Влияние озона и протравителей на посевные качества и оздоровление яровой пшеницы Шестерин Игорь Валерьевич

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Литературный обзор 8

1.1. Системные протравители 9

1.2. Биопрепараты 16

1.3. Физические методы 25

1.4. Озон 37

Глава 2. Материал, методика и условия проведения экспериментов 49

2,1. Материал 49

2.2. Методика 51

2.3. Условия проведения эксперимента 57

Глава 3. Результаты исследований 62

3.1. Влияние озона на посевные качества семян 62

3.2. Воздействие на пыльную головню 75

3.3. Продолжительность сохранности эффекта воздействия озона на посевные качества семян 81

Глава 4. Влияние озона на болезни яровой пшеницы, стругоуру урожая, урожай и качество зерна 83

4.1. Болезни яровой пшеницы 83

4.2. Элементы структуры и урожайность 86

4.3. Качество зерна 93

Глава 5. Экономическая и энергетическая эффективность обработки семян озоном и протравителями 96

5.1. Экономическая эффективность 96

5.2. Энергетическая эффективность 97

Выводы 99

Предложение производству 100

Список литературы - 101

Приложение

• Влияние озона на посевные качества семян
• Болезни яровой пшеницы
• Качество зерна
• Экономическая эффективность

Введение к работе

Стабильное производство достаточного количества

высококачественного зерна является важнейшим условием обеспечения про довил ьсгвенной безопасности и независимости любого государства.

Высокое качество зерна при его высокой урожайности в развитых странах - это результат высокой культуры земледелия* надлежащей технической оснащенности, а также грамотной финансовой и регулирующей политики государства в аграрном секторе экономики.

Современное положение в зерновой отрасли России нельзя назвать благопалучнъш и прежде всего тревогу вызывает качество выращиваемой продовольственной пшеницы.

По данным Российской Государственной хлебной инспекции в обследованных партиях зерна мягкой пшеницы за последние годы снизилось значение такого важного показателя, как массовая доля клейковины. До 1996 г. этот показатель в среднем по РФ составлял 23 - 24 % (в 1995 г. — 25%) _? а в 1997 г. снизился до 20 % и в 1999 - 2000 гг. оставался на уровне 21 %. За период с 1991 по 2000 гг. средневзвешенное содержание белка в зерне мягкой пшеницы снизилось с 12,7 до 12,5% (исключение - 1998 г. - 13 %), Отмечено ухудшение хлебопекарных свойств [Бегеулов, 2002].

Главная причина отмеченных выше тенденций снижения качества выращиваемого в России зерна не только пшеницы, но и семян большинства культур, - недостаток финансовых средств у товаропроизводителей и связанные с этим ухудшение материально-технической базы зернового хозяйства и снижение уровня агротехники и культуры земледелия.

Хорошо известно, что протравливание семян - эффективное, экономически выгодное и наиболее экологичное мероприятие, позволяющее защитить посевы от семенной, почвенной и, частично_s аэрогенной инфекции. Это единственный способ защиты зерновых культур от головневой инфекции.

Тем не менее, в последние 10 лет значительно уменьшились объемы работ по предпосевному протравливанию семян, что привело во многих хозяйствах к повышению инфицированности семенного материала и снижению их качества.

Наиболее распространены и вредоносны на зерновых культурах головневые заболевания, фузариоз колоса, корневые гнили, снежная плесень, пятнистости и мучнистая роса, ржавчинные болезни.

Использование некачественного семенного материала приводит, с одной стороны, к снижению (до 20 %) урожайности [Ликуев, 2003], с другой стороны - загрязнению продукции токсинами. Зараженное зерно представляет опасность для людей и сельскохозяйственных животных, что ограничивает возможности его использования на продовольственные цели, а при высокой степени поражения делает его непригодным для применения в качестве даже фуража.

Очевидно, что выход зерновой отрасли из затянувшегося кризиса возможен лишь на основе широкого использования лучших сортов зерновых культур отечественной и мировой селекции, применения современных машин и оборудования, внедрения в практику земледелия новых ресурсосберегающих экономичных и экологичных приемов и методов агротехники, переработки и хранения собранного урожая.

Одно из перспективных решения этой проблемы - предпосевная обработка семян озоном.

Цель и задачи исследований

Целью работы является изучение и обоснование возможности использования озона в качестве биостимулятора и протравителя при предпосевной обработке семян яровой пшеницы в сравнении с системными протравителями.

5 Задачи исследований:

1. Изучение влияния различных концентраций озона и длительности обработки на посевные качества семян различньїх сортов яровой пшеницы и других зерновых культур.

2. Исследование воздействия озона и протравителей на пыльную головню яровой пшеницы на фоне естественного и искусственного заражения.

3. Оценка продолжительности сохранности эффекта воздействия озона на посевные качества семян.

4. Сравнительная оценка озона и протравителей на интенсивность развития бурой ржавчины и мучнистой росы.

5. Влияние озона и протравителей на элементы структуры, урожай и технологические свойства зерна яровой пшеницы.

6. Определение экономический эффективности использования озона и протравителей в посевах яровой пшеницы.

Научная новизна

Впервые в условиях Нижнего Поволжья на примере шести сортов яровой пшеницы выявлена зффеїстивносгь воздействия предпосевной обработки озоном и системными протравителями на посевные качества семян_? продуктивность и качество зерна яровой пшеницы, а также устойчивость к пыльной головне на фоне естественного и искусственного заражения. Определены оптимальные условия предпосевной обработки озоном семян различных сортов яровой пшеницы, овса и ячменя.

Практическая значимость

Производству рекомендовано предпосевное озонирование семян зерновых культур методом продувки бурта озоно-воздушной смесью, что стимулирует начальные ростовые процессы у растений яровой пшеницы, овса и ячменя. В итоге обеспечивается наибольшая экономическая

б эффективность по сравненшо с применением системных протравителей против возбудителей пыльной головни, бурой ржавчины и мучнистой росы яровой пшеницы.

Разработанные по результатам исследований выводы и предложения производству прошли производственную проверку на полях пристанционного севооборота НИИСХ IOro-Востока и в ООО «ТВС-Агро» Аткарского района Саратовской области в 2003 г. на площади 100 га. Прибавка урожая по отношению к контролю в среднем составила 5,6 % (приложение L2).

Апробация работы

Основные результаты исследований доложены и обсуждены на научно-практической конференции «Пути решения проблемы стабилизации урожая и качества продукции зерновых и кормовых культур» [Кипель₃ 2004], па международной конференции «Развитие ключевых направлений сельскохозяйственной науки в Казахстане: селекция, биотехнология, генетические ресурсы» [Астана, 2004].

По материалам исследований опубликована статья «Предпосевная обработка семян озоном» [Агро XXI 2003/204, № 7 - 12],

Декларация личного участия автора: Автору принадлежит разработка идеи, подбор и анализ литературных данных. Исследование и анализ полученных результатов выполнены самостоятельно по плану, согласованному с научными руководителями.

Основные положения, выносимые на защиту:

- влияние озона и протравителей на посевные качества семян;

-влияние озона и протравителей на оздоровление и продуктивность яровой мягкой и твердой пшеницы.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 118 страницах компьютерного текста. Состоит из введения, 5 глав, выводов и

7 предложений производству. Содержит 19 таблиц в тексте, 12 рисунков, 24 приложения.

Список использованной литературы включает 185 наименований; в том числе 19 зарубежных авторов.

з Глава 1. Литературный обзор

Известно, что через семена передается более половины всех болезней растений. Именно семена являются источником опасных и вредоносных заболеваний, наносящих существенный вред товарному производству. Поэтому во многих странах предпосевная обработка семян средствами защиты растений является законодательно обязательным приемом защиты основных сельскохозяйственных культур от вредных организмов.

Метод предпосевной обработки семян против семенной, почвенной, частично аэрогенной инфекции отвечает основном}' принципу интегрированной защиты, обеспечивая максимальный эффект при минимально отрицательном влиянии на компоненты агроценоза, т.к. препарат вносится только туда, где он действительно необходим.

Одно из опасных грибных заболеваний пшеницы - пыльная головня. По данным Саратовской областной станции зашиты растений (СТАЗР) в последние годы степень поражения пыльной головней яровой пшеницы в области достигала ежегодно 2 - 8 %, а в некоторых хозяйствах - до 10 - 15 %. Ущерб от пыльной головни определить не так-то просто. Например, если на посеве насчитывают головневых колосьев 1 - 2 %, то это не значит, что в данном случае потери урожая равны этим 1-2 %. Это связано с так называемыми скрытыми потерями, которые могут достигать 5 - 20 % [Крупнов, Дружин, 2002].

Возбудитель пыльной головни - Ustilago tritici (Pers.) Jens. - относится к классу базидиомицетов, который включает около 1000 видов, объединенных в 40 родов.

Растения заражаются телиоспорами во время цветения только через завязь цветка. Считается [Кривченко, 1984], что заражение происходит в течение 4-5 дней от начала пожелтения пыльников в цветке. Одни сорта более восприимчивы к патогену до начала опыления, другие ~ в период опыления, но независимо от сорта восприимчивость растений через 4-5

дней после цветения снижается в 3 - 10 раз, В общей сложности от начала прорастания и до момента проникновения б зародыш мицелию гриба требуется около 3 недель, после чего он вступает в период покоя в созревшем семени и будет в таком состоянии до тех пор, пока последнее не начнет прорастать. Вслед за прорастанием семени мицелий трогается в рост, продвигается вверх по стеблю, проникает в примордии колоса и по мере роста последнего распространяется по нему. По мере выноса колоса из влагалища верхнего листа телиоспоры разносятся ветром, обеспечивая новый цикл заражения новых растений [Кривченко, 1984; Крупнов, Дружин, 2002].

