Исследование влияния предпосевной обработки семян древесных пород водой, активированной плазмой

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исследование влияния предпосевной обработки семян древесных пород водой, активированной плазмой

Важным условием хорошей приживаемости посадочного материала на лесокультурной площади является его высокое качество [1]. При посевах семян в лесных питомниках актуальной проблемой остается выведение семян из состояния покоя [2-4]. Для культур севера России неотъемлемой фазой жизненного цикла является глубокий покой, без которого невозможно прорастание семян. Покой семян обеспечивает сохранение их способности к прорастанию. В связи с периодичностью плодоношения древесных пород семенные годы наступают один раз в несколько лет, и семена хранятся в специализированных семенохранилищах. За время хранения семян нарушается ход их естественной подготовки к прорастанию, снижается качество, ухудшается всхожесть. Предпосевная обработка семян необходима, так как она улучшает всхожесть семян и сопротивляемость всходов инфекционным заболеваниям [4].

Всхожесть семян зависит от температурных и влажностных условий и наличия кислорода. Световой режим, динамика температуры дня и ночи и наличие не менее важных питательных веществ - основные факторы, которые следует выделить. Эти факторы оказывают влияние на темпы роста сеянца на начальных этапах развития. При оптимальном режиме проращивания, который наблюдается в условиях теплиц при выращивании конетейнеризированных сеянцев, сроки появления всходов в большой степени зависят от способа подготовки семян к посеву [1, 4, 5].

В Республике Карелия имеется склад для хранения семян емкостью 10 т, в котором постоянно поддерживается температура -6 С. При этом длительность хранения семян с сохранением их качества повышается. Однако и при таком режиме хранения необходимо выводить семена из состояния покоя [4].

Существует довольно большое разнообразие способов подготовки семян к посеву. Самым простым и наиболее распространенным способом, который еще и воздействует щадяще на семена, является намачивание семян в воде. Главные факторы, которые влияют на всхожесть семян, это вода, воздух и тепло. Семена впитывают воду, за счет этого набухают, оболочка разрывается и частицы почвы, окружающие семя, отодвигаются. Вода и воздух увеличивают содержание ферментов в семени. Под воздействием этих двух факторов, воды и воздуха, нерастворимые питательные элементы, которые находятся в семени, переходят в статус легкоусвояемых. [3, 4, 11]

Электрохимическая активация - это технология получения метастабильных веществ анодным или катодным электрохимическим воздействием для последующего использования этих веществ в различных технологических процессах в период сохранения ими повышенной физико-химической и каталитической активности [7, 8].

В Петрозаводском государственном университете в рамках комплексных исследований в области интенсификации лесопользования [5], ведется поиск путей использования приложений низкотемпературной плазмы для интенсификации биологических процессов, протекающих в семенах древесных пород на начальном этапе развития [4, 5, 6]. На базе физико-технического факультета ПетрГУ было создано мобильное устройство импульсного генератора переохлажденной плазмы на воде [9, 8, 12, 13]. Внешний вид устройства и его структурная схема представлены на рисунке 1.

посев семя плазма

а б

Рис. 1 - Внешний вид генератора в работе (a); схема установки мобильного устройства импульсного генератора переохлажденной плазмы на воде (б): 1 - блок питания; 2 - ёмкость с водой; 3 - компрессор; а - анод; б - катод.

Технические характеристики мобильного устройства импульсного генератора переохлажденной плазмы на воде:

· Рабочее вещество - вода;

· Объем воды - 1 л;

· Средняя температура: 40-60 °С;

· Напряжение горения разряда 5 кВ;

· Импульсный ток: ~ 40А;

· Энергия одного импульса: ~ 1Дж;

· Скважность 0,1-0,01;

· Частота импульсов 1-10 Гц;

· Потребляемая мощность от сети 50 Вт.

