Влияние различных видов обработки семян на рост и развитие растений

КУРСОВАЯ РАБОТА

Влияние различных видов обработки семян на рост и развитие растений

Вопрос предпосевной обработки семян, несмотря на многочисленные исследования, остается актуальным и открытым до сих пор. Интерес вызван перспективой использования различных видов обработки семян в сельском хозяйстве с целью увеличения продуктивности растений и получения более высокого урожая.

При хранении семена старятся, качество и всхожесть семян снижаются, поэтому в партии семян, хранившейся несколько лет, присутствуют сильные семена, слабые (живые, но не прорастающие) и мертвые. Известны приемы предпосевной обработки семян, с помощью которых можно увеличить всхожесть семян, утраченную при хранении. Ионизирующая радиация в малых дозах, озвучивание [3], кратковременная тепловая и ударно-волновая обработки [1], экспонирование в электрическом и магнитном полях [15], лазерное облучение [14], предпосевное замачивание в растворах биологически активных веществ и другое могут увеличить всхожесть семян и урожай на 15−25%.

Как известно, для повышения урожайности применяют минеральные удобрения, их удобно вносить в почву, этот процесс механизирован. Применение минеральных удобрений вызывает ускоренный рост растений и повышение урожайности. Однако, зачастую, параллельно образуются неопасные для растений, но опасные для человека нитраты и нитриты. Кроме того, существуют и более серьезные последствия применения минеральных удобрений, связанные с изменением структуры почвы. В результате происходит вымывание удобрений из верхних слоев почвы в нижние, где минеральные компоненты растениям уже недоступны. Затем минеральные удобрения попадают в грунтовые воды и выносятся в поверхностные водоемы, значительно загрязняя окружающую среду. Использование органических удобрений является более экологически чистым, однако их явно не хватает для удовлетворения потребности человека в повышении урожайности.

Весьма перспективными являются экологически безопасные физические методы биостимуляции семян. В настоящее время экспериментально доказано, что биологические объекты способны чутко реагировать на воздействие внешних электромагнитных полей. Эта реакция может происходить на различных структурных уровнях живого организма — от молекулярного и клеточного до организма в целом. При воздействии электромагнитных волн миллиметрового диапазона в клетках биологических объектов активируются процессы биосинтеза и деления клеток, восстанавливаются связи и функции, нарушенные из-за болезней, дополнительно синтезируются вещества, влияющие на иммунный статус организма.

К настоящему времени разработано большое количество разнообразных облучательных установок и методов активизации семян. Однако широкого распространения они не получили, хотя по сравнению с химическими способами они более технологичны, экологически безопасны и значительно дешевле. Одна из причин такой ситуации заключаются в том, что уже имеющиеся методы обработки семян излучением не дают стабильно высоких результатов. Это вызвано с тем, что в действующих методиках предпосевной обработки не оптимизированы качественные и количественные характеристики излучения.

Цель исследования — изучить влияние различных видов предпосевной обработки семян на рост и развитие растений.

В связи с этим были поставлены следующие задачи:

· изучить влияние химических веществ на рост и развитие растений;

· изучить влияние электромагнитной (биофизической) обработки на ростовые процессы у растений;

· раскрыть влияние лазерного облучения на показатели всхожести семян ячменя.

1. Предпосевная обработка семян и ее влияние на рост и развитие растений

1.1 Влияние химических веществ на рост и развитие растений

семя ячмень облучение лазер Самая важная и эффективная часть обработки — химическая, или протравливание семян.

Еще 4 тысячи лет назад в Древнем Египте и Греции семена вымачивали в луковом соке или перекладывали при хранении кипарисовой хвоей.

В средние века, с развитием алхимии и, благодаря ей, химики, стали вымачивать семена в каменной и калийной соли, медном купоросе, солях мышьяка. В Германии популярны были самые простые способы — выдерживание семян в горячей воде или в растворе навоза.

В начале 16 века было замечено, что семена, побывавшие во время кораблекрушения в морской воде, дают посевы, которые меньше поражаются твердой головней. Гораздо позже, 300 лет назад, эффективность предпосевной химической обработки семян была научно доказана в ходе опытов французского ученого Тиле, который исследовал влияние обработки семян солью и известью на распространение через семена твердой головни.

В начале 19 века использование препаратов с мышьяком как опасных для жизни человека было запрещено, но в начале 20 века стали использовать ртутьсодержащие вещества, которые запретили к применению только в 1982 году, причем только на территории Западной Европы.