На развитие возбудителя заболевания и инфекционный процесс существенно влияет окружающая среда, в основном - температура и влажность воздуха. Оптимальная температура для развития патогенна +18 -+24С., минимальная +5С, максимальная 26-30С. При температуре 29,4С происходит почти полное «самоосвобождение» растений от патогенна. Этот факт представляет особый интерес для Нижнего Поволжья, где нередки годы, когда в период от трубкования до колошения максимальные температуры достигают 30С и выше. Увеличение влажности воздуха также способствует повышению поражения пшеницы пыльной головней. Важными являются и количество осадков, и количество дней с осадками [Каратыгин, 1986]

В первой половине XX века, когда эффективных препаратов еще не было, основным способом обеззараживания семян служило воздействие высоких температур или солнечного света [Грешнова, 1964].Однако метод не получил широкого распространения ввиду высокой энергоемкости и трудоемкости, а также сложности при обработке большой массы зерна, поддержания заданной температуры с необходимой точностью.

1.1. Системные протравители

Новый этап в химической борьбе с пыльной головней связан с началом промышленного производства в 1968 г. веществ типа витавакс, которые

весьма эффективно обеззараживали семена от мицелия гриба [Мельников, 1975].

Современный ассортимент протравителей представлен в основном системными фунгицидами, обладающими высокой биологической активностью в отношении не только возбудителей болезней, но и самого растения.

По классу основного действующего вещества они делятся на: бензимидазольные - беномил, фундазол, дерозал, колфуго супер, колфуго дуплет; оксатииновые - витавакс. витарос, фенорам; азоловые - байтан, винцит_? премис, раксил, суми, дивиденд, дивиденд стар.

Бензимидазольные и оксатииновые препараты повышают полевую всхожесть на 5 - 15 %, в зависимости от степени зараженности семян, и увеличивают количество продуктивных стеблей на 15 - 20 %. Азоловые соединения не всегда повышают полевую всхожесть, но могут увеличить количество продуктивных стеблей на 5 - 30 % [Долженко и др._? 2001].

В экстремальных погодных условиях (засуха, низкая влажность в период посева или чрезмерное переувлажнение), а также при заделке на глубину более 3 - 4 см протравители могут снижать полевую всхожесть.

Все представленные фунгициды обеспечивают практически 100 % эффект против наружной семенной инфекции (твердая головня пшеницы, каменная головня ячменя, стеблевая головня ржи, покрытая и пыльная головня овса).

Против внутренней головневой инфекции (пыльная головня пшеницы) высокой эффективностью, до 100 %, обладают байган универсал СП (15+2,5+2 г/кг) при норме расхода 2 кг/т_? витавакс (кемикар) СП (750 г/кг) при норме расхода 3 кг/т_? премис КС (25 г/л) при норме расхода 2 л/т, премис тотал КС (300+25 г/л) при норме расхода 2 л/т, раксил КС (60 г/л) при норме расхода 0,5 л/т₅ раксил СП (20 г/кг) при норме расхода 1,5 кг/т, раксил Т СП (15+500 г/кг) при норме расхода 2 кг/т. Немного им уступают (эффективность 85,7 - 95,7 %) витавакс 200 ФФ (375+375 г/кг) при норме

11 расхода 3 кг/т, суми 8 СП (20 г/кг), фенорам СП (470+230 г/кг), фенорам супер СП (470+230 г/кг) при норме расхода 2 кг/т₃ винцит СК (25+25 г/л) при норме расхода 2 л/т.

Препараты беномил (фундазол) СП (500 г/кг), витавакс 200 Фф ВСК (170+170 г/л), дерозал КС (500 г/л), колфуго супер КС (200 г/л), кодфуго супер колор КС (200 г/л) обладают слабым эффектом против пыльной головни (эффективность до 50 %).

Против снежной плесени на зерновых культурах умеренной эффективностью отличаются байтан универсал СП (15+2,5+2 г/кг), беномил (фундазол) СП (500 г/кг), винцит СК (25+25 г/л), дерозал КС (500 г/л), колфуго супер КС (200 г/л), колфуго супер колор КС (200 г/л), максим КС (25 г/л)_э цаноктин ВР (350 г/л), текто КС (450 г/л). Им уступают премис КС (25 г/л) и премис тотал КС (300+25 г/л).

Но даже среди названных против снежной плесени фунгицидов преимущественное значение имеют байтан универсал СП (15+2,5+2 г/кг) и беномил СП (500 т/кг). Обычно эффективность против снежной плесени составляет 40 - 50 %, но в отдельные годы можно получить эффективность до 70 %.

Развитие корневых гнилей находится в прямой зависимости от условий возделывания культуры, и нарушение технологии выращивания ведет к усилению развития болезни. На этом фоне значение фунгицидов для предпосевной обработки семян возрастает.

На яровых зерновых культурах (пшеница, ячмень) против гельмиитоспориозпо-фузариозпой корневой гнили лучшие результаты дают байтан универсаіі СП (15+2,5+2 г/кг), премис тотал КС (300+25 г/л), раксил СП (20 г/кг), раксил Т СП (15+500 г/кг), суми 8 СП (20 г/кг) (табл. 1). Однако следует учитывать, что основные посевы яровых зерновых культур расположены в зоне рискованного земледелия, где возможны засухи в период посева, поэтому использование байтан универсала СП (15+2,5+2 г/кг) более

целесообразно в более благополучные по влажности годы [Долженко и др._э

2001].

Таблица 1

Спектр действия и эффективность фунгицидов для предпосевной обработки семян пшеницы яровой

13 Продолжение таблицы 1

Примечание: -I- 1-і- эффективность высокая(95-100%); ++ средняя (до 75%); -f слабая (50%).

Предпосевное протравливание предполагает обработку семян не позже, чем за 15 дней до посева, зерно, протравленное ранее этого срока, считается протравленным заблаговременно. Сроки обработки семян в первую очередь определяются свойствами препарата. Протравливание иемяп контактными препаратами более целесообразно проводить заблаговременно, так как в этом случае более длительный контакт с патогенном обеспечит больший эффект, системными - в предпосевной период, так как их действие основано на проникновении внутрь прорастающего семени [Баталова и др., 1989].

Сокращение норм расхода протравителей ниже рекомендованных «Списком химических и биологических средств борьбы с вредителями, болезнями растений и сорняками и регуляторов роста растений, разрешенных для применения в сельском хозяйстве» не допускается. Однако в пределах этих норм расхода с учетом видового состава патогенов и их численности, складывающихся погодных условий в конкретном регионе, можно

14 варьировать расход в сторону увеличения или уменьшения. Так₅ при высоком уровне головневой инфекции, особенно пыльной головни пшеницы или ячменя, или даже при умеренном ее развитии, но в условиях дефицита влаги в почве в период сева норма расхода системных фунгицидов должна быть максимальной, В то же время снижение рекомендуемых норм расхода фунгицидов или высев непротравленных семян может привести к усилению поражения растений почвенными патогенами. Протравители при всех видимых преимуществах имеют ряд серьезных недостатков:

1) в экстремальных погодных условиях (засуха, низкая влажность
почвы в период посева или чрезмерное увлажнение) могут снижать полевую
всхожесть;

2. риск опасности отравления работников;

3. из-за дороговизны и дефицита новых, наиболее безопасных препаратов, используются дешевые протравители из класса высокоопасных, а иногда и запрещенных препаратов;

4. есть вероятность попадания остатков ядовитых веществ в готовую продукцию - а это продукты питания для населения и корм для скота и птицы.

Необходимо учитывать, что многолетнее применение препаратов одних и тех же химических классов или с одинаковым механизмом действия на одних и тех же полях индуцирует у вредных организмов устойчивость к ним. Для ее предотвращения, как минимум, следует чередовать препараты, относящиеся к различным классам химических соединений. [Саратган, Безуглов, 2001].

Более того, установлен, например, мутагенный эффект гербицида титус, широко рекомендуемого к применению на посевах кукурузы и других сельскохозяйственных культур, В год иоздействия среди растений наблюдался довольно высокий уровень стерильных метелок, что приводило к пониженной озерненности початков. Следовательно, титус обладает генетической активностью и его применение в посевах кукурузы на участках

15 гибридизации и б питомниках размножения элитных и суперэлитных линий нежелательно [Григоренко, Ларчепко, 1999].

Препараты нового поколения, как правило, высоко активны и токсичны для определенных видов или родственных групп микроорганизмов. Благодаря этому они заменили старые неизбирательные фунгициды, токсичные для полезной микрофлоры. Однако возникла новая проблема, связанная с селектирующим эффектом и резистентностью. Место элиминированного патогенна, как правило, занимает новый, иногда более вредоносный, вид.

Например, вследствие применения пропиконазола распространяются фузариозы и церкоспореллез злаков. Широкое применение препаратов на основе беномила принято считать одним из факторов, способствующих распространению фузариозов. Подавление церкоспореллеза злаков в Западной Европе вызвало нарастание ризоктониоза. Подавление церкоспороза сахарной свеклы индуцировало эпифитотии мучнистой росы. Все это выдвинуло новые требования к оденке защитных свойств фунгицидов. Применительно к каждой культуре требуется дифференцированный подход с учетом эколого-географических структур ее патогенных ассоциативных популяций [Рудаков и др. 2001].