Плазмообразующим веществом является дистиллированная вода. При прохождении воды через разрядный промежуток происходит ее активация с изменением уровня кислотности pH. Время воздействия низкотемпературной плазмы на воду может варьировать. В экспериментах время активации воды в разряде переохлажденной плазмы составляло 2 и 4 минуты. Непосредственно после активации были проведены замеры уровня кислотности. Измерения уровня pH показали, что в исследуемом образце до обработки среда характеризуется как кислая (рН=6,6; близка к нейтральной), после обработки уровень рН увеличивается до рН=8,23 и постепенно в течение времени уменьшается и даже восстанавливается до начального. Впоследствии увеличение уровня рН существенно повышается, на 1-2 единицы. При обработке воды в течение 2 минут уровень кислотности стабилизируется в течение нескольких суток, при обработке в течение 4 минут

Проведенные в 2014 году опыты показали, что обработка семян активированной плазмой водой (АПВ) сосны обыкновенной повышает техническую всхожесть при обработке воды в течение 2 минут на 22%. Время среднего семенного покоя уменьшилось на 1 день.

Для проведения эксперимента по воздействию активированной плазмой воды на прорастание семян древесных пород было выбрано время активации - 1, 2 и 4 минуты. С использованием аппарата Огиевского были заложены на проращивание семена ели обыкновенной, сосны обыкновенной, березы повислой и клена ясенелистного. Все условия использования аппарата были соблюдены: температурный режим, влажная среда, доступ воздуха. Появление плесени при проведении эксперимента не наблюдалось.

Рис. 2 - Изменение уровня рН после обработки воды плазмой 03.04.14

Одновременно с работами в лаборатории Петрозаводского государственного университета семена на проращивание были заложены в Отделе «Карельской лесосеменной станции» по адресу: Петрозаводск, Южная промзона. Для проращивания там использовался стол для проращивания шведского производства, отличающийся от аппарата Огиевского наличием подсветки и автоматизированного регулирования температуры воды.

Кроме того, семена, обработанные АПВ, были заложены на фитопатологический анализ. Семена по трем направлениям (сухие семена; семена, намоченные в воде; семена, намоченные в активированной плазмой воде) на фитопатологический анализ были заложены 21.04.14 г. По каждому направлению было заложено по четыре серии, включающие 50 шт. семян

Исследовали всхожесть семян, подвергшихся намачиванию в воде в течение 24 часов, которая обрабатывалась в течение разного времени:

1 вариант ? время обработки воды плазмой 1 минута, после чего семена намачивали в течение 24 часов;

2 вариант ? время обработки ? 2 минуты, намачивание ? 24 часа;

3 вариант ? время обработки ? 4 минуты, намачивание ? 24 часа;

4 вариант - контроль, семена намачивали в дистиллированной воде в течение 24 часов, после чего обрабатывали в 0,5-%-ном растворе марганцево-кислого калия (КМnO₄) и промывали.

Семена, обработанные АПВ, не обрабатывали КМnO_4.

Результаты проведенных исследований приведены в таблице 1.

В результате у семян сосны обыкновенной, обработанных активированной плазмой водой в течение 1 минуты, на 3 день насчитывалось 50 проростков из 400, у обработанных АПВ в течение 2 минут 32, у семян, обработанных АПВ в течение 4 минут - 29. Для контрольного варианта семян, обработанных по традиционной технологии, насчитывалось 26 проростков.

На пятый день у семян контрольного варианта насчитывалось 149 проростков, обработанных АПВ в течение одной минуты ? 184, в течение 2 минут ? 224, у обработанных в течение четырех минут насчитывалось 185 проросших семян.

На седьмой день из контрольного варианта обработки проросло 66 штук семян, из обработанных АПВ в течение одной минуты ? 57 , в течение 2 минут ? 64, а у обработанных АПВ в течение 4 минут ? 63.

На десятый день проращивания у семян, обработанных АПВ в течение 1 минуты проросло 6 штук семян, их обработанных 2 минуты ? 4, 4 минуты ?9 семян, а у партии взятой для контроля (без обработки АПВ) проросло 1 семя. На пятнадцатый день из обработанных АПВ в течение одной минуты проросло 2 штуки семян, из обработанных АПВ 2 минуты ? 3, из обработанных в течение 4 минут ? 4, а у семян, взятых для контроля, не было проростков. Таким образом, при обработке семян АПВ в течение одной минуты проросло всего 299 семян из 400, при обработке семян АПВ в течение 2 минут проросло 328, в течение 4 минут ? 288, а из семян, взятых для контроля, 242.

