
Yudaev Igor Viktorovich - Doctor of Technical Sciences, professor of the Heat power engineering and information control systems department, deputy director of scientific work, Azov-Black Sea Engineering Institute - branch of FSBEI HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov Region, Russian Federation). Phone: +7-905-397-64-17. E-mail: [email protected].
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.
УДК 631.53.027:633.16:581.142
ВЛИЯНИЕ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН ЯЧМЕНЯ ПЕРЕМЕННЫМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПОЛЕМ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЗАПАСНЫХ ВЕЩЕСТВ ЭНДОСПЕРМА
©2019 г. А.С. Казакова
Одним из перспективных способов предпосевной обработки семян является применение электромагнитного поля, в частности, переменного электромагнитного поля промышленной частоты (ПЭМП ПЧ). Это недорогой и экологически безопасный способ повышения всхожести семян и увеличения урожайности. Обработка семян в ПЭМП ПЧ приводит к существенному увеличению энергии прорастания, что способствует быстрому поглощению воды семенами и прорастанию. Однако остается невыясненным вопрос, за счет чего формируются более мощные проростки после предобработки семян - за счет ускоренного расходования запасных веществ эндосперма семени или же за счет их более эффективного использования. В связи с этим целью данной работы явилось изучение коэффициента синтетической эффективности (КСЭ) у проростков, полученных из обработанных семян. КСЭ представляет собой отношение абсолютно сухой массы (АСМ) проростка к АСМ массе семени, которая за этот период была израсходована. Объектом исследования явились 20 образцов ярового ячменя. Семена обрабатывали в ПЭМП ПЧ на лабораторной установке 1 секунду, оставляли для отлежки на 4 суток, а затем закладывали на проращивание. Через 7 суток определяли АСМ проростков и семян. Показано, что предпосевная обработка семян ячменя в ПЭМП ПЧ увеличивает значения КСЭ, что означает более эффективное использование запасов эндосперма в процессе прорастания. Это свидетельствует о более рациональном использовании запасных веществ семени. Между изученными образцами наблюдается разница по величине возрастания КСЭ после обработки семян в ПЭМП ПЧ.
Ключевые слова: электромагнитное поле, ячмень, семена, прорастание, проросток, коэффициент синтетической эффективности, эндосперм, предпосевная обработка, сухая масса.
One of the promising methods of pre-sowing seed treatment is the use of an electromagnetic field, in particular, an alternating electromagnetic field of industrial frequency (AEF IF). This is a budget and environmentally safe way to increase seed germination and harvesting. Seed treatment in the AEF IF leads to a significant increase in germination energy, which contributes to the rapid absorption of water by seeds and germination. However, the question remains unclear, due to which more powerful sprouts are formed after pre-treatment of seeds. This happens due to the accelerated consumption of spare substances of the seed endosperm or due to their more effective use. In this regard, the aim of this work was to study the coefficient of synthetic efficiency (CSE) in shoots derived from treated seeds. CSE is the ratio of the absolutely dry mass (ADM) of the shoot to the ADM of the seed that was consumed during this period. The object of the study was 20 samples of spring barley. The seeds were treated in a AEF IF at a laboratory facility for 1 second, left for resting for 4 days, and then set them in for germination. After 7 days, ADM of shoots and seeds was determined. It is shown that the pre-sowing treatment of barley seeds in the AEF IF increases the values of CSE, which means a more efficient use of endosperm in the germination process. This indicates a more rational use of spare seed products. Between the studied samples, there is a difference in the magnitude of the increase in CSE after seed treatment in the AEF IF.
Keywords: electromagnetic field, barley, seeds, germination, shoot, synthetic efficiency coefficient, endosperm, pre-sowing treatment, dry mass.
Введение. Одним из перспективных способов предпосевной обработки семян является применение электромагнитного поля, в частности, переменного электромагнитного поля промышленной частоты (ПЭМП ПЧ). Это недорогой и экологически безопасный способ повышения всхожести семян и увеличения урожайности [6, 7, 8]. Обработка семян в ПЭМП ПЧ приводит к существенному увеличению энергии прорастания, что способствует быстрому поглощению воды семенами и прорастанию [2, 4, 11, 12, 13]. При этом происходит ускорение прохождения прорастающими семенами микрофенологических фаз прорастания [13]. Однако остается невыясненным вопрос, за счет чего формируются более мощные проростки после предобработки семян - за счет ускоренного расходования запасных веществ эндосперма семени или же за счет более эффективного их использования.
Когда покоящиеся семена попадают в условия оптимального увлажнения, поглощают воду до критической влажности зародыша и эндосперма, они начинают активно дышать, что сопровождается мобилизацией резервных запасов углерода и азота.
Мобилизация углерода в процессе прорастания семян ячменя находится под контролем фитогормонов гиббереллина и абсцизовой кислоты и начинается с синтеза cr-амилазы в клетках алейронового слоя и дальнейшего расщепления крахмала [1].
Мобилизация запасов азота для синтеза цито-плазматических белков носит более сложный характер: набор имеющихся на ранних этапах прорастания семени аминокислот не может обеспечить в полном объеме их потребность.
Считают, что часть аминокислот подвергается расщеплению и служит источником энергии для формирования тканей зародыша [9, 10]. В связи с этим большое значение имеет активность фермента глута-минсинтетазы и синтез глютамина, который служит источником аминных групп в реакциях переаминирова-ния и синтеза новых аминокислот denovo [14]. На основе приведенных данных можно по-новому посмотреть на роль предпосевной обработки семян в ПЭМП ПЧ как на источник дополнительной энергии для синтетических процессов.
Коэффициент синтетической эффективности (КСЭ), представляющий собой отношение абсолютно сухой массы (АСМ) проростка к АСМ массе семени, которая за этот период была израсходована, может служить мерой эффективности процессов метаболизма в прорастающем семени [3].
Цепь исследования - установить влияние предпосевной обработки семян ячменя в переменном электромагнитном поле промышленной частоты (ПЭМП ПЧ) на эффективность использования запасов семени при прорастании через определение значений КСЭ.
Объект исследования - семена 20-ти сортов и линий ярового ячменя.
Методика исследований. Обработку семян в ПЭМП ПЧ проводили на лабораторной установке. Семена обрабатывали 1 секунду, затем оставляли для отлежки на 4 суток, после чего закладывали их на прорастание [8].
Определение энергии прорастания и всхожести семян проводили согласно ГОСТ [5]. Семена проращивали в рулонах фильтровальной бумаги при оптимальном увлажнении при +20 °С. Всхожесть определяли через 7 суток проращивания, энергию прорастания -через трое суток.
Определение массы проростков проводили весовым методом. Для этого отделяли проросток от семени, затем высушивали до постоянной массы семя и проросток. В опыт брали по 100 проростков и 100 семян.
Статистическую обработку экспериментальных данных проводили с использованием пакета компьютерных программ Excel.
Определение коэффициента синтетической эффективности. Рассчитывали коэффициент синтетической эффективности использования запасов семени по формуле
<7
где А - эффективность использования запасов семени; а - масса сухого вещества в 100 выросших проростках; сг - масса в граммах сухого вещества, израсходованного сотней семян на образование проростков.
Статистическая обработка результатов. Результаты исследований подвергали статистической обработке с применением пакета статистических программ Excel. Достоверность различий сравниваемых пар значений оценивали по t-критерию Стьюдента на 5-про-центном уровне значимости.
Результаты исследований. В процессе прорастания семена используют запасы семени как для получения энергии, так и для построения тканей проростка. Эти процессы могут идти с разной эффективностью. Для оценки протекающих физиолого-биохимических процессов в процессе прорастания используют коэффициент синтетической эффективности.
Значения КСЭ, полученные при проращивании в условиях оптимального увлажнения обработанных и необработанных семян, представлены в таблице.
Проростки, полученные из необработанных семян, эффективно использовали запасы семени. В среднем по группе КСЭ составляет 57,9%. Минимальное значение КСЭ 46,8% наблюдается у сорта Дуплет, максимальное 74,8% - у Миг-4. После обработки семян в ПЭМП ПЧ КСЭ увеличился на 5,5% и составил 63,6%. Максимальное значение КСЭ после обработки семян составило 75,8% у Миг-4, а минимальное значение 51,9% - у Максим 1.
Масса проростков и значения коэффициента синтетической эффективности при проращивании в течение семи суток семян, обработанных ПЭМП ПЧ
№п/п Сорт, линия КСЭ в контроле, % КСЭ после обработки, %
1 Мамлюк 60,5 71,0
2 Стимул 62,2 72,7
3 649-1/636-2 52,8 53,1
4 Акцент 56,8 61,3
5 Миг-2 57,0 64,8
6 Рубикон 58,7 60,1
7 Миг-3 64,8 68,9
8 Мистер 53,4 56,5
9 Миг-4 74,8 75,8
10 73М1 65,8 68,9
11 Виконт 53,0 55,2
12 Дуплет 46,8 56,1
13 Кумир 57,5 64,4
14 Максим 49,2 62,4
15 Максим 1 48,6 51,9
16 Максим 2 47,2 54,6
17 Влад 60,3 74,1
18 Вадим 55,5 60,6
19 Дипломат 63,3 68,0
20 Виконт 2 69,3 70,6
Среднее 57,9 63,6
Максимум 74,8 75,8
Минимум 46,8 51,9
К вар., % 12,9 11,7
100 п
□ КС Э обработка н прибавка КС Э
Рисунок 1 - Значения коэффициента синтетической эффективности (КСЭ) прорастающих семян ярового ячменя после их обработки в переменном электромагнитном поле промышленной частоты: заштрихованная часть столбцов и надписи над ними обозначают увеличение КСЭ (%) после обработки
Возрастание значений КСЭ произошло у всех На диаграмме представлены значения КСЭ, по-
изученных образцов ячменя, но в разной степени (ри- лученные после обработки семян, а также величины сунок 1). прибавки значений КСЭ в виде заштрихованной части
столбцов. Значения КСЭ даны в ранжированном виде по значениям прибавки КСЭ.
Прибавка значений КСЭ на семена имеет большой размах значений - от 0,3 у линии 649-1/636-2 до 13,8% у сорта Влад. Изученные образцы ярового ячменя по значениям возрастания КСЭ распределились неравномерно (рисунок 2).
У 60% образцов увеличение КСЭ было в интервале от 0,3 до 6%, что можно рассматривать как основной эффект предобработки семян в ПЭМП ПЧ. Два образца имели прибавку от 10 до 12%, и еще два об-
разца - в интервале от 12 до 14%. В результате корреляционного анализа установлено, что значения КСЭ в контроле и величина прибавки КСЭ связаны слабой отрицательной связью (г = -0,28), а величины КСЭ после обработки и прибавка значений КСЭ - слабой положительной связью (г = 0,27). Следовательно, эффект предпосевной обработки семян в ПЭПМ ПЧ зависит исключительно от качества исходных семян, которое формируется еще на материнском растении, а также определяется условиями хранения семян.
25
Рисунок 2 - Результат частотного анализа образцов ярового ячменя по значениям возрастания коэффициента
синтетической эффективности (КСЭ)
Выводы. Таким образом, предпосевная обработка семян ярового ячменя в переменном электромагнитном поле промышленной частоты целесообразна, так как в результате не только возрастают всхожесть и энергия прорастания, становятся более мощными проростки, но и активизируются процессы утилизации запасов семени, что проявляется в возрастании значений КСЭ. Это свидетельствует о более рациональном использовании запасных веществ семени. Величина прибавки значений КСЭ не зависит от его исходных значений.
Литература
1. Игнатенко, И.С. Предпосевная обработка семян ярового ячменя повышает всхожесть и синхронизирует прорастание в условиях пониженной температуры / И.С. Игнатенко, С.Ю. Козяева, A.C. Казакова II В мире научных открытий. - Красноярск, 2010. - С. 297-299.
2. Кутис, С.Д. Электромагнитные технологии в растениеводстве. Ч. I: Электромагнитная обработка семян и посадочного материала / С.Д. Кутис, Т.Л. Кутис. - М.: Издательские решения, 2017. - С. 15.
3. Реймерс, Ф.Э. Прорастание семян и температура (Справочные данные по растениям полевой культуры Сибири и Дальнего Востока) / Ф.Э. Реймерс, И.Э. Илли. - М.: Наука, 1978.
4. Савченко, В.В. Влияние энергетической дозы обработки в магнитном поле на посевные качества семян
сельскохозяйственных культур / В.В. Савченко, А.Ю. Синявский II Вестник ВИЭСХ. - 2016. - № 2(23). - С. 38-42.
5. ГОСТ 12038-84. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести. - Введен 01.07.86. М.: ИПК Изд-во стандартов, 2004. - С. 34-38.
6. Пат. С1 2193833 RU 7А 01 С1/100. Установка для предпосевной обработки семян / М.А. Таранов, Г.П. Стародубцева, П.А. Бондаренко, М.Г. Федорищенко; заявитель и патентообладатель Азово-Черноморск. гос. агроинж. акад. -№ 2000115106/13; заявл. 09.06.2000; опубл. 10.12.2002, Бюл. №34.
7. Тибирьков, А.П. Электрофизическая обработка семян - новый агроприем при возделывании ярового ячменя на юге России / А.П. Тибирьков, И.В. Юдаев II Фундаментальные исследования [Электронный ресурс] - 2015. - № 2 (ч. 22). - С. 4930-4933.
8. Влияние продолжительности предпосевной обработки семян ячменя переменным магнитным полем промышленной частоты на всхожесть в зависимости от их исходной влажности / М.Г. Федорищенко, А.С. Казакова, Н.И. Шабанов, М.В. Жолобова II Вестник аграрной науки Дона.-2012.-№1(17).-С. 81-85.
9. Below, F.E. Physiology and Modeling Kernel Set in Maize / F.E. Below, J.O. Cazetta, J.R. Seebauer // Special Publication No 29, Madison, Wl: Crop Science Society of America; 2000. Carbon/nitrogen interactions during ear and kernel development of maize. - P. 15-24.
10. Belyavskaya, N.A. Biological effects due to weak magnetic field on plants / N.A. Belyavskaya II Adv. Space Res. -2004.-V. 34.-P. 1566-1574.
11. Effects of Presowing Pulsed Electromagnetic Treatment of Tomato Seed on Growth, Yield and Lycopene Content / A. Efthimiadou, N. Katsenios, A. Karkanis, P. Papastylianou, V. Triantafyllidis, I. Travlos, D.J. Bilalis II The Scientific World Journal. -2014:369745. doi: 10.1155/2014/369745.
12. Effect of pre-sowing magnetic field treatment to garden pea (Pisum sativum L.) seed on germination and seedling growth / M. Iqbal, D. Muhammad, Y. Jamil, M.R. Ahmad II Pakistan Journal of Botany. - 2012. -V. 44(6). - P. 1851-1856.
13. New Approach to Study Stimulating Effect of the Pre-Sowing Barley Seeds Treatment in the Electromagnetic Field / A.S. Kasakova, I.V. Yudaev, M.G. Fedorishchenko, S.Y. Maybo-roda, N.V. Ksenz, S.M. Voronin II On Line Journal of Biological Sciences. - 2018. - V. 18 (2). - P. 197-207 / DOI: 10.3844/ojbsci.2018.197.207.
14. Genetic and Physiological Analysis of Germination Efficiency in Maize in Relation to Nitrogen Metabolism Reveals the Importance of Cytosolic Glutamine Synthetase / A.M. Lima-mi, C. Rouillon, G. Glevarec, A. Gallais, B. Hirel II Plant Physiol. -2002 Dec; 130(4): 1860-1870.
Referens
1. Ignatenko I.S., Kozyaeva S.Yu., Kazakova A.S. Pred-posevnaya obrabotka semyan yarovogo yachmenya povyshaet vskhozhest' i sinkhroniziruet prorastanie v usloviyakh ponizhen-noj temperatury [Pre-sowing treatment of spring barley seeds increases germination and synchronizes germination at low temperatures], V mire nauchnykh otkrytij, Krasnoyarsk, 2010, pp. 297-299. (In Russian)
2. Kutis S.D., Kutis T.L. Elektromagnitnye tekhnologii v rastenievodstve. Ch. I: Elektromagnitnaya obrabotka semyan i posadochnogo materiala [Electromagnetic technologies in crop production. Part I. Electromagnetic treatment of seeds and planting material], 2017, M., Izdatel'skie resheniya, p. 15. (In Russian)
3. Rejmers F.E., lili I.E. Prorastanie semyan i temperatura (Spravochnye dannye po rasteniyam polevoj kul'tury Sibiri i Dal'nego Vostoka) [Seed germination and temperature], M., Nauka, 1978. (In Russian)
4. Savchenko V.V., Sinyavskij A.Yu. Vliyanie energeti-cheskoj dozy obrabotki v magnitnom pole na posevnye kachest-va semyan sel'skokhozyajstvennykh kul'tur [Influence of energy dose of treatment in a magnetic field on sowing qualities of seeds of agricultural crops], Vestnik VIESX, 2016, No 2(23), pp. 38-42. (In Russian)
5. GOST 12038-84. Semena sel'skokhozyajstvennykh kul'tur [Seeds of agricultural crops], Metody opredeleniya vskhozhesti: Vveden 01.07.86. M., IPK lzd-vo standartov, 2004, pp. 34-38. (In Russian)
6. Taranov M.A., Starodubceva G.P., Bondarenko P.A., Fedorishhenko M.G. Ustanovka dlya predposevnoj obrabotki semyan [Pre-sowing seed treatment plant], pat. S1 2193833 RU 7A 01 S1/100, zayavitei i patentoobladatel' Azovo-Chernomorsk. gos. agroinzh. akad., № 2000115106/13, zayavl. 09.06.2000, opubl. 10.12.2002, Bjul. No 34. (In Russian)
7. Tibir'kov A.P., Yudaev I.V. Elektrofizicheskaya obrabotka semyan - novyj agropriem pri vozdelyvanii yarovogo yachmenya na yuge Rossii [Electrophysical treatment of seeds is a new agricultural practice in the cultivation of spring barley in the South of Russia], Fundamental'nye issledovaniya [Elektron-nyj resurs], 2015, No 2 (ch. 22), pp. 4930-4933. (In Russian)
8. Fedorishhenko M.G., Kazakova A.S., Shabanov N.I., Zholobova M.V. Vliyanie prodolzhitel'nosti predposevnoj obrabotki semyan yachmenya peremennym magnitnym polem pro-myshlennoj chastoty na vskhozhest' v zavisimosti ot ikh iskhod-noj vlazhnosti [Influence of duration of pre-sowing treatment of barley seeds by alternating magnetic field of industrial frequency on germination depending on their initial humidity], Vestnik agrarnoj nauki Dona, Zernograd, No 1(17), 2012, pp. 81-85. (In Russian)
9. Below F.E., Cazetta J.O., Seebauer J.R. Physiology and Modeling Kernel Set in Maize. Special Publication, No 29. Madison, Wl: Crop Science Society of America; 2000, Carbon / nitrogen interactions during ear and kernel development of maize, pp. 15-24.
10. Belyavskaya N.A. Biological effects due to weak magnetic field on plants, Adv. Space Res, 2004, V. 34, pp. 1566-1574.
11. Efthimiadou A., Katsenios N., Karkanis A., Papastylianou P., Triantafyllidis V., Travlos I., Bilalis D.J. Effects of Pre-sowing Pulsed Electromagnetic Treatment of Tomato Seed on Growth, Yield and Lycopene Content, The Scientific World Journal, 2014:369745. doi: 10.1155/2014/369745.
12. Iqbal M., Muhammad D., Jamil Y, Ahmad M.R. Effect of pre-sowing magnetic field treatment to garden pea (Pi-sum sativum L.) seed on germination and seedling growth, Pakistan Journal of Botany, 2012, V. 44(6), pp. 1851-1856.
13. Kasakova A.S., Yudaev I.V., Fedorishchenko M.G., Mayboroda S.Y., Ksenz N.V., Voronin S.M. New Approach to Study Stimulating Effect of the Pre-Sowing Barley Seeds Treatment in the Electromagnetic Field, On Line Journal of Biological Sciences, 2018, V. 18 (2), pp. 197-207, DOI: 10.3844/ojbsci.2018.197.207.
14. Limami A.M., Rouillon C., Glevarec G., Gallais A., Hirel B. Genetic and Physiological Analysis of Germination Efficiency in Maize in Relation to Nitrogen Metabolism Reveals the Importance of Cytosolic Glutamine Synthetase. Plant Physiol., 2002 Dec; 130(4): 1860-1870.
Сведение об авторе
Казакова Алия Сабировна - доктор биологических наук, профессор кафедры «Агрономия и селекция сельскохозяйственных культур», Азово-Черноморский инженерный институт - филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зернограде (Ростовская область, Российская Федерация). Тел.: 8(86359)35-9-96. E-mail: [email protected].
Information about the author
Kazakova Aliya Sabirovna - Doctor of Biological Sciences, professor of the Selection and seed production of agricultural crops department, Azov-Black Sea Engineering Institute - branch of FSBEI HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov region, Russian Federation). Phone: 8(86359) 35-9-96. E-mail: [email protected].
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.