Не следует забывать также, что на формирование общей массы урожая воздействуют очень многие факторы. При использовании протравителей вследствие уменьшения болезней должен увеличиваться сохраненный урожай. Однако на практике степень фунгацидной эффективности не во всех случаях коррелирует с величиной сохраненного урожая. Из-за проявления иных биологических эффектов урожай на фоне протравителей может быть сравним с урожаем, полученным без применения химических средств защиты. Весьма значимым оказывается и различие в реакции сортов. например, яровой пшеницы на системные протравители [Павлова и др.₅ 2001].

Упрощенный, шаблонный подход при применении системных протравителей без предварительного изучения реакции на них каждого из районированных сортов может привести вместо ожидаехмых положительных результатов к негативным последствиям, как по контролю болезни, так и по сохранению урожая [Павлова и др., 2001].

Особую озабоченность вызывает отставание в области разработки новых препаратов. Отечественные пестициды создаются на основе старых молекул, от которых уже отказались зарубежные химики [Раскин, 2004].

Все это указывает на то, что химический способ предпосевной обработки семян не в полной мере отвечает современным требованиям охраны окружающей среды, является социально и экологически небезопасным, а также высокозатратным.

Таким образом, возрастающие требования к качеству продукции и сохранности окружающей природной среды, а также экономической эффективности применения препаратов требуют разработки новых подходов к защите растений от болезней.

1.2. Биопрепараты

За последние 40 лет ориентация защиты растений существенно изменилась в направлении ее биологизации и экологизации. Смена ориентации на предпочтительность использования нехимических методов связана как раз с новыми нау чными данными по опасным побочным эффектам пестицидов в отношении человека и биоресурсов и с возрастающими возможностями биологической защиты растений.

В широком определения биозащита растений от вредных агентов (biological control) - это применение «живого против живого», это использование против них разнообразных БАВ и метаболитов биоты_э а также ее эффективных генов [Соколов, Захаренко 2001].

Одним из существенных положительных свойств, отличающих биогенты и биопестициды от традиционных химических препаратов,

является их экологичность. Их можно использовать в повышенных дозах,
практически без ограничения кратности применения, в то время как
обработки химическими пестицидами повсеместно строго

регламентированы.

В то же время биологическая защита растений - это современная фундаментально-прикладная область знаний, предметом исследования которой являются разнообразные биосредства - биоагенты и биорегуляторы - естественные и/или генетически измененные организмы, включая вирусы и их генные продукты.

Главные цели биозащиты - получение высококачественной экологичной продукции и сохранение биоразнообразия агросферы.

Биологическая защита растений и урожая базируется на комплексной реализации трех основных стратегий:

- долгосрочная агроценотическая регуляция структуры/численности
вредной и полезной биоты, г,е. целенаправленное обустройство
агроландшафта;

- самозащита культивируемого растения и агроценоза в целом (за счет
использования иммунных традиционных и трансгенных сортов, устойчивых
к различным биотическим стрессорам, а также разнообразных
биорегуляторов);

- оперативное сдерживание вредных видов (с помощью арсенала
биопрепаратов, биоагентов, биорегуляторов).

На практике биозащиту зачастую сводят к стратегии оперативного сдерживания, традиционно именуемую биометодом. Однако когда ставят знак равенства между биометодом и биозащитой растений, это сужает назначение последней и обедняет ее содержание.

При этом как бы затушевываются важные различия между биологическими и химическими препаратами, поскольку отличия между ними объясняются лишь их происхождением. В то же время, одним из принципиальных, только биозащите присущих отличий, является

18 использование имманентно функционирующих в природе именно первых двух уникальных ее стратегий, т.е. «биоценотической регуляции» и «самозащиты», В их основе заложено преимущественное использование даровой знеріии Солнца, в то время как и химические технологии, и биотехнологии большинства биосредств (ферментация, культивирование и разведение гетеротрофных организмов и т.д.) в значительной мере базируются на затратах энергии преимущественно ископаемого топлива, ресурсы которого, к сожалению, ограничены [Соколов, 2000].

Т1о современным представлениям [Обручева, Антипова, 1999] прорастание всех видов семян (ортодоксальных и рекальцитрантных, находящихся в вынужденном и глубоком покое) подготавливается путем активации двух физиологических процессов в осевых органах: накопления эндогенных осмотиков, обеспечивающего дальнейшее поступление воды и подкисления клеточных оболочек выделяющимися из цитоплазмы протоками, приводящего к разрыхлению клеточных оболочек. Эти процессы начинаются на фоне уже активированного метаболизма, запускаются последовательно в результате возрастания оводнепности и приводят к началу растяжения клеток осевых органов зародыша. Предполагаемая последовательность характерна для ортодоксальных семян. У рекальцитрантных семян эти процессы разворачиваются в осевых органах после выхода семян из покоя (с помощью цитокининов или влажной стратификации при низкой температуре).

В настоящее время со стремительным совершенствованием биохимических методов физиологи растений получили возможность не только визуально наблюдать ростовые процессы семян и взрослых растений, цо и исследовать их па молекулярном уровне.

В растениях обнаружено множество биологически активных веществ, которые играют важнейшие роли в осуществлении регуляции морф офизио логических процессов. Данные вещества могут быть использованы при культивировании клеток и тканей растений в качестве

19 стимуляторов или ингибиторов различных физиологических процессов [Оразова и др., 1999]. Таким образом, появляется возможность целенаправленно изменять обмен веществ, активировать или тормозить определенные биологические процессы с целью увеличения продуктивности растений и повышения их устойчивости к болезням [Голованова, 1999; Сухов, 2001].

Открываются и синтезируются все новые и новые вещества, обладающие биостимулируюгцим действием. Широко исследуются процессы, происходящие в растениях под их воздействием.

Например, установлено [Бабаджанова и др._? 1999], что предпосевная
обработка семян хлопчатника сорта 108-ф смесью гибберелловой кислоты и
6-бензиламинопурина привела к усилению активности фотосинтетических
ферментов - рибозофосфатизомеразы, фосфорибулокиназы,

рибулозобисфосфат карбоксилазы/оксигеназы, - что обеспечило повышение урожая на 11 - 13 %_? а также более раннее созревание 90 % коробочек.

Под влиянием янтарнокислых препаратов на 1,5 - 2 % повышалась активность амилаз в процессе прорастания семян ячменя, что приводило к сокращению времени осахаривания и увеличению экстрактивных веществ солода и как результат - энергии прорастания у сортов Курский и Данковский соответственно на 11 и 14 % [Андрианова, 1999].

Янтарная кислота и крезацин при предпосевной обработке семян свеклы увеличивали полевую всхожесть на 8 - 23 %, Отмечено снижение интенсивности транспирации и возрастание водоудерживающей способности растений, более интенсивное нарастание листовой поверхности, что в конечном счете привело к увеличению сбора сахара в опытных вариантах на 15,4 % по сравнению с контролем [Самуилов, Юнусов, 1999].

Квартазин при предпосевной обработке семян тритикале раньше и быстрее увеличивал интенсивность протеолиза, чем гидролиз крахмала^ что создавало благоприятные предпосылки для постройки белковых структур в

20 клетках проростков, в результате чего растения были более мощные, лист их шире, урожайность выше [Санько, Деева, 1999].

Известно, что фитогормон кинетин увеличивает ненасыщенность фосфолипидных компонентов биологических мембран, подавляя процессы их перекисного окисления.

Кинетин и фитогормон стероидной природы эпибрассинолид повышают также активность ферментов в антиоксидантний системы растений супероксидцисмутазы и каталазы у проростков гороха. По мнению авторов [Ершова, Башкирова, 1999], это способствует уменьшению концентрации свободных радикалов в клетках и_? следовательно, тормозит окислительный распад их липидных компонентов, что особенно важно в условиях стрессовых нагрузок.

Исследовались влияние фиторегуляторов разной гормональной направленности через листья на метаболизм, нарастание органов и отложение запасных веществ у сахарной свеклы и картофеля. По активности инвертазы и пероксидаз установлено, что препараты, идентичные по действию ауксинам и цитокининам, оказывают непосредственное влияние на метаболизм растений не более 10 - 12 дней. Это вызывало изменения в темпах нарастания органов и отложения сахарозы у свеклы или крахмала у картофеля. Так, крезацин (препарат ауксинового действия) способствовал ускорению развития ассимиляционной поверхности листьев, картолин (цитокининовое действие) пролонгировал их фотосинтетическую активность, Кампозан (этиленпродуцент) ингибировал активность указанных ферментов и вторичное отрастание листьев и усиливал отток ассимилятов в запас как у растений свеклы, так и картофеля. Установлены оптимальные дозы препаратов и фазы развития растений, при которых препараты дают наибольшую прибавку урожая (8 - 12 %). Последовательное применение их с учетом фаз роста и развития (ауксин-цитокинин-этиленпродуцент) способствовало увеличению прибавки почти вдвое, одновременно улучшая качество корнеплодов и клубней [Балахонцев, Исхаков, 1999].