Таблица № 1 Всхожесть семян древесных пород при разном времени воздействия плазмой на воду при 24-часовом намачивании

Таким образом, процент проросших семян, обработанных активированной плазмой водой, превышал процент при намачивании в необработанной плазмой воде (рисунки 3, 4). Средний семенной покой сократился на 2 дня.

Семена ели европейской 1 класса качества из Прионежского района также были разделены на 4 варианта. Каждая секция включала в себя по 400 штук семян. Общее количество используемых семян - 1600 штук.

Первые проростки появились на 5-й день. У семян, обработанных АПВ в течение одной минуты, проросло 1 семя, у семян, обработанных АПВ в течение 2 минут ? 3, в течение 4 минут ? проросших семян нет, а у семян, взятых для контроля и обработанных в H₂O, проросли 3 семени.

На седьмой день из семян, обработанных АПВ в течение одной минуты, проросли 19 штук, из обработанных АПВ в течение двух минут ? 22, из обработанных в течение четырех минут ? 42 , а из семян, взятых для контроля, проросло 66 штук.

На десятый день проращивания из обработанных АПВ в течение одной минуты проросло 65 семян, у партии обработанных в течение двух минут проросло ? 37, из обработанных 4 минуты 66 , а из контрольного варианта ? 68.

На пятнадцатый день из обработанных АПВ в течение одной минуты семян проросло 146, в течение 2 минут ? 142 семени, из обработанных АПВ в течение 4 минут 151, их контрольного варианта 125 семян.

Рис. 3 ? Всхожесть семян сосны обыкновенной, намоченных в воде, обработанной плазмой в течение 1, 2 и 4 минут

При обработке семян АПВ в течение одной минуты всего проросло 231 семян из 400, при обработке семян АПВ в течение 2 минут проросло 294 из 400, в течение 4 минут 259 из 400, а семян взятых для контроля 228 из 400.

Обработка семян АПВ менее эффективна для семян ели европейской, нежели для сосны. Техническая всхожесть оказалась выше на 2-10%. Однако следует отметить более раннее прорастание семян, обработанных в воде, активированной плазмой. Это имеет существенное значение при ускоренном выращивании посадочного материала в контролируемых условиях.

Проращивание семян березы повислой (Bйtula pйndula) активированной плазмой водой проводился в такой же период времени, семена намачивали только водой, обработанной в течение 2 минут. Было взято 200 семян, по 50 штук в каждой секции. Одни (контроль) - намачивание 2 часа в Н₂О; вторая, третья и четвертая секции - намачивание 2 часа в растворе АПВ, обработанной в течение 2 минут. На третий день пророщенных из семян контрольного варианта проросло 16 штук, после обработки АПВ 25, 16 и 25.

Рис. 4 ? Процент проросших семян ели европейской, намоченных в воде, обработанной плазмой в течение 1, 2 и 4 минут

На пятый день у контрольного варианта оказалось 6 проростков, у обработанных АПВ 7, 12 и 9. На десятый день из контрольного варианта проросло 3 семени, из обработанных АПВ 3, 2 и 1. На четырнадцатый день проросло только одно семя после обработки АПВ (рисунок 5).

Таким образом, для семян березы повислой всхожесть составила 50%, после обработки АПВ в среднем 68% (72, 70 и 60). Длительность среднего семенного покоя не изменилась.

Семена клена ясенелистного, намачиваемые в течение 72 часов в соответствии с ГОСТом, прорастали медленнее, и после обработки АПВ 2 минуты на 15 день всхожесть составила 52%, у намачиваемых в дистиллированной воде 36% (рисунок 5). Для семян сосны и ели после взрезывания определили процент пустых, ненормально проросших, загнивших и запаренных.

При взрезывании не проросших семян сосны выяснилось, что достаточно большое количество было поражено гнилью, а особенно это выражено у тех семян, которые были намочены в дистиллированной воде. Такие же закономерности наблюдали при взрезывании семян ели.

Рис. 5 ? Процент проросших семян березы повислой и клена ясенелистного, по дням проращивания.

При выявлении категорий непроросших семян оказалось, что число загнивших после намачивания воде существенно выше, чем у сухих семян, что естественно. Тем не менее, число загнивших после обработки в воде было выше, чем у намоченных в АПВ, что подтверждает некоторый бактерицидный эффект обработки воды плазмой. Число ненормально проросших и пустых не имело определенных закономерностей (таблица 2).

Таблица № 2 Категории непроросших семян сосны обыкновенной и ели европейской

По результатам проведения анализа на зараженность фитовредителями семян ели европейской выяснилось, что общая зараженность одинакова по всем трем видам семян - сильная (т.е. зараженных семян более 50%). А что касается семян, намоченных в воде, то все 200 штук заложенных на анализ были заражены грибами рода Penicillium. Их степень общей зараженности можно считать очень сильной (рисунок 6). У семян сухих и тех, которые были обработаны активированной плазмой водой, присутствовала зараженность грибами одного и того же рода (пенициллум, аспиргиллус, кладоспориум, гормесциум, мухор, ризопус, спицириа). У вторых семян помимо перечисленных обнаружилось наличие грибов рода Alternaria. Семена, намоченные в воде, были заражены грибами рода Aspergillus, Mucor, Penicillium, Rhisopus, Spicaria.

Рис. 6. - Результаты анализа семян ели европейской на зараженность грибами

Выводы и рекомендации

На основании проведенной работы были сделаны следующие выводы:

1. Обработанная плазмой вода меняет свои свойства с изменением уровня pH. Активированная плазмой вода сразу после обработки имеет щелочную среду, рН возрастает до 8 единиц, затем в течение 2 часов резко опускается до 5. После 2-3 часов после обработки величина рН находится в пределах 7. Время обработки воды имеет существенное значение. При длительности обработки 2 минуты уровень кислотности возвращается к нейтральному через 2 суток, при длительности обработки 4 минуты - через 5 суток.

2. Активированная плазмой вода имеет явный эффект стимулирования прорастания семян в более ранние сроки.

3. Вода, обработанная в генераторе, имеет некоторый бактерицидный эффект, проявляющийся в уменьшении количества грибов, проявившихся при проращивании.

4. Эффект стимулирования прорастания может применяться в условиях теплиц, когда каждый день задержки появления всходов сказывается на качестве посадочного материала.

5. Особенно активно вода, активированная плазмой, проявила себя в 100%-ной концентрации на семенах клена ясенелистного, на семена сосны стимулирующий эффект в большей степени проявился при 50%-ной концентрации.

6. Работы над изучением влияния активированной воды имеет смысл продолжить. Следует проверить эффект плазменной воды для обработки семян других древесных пород и изучить воздействие на них активированной плазмой воды в различных вариациях (изменять время воздействия на воду, концентрацию активированной воды и пр.).

Литература

посев семя плазма

1. Брынцев В.А., Коженкова А.А. Лесное семеноводство. - М.: Наука, - 2001. - 245 с.

2. Романов Е.М. Выращивание сеянцев древесных растений: биоэкологические и агротехнологические аспекты. - Йошкар-Ола: Изд-во МарГТУ,2000. -500 с.

3. Гостев К.В., Гаврилова О.И., Гостев В.А. Применение холодного плазменного спрея для предпосевной подготовки семян сосны обыкновенной //Вестник МГУЛ «Лесной вестник» - Т.100. - 2014. - вып.1- стр.90-96.

4. Указания по лесному семеноводству в Российской Федерации. - М.: ГК по лесу РФ, 2000. - 206 с.

5. Хлюстов В.К. Лесные культуры от семян до древостоев /Хлюстов В.К., Гаврилова О.И. Монография. - Palmarium Academic Publishing, - 2015. -205 c.

6. Шегельман И.Р., Щукин П.В. К обоснованию методологии формирования инновационных процессов заготовки и воспроизводства лесных ресурсов // Перспективы науки. - 2012. - № 9(36). - С. 101-103.

7. Прилуцкий В.И., Бахир В.М. Электрохимически активированная вода. Аномальные свойства, механизм биологического действия. Москва. 1995. 151c.

8. Гостев К.В. Особенности и режимы работы генератора холодного плазменного спрея для активации процессов жизненного роста семян хвойных пород // Глобальный научный потенциал. - 2013. - № 2(23). - С. 58-60.

9. RU 131931 С1 H05H 1/00. Импульсный генератор переохлажденной плазмы / Гостев К.В., Тихомиров А.А., Тихонов Е.А. - № 2013110894/07, Заявл. 13.03.2013 // Полезные модели.

Размещено на Allbest.ru