Травмирование внутренних структур зерновок как фактор снижения продуктивности семян зерновых культур

зерновка семя культура сельскохозяйственный Необходимость повышения урожайности сельскохозяйственных культур в современном аграрном производстве обусловливает повышение качественных требований как к технико-технологическому обеспечению процессов их возделывания, так и непосредственно к биологическому материалу — семенам [3]. Вместе с тем существующее промышленное зернопроизводство и семеноводство предполагают многочисленные механические и термомеханические воздействия на зерновой и семенной ворох на этапах посева, уборки, послеуборочной обработки и хранения промышленных партий зерна и семян, что приводит к травмированию наружных покровов и внутренних тканей зерновок, обусловленному силовым взаимодействием зерновок с рабочими органами машин, когда механические нагрузки превосходят пределы их естественной прочности. Повреждения вызывают снижение полевой всхожести семян и продуктивности полученных из них растений, что обусловлено как непосредственным угнетением ростового потенциала за счет травмирования ростообразующих органов зерновок, так и облегченным доступом к тканям зерновок через поврежденные наружные покровы почвенных бактерий, грибов и плесеней, продукты жизнедеятельности которых оказывают токсическое действие и снижают сопротивляемость проростков болезням и неблагоприятным агрометеорологическим условиям [4]. Известно, что полевая всхожесть во всех регионах страны намного ниже лабораторной. Несмотря на то, что поиск путей повышения полевой всхожести семян идет уже давно, разрыв между лабораторной и полевой всхожестью в настоящее время составляет 20…40%. По мнению Строны И. Г. [6] 70…85% от общего среднего процента снижения полевой всхожести следует отнести за счет нарушений в процессе и в физиологии прорастания, являющихся следствием травмирования семян.

Повреждения товарного и фуражного зерна негативно сказываются на его технологических свойствах и сохранности пищевых качеств при хранении.

Практика показала, что повреждения зерновок могут быть различными в зависимости от вида и величины нагрузок, физико-механических свойств семян, при этом различные травмы дифференцированно влияют на качество семян.

Цель исследования — оценить влияние травмирования внутренних структур зерновок, обусловленного механическими и термомеханическими воздействиями на семенной ворох в процессе машинной подготовки, на ростовой потенциал семян.

Материалы и методы. Для выявления внутренних повреждений в зерновках после механической подготовки проводили их рентгеносъемку на исследовательском комплексе, созданном на основе рентгенографического аппарата «Электроника-25» [5], позволяющем получать прямое увеличенное рентегеновское изображение исследуемых зерновок, и сравнивали полученные рентгенограммы со стандартными изображениями семян исследуемой культуры. Объектом исследования служили семена зерновых культур (овес, ячмень, пшеница), отбиравшиеся на различных этапах машинной послеуборочной обработки. Для оценки влияния внутренней травмированности семян на их посевные качества по методике мелкоделяночного полевого опыта [2] определяли полевую всхожесть зерновок с выделенными типами повреждений.

Результаты и обсуждение. При анализе рентгенографических снимков зерновок оценивали следующие параметры: форму эндосперма и зародыша, наличие зародыша, число трещин в эндосперме. Исследование полученных изображений позволило выявить следующие виды типичных внутренних повреждений (рисунок 1).

Рисунок 1. Классификация внутренних повреждений семян овса (А), ячменя (Б), пшеницы (В):

Р1 — семена целые (контроль); Р2, Р3 — семена с вмятинами в области эндосперма и зародыша; Р4, Р5 — семена, имеющие до 4-х внутренних трещин и более; Р6 — семена со сколами (выбоинами) в эндосперме; Р7 — семена с поврежденным зародышем.

Вмятины — на рентгенограммах выявляются как отклонения от правильной эллипсоидальной формы зерновки, а также как области пониженной плотности (на негативном изображении выражены более темным цветом, на позитивном — наоборот) — являются следствием неупругих деформаций, возникающих при механическом воздействии на семена повышенной влажности, т. е. в моменты, когда их пластические свойства выражены в большей степени, чем упругие. Причиной возникновения вмятин является, как правило, пластическое деформирование тканей зерновки в месте контакта с рабочими органами. Степень деформирования зависит от физико-механических свойств, геометрических характеристик и силы воздействия контактирующего рабочего органа. Патологические изменения формы эндосперма (вмятины) объединены в один класс повреждений, так как, очевидно, они обусловливают снижение показателя интенсивности начального роста проростков примерно на одинаковую величину.