21
Стероидные соединения широко распространены во многих пищевых и
лекарственных растениях в форме гликозидов ж накапливаются в
значительных количествах в запасающих органах (плоды, семена,
корнеплоды и др.). Они представляют собой воднорастворимые и
спирторастворимые сапонины с 5 или 6-членными кольцами, называемые
соответственно фуро- и спирастаноловыми гликозидами. В результате
многолетних исследований [Шуканов_э 1999] установлено, что стероидные
гликозиды обладают собственной рострегулирующей и

формообразовательной активностями ауксинового и цитокиншювого типов. В дозировках 1-50 мг/га они активируют прорастание семян и рост вегетирующих растений, повышают продуктивную кустистость и зерновую продуктивность. Одновременно стероидные гликозиды заметно снижают поражение растений листовыми болезнями, т.е. оказывают антибиотическое действие.

Выяснение природы ростактивирующей и защитной способности стероидных гликозидов показало, что опи активировали гормональный обмен здоровых растений и стабилизировали его на высоком уровне в инфицированных растениях, повышали содержание свободных фенольных соединений, обладающих, как известно, защитной и плодообразующей функциями.

Установлено влияние продукта липоксигеназного окисления полиеновых жирных кислот 12-гидрокси-9(7)-додеценовой кислоты (12-ОДК) на рост стеблей и корней этиолированных проростков гороха. Обнаружен достоверно стимулирующий эффект удлинения корней (в 1,5 раза) по сравнению с контролем при всех испытанных концентрациях октадеканоида (Ю^-9 М, 10~^б М, 10"⁵ М). Вместе с тем действие 12-ОДК на рост побегов было противоположным. Особенно выраженная картина ингибирования (-23 % от контроля) наблюдалась при максимальной концентрации оксилипина (]0'^s М). Показано, что эффект максимальной стимуляции роста корней достигался при минимальной из испытанных

концентраций. Полученные данные с очевидностью свидетельствуют об участии обнаруженного и выделенного октадеканояда (12-ОДК) в регуляции процессов корнеобразования. Наблюдаемый эффект выраженного удлинения корней в присутствии 12-ОДК согласуется с данными цитологических исследований, констатирующими факт стимуляции клеточных делений под влиянием 12-ОДК [Ярин и др., 1999].

Изменения скорости растяжения клеток, связанные с изменением скорости роста, обусловлены изменениями растяжимости клеточных стенок. Механические свойства клеточных стенок могут регулироваться поперечными связями между полимерами, образование которых катализируют пероксидазы. Для обоснования роли этих, реакций при растяжении клеток изучено действие Н2О2 на растяжимость клеточных стенок колеоптилей кукурузы in vitro. Измерение крипа (ползучести) клеточных стенок проводили на оригинальной установке с преобразователем линейных смещений механотроном. Полученные результаты, а также ранее опубликованные данные но влиянию фитогормонов на секрецию пероксидаз [Шарова, Суслов, 1999] позволяют предположить существование оптимальной для роста пероксидазной активности и концентрации Н2О2 в клеточных стенках. Снижение активности пероксидаз (торможение их секреции, внесение ингибиторов, удаление Н2О2) уменьшает растяжимость. Превышение оптимальной концентрации Н2О2 приводит к пероксидазозависимому торможению растяжения. Высокие концентрации Н2О2 (40 мМ) ингибируют активность пероксидаз и вызывают обратимое сжатие клеточных стенок не связанным с пероксидазами способом [Шарова, 1999].

Перечень разрешенных к применению биопрепаратов для защиты растений включает 66 наименований, в том числе для обработки зерновых — 7: агат-25К, алирин Б, бактофит, планриз (ризопланХ псевдобактерин-2_? триходермин, фитоспорин [Иавліоїшш, 2001 \_г альбит [пат. РФ № 2147181 от 07.09.99г].

Биопрепараты находят применение и как протравители семян, и для защиты вегетирующих растений, и в качестве индукторов болезнеустойчивости.

Протравливание семян яровой пшеницы триходермином против фузариозной и гельминтоспориозной инфекции, обитающей в их ризосфере, обеспечило прибавку урожая зерна 32 % против 22 % для фундазола но сравнению с контролем [Мартынова и др., 2001].

Биологическая борьба с возбудителями болезней корней обусловливается дополнительным внесением в зону коряеобитапия грибов, актиномицетов или бактерий - антагонистов патогенов. Эти биоагенты, выделяя антибиотики или ферменты, вызывают лизис гиф грибов возбудителей корневых гнилей и твердой головни. Наивысшая эффективность против корневых гнилей, достигающая 60 - 72 % отмечена у глиоюіадина, бактофита, псевдобакгерша 2, планриза, триходермина и фитоспорина. Величина сохраненного урожая при обработке семян этими препаратами в зависимости от сезона вегетации составляла 2,5 - 7,0 ц/га. Отмечено, что триходермин при поражении колоса фузариозом предотвращает накопление в зерне вомитоксина (ДОН).

Использование ассоциативных азотфиксируюіцих микроорганизмов -бактерий Klebsiella planticola (препарат Биоплан-К) при выращивании ярового ячменя обеспечивало прибавку урожая в засушливые годы до 10,3 ц/га. Ассоциативные бактерии, обладая фунгистатическим и ростактивирующим действием, защищают ячмень от фитопатогенов, улучшают условия роста и развития растении (повышается как общая, так и продуктивная кустистость), обеспечивая тем самым повышение его урожая. При этом содержание нитратов в продукции снижается [Бугаев и др., 2001].

Препарат Агат-25К обладает свойствами и иммунизатора, а также комплексными фунгицидными свойствами.

Предпосевная обработка семян яровой мягкой пшеницы (Саратовская 56) Агатом 25 - К обеспечила биологическую эффективность на уровне 35 -

38 % против корневых гнилей; хозяйственная эффективность составила 4,3 -5,5 ц/га. Отмечено положительное влияние агата - 25IC на высоту растений, длину колоса, вес 1000 зерен. При комплексной обработке агатом-25К озимой пшеницы (Саратовская 90) биологическая эффективность против корневых гнилей составила 42 %, тогда как при обработке витавакеом 200 ФФ (3 л/т) она достигала 81 %. Получена прибавка урожая на 2 - 15 % [Лебедев и др., 2002].

Производственные испытания биопрепарата бациспецин БМ, проведенные в разные годы в хозяйствах Башкирии, расположенных в различных агроклиматических зонах, убедительно свидетельствуют о положительном влиянии предпосевной обработки семян пшеницы на урожайность и снижение распространения основных болезней, в том числе бурой ржавчины на 47 - 74 %, стеблевой ржавчины - на 67 - 72 %_: мучнистой росы на 62 - 69 %. Эффективность обработки семян биопрепаратами в производственных условиях сопоставима по эффективности с обработкой семян химическими протравителями (ТМТД, Байтан) [Мелентьев, 2001].

Аналогичные данные получены в Краснодарском крае на трех сортах озимой пшеницы; Зимородок, Спифяіжа иЮгтипа [Бегунов, 2000].

Исследование влияния природного биопрепарата силк на морфологические признаки проростков и взрослых растений, на корнеобразование, биофунгицидные свойства и продуктивность яровой пшеницы (двукратное опрыскивание в стадии кущения и начала колошения) показало: длина колеоптилей у сортов Саратовская 29 и Новосибирская 67 увеличилась на 63,4 и 25 %, а корней на 28 и 0,7 % соответственно; длина эпикотиля взрослых растений в зависимости от стадии обработки увеличилась соответственно в 3 - 4 и 2 - 3 раза. При этом возросла устойчивость к фитопатогенам: септориозу, мучнистой росе, корневым гнилям. В итоге урожайность повысилась на 19 - 35 % за счет увеличения

числа зерен в колосе, веса в 1000 зерен и продуктивной кустистости [Сергеева, Чекуров, 1999],

Биостимулятор отечественного производства эмистим-С на сахарной
свекле при двукратной обработке посева обеспечил прибавку урожая на 13.9
*. ц/га при урожае на контроле 325 ц/га [Дегодкж и др., 1999].

Биоженьшень, выпускаемый Башкирским биохимкомбинатом в опытах на горохе, картофеле и сахарной свекле в полевых условиях обеспечил повышение продуктивности культур на 8 - 13 % по сравнению с контрольными растениями [Балахонцев и др., 1999].

1.3. Физические методы

В качестве альтернативного решения проблемы за последние десятилетия предложено также около 30 различных физических методов и приемов для предпосевной обработки семян [Озеров, Озерова, 1960; Энгель, Феофанова, 1967; Ижик, 1976; Нургасенов, 1980; Строна, 1987; Калимуллин 1999; Тютерев, 2001; Ничнпорович, 1982], которые, по мнению авторов, обеспечивают достаточно высокий эффект. Среди этих методов наиболее часто рекомендуют обработку:

- магнитным полем [А.с. 1746917,1990; Тараканова, 1965; Смирнов,
1971; Асеев, 1998; Савельев, 1995];

- электромагнитами полями постоянного и переменного тока
различной частоты низкого и высокого напряжения [А.с. 1738117,1990;
1752220Д990; 1586550,1988; Пат 1642944, SU, 1991; РФ пат, 205152,1999;
94033561,1997; РФ пах 2134501,1999; Басов, 1977, 1981; Монахова,
Кириенко, 1980; Чирков, Богун, 2002; Выговский, Малов 2002; Татодзе,

полем коронного разряда [А,с. 1584783,1988; 2071242Д997; Наумов, 1999; Полякова, 1999; Порсев, 2002];

ИК-лучами [РФ пат. Ш4494Д991; Ижик, 1976];

ультрафиолетовыми лучами [РФ пат. 2051551Д992. Дубров, 1964; Жданова, 1962; Герасенков, 1994];

СВЧ-излучением [А.с. 1752220, 1990; 1584784,1988; Чирков, Богун, 2002];

лазерным излучением [Ах, 1748690,1990; РФ пат. 2132119Д999; Саляев, 2002; Самуилов, 1996];

ионизирующим излучением [А.С- 660646, 1989; Кузин, 1963; Гусева, 1964; Сукач, 1964; Гречушников, Серебренников, 1965];

-светом [Шахов, 1965; Пат. 2132119, RU, 1999];

-потоком электронов [Басов и др., 1981;Редер Олаф, 2003].