И только в 60-е годы прошлого века были разработаны системные фунгициды для предварительной обработки семян, и индустриальные страны стали их активно применять. С 90-х стали применяться комплексы современных высокоэффективных и сравнительно безопасных инсектицидов и фунгицидов.

В зависимости от технологии обработки семян выделяют три ее вида: простое протравливание, дражирование и инкрустирование.

Стандартное протравливание — это самый распространенный и традиционный способ обработки семян. Чаще всего используется в приусадебных и фермерских хозяйствах, а также в семеноводстве. Увеличивает вес семян не более чем на 2%. Если образующий пленку состав покрывает семена полностью, их вес может увеличиваться до 20%

Инкрустирование — семена покрываются липкими веществами, обеспечивающими закрепление химических веществ на их поверхности. Обработанные семена могут стать тяжелее в 5 раз, но форма не изменяется.

Дражирование — вещества покрывают семена толстым слоем, увеличивая их вес до 25 раз и изменяя форму на шаровидную или эллиптическую. Наиболее «мощное» дражирование (пеллетирование) делает семена до 100 раз тяжелее.

Для протравливания семян зерновых культур наиболее активно используются препараты раксил, премикс, винцит, дивидент, колфуго супер колор. Это фунгициды системного действия, убивающие споры каменной, пыльной и твердой головни, нематод, эффективно борющихся с фузариозом, септориозом и корневой гнилью. Они производятся в виде жидкостей, порошков или концентрированных суспензий и используются для обработки семян в специальных аппаратах из расчета 0,5−2 кг на 1 тонну семян.

В частных и фермерских хозяйствах применение сильно действующих химических препаратов не всегда оправдано. Сравнительно небольшие количества мелких семян овощных или декоративных культур, например бархатцев, моркови или томатов, можно обработать менее ядовитыми веществами. Важно не только и не столько уничтожить изначально всю инфекцию на семена, как сформировать у растения еще на стадии зародыша семени устойчивость к болезням, то есть стойкий иммунитет.

В начале прорастания также полезно воздействие стимуляторов роста, который будут способствовать развитию у растений большого количества боковых корней, создавая сильную корневую систему. Стимуляторы роста растений, поступившие в зародыш перед началом прорастания, вызывают активный транспорт питательных веществ в надземные части растения. Обработанные такими препаратами семена прорастают быстрее, всхожесть их повышается. Всходы становятся более устойчивыми не только к болезням, но и к перепадам температур, недостатку влаги и другим стрессовым условиям. Более отдаленными последствиями правильной предварительной обработки предпосевными препаратами считаются повышение урожайности и сокращение сроков созревания.

Многие препараты для предпосевной обработки семян создаются на гуминовой основе. Они представляют собой концентрированный (до 75%) водный раствор гуминовых кислот и гуматов, калия и натрия, насыщенный комплексом необходимых растению минеральных веществ, который также может использоваться и как удобрение. Производятся такие препараты на основе торфа, являясь его водной вытяжкой.

З.Ф. Рахманкулова с соавторами изучала влияние предпосевной обработки семян пшеницы (Triticum aestivum L.) 0.05 мм салициловой кислотой (СК) на ее эндогенное содержание и соотношение свободной и связанной форм в побегах и корнях проростков. В течение двухнедельного роста проростков наблюдали постепенное снижение общего содержания СК в побегах; в корнях изменения не выявлены. При этом происходило перераспределение форм СК в побегах — возрастание уровня конъюгированной и снижение свободной формы. Предпосевная обработка семян салицилатом приводила к снижению общего содержания эндогенной СК как в побегах, так и в корнях проростков. Наиболее интенсивно снижалось содержание свободной СК в побегах, в корнях — несколько меньше. Предположили, что такое снижение вызывалось нарушением биосинтеза СК. Это сопровождалось увеличением массы и длины побегов и особенно корней, стимуляцией суммарного темнового дыхания и изменением соотношения дыхательных путей. В корнях наблюдали увеличение доли цитохромного пути дыхания, а в побегах — альтернативного цианидрезистентного. Показаны изменения в антиоксидантной системе растений. Степень перекисного окисления липидов была более выражена в побегах. Под воздействием предобработки СК содержание МДА в побегах возрастало в 2,5 раза, в то время как в корнях оно снижалось в 1,7 раза. Из представленных данных следует, что характер и интенсивность воздействия экзогенной СК на рост, энергетический баланс и антиоксидантный статус растений могут быть связаны с изменением ее содержания в клетках и с перераспределением между свободной и конъюгированной формами СК.

Е.К. Еськов в производственных опытах изучил влияние предпосевной обработки семян кукурузы наночастицами железа на интенсификацию роста и развития, повышение урожайности зеленой массы и зерна этой культуры. В результате происходила интенсификация фотосинтетических процессов. Содержание Fe, Cu, Mn, Cd и Pb в онтогенезе кукурузы варьировало в широких пределах, но адсорбция наночастиц Fe на начальных стадиях развития растений влияла на уменьшение содержания этих химических элементов в созревающем зерне, чему сопутствовало изменение его био-химических свойств.

Таким образом, предпосевная обработка семян химическими веществами связана с большими затратами труда и низкой технологичностью процесса. Кроме того, использование с целью обеззараживания семян ядохимикатов наносит большой вред окружающей среде.

1.2 Влияние электромагнитной (биофизической) обработки на ростовые процессы у растений

В условиях резкого увеличения стоимости энергоносителей, техногенного загрязнения агроэкосистем необходимы поиски экологически безопасных и экономически выгодных материальных и энергетических ресурсов в качестве альтернативы дорогим и экологически небезопасным средствам повышения урожайности с одновременным улучшением качества сельскохозяйственных культур.

Существующие методы и технологические приемы предпосевной стимуляции семян, основанные на применении высоко токсичных химических препаратов, связаны с большими затратами труда и низкой технологичностью процесса обработки семян. Кроме того, использование с целью обеззараживания семян ядохимикатов наносит большой вред окружающей среде. При внесении в почву обработанных фунгицидами семян ядохимикаты под воздействием ветра и дождей выносятся в водоемы, разносятся на обширные пространства, что загрязняет окружающую среду и наносит вред природе.

Наибольший интерес для получения экологически чистой продукции представляют физические факторы воздействия электромагнитного поля, такие как гамма-излучение, рентгеновские, ультрафиолетовые, видимые оптические, инфракрасные, СВЧ излучение, радиочастотные, магнитные и электрическое поле, облучение альфаи бета-частицами, ионами различных элементов, гравитационным воздействием и т. д. Использование гамма и рентгеновского облучения опасно для жизни человека, а потому малопригодно для эксплуатации в сельском хозяйстве. Применение ультрафиолетового, сверхвысокочастотного и радиочастотного облучения вызывает проблемы при эксплуатации. Актуальным является исследование воздействия электромагнитных полей при выращивании зерновых, пасленовых, масличных, бобовых, бахчевых культур и корнеплодов.

Действие магнитных полей связано с их влиянием на клеточные мембраны. Воздействие диполя стимулирует эти изменения в мембранах, усиливает деятельность ферментов. Кроме того, установлено другими авторами, что в результате такой обработки в семенах происходит ряд процессов, приводящих к повышению проницаемости семенных оболочек, ускоряется поступление воды и кислорода в семена. В результате усиливается ферментативная активность, прежде всего, гидролитических и окислительно-восстановительных ферментов. Это обеспечивает более быстрое и полное поступление питательных веществ к зародышу, ускорение темпа клеточного деления и активизацию ростовых процессов в целом. У растений, выросших из обработанных семян, более интенсивно развивается корневая система и ускоряется переход к фотосинтезу, т. е. создается прочный фундамент для дальнейшего роста и развития растений.

Все это способствует вегетативному процессу, ускоряет его рост.

Новые нанотехнологии СВЧ предпосевной обработки семян и дезинсекции осуществлялись как альтернатива химическим методам. Для дезинсекции зерна и семян был использован импульсный режим СВЧ-обработки, который за счет сверхвысокой напряженности ЭМП в импульсе обеспечивает гибель вредителей насекомых. Установлено, что для 100% эффекта СВЧ дезинсекции необходима доза не более 75 МДж на 1 т семян. Но на сегодняшний день эти технологии не могут быть использованы непосредственно в АПК, так как идут только их разработки, и предполагаемая стоимость внедрения на производство очень высока. К числу перспективных агроприемов, оказывающих стимулирующее воздействие на рост и развитие растений, следует отнести использование электрических и магнитных полей, которые применяются, как при предпосевной подготовке семян, так и в период вегетации растений за счет повышения сопротивляемости растений к стрессовым факторам, увеличения коэффициента использования питательных веществ из почвы, что приводит к росту урожайности культур. Доказано положительное влияние электромагнитного поля на посевные и урожайные качества семян зерновых культур.

Электромагнитная обработка семян, по сравнению с целым рядом других методов обработки не сопряжена с трудоемкими и дорогостоящими операциями, не оказывает вредного воздействия на обслуживающий персонал (как, например, химическая или радионуклидная обработка) или использование пестицидов, не дает при обработке летальных для посевного материала доз, является весьма технологичным и легко автоматизируемым процессом, воздействие легко и точно дозируется, является экологически чистым видом обработки, легко стыкуется с применяемыми в настоящее время агроприемами. Немаловажным является то, что растения, выросшие из обработанных семян, не имеют в дальнейшем патологических изменении и индуцированных мутаций. Показано, что воздействие электромагнитного поля увеличивает количество продуктивных стеблей, количество колосков, среднюю длину растений и колоса, увеличивает количество зёрен в колосе и соответственно массу зерна. Всё это приводит к увеличению урожайности на 10−15%.

Г. В. Новицкая изучала влияние слабого постоянного горизонтального магнитного поля (ПМП) напряженностью 403 А/м на состав и содержание полярных и нейтральных липидов и входящих в их состав ЖК в листьях основных магнитоориентационных типов (МОТ) редиса (Raphanus sativus L., var. radicula D.С.) сорта Розово-красный с белым кончиком: северо-южного (СЮ) и западно-восточного (ЗВ), у которых плоскости ориентации корневых борозд расположены вдоль и поперек магнитного меридиана, соответственно. Под действием ПМП весной общее содержание липидов в листьях СЮ МОТ уменьшилось, а у ЗВ МОТ — увеличилось; осенью, наоборот, общее содержание липидов в листьях СЮ МОТ увеличилось, а у ЗВ МОТ уменьшилось. Весной отношение фосфолипидов к стеринам, косвенно указывающее на повышение текучести липидного бислоя мембран, увеличивалось у растений обоих МОТ, а осенью — только у СЮ МОТ. Относительное содержание ненасыщенных ЖК, в том числе линоленовой и линолевой кислот, в контроле было выше у ЗВ МОТ по сравнению с СЮ МОТ. Под действием ПМП содержание этих кислот в липидах листьев СЮ МОТ увеличилось, а у ЗВ МОТ осталось без изменения. Таким образом, слабое горизонтальное ПМП по-разному, иногда противоположно, влияло на содержание липидов листьев СЮ и ЗВ МОТ редиса, что, по-видимому, вызвано их различной чувствительностью к действию поля, связанной с особенностями их физиологического статуса.

Кроме этого, Г. В. Новицкая с соавторами изучала влияние ПМП напряженностью 403 А/м на состав и содержание полярных (головка) и нейтральных липидов и входящих в их состав ЖК, выделенных из 3,4 и 5 листа растений лука (Allium сера L.) сорта Арзамасский и определенных с помощью методов ТСХ и ГЖХ. Контролем служили растения, выращенные в условиях естественного магнитного поля Земли. Под действием ПМП наибольшие изменения в содержании липидов обнаружены в четвертом листе лука: увеличилось суммарное содержание липидов, в частности, полярных липидов (гликои фосфолипидов), а количество нейтральных липидов уменьшилось или осталось без изменений. Увеличилось отношение фосфолипиды / стерины, указывающее на повышение текучести липидного бислоя мембран. Под действием ПМП увеличилась доля линоленовой кислоты, а также повысилось относительное содержание суммы ненасыщенных ЖК. Действие ПМП на состав и содержание липидов третьего и пятого листа лука было менее выражено, что свидетельствует о различной чувствительности листьев лука разного возраста к действию поля. Сделан вывод, что изменения слабого ПМП в пределах прошедших эволюционно-исторических изменений напряженности магнитного поля Земли могут влиять на биохимический состав и физиологические процессы у растений.

В ходе исследований по изучению влияния переменного магнитного поля (ПМП) с частотой 50 Гц на динамику развертывания семядольных листьев, состав и содержание полярных и нейтральных липидов и входящих в их состав ЖК у 5-дневных, выросших на свету и в темноте, проростков редиса (Raphanus sativus L. var. radicula D.L.) сорта Розово-красный с белым кончиком было установлено, что ПМП ослабляло тормозящее действие света на динамику развертывания семядольных листьев. На свету в ПМП общее содержание липидов, содержание полярных и нейтральных липидов в проростках было выше, чем в контроле. Среди полярных липидов увеличилось суммарное содержание гликои фосфолипидов, среди нейтральных — содержание триацилглицеринов. Отношение фосфолипидов к стеринам (ФЛ/СТ) возросло. В темноте в ПМП общее содержание липидов, как и нейтральных липидов в проростках было ниже, чем в контроле, а отношение ФЛ/СТ — уменьшилось. В контроле не обнаружили различий в относительном суммарном содержании ненасыщенных ЖК на свету и в темноте, содержание линоленовой кислоты в проростках было выше на свету, чем в темноте. Под действием ПМП содержание линоленовой кислоты на свету уменьшилось, в темноте увеличилось, эруковой кислоты на свету уменьшилось. Отношение ненасыщенных ЖК к насыщенным снижалось и на свету, и в темноте. Делается вывод, что ПМП с частотой 50 Гц существенно изменило содержание липидов в проростках редиса на свету и в темноте, выступая в качестве коррегирующего фактора.

Таким образом, исследованиями многих авторов установлено, что под действием электромагнитного поля происходит мобилизация сил и высвобождение энергетических резервов организма, активизируются физиолого-биохимические процессы на ранних этапах прорастания семян, происходит повышение внутриобменных процессов и устойчивое увеличение энергии прорастания, всхожести, силы, начального роста, весенне-летней выживаемости, которые благоприятно влияют на весь последующий период развития растений.

Однако широкого распространения они не получили, хотя по сравнению с химическими способами они более технологичны, экологически безопасны и значительно дешевле. Одна из причин такой ситуации заключаются в том, что уже имеющиеся методы обработки семян излучением не дают стабильно высоких результатов. Это объясняется изменением внешних условий, неоднородностью семенного материала и недостаточной изученностью сущности взаимодействия клеток семян с электромагнитными полями и электрическими зарядами.

1.3 Влияние лазерного облучения на рост и развитие растений

С давних времен важнейшим условием увеличения продуктивности растениеводства справедливо считается улучшение плодородия земли. На мелиорацию, ирригацию и химизацию земледелия расходуются во всем мире огромные средства и усилия ученых. Однако, печальный парадокс прогресса при химизации сельского хозяйства заключается в том, что после чрезмерного применения нитратов, фосфатов, пестицидов, синтетических регуляторов роста злой тенью следует отравление урожая, пищи, воды, угроза здоровью и жизни людей. Отсюда, как следствие, возникает активизация разработки новых путей и методов интенсификации продуктивности растениеводства.

В виде одного из таких способов и представлен лазер или лазерное излучение. Поскольку в современных научных центрах стали уделять большое внимание современным технологиям выращивания культур, то в таких условиях был разработан целый ряд методов воздействия на сельскохозяйственные культуры различными физическими факторами, оказывающими стимулирующее влияние на рост и развитие растений и, в конечном счете, на урожайность самих культур. Растения или их семена стали помещать в сильные магнитные или электрические поля, воздействовать на культуры ионизирующими излучениями или плазмой, а также облучающим концентрированным солнечным лучом — светом современных искусственно созданных источников излучения — лазеров.

Действие лазерной обработки в целом можно назвать специфичным, так как оно представляет собой положительный фактор с точки зрения экологии и безопасности для окружающей среды, поскольку при его воздействии в природу не вносится никаких чужеродных элементов.

Метод воздействия лазером концентрирует в себе достаточное количество преимуществ по сравнению с иными существующими физическими и химическими способами предпосевной подготовки семян, а именно:

1) стабильное повышение урожайности сельскохозяйственных культур на фоне различных почвенно-климатических условий;

2) повышение качества сельскохозяйственной продукции (увеличение сахаров, витаминов, содержания белка и клейковины);

3) возможность снижения нормы высева на 10−30% за счет повышения полевой всхожести семян и усиления ростовых процессов (в зависимости от сорта, вида культур, кратности обработки);

4) повышение устойчивости растений к поражению различными заболеваниями;

5) безвредность обработки для семян и обслуживающего персонала.

Однако, на положительный эффект воздействия лазерного облучения семян и растений приходится и доля недостатков, которые также необходимо учитывать. Так, величина эффекта активации и его воспроизводимость зависят от состояния семян, на которое оказывают влияние много естественных и неконтролируемых факторов в процессе хранения и облучения. Кроме того, при определенных условиях облучение семян оптимальными дозами может и вовсе не влиять на активность растений и даже оказывать угнетающее воздействие.

Ф.Д. Самуилов методом спинового зонда исследовал микровязкость водной среды в зародышах и эндосперме семян кукурузы (Zea mays L.), облученных на лазерной установке «Львов-1 электроника». По параметрам спектров ЭПР нитроксильных радикалов (зондов), поглощенных семенами с водой при набухании, определены времена корреляции вращательной диффузии С зонда в зародышах и эндосперме семян. Обнаружено уменьшение С зондов в зародышах облученных семян по сравнению с необлученными, установлена зависимость величины С от времени набухания семян. Сделано заключение, что в клетках зародышей семян под действием лазерного облучения происходит уменьшение микровязкости водной среды, возрастание подвижности зондов. Влияние облучения на С зондов в эндосперме семян проявляется в меньшей степени и также сопровождается увеличением подвижности зондов.

Таким образом, метод лазерной обработки имеет целый ряд преимуществ перед физическими и химическими способами предпосевной подготовки семян. К ним относятся: повышение качества с/х продукции (увеличение сахаров, витаминов, содержание белка и клейковины); возможность снижения нормы высева на 10−30% за счет повышения полевой всхожести семян и усиления ростовых процессов; безвредность обработки для семян и обслуживающего персонала; кратковременность воздействия. Но лазерная обработка семян является весьма дорогостоящей и поэтому широко не используется в хозяйстве. Гамма-облучение позволяет ускорить прорастание семян некоторых культурных растений, увеличивает полевую всхожесть и количество продуктивных стеблей и, как следствие, урожайность (до 13%). К недостаткам можно отнести зависимость эффективности предпосевного облучения от погодных условий в вегетационный период, отрицательное влияние на ряд хозяйственных признаков растений, снижение интенсивности дыхательного режима растений. Главным недостатком данного способа стимулирования является то, что увеличение дозы обработки может вызвать летальный исход.

2. Объекты и методы исследования

Исследования проводили на кафедре ботаники и основ сельского хозяйства БГПУ им. М. Танка и физическом факультете БГУ.

2.1 Объект исследования

Объект исследования — семена ячменя сорта Якуб. Данный сорт белорусской селекции, полученный РУП «Научно-практический центр НАН Беларуси по земледелию» и включенный в Государственный реестр в 2002 году.

Морфологические признаки сорта. Растение в фазе кущения промежуточного типа. Стебель высотой до 100 см. Положение колоса полупрямостоячее. Колос двурядный, цилиндрической формы, длиной до 10 см, с 26−28 колосками в колосе. Ости средней длины по отношению к колосу. Зерно пленчатое. Брюшная бороздка неопушенная. Алейроновый слой зерновки слегка окрашен. Тип развития — яровой.

Хозяйственно-биологическая характеристика сорта. Сорт крупяной. Крупность зерна — высокая (масса 1000 зерен — 45−50 г.). Высокобелковый сорт (содержание белка в среднем 15,4%, сбор белка с гектара до 6,0 ц). Среднепоздний сорт. Средняя урожайность — 42,3 ц/га, максимальная урожайность 79,3 ц/га была получена на Щучинском ГСУ в 2001 году. Среднеустойчив к полеганию и засухе. Восокоустойчивый к болезням. Высокая требовательность к условиям выращивания. Высокая отзывчивость к фунгицидам. Средняя чувствительность к гербицидам.

2.2 Методы исследования

Методы исследования — эксперимент, метод сравнения.

Опыт закладывали по следующим вариантам:

1) контроль (семена без обработки);

2) обработка семян волнами 660 нм в течение 15 мин;

3) обработка семян волнами 660 нм в течение 30 мин;

4) обработка семян волнами 775 нм в течение 15 мин

5) обработка семян волнами 775 нм в течение 30 мин.

В вариантах 2−5 мощность лазерного воздействия (Р) — 100 мВт.

Обработку семян проводили на лазерных установках (рисунок 2.2).

Повторность опыта 3-х кратная. Количество семян в повторности — 20 шт.

В условиях лабораторного опыта определяли всхожесть и энергию прорастания семян. Для этого семена зерновых культур проращивали при температуре 23^оС в течение 7 дней.

Определение всхожести проростков ячменя. Всхожесть определяли для того, чтобы установить количество семян, способных давать нормально развитые проростки. У нормально развитых проростков зародышевый корешок должен быть не менее половины длины семени. Для вычисления всхожести семян одной пробы суммируют количество нормально проросших семян при учете всхожести и выражают общее число их в%. В ходе данного опыта производили количественный подсчет проростков с одинаковых площадок на 7 сутки.

Определение энергии прорастания. Энергию прорастания определяли в одном анализе со всхожестью, но подсчет нормально проросших семян проводили на 3 сутки.

У нормально развитых проростков зародышевый корешок должен быть не менее длины или диаметра семени и обычно с корневыми волосками, а росток — не менее половины длины семени. У тех видов, которые прорастают несколькими корешками (ячмень, пшеница, рожь), должно быть не менее двух корешков.

3. Влияние лазерного облучения на показатели роста семян ячменя

В результате проведенного исследования был установлен избирательный характер лазерного воздействия на ростовые показатели семян ячменя, а именно на энергию прорастания и всхожесть. Как правило, состояние посевного материала определяет количество и качество урожая.

Энергия прорастания характеризует дружность и быстроту прорастания семян. Энергия прорастания — это процент нормально проросших семян в пробе, взятой для анализа.

Результаты наших исследований показали (рисунок 3.1), что энергия прорастания семян ячменя была наивысшей при воздействии на них лазерного облучения длиной волны 775 нм в течение 30 мин. По сравнению с контролем она увеличилась на 54% и составила 54%.

Семена, облученные этой же длиной волны, только в течение 15 минут, имели более низкую энергию прорастания — 27%. Это ниже, чем результаты контроля, в 1,3 раза.

Семена, облученные длиной волны 660 нм, имели более низкую энергию прорастания при облучении их в течение 30 мин. По сравнению с контролем она уменьшилась на 77% и составила 8%. При облучении этой же длиной волны, но в течение 15 мин, данный показатель так же снизился по сравнению с контролем на 46% и составил 19%.

Всхожесть семян — один из важных показателей их посевных качеств. Уменьшение всхожести даже на 10−20% приводит к двух-трех-кратному снижению урожая.

В ходе исследований было установлено неблагоприятное влияние лазерной обработки на лабораторную всхожесть семян ячменя (рисунок 3.2).

Самой угнетающей оказалась обработка волнами с длиной 660 нм в течение 30 мин. По данному варианту по сравнению с контролем (85%) показатель всхожести уменьшился на 75% и составил 21%. При облучении семян этой же длиной волны, но в течение 15 мин наблюдается увеличение всхожести, однако оно не превышает значения контроля. Данный показатель ниже контроля на 18% и составил 70%.

Обработка семян волнами 775 нм снизила их всхожесть по сравнению с контролем на 33% (экспозиция 15 мин) и 25% (экспозиция 30 мин).

Таким образом, лазерная обработка не оказала положительного влияния как на энергию прорастания семян ячменя сорта Якуб, за исключением варианта с применением лучей с длиной волны 775 нм в течение 30 мин, так и на их лабораторную всхожесть. Наиболее угнетающее действие на показатели всхожести семян оказала обработка лучами 660 нм в течение 30 мин.

Заключение

Таким образом, изучив литературные источники по данной теме, можно сделать следующие выводы:

1. Предпосевная обработка семян химическими веществами связана с большими затратами труда и низкой технологичностью процесса. Кроме того, использование с целью обеззараживания семян ядохимикатов наносит большой вред окружающей среде.

2. Под действием электромагнитного поля происходит мобилизация сил и высвобождение энергетических резервов организма, активизируются физиолого-биохимические процессы на ранних этапах прорастания семян, происходит повышение внутриобменных процессов и устойчивое увеличение энергии прорастания, всхожести, силы, начального роста, весенне-летней выживаемости, которые благоприятно влияют на весь последующий период развития растений. Однако широкого распространения они не получили, хотя по сравнению с химическими способами они более технологичны, экологически безопасны и значительно дешевле. Одна из причин такой ситуации заключаются в том, что уже имеющиеся методы обработки семян излучением не дают стабильно высоких результатов. Это объясняется изменением внешних условий, неоднородностью семенного материала и недостаточной изученностью сущности взаимодействия клеток семян с электромагнитными полями и электрическими зарядами.

3. Метод лазерной обработки имеет целый ряд преимуществ перед физическими и химическими способами предпосевной обработки семян:

· повышение качества сельскохозяйственной продукции (увеличение сахаров, витаминов, содержание белка и клейковины);

· возможность снижения нормы высева на 10−30% за счет повышения полевой всхожести семян и усиления ростовых процессов;

· безвредность обработки для семян и обслуживающего персонала;

· повышение устойчивости растений к поражению различными заболеваниями;

· кратковременность воздействия;

· увеличение прорастания семян некоторых культурных растений, полевой всхожести и количества продуктивных стеблей и, как следствие, урожайности (до 13%).

К недостаткам данного метода можно отнести:

· зависимость эффективности предпосевного облучения от погодных условий в вегетационный период;

· отрицательное влияние на ряд хозяйственных признаков растений, снижение интенсивности дыхательного режима растений;

· увеличение дозы обработки может вызвать летальный исход;

· весьма дорогостоящей и поэтому широко не используется в хозяйстве.

4. По результатам наших исследований можно сделать следующие выводы:

? лазерная обработка не оказала положительного влияния на энергию прорастания семян ячменя сорта Якуб, за исключением варианта с применением лучей с длиной волны 775 нм в течение 30 мин. На данном варианте наблюдалось увеличение Е_пр. на 54% по сравнению с контролем.

? применение лазерной обработки мощностью 100 мВт не зависимо от длины волны и экспозиции снижало всхожесть семян ячменя в лабораторных условиях. Наиболее угнетающее действие на показатели всхожести семян оказала обработка лучами 660 нм в течение 30 мин.

Список использованных источников

1. Атрощенко, Е. Э. Действие ударно-волновой обработки семян на морфофизиологические особенности и продуктивность растений: автореф. дис… канд. био. наук: ВАК 03.00.12. — М., 1997.

2. Веселова, Т. В. Изменение состояния семян при их хранении, проращивании и под действием внешних факторов (ионизирующего излучения в малых дозах и других слабых воздействий), определяемое методом замедленной люминесценции: автореф. дис… д-р. био. наук: 03.00.02−03. — М., 2008.

3. Данько, С. Ф. Интенсификация процесса солодоращения ячменя действием звука различной частоты: дис… канд. тех. наук: ВАК РФ. — М., 2001.

4. Еськов, Е. К. Влияние обработки семян кукурузы ультрадисперсным порошком железа на развитие растений и аккумуляцию в них химических элементов / Е. К. Еськов // Агрохимия, № 1, 2012. — С. 74−77.

5. Казакова, А. С. Влияние предпосевной обработки семян ярового ячменя электромагнитным полем переменной частоты на их посевные качества. / А. С. Казакова, М. Г. Федорищенко, П. А. Бондаренко // Технология, агрохимия и защита сельскохозяйственных культур. Межвузовский сборник научных трудов. Зерноград, 2005. Изд. РИО ФГОУ ВПО АЧГАА. — С. 207−210.

6. Ксенз, Н. В. Анализ электрических и магнитных воздействий на семена / Н. В. Ксенз, С. В. Качеишвили // Механизация и электрификация сельского хозяйства. — 2000. — № 5. — С. 10−12.

7. Мельникова, А. М. Воздействие лазерного облучения на всхожесть семян и развитие проростков / Мельникова А. М., Пастухова Н. // Экология. Радиационная безопасность. Социально-экологические проблемы. — Донбасский государственный технический университет.

8. Нещадим, Н. Н. Теоретическое изучение влияния обработки семян и посевов ростовыми веществами, магнитным полем, лазерным облучением на урожай и качество продукции, практические рекомендации; опыты с пшеницей, ячменём, арахисом и розой: автореф. дис… д-р. с/х наук: Кубанский агрономический ун-т. — Краснодар, 1997.

9. Новицкая, Г. В. Изменение состава и содержания липидов в листьях магнитоориентационных типов редиса под влиянием слабого постоянного магнитного поля / Г. В. Новицкая, Т. В. Феофилактова, Т. К. Кочешкова, И. У. Юсупова, Ю. И. Новицкий // Физиология растений, Т. 55, № 4. — С. 541−551.

10. Новицкая, Г. В. Влияние переменного магнитного поля на состав и содержание липидов в проростках редиса / Г. В. Новицкая, О. А. Церенова, Т. К. Кочешкова, Ю. И. Новицкий // Физиология растений, Т. 53, № 1. — С. 83−93.

11. Новицкая, Г. В. Влияние слабого постоянного магнитного поля на состав и содержание липидов листьев лука разного возраста / Г. В. Новицкая, Т. К. Кочешкова, Ю. И. Новицкий // Физиология растений, Т. 53, № 3. ;

С. 721−731.

12. Обработка семян — защита от болезней и гарантия урожая // ЧПУП «Биохим» URL: http://biohim-bel.com/obrabotka-semyan (дата обращения: 20.03.2013).

13. Рахманкулова, З. Ф. Влияние предпосевной обработки семян пшеницы салициловой кислотой на ее эндогенное содержание, активность дыхательных путей и антиоксидантный баланс растений / З. Ф. Рахманкулова, В. В. Федяев, С. Р. Рахматуллина, С. П. Иванов, И. Г. Гильванова, И. Ю. Усманов // Физиология растений, Т. 57, № 6, С. 835−840.