Вмятины в области зародыша выявляются аналогично вмятинам в эндосперме. На их возникновение помимо причин, описанных выше, влияют физико-механические и анатомо-морфологические особенности зародыша. Зародыш имеет бульшую влажность, чем эндосперм зерновки, и, следовательно, более пластичен, благодаря чему его ткани в большей степени подвержены смятию при механических нагрузках. Кроме того, зародыш, как правило, выступает над поверхностью зерновки, что также обусловливает его повреждаемость. Поскольку скорость прорастания и сила получаемых проростков непосредственно зависят от биологического состояния зародыша, смятие его тканей вызывает более резкое падение ростового потенциала и продуктивных свойств семени, что позволяет выделить эти повреждения в отдельный тип.

Трещины в эндосперме — выглядят на рентгенограммах как различной ширины темные полосы на фоне светлого (на позитивном изображении — наоборот) эндосперма. Причины возникновения внутренних трещин следующие: механические воздействия на семена с усилиями, превышающими пределы прочности зерновок; жесткие тепловые режимы сушки; термомеханические воздействия на семена с вмятинами в области эндосперма. Вмятины проводят к уплотнению поверхности зерновки, что вызывает неравномерный вынос влаги из внутренних слоев и, следовательно, возникновение дополнительных касательных напряжений, обусловливающих появление трещин. Наличие внутренних трещин препятствует доступу питательных веществ эндосперма к зародышу в период прорастания семени, что отрицательно сказывается на его продуктивных свойствах. Руководствуясь этим, трещиноватые семена были разделены на две группы: с количеством внутренних трещин до четырех и более четырех.

Сколы (выбоины) в эндосперме — тип повреждений, связанный с отчленением части зерновки. Объяснить возникновение подобных травм можно следующим образом. По мере потери влаги семена частично утрачивают свои пластические свойства и под воздействием механических нагрузок, по своим значениям превосходящих пределы прочности тканей зерновки на разрыв, происходит скалывание ее частей.

Повреждения зародыша обычно заключаются в его полном отчленении или потере большей части. Это связано с тем, что зародыш отделяется от эндосперма посредством однослойной столбчатой паренхимы, которая в данном случае является плоскостью разрыва.

Отмеченные типы травм составили основу классификации внутренних повреждений семян, которую можно использовать, в том числе, при качественной оценке влияния машин и агрегатов в современных машинных технологиях подготовки семян.

Известно, что в лабораторных условиях поврежденные семена иногда прорастают не хуже, чем неповрежденные, но в полевых условиях они дают изреженные всходы, так как ослабленные проростки не в силах пробить покрывающий их слой почвы. В связи с этим для оценки влияния выделенных типов травм на продуктивные свойства семян определяли полевую всхожесть травмированных зерновок.

Для оценки влияния различных видов внутренней поврежденности на посевные качества отбирали зерновки без внешних повреждений, но с внутренними травмами согласно разработанной классификации.

Специально проведенные исследования показали, что поглощенная семенами при их экспонировании доза рентгеновского излучения не превосходит 0,01 гР, что существенно ниже критической дозы радиации, выше которой наблюдается значительное снижение жизнеспособности семян и их продуктивных качеств, а затем и гибель, и не влияет на жизнеспособность и посевные качества семян, а также на дальнейшее развитие выращиваемых из них растений [1]. Это дает возможность проведения индивидуального анализа внутренней поврежденности семян и интенсивности процессов их прорастания.

Результаты проведенных исследований представлены на рисунке 2.

Рисунок 2. Влияние внутренних повреждений семян на их полевую всхожесть (обозначения согласно см. рисунок 1).

Установлено, что семена с вмятинами в эндосперме снижали полевую всхожесть по сравнению с неповрежденными на 2,25…3,75% (для исследованных культур). Патологичность вмятин обусловлена тем, что вызванные ими уплотнения наружных слоев зерновки при попадании последней в почву приводят к нарушениям поступления влаги к внутренним структурам, вызывающим неравномерное набухание семени, что негативно влияет на начало и весь процесс прорастания. Вмятины также обусловливают некротические поражения тканей, что влияет на интенсивность дыхания и, следовательно, вызывает локальные изменения температуры поврежденных и неповрежденных участков в процессе хранения семян. Все это вкупе приводит к патологическим изменениям семенных качеств зерна.

Гораздо сильнее выражено негативное влияние вмятин в зародыше, приводящих к травматическим изменениям частей будущего растения. Снижение полевой всхожести семян с вмятинами в зародыше в проведенных опытах составило 18,0…25,0%.

Снижение полевой всхожести семян, имеющих до 4-х внутренних трещин, составило 30,25…37,0%; для семян с количеством трещин больше 4-х — соответственно 38,0…48,75%. Замечено, что семена ячменя, имеющие менее 4-х трещин, снизили всхожесть на 37,0%; при количестве трещин более 4-х — на 48,75% в сравнении с такими же показателями для овса и пшеницы, соответственно, 39,0% и 38,0%. Подобная разница обусловлена характером трещин. У семян овса и пшеницы они, как правило, мелкие, ширина их относительно невелика. При набухании зерновок в период прорастания такие трещины могут затягиваться и не препятствовать транспортированию питательных веществ из эндосперма к зародышу. У семян ячменя внутренние трещины выражены более отчетливо, имеют в 2…3 раза бульшую ширину, кроме того, значительная доля семян (> 40%), отнесенных к группе с количеством трещин более 4-х, имеет их по 7…9 штук, что вкупе и обусловливает более выраженное негативное влияние на полевую всхожесть внутренне трещиноватых семян ячменя в сравнении с овсом и пшеницей.

Выбоины и сколы в эндосперме зерновок приводили к снижению их полевой всхожести на 42,25…50,75%. В эндосперме сосредоточен основной запас питательных веществ семени, кроме того он также выполняет некоторые функции регулирования прорастания, поэтому потеря его части снижает способность семян к прорастанию, ослабляет проросток и снижает продуктивность растения.

Повреждение зародыша, представляющего собой целое зачаточное растение со всеми его органами, приводило к почти полной потере семенных качеств зерновки, снижение полевой всхожести в этом случае составляло 87,0…88,75%.

Снижение полевой всхожести оказывает влияние на урожайность. Так исследованиями [4] установлено, что снижение полевой всхожести на 1% приводит к снижению урожайности яровых зерновых культур на 1,5…2,0%, а озимых — на 1,0…1,5%. В связи с этим можно считать, что травмирование семян оказывает существенное негативное влияние на их урожайные свойства.

Выводы:

• 1. Повреждения внутренних структур зерновок сельскохозяйственных культур, получаемые за счет механических и термомеханических воздействий со стороны рабочих органов машин и агрегатов в процессе механической подготовки, существенно отличаются по своим типам;
• 2. Предложен комплексный метод классифицирования повреждений внутренних структур зерновок, возникающих в процессе механической подготовки, при котором учитываются их физико-химические и анатомо-морфологические свойства, виды механических и термомеханических воздействий в процессе машинной обработки, а также влияние травм зерновок на их ростовой потенциал;
• 3. Классификацию внутренних повреждений зерновок, составленную на основе анализа выделенных типов травм, можно использовать, в том числе, при оценке влияния машин и агрегатов на качество семян в современных машинных технологиях их подготовки.
• 4. Травмы всех выделенных типов существенно и дифференцированно влияют на посевные и урожайные качества семян и должны учитываться при выборе технологических схем подготовки, подборе рабочих органов и настройке режимов работы агрегатов при машинной обработке зернового и семенного вороха.

1. Архипов М. В. Радиочувствительность д.н.п. клеток зародышей и потенциал продуктивности семян: Дисс… докт.биолог.наук.- Л., 1989. 318 с.

• 2. Доспехов Б. А. Методика полевого опыта. — М.: Колос, 1979. — 416 с.
• 3. Елизаров В. П., Голубкович А. В., Евтюшенков Н. Е., Крюков М. Л., Калинкин Г. А. Заготовка семян зерновых и зернобобовых культур в селекции и первичном семеноводстве // Сельскохозяйственные машины и технологии.- 2014. № 5. С.17−22.
• 4. Ижик Н. К. Полевая всхожесть семян.- Киев.- Изд-во «Урожай». — 1976. 200 С.
• 5. Пехальский И. А. Автоматизация оценки влияния травмирования семян на их урожайные свойства // Сборник докладов Х1 международной научно-практической конференции «Автоматизация и информационное обеспечение производственных процессов в сельском хозяйстве». — М.: ФГУП Изд-во «Известия» УДП РФ.- 2010. С. 500−504.
• 6. Строна И. Г. Травмирование семян зерновых культур и урожай//Биология и технология семян. — Харьков, 1974. — С. 122…129.