Можно привести и целый ряд других приемов, в основе которых лежит энергетическое воздействие,

В качестве примеров эффективности различных физических воздействий можно привести результаты ряда исследований.

Так, облучение семян хлопчатника малыми дозами у-лучей Со (1-3 кр) повышает всхожесть семян и ускоряет рост проростков [Туракулов, Халиков, Плеханова, 1965; Ибрагимов, Ковальчук, Пайзиев, 1966]. Предпосевное облучение семян картофеля у-лучами в дозе 1000 р и наклюнувшихся - в дозе 500 р также положительно влияло на их всхожесть и рост сеянцев [Гречушников, Серебреников, 1965]. Сухие семена Rauwolfia serpentine Benth, обработанные у-лучами в дозах 2500 - 5000 р^ имели всхожесть 74,5 - 73 %, тогда как контрольные - всего 20,5 % [Овчаров, 1964].

Прорастание семян банана (Musa balbisiana) стимулируется под влиянием у-облучения в дозе 3-9 крад [Stotzky, Сох, Cros, Wornick, Badger, 1964], а энергия прорастания и всхожесть семян риса - при облучении их у-лучами Со⁶⁰ в дозах 500 - 2000 р [Крюкова, Касьгмов, 1964]. Отмечено положительное действие рентгеновых лучей па прорастание семян риса [Horvat, 1961] и пшеницы [Бабаян и др., 1964].

Ответная реакция семян на ионизирующее излучение зависит как от их наследственных особенностей, так и от физиологического состояния [Узорин, Демина, 1965].

Под влиянием у-облучения семян гороха и гречихи в эндосперме усиливается распад белков и углеводов, происходит более интенсивное передвижение их растворимых форм в проростки, где они используются для образования жизненно необходимых соединений [Гусева и др._э 1964], Усиление распада крахмала и белков и накопление аминокислот и Сахаров в проростках установлено и при обработке семян кукурузы у-лучами в дозе 1600 р [Сукач_э 1964]. Облучение рентгеновыми лучами прорастающих семян риса, пшеницы, гороха и зеленой фасоли также повышает в проростках содержание растворимых Сахаров и небелкового азота, количество же белка уменьшается.

Проведено большое количество исследований воздействия магнитного поля на посевные качества семян. Полученные результаты весьма неоднозначны, и это не удивительно. Магнитные поля использовались самой различной напряженности и конфигурации, при этом исследовались самые различные культуры без учета их посевных качеств. Тем не менее, положительное воздействие магнитных полей во многих случаях отмечено. Эффект воздействия на прорастающие семена связывают с действием магнитного поля на воду, содержащуюся в семенах. Хорошо известно, что все сложнейшие превращения в семени, связанные с пусковыми реакциями прорастания, происходят только при наличии влаги. Высокая чувствительность молекулы воды к магнитным и электромагнитным полям и перестройка ее структуры под их воздействием хорошо изучена, причем оказалось, что фазовые переходы не требуют больших энергетических затрат [Дудолов, Трингер, 1971; Кисловский, 1971].

Вода - это сложнейший объект, состоящий из большого числа подсистем с регулярной структурой и определенным числом разорванных связей. Предполагается, что реакционная способность воды, а также степень

28 ее диссоциации связаны с существованием квазирадикалов. Магнитные поля могут содействовать образованию водородной связи и гибели квазирадикалов или наоборот - увеличивать вероятность разрыва водородных связей между молекулами и увеличивать рождение квазирадикалов. Изменение реакционной способности воды существенно влияет на все метаболические процессы, протекающие в семенах. Изменяются проницаемость мембран клеток, скорость доставки реагентов к функционирующим мембранам и информационным молекулам, идет более усиленный гидролиз запасных белков и нуклеиновых кислот эндосперма [Гак, 1978]. Действенность поля зависит от его напряженности но не обнаруживается четкой корреляции между напряженностью поля и характером ответной реакции семян. Магнитное поле действует одновременно по многим направлениям, поэтому конечная реакция организма трудно предсказуема [Савельев, 1995].

Реакция различных семян на магнитное поле не может быть однозначна. Вес соединения и вещества проявляют магнитную активность, которая определяется магнитным моментом элементарных частиц, входящих в состав каждого атома. Все вещества условно подразделяются на две группы: диамагнетики и парамагнетики. Диамагнитная восприимчивость органических веществ имеет отрицательную величину. Диамагнетизм органов, тканей, клеток - величина очень непостоянная, значительно варьирующая у различных видов организмов. Частично степень намагничивания биологических объектов определяется содержанием в них диа~ и парамагнитных веществ и элементов. Растительные организмы по магнитной восприимчивости очень разнообразны, в большей степени диамагнитны зерновые и зернобобовые культуры [Павлович, 1985]. Магнитные свойства семян зерновых культур зависят от содержания в них свободного гетероауксина, парамагнитных элементов железа и никеля, а также в целом от структуры живой клетки. У" каждого сорта семена обладают определенными, закрепленными в наследственности, свойствами, и это также

будет определять способность партии семян реагировать на несвойственные данному организму воздействия [Савельев, 1995]. Положительный эффект от обработки семян магнитным полем проявляется при строгом выборе режима обработки с учетом ответной реакции обрабатываемого организма на данное воздействие.

Исследование влияния магнитного поля па семена яровой пшеницы сорта Шадринская [Савельев, 1995] показало увеличение энергии прорастания на 6 - 12 %_? увеличения длины корней на 40 %, сырой массы ростков на 15 %, повышение полевой всхожести до 10 %^ что обеспечило прибавку урожая в среднем по пяти годам (1980 - 1985 гг.) около 10 %. Отмечается, что под действием магнитного поля прорастание травмированных семян стабилизировалось, и они прорастали практически как нетравмироваиные.

Под действием постоянного магнитного поля напряженностью 450 -200 э рост корней проростков кукурузы усилился на 136 - 154 %_э тогда как ростовые процессы стеблей были несколько подавлены [Шахбазов и др., 1964].

Обработка электрическим полем постоянного тока заметно увеличила всхожесть семян огурцов, ускорила рост рассады и повысила урожай на 19 % [Изаков, Логинова, Басов, 1958]. Под влиянием электрического поля увеличилась всхожесть семян яровой пшеницы [Азиев и др.₉ 1965], Обработка твердокаменных семян люцерны высокочастотным электрическим полем приводит к тому, что твердосемянность снижается с 50 - 40 % до 5 - 1 % [Nelson, Wolf, 1964]. Значительно увеличивается лабораторная и полевая всхожесть семян люцерны под влиянием инфракрасных лучей и под действием плазмы.

У растений кукурузы из облученных семян раньше начинается дифференциация верхушечной и пазушной почек, они выше, у них больше колосков, цветков и зерен. Урожаи таких растений возрос на 20 - 30 %

зо [Сукач, 1964]. Обработка семян кормовой моркови у-лучами Со⁶⁰ в дозах 4000 - 8000 р увеличила урожаи на 60 - 70 %.

В условиях полевых опытов, проведенных в Чувашии, облучение семян сахарной свеклы у-лучами дозами до 8000 р привело в увеличению веса и сахаристости корнеплодов [Смирнов, 1964]. При облучении у-лучами в дозе 2000 р семян пшеницы, кукурузы и картофеля урожай увеличился соответственно на 4 - 6 %₅ 8 - 10 и 15 % [Siegel, 1964].

В работе СИ- Любой (2002 г.) исследовалось влияние предпосевной обработки семян озимой пшеницы сортов Степная 7, Безостая 1 и Скифзшка полем отрицательного коронного разряда (ПОКР), постоянным магнитным полем (ПМП), инфракрасным излучением (ИК) и градиентным магнитным полем на их посевные и адаптивные качества, а таюке урожай. Предпосевная обработка семян физическими факторами в оптимальных режимах в среднем за три года но сорту Степная 7 обеспечила увеличение полевой всхожести между контролем и опытным вариантом (ПОКР) - 8Д %, ПМП - 1_У\ %, ИК -4 %. Близкие результаты получены и по другим сортам. Растения из полевых опытов семян, обработанных физическими факторами, оказались более устойчивыми к повреждающему действию низких температур, что нашло подтверждение в увеличении уровня перезимовки и выживаемости. Так, в начале весеннего отрастания (сорт Степная 7), наибольшая разница между числом растений па квадратный метр контроля и опыта (ПОКР) составляла. 9 %., а перед уборкой - 21,2 %, Лучшими по числу продуктивных стеблей был также вариант опыта ПОКР, у сорта Скифянка оно было выше на 24_Р5 %, Степная 7 - на 11,9 %_э Безостая 1 - на 9 %, чем на контроле.

Воздействие физических факторов на посевной материал наиболее отчетливо проявилось в год с неблагоприятными погодными условиями 1998/99, когда разница между контролем и опытом (ПОКР) составило по всхожести 6,9 - 10,3 %, по урожайности 4,1 - 5,3 ц/га [Любая, 2002].

Электромагнитное поле может повышать всхожесть семян, влиять на интенсивность роста, содержание в растениях хлорофилла, витаминов и

увеличивать на 10 - 15 % урожайность. Обработка посевного материала одноростковой сахарной свеклы в электромагнитном поле в течение 90 сек положительно сказалось на урожайности растений: повышение по сравнению с контролем на 21_?6 %. Однако отмечается, что электромагнитное поле, особенно при больших экспозициях, резко снижает прорастание травмированных семян, что может быть отнесено за счет диэлектрического нагрева, увеличивающего выщелачивание элементов питания из прорастающих семян и способствующего ослаблению зародыша и усилению развития паразитирующих микроорганизмов [Савельев, 1995].

Электромагнитное поле благодаря диэлектрическому нагреву оказывает очень сильное воздействие на посевной материал, представленный совокупностью различных по качеству индивидуумов. Для каждого из них в зависимости от степени устойчивости; к неблагоприятным факторам окружающей среды имеется свой оптимум воздействия, и, естественно, подобрать единую дозу для всей совокупности очень трудно, а отсюда и различная реакция семян на одну и ту же дозу обработки [Савельев, 1999].

Лазерный свет может способствовать изменению хозяйственно ценных признаков растений пшеницы, кукурузы, в частности, применение лазерного излучения для облучения пыльцы семян кукурузы с экспозицией 120, 240 мин позволило получить более скороспелые формы с последующими признаками скороспелости. Полученные формы более урожайные, отличаются от контроля по массе 1000 зерен и другими показателям структуры урожая [Бляндур, Лисиков, 1972; Смирнов, 1971]. После обработки семян кукурузы линий ВИР 42 лазером ОКГ-12 в клетках корней меристемы проростков наблюдаются различные типы хромосомных аберраций: хромосомные мосты, хроматидные мосты и т.д., не типичные для обычных условий [Бляндур, Василаки₃ Лоскутова, 1979].

Опыты, проведенные в Кишиневском СХИ, показали, что предпосевное облучение семян кукурузы гибридов ВИР-42 лучами лазера оказывает положительное влияние как на начальные этапы прорастания семян (энергия

32 прорастания, всхожесть), так и на последующие этапы роста и развития растений. Стимуляционный эффект при обработке 3 - 10 мин при мощности луча 0_Р008 - ОД5 мВт/см кв. составляет 5-15 % [Девятков, 1974],

Облучение семян лука лазерным светом суммарной мощностью 500 -600 мВт/см кв, в среднем повышает энергию прорастания на 8 - 12 %₃ лабораторную всхожесть - на 7 - 12 % [Звягинцева, 1976].

Семена яровой пшеницы, овса положительно отзываются на лазерную обработку, повышение урожая достигает у яровой пшеницы 15-20 %, ячменя -40-60 %, одновременно отмечается улучшение его качества. Определяющим фактором в повышении урожайности является увеличение числа колосков в колосе и увеличение количества продуктивных стеблей.

Слабым звеном в системе использования лучей лазера для обработки семян является недостаточная изученность особенностей реакции обработанных семян на данное воздействие в зависимости от условий прорастания, температурного резким а и других сопутствующих факторов.

Так в чем же причина эффектов воздействия физических факторов на всхожесть семян, процессы роста и продуктивность растений?

Прорастание семян является внешним проявлением протекающих на молекулярном уровне процессов превращения пластических веществ эндосперма и образования новых структур клеток зародыша. Обновление этих структур протекает за счет синтеза белка, который регулируется информационной РНК. Образование энергии в форме АТФ и других богатых энергией соединений обеспечивается окислительным фосфорилированием в митохондриях, Поэтому изучение физиологической активности и структурных изменений в ядре, митохондриях, рибосомах может дать важный материал не только для понимания процессов, происходящих при прорастании семян, но и для установления тех морфологических изменений, которые наблюдаются у растений, выросших из семян, получивших то или иное воздействие. Так как распад запасных веществ начинается с импульса, исходящего от зародыша* то это побуждает исследователей в первую очередь

33 обращать внимание на те изменения, которые происходят в зародыше под влиянием изучаемых воздействий [Овчаров, 1976].

Наблюдающееся стимулирование прорастания семян и роста проростков облучением оптимальной дозой является следствием активации ферментов и усиления обмена [Анисимов, 1985].

При облучении сухих семян в них возникают длительно живущие радикалы белка, исчезающие в течение нескольких дней [Zimmer et at₃ 1957] и играющие важную роль в процессах жизнедеятельности семена [Кузин, 1963].

При облучении семян кукурузы рентгеновыми лучами (15000 - 60000 р) и тепловыми нейтронами (1 _?65 - 6,,21 * 10 пвйрои/см ) заметно возрастает активность пероксидазы и кислой фосфатазы в шестидневных проростках [Haskins, Downs, 1961]-

Полагают, что активирование деятельности ферментов связано с разрушением ингибиторов или возникновением активаторов ферментов, с новообразованием ферментов, с улучшением деятельности ферментов в связи с нарушением целостности внутриклеточных мембран [Бак, Алексапдер, 1963; Пасынский, 1963;Кузип, 1963].

Возможно, что ингибиторы, находящиеся в эндосперме пшеницы, разрушаются под влиянием Х-лучей [Meletti,1964,1965].

Ее исключено, что это усиление активности ферментов связано и с новообразованием витаминов при стимулирующих дозах облучения [Овчаров, 1964].

При прорастании семян уменьшается содержание липидов и возрастает количество Сахаров [Жданова, 1956; Энгель, 1957], При этом изменяется состав жирных кислот. Так, при прорастании семян хлопчатника снижается содержание пальмитиновой кислоты, повышается количество олеиновой и появляется линоленовая кислота, которая отсутствовала в масле зрелых семян [Гапиева, 1966]. Автор отмечает резкое активирование реакции дегидрирования линоленовой кислоты и образование реакционно-способной

34 литтолет-тотюй кислоты в проростках из семян, подвергнутых у-облучению. Такое воздействие изменяет не только синтез жирных кислот, но и образование триглицеридов, в которых резко снижено содержание линоленовой кислоты.

Под действием УФ изменяется проницаемость клето^тшых мембран оболочек, увеличивается водопоглощение семян (до 10 %) в течение всего периода прорастания [Вывалько, 1968]. В результате облучения усиливается распад белка ті эндосперме и одновременно его синтез в проростках. В облученных семенах обнаруживается меньше растворимых форм азота, что указывает на их быструю утилизацию в процессах роста. У облученных УФ семян быстрее активизируются ферменты [Овчаров, 1964],

Э.Д. Жданова [1964] отмечает, что УФ облучение не вызывает изменение активности каталазы, пероксидазы, аскорбиновой кислоты у физиологически зрелых семян озимой ржи, но оказывает большое действие на семена с незаконченным процессом послеуборочного дозревания.

Согласно общему закону фотохимии Гроттгуса, только поглощенная энергия может вызывать в веществе физические или химические изменения. Энергия физического воздействия поглощается семенами, трансформируется в химическую энергию свободных радикалов и возбужденных молекул [Березина, Себешкина, 1972; Березина, 1975], Следует учесть, что электромагнитное поле вызывает эффекты поляризации и ориентации молекул и в общем стимулирующее влияние па ее метаболизм. Угнетающие дозы вызывают постепенное нарушение самой архитектоники клетки, которые в конечном итоге приводят к разобщению процессов окисления и фосфорилирования.

В семенах овощных культур наблюдается увеличение водопоглощающей способности. Это связано с частичной деструкцией белковых молекул, обладающих в нормальных условиях биполярностью. Измененная под влиянием электромагнитного поля структура белково-водной системы обладает повышенным потенциалом. Вполне возможно, что

электромагнитное поле оказывает влияние на белково-липоидпые мембраны, что изменяет скорость поступления: воды в семена. Наблюдаемое усиление поглощения воды семенами с конформадионными изменениями ферментов, увеличением проницаемости оболочек реализует энергию свободных радикалов и активацию ферментов.

Стимулирующее действие лазерного облучения определяется наличием в растительной клетке фоторецепторов, которые являются пусковыми и регудяторными центрами важнейших темновых реакций метаболизма. После поглощения кванта света наступают фотохимические этапы реакции, в ходе которых образуется первый фотопродукт, участвующий в физико-химических превращениях. Затем следует этап темновых квантосинтетических превращений, который начинается с образованием стабильных фотопродуктов и включает в себя перестройку ферментов, биологических мембран. Возможно, что квант света непосредственно или путем образования фотопродуктов деблокирует гены прорастания или гены активации ферментов, участвующих в прорастании, вплоть до генов, контролирующих устойчивость прорастающих семян к неблагоприятным факторам и возбудителям болезней [Самуилов, 1996].

В упорядоченной мембранной системе клеток, в которой белки и липиды сцеплены между собой сетью нековалентных сил, проявляются общесистемные свойства. При критической интенсивности внешних воздействий локальные структурные возмущения могут распространяться на большие расстояния, происходит скачкообразный переход мембраны как целого из одного структурного состояния в другое. Переход может приводить к изменению уровня функциональной активности клетки. Структурная перестройка мембран с участием сети нековалентных молекулярных взаимодействий могут рассматриваться в качестве одного из механизмов регуляции жизненных процессов [Ажабаева, 1999].

При поглощении бесхлорофилльными органами, например семенами, энергия лучей солнечного или другого света превращается в тепло и может вызвать тепловое действие и за счет этого все последующие эффекты.

Таким образом, все воздействия приводят на молекулярном уровне к усилению жизненных процессов живых организмов, что и стимулирует прорастание семени, усиление ростовых процессов, а в конечном итоге обеспечивает повышение урожайности.

Попятно, что физические воздействия ничем тте обогащают семена, а только способствуют лучшему использованию уже имеющихся в них веществ, поэтому эффект предпосевной обработки в значительной степени зависит от состояния семени, а это состояние плохо контролируется. Воздействие физических факторов, как правило, кратковременно и поэтому стимулирующее влияние их проявляется также кратковременно, постепенно ослабляясь и, наконец, полностью прекращается; а в полевых условиях действует сложный комплекс физических, биологических и других факторов, которые нивелируют кратковременное воздействие одного фактора. Кроме того, физическое воздействие не обладает проникающим свойством, т.е. обработка должна производиться в очень тонком слое семян, что, естественно, ее затрудняет. Возможно, поэтому все названные способы действуют на урожайность нестабильно; в некоторых случаях наблюдается высокая эффективность (прибавка урожая составляет 10-20 %), в других же - эффекта нет. Еще нет предпосылок для широкого внедрения этих приемов, требуется дополнительное исследование и опробование в промышленном масштабе, однако несомненно, что в ближайшем будущем они найдут применение.

1.4. Озон

Несколько особняком в ряду физических воздействий стоит применение озона для предпосевной обработки семян [А.с. 130262Д960; 1166693Д985; 1253444,1986; SU пат. 1642944,1991; РФ пат. 2071242,1997; РФ пат. 2134501Л999; US пат. 5703009Д997; Олжиков, 2002].

С одной стороны используется сильнейшее химическое средство -окислитель озон, с другой стороны - озон, из-за невозможности его хранения, вырабатывается в месте использования с помощью высоковольтного разряда в устройствах, аналогичных тем, которые применяются доя обработки в электромагнитном поле, в электрическом поле высокого напряжения или в поле коронного разряда,

Озон - аллотропная модификация кислорода, его молекула содержит три атома кислорода.

При нормальных условиях - это газ с резким запахом, даже свое название он получил от греческого слова «пахну». При очень низких концентрациях (0,015 мг/м³) запах ощущается как приятная свежесть, но с увеличением концентрации становится неприятным и даже опасным.

Предельно-допустимая концентрация озона для человека составляет 5 * 10~⁶ % или ОД мг/м³. Необходимо помнить, что к запаху озона легко привыкнуть. Так, при концентрации 10 ПДК залах ощущается очень хорошо, но через несколько минут ощущение пропадает практически полностью, поэтому при работе с озоном желательно контролировать атмосферу.

Озон не стоек, быстро рекомбинируется, превращаясь в молекулярный кислород. Скорость реакции распада зависит от температуры, давления смеси и концентрации озона в ней. При небольших концентрациях озон разлагается довольно медленно. Считается, что среднее время его жизни в нормальных условиях составляет 15-20 минут, однако адсорбированный озон не разлагается в течение многих часов. С повышением температуры до 70С скорость разложения озона значительно возрастает, а при 250С он практически мгновенно распадается.

При концентрации выше 20 % (4000 г/м³) озон может превращаться в кислород со взрывом. Инициаторами могут быть: удар, искра, термический нагрев, ультрафиолетовое или ИК-дазерное излучение, органические примеси, катализаторы.

Разложение озона в гомогенных системах ускоряется газообразными добавками (окись азота, хлор), в гетерогенных системах - металлами (ртуть. серебро, медь) и окислами металлов таких, как железо, медь, никель и свинец.

Озон - чрезвычайно сильный окислитель. Сродство его к электрону определяется величиной в 2эВ_э и только фтор, его окислы и свободные радикалы обладают большим сродством к электрону и, следовательно, являются более сильными окислителями [Лунин и др., 1998; Разумовский, 1974].

Окисление озоном неорганических соединений приводит к образованию высших окисных форм, так, ионы железа, алюминия, марганца превращаются в свои окислы или гидроокислы, играющие роль коагулянтов, что особенно важно при обработке сточных вод, аммиак, например, окисляется озоном до азотокислого аммония.

Озон активно вступает в реакции с органическими соединениями, как в газовой фазе, так и в растворах. Под действием озона разрушаются различные производные нефтепродуктов и бензола, любые красители, поверхностно-активные вещества и даже такие сильные техногенные яды, как диоксины, фуратты, цианиды, фенолы и его производные. Особо следует отметить, что продуктами реакций являются либо элементарные окислы, либо малотоксичные производные, например, непредельных альдегидов и кислот и т.п.. либо соединения с нарушенным ароматическим ядром типа лимона. Чрезвычайно больтпой интерес для сельскохозяйственного производства представляет возможность разрушения озоном токсинов, часто загрязняющих корма для животных и птицы, - производных фитонатогенов.

Особо следует сказать о бактерицидных и фунгицидных свойствах озона. Слабыми бактерицидными свойствами обладают концентрации озона уже на уровне ПДК, при этом общая обсемененность в воздухе, по сравнению с первоначальной, снижается в 10 - 16 раз. Средними считаются концентрации от 1 до 500 мг/м³, когда обсемененность в воздухе и на

39 поверхности продукта снижается в 10 - 100 раз. Сильными бактерицидными свойствами обладают концентрации 0,5 - 1 г/м³, которые практически гарантируют полную стерильность любой микрофлоры как в воздухе, так и на продукте или упаковке.

Существенным фактором является временной интервал, который колеблется от нескольких минут до нескольких часов.

Отмечается усиление бактерицидных свойств озона при наличии влаги. Так, распыление воды в воздухе в количестве 10 - 50 г/м усиливает бактерицидный эффект в 10 - 100 раз [Мураков, 1999; Бутко, Фролов, 1999].

Фунпщидная активность озона также чрезвычайно высока. Для предотвращения роста грибов (плесени) на поверхности продуктов, тары, оборудования, стен помещений требуются в большинстве случаев небольшие концентрации озона: 0,05 - ОД мг/м³ и более [Мураков, 1999]. Фунгицидная активность озона, как и бактерицидная, возрастает по мере увеличения влажности воздуха- Оптимальной считается влажность 15 - 85 %.

Озон., вследствие того, что легко разрушает аммиак и практически все органические вещества, передающие запахи, является прекрасным дезодорантом.

На этом же явлении основано использование озона для борьбы с эктопаразитами и грызунами. Считается, что основой жизни грызунов являются запахи (сородичей, корма, гнезда), которые пропадают при озонировании, поэтому даже при небольших концентрациях озона мыши и крысы разбегаются в поисках безопасного места. При более высокой концентрации озона происходит поражение дыхательного аппарата, которое имеет необратимый характер (смертельной для грызунов считается концентрация 20 - 40 мг/м³) [Мураков, 1999].

Необходимо отметить и ряд преимуществ озона перед другими окислителями:

- озон вырабатывается непосредственно на месте использования.
Сырьем при этом, как правило, служит атмосферный воздух, реже -
кислород;

- при его использовании в окислительной среде не остается никаких
продуктов восстановления окислителя, которые загрязняли бы окисляемое
вещество. Озон либо полностью расходуется на окисление, либо продуїсгом
восстановления является кислород.

Уникальные физико-химические свойства озона обеспечили ему широчайшее использование в различных областях пауки, промышленности и сельского хозяйства. Он применяется;

в химии и химической технологии:

как сильный универсальный окислитель [Лунин и др., 1998; Разумовский и др,, 1974; Кремлякова, Буйницкая, 1990; Мураков, 1999];

в очистных комплексах химических производств [Preis S._: 1996; Рогожкин, 1990; Козлов, 1999; Groff Kimberiy A., Kim Byung К., 1988; Y.Ku, W-J Su, Y-S Shen., 1996; Мураков, 2000; Andrew, Revkm, 2003];

при дезинфекции и осветлении питьевой воды [Орлов, 1984; Козлов, Филимонова, 1991; Драгинский, Алексеев, 2001; Алексеев 2002];

при устранении запахов [Пат. СССР № 1465412, 1989];

при очистке вентвыбросов [Мураков, 2002; Перший, Федоров, 2002; Пат. РФ № 2001566, 1991; Пат РФ № 2070425, 1996; Пат. СССР № 1836830, 1991];

в биологии и ветеринарии:

- как вещество, воздействующее на микроорганизмы [Закладной,
2003; Кривопишин, Исаев, 1974;Кривопишин, 1988;Бутко, 1999];

в медицине:

- при заживлении ран, лечении заболеваний крови, органов зрения,
дыхания [Зайцев, Гибалов, 2002; Мирзоян, 2000];

в быту:

РОССИЙСКАЯ

государственная _лл

БИБЛИОТЕКА ^4І

- для создания комфортной атмосферы в помещениях и их

дезинфекции [Rice, 2003; Казеев, 1996];

в сельскохозяйственном производстве и пищевой промышленности для:

сохранения скоропортящихся продуктов, в том числе мяса и рыбы, во Бремя их транспортировки и переработки [Бутко, 1999];

дезинфекции и стерилизации складских и производственных помещений, тары, оборудования, кормов [Кривопишин, 1974, 1988, 1999; Семченко и др„ 1994; Инструция № 13 - 5 - 02/39 от 09.07.01];

уничтожения вредных насекомых и отпугивания грызунов [Закладной, 2003; Литвинчук и др., 2003];

предпосевной обработки семян [Гаврилова, 1999; Вербицкая, 2001; Савельев, 1995; Васильчук и др., 2003; Пат. № 94033561RU,1997: Пат № 2134501,RU, 1999; Авт. свид. SU №1429963, 1988; Васильчук и др., 2003; Шестерни, 2004; Шубин, 1999];

- сушки зерна [Троцкая 1997].

Более двух столетий назад было установлено, что кислород необходим для прорастания семян. Он нужен не только для дыхания и проявления активности силовых станций клетки-митохондрии, рибосом и ферментов, но и для новообразования белков, Сахаров и других соединений- Подсчитано, что на долю кислорода в составе растительной клетки приходится около 42 % [Овчаров, 1976],

Для прорастающего семени характерны, например, такие реакции:

- окисление кислородом воздуха гликолата в присутствии фермента гликолатоксидазы по уравнению гликолат + О2 —> глиоксилат + Н2О2

Образующаяся в результате реакции перекись водорода необходима для проявления активности ряда ферментов, в том числе для пероксидазы жирных кислот, производящей их а-окисление, Глиоксилат же в основном дает начало образованию новых соединений. Однако и он активирует деятельность некоторых ферментов [Davies, Kenworthg, 1969].

42 При замачивании семян в присутствии кислорода воздуха возникают реакции, значительно усиливающие концентрацию активных окислителей (ОН¹, Н0₂, ROO, RCOH, R-0-0-R и др.).

Образующиеся перекись и гидроперекись являются очень активными окислителями, которые и окисляют жирные кислоты, каротиноиды, хлорофилл.

Вообще влиянию окислителей в процессе прорастания семян посвящено множество работ [ApeL Hirt 2004; Ярин и др., 1999], Все авторы сходятся на том, что окислители, в частности кислород, необходимы как для прорастания семян, так и для становления проростка. В анаэробных условиях снижается окисление кислот цикла Кребса, подавляется синтез белков и АТФ, происходят деструктивные изменения в митохондриях, уменьшается поглощение семенами воды, что приводит к глубоким нарушениям обмена и тем самым к задержке появления всходов.

Таким образом, нормальный физиологический процесс прорастания семени включает в себя ряд реакций окисления с привлечением кислорода из внешней среды в цепи многостадийного преобразования запасных веществ семени с формированием в конечном итоге корневой системы и вегетирующей части нового растения. Использование таких широко известных приемов предпосевной обработки как вентилирование [Ижик, 1976] и обработка семян в растворах перекиси водорода [Ах, № 1387890, 1988] основано именно па усилении процессов окисления.

В этом ряду использование озона, являющегося одним из сильнейших окислителей в природе, должно привести к ускорению ростовых процессов Б семени и₃ как результат, - к увеличению энергии прорастания.

Впервые еще в 30-е годы прошлого столетия А.Л. Чижевский показал принципиальную возможность использования отрицательных аэроионов кислорода воздуха для предпосевной обработки семян [Чижевский, 1999].

Исследования действия отрицательных аэроионов на высшие растения (семена и проростки ячменя) [Дерябин и др., 1999; Голованов, 2002]

43 показали, что в оптимальных дозах аэроионы способствуют повышению энергии прорастания и увеличению всхожести семян на 20 - 25 %,

Исследование озона как фактора регулирования физиологического состояния организма растений гороха посевного, козлятника восточного, облепихи крушиновидной, пшеницы и картофеля показали, что;

1. характер влияния озона - стимулирующий или подавляющий -зависит как от физиологического состояния растений, так и от дозы озона, включающей концентрацию и время воздействия;

2. в оптимальных дозах озон улучшает ряд показателей роста растений, таких как всхожесть, энергия, среднее время и скорость прорастания, длина и масса первичного корешка и проростков, урожайность [Гаврилова и др., 1999].

Пик исследований по применению озона пришелся на 70 - 80 гг. прошлого столетня, когда и были созданы первые полупромышленные установки для предпосевной обработки семян.

Тогда же было показано, что озон может выступать не только как стимулятор, но и как протравитель, т.к. благодаря высоким бактерицидному и микоцидному свойствам озона, происходит обеззараживание семян, в том числе от фитопатогенов. Режимы обработки приводятся самые различные.

Так, семена ячменя сорта «Надя» и пшеницы Мироновская 808 обрабатывали озоно-воздушной смесью с содержанием озона 10 - 20 мг/м методом продувки бурта с помощью устройств вентилирования зерна в складах в течение 45 - 54 часов. Отменено увеличение урожайности на 9 - 15 % по сравнению с семенами, прошедшими воздушно-тепловую обработку воздухом при 10 - 35 С в течение 14 суток [Ах. SU 1166693, 15.07.1985].

Семена пшеницы, ячменя, гречихи, проса и сорго обрабатывали в герметичной емкости в течение 25 - 40 минут при подачи в нее озона с концентрацией 1-18 г/м³. Количество подаваемого озона не оговаривается.

При этом отмечается высокая степень инактивации поверхностно-семенной инфекции, а в случае твердой головни - полное уничтожение

возбз'дителя. По данным полевых испытаний зарегистрировано увеличение

урожайности, которое составило для пшеницы - 22 %, ячменя - 14 %,

гречихи- ЗІ % [Мураков, 1999].

Авторы пат. US 5703009 от 26.03.1996 предлагают производить

обработку семян зерновых культур и луковиц озоном с концентрацией от 20

до 100 г/м* при расходе озона от 0,002 до ОД грамм на грамм

обрабатываемого материала и времени обработки от 2 до 30 минут.

Предпосевная обработка семян яровой пшеницы сорта Новосибирская

-і 67 озоно-воздушной смесью с содержанием озона 10 - 20 мг/м^ в течение 2 -

3 часов [Савельев, 1995] привела к повышению энергии прорастания семян

на 10 - 16 %. Отмечено некоторое повышение всхожести семян при

оптимальном времени обработки. В 1983 году стимуляция семян яровой

пшеницы увеличила ее продуктивность всего па 5,5 %, но н 1984 году

максимальная прибавка урожая составила 50 %,

Особенно интересным был результат по обработке травмированных семян пшеницы, В контроле всхожесть травмированных семян составила 54 %. При оптимальном времени обработки (30 - 60 мин) всхожесть семян увеличилась до 81 - 84 %. По мнению автора, эффект получен за счет комплексного воздействия озона как стимулятора прорастающих семян и как фактора дезинфекции поверхности сухих семян [Савельев, 1995].

Изучалась также реакция семян овса сорта Нарымский 943 на обработку озоном перед посевом. В данном случае от предпосевной обработки семян овса получен больший эффект; чем от обработки яровой пшеницы. Качество посевного материала в 1983 году было низким, всхожесть не превышала 85 %, была повышенная поражешюстъ головней. В данном случае лучший эффект должен быть при более сильном воздействия, что и отмечалось в полевых опытах. При обработке семян овса воздушно-озонной смесью в течение 1 - 2 часов, урожайность увеличилась на 0,55 -0₅59 т с 1 га и составляла 2,85 т с 1 га_& в контроле - 2,3 т.

Более эффективное реагирование семян пленчатых культур на обработку озоно-БОЗдушной смесью авторы связывают с тем, что обеззараживание семян идет не только на их поверхности, но и под цветочными чешуями_э что усиливает рост и развитие проростков [Савельев, 1999].

Подробно изучалось влияние озона на прорастание семян полевого гороха и крупшновидной облепихи [Резчиков и др., 1998]. Семена помещали в проточную камеру, в которую непрерывно подавали озоно-воздушную смесь. Концентрация озона составляла 5₅0 ± 0,3 мг/м³. Степень воздействия озона связывали с продолжительностью нахождения семян в камере, которая менялась в пределах 0 - 120 мин. Озонированию подвергались сухие и смоченные перед опытом дистиллированной водой семена- С семенами гороха проводили также опыты по воздействию на них озонированной воды. У гороха регистрировали длину проростка / и всхожесть р. У облепихи кроме длины проростков измеряли также их массу m_s а затем вычисляли отношение 1/т, как показатель формы проростка.

Максимальное превышение над контролем средней длины проростка составляет 15 % в опытах с сухими семенами, 18 % - с влажными. В экспериментах с озонированной водой проростки оказались хуже контрольных.

Всхожесть гороха при разлитаых воздействиях озона практически всегда была больше, чем в контрольном опыте. Наиболее заметное влияние озонированной воды, слабее - озонирование сухих семян. По сравнению с контролем всхожесть повышается соответственно па 16, 1.3 и 5 %. С увеличением времени t озонирования всхожесть яри всех способах обработки возрастает. Однако некоторые значения^ могут быть и ниже, чем у контроля, при меньшей экспозиции. Повышение всхожести при увеличении продолжительности озонирования указывает па то_? что озон является фактором, стимулирующим пробуждение семян.

Для сухих семян все значения средней длины проростка достоверно превышают контрольный уровень. Максимальное превышение составляет 17 %. Таким образом, в отношении данного показателя выявлен выраженный стимулирующий эффект. По отношению к средней массе аналогичный эффект выражен слабее. Наибольшее превышение массы проростка над контролем составило 4,5 %. Все значения отношения 1/т в данной серии опытов также были выше, чем у контроля [Резчиков и др._? 1998],

Стимулирующее действие озона на ростовые процессы влажных семян меньше. Наибольшее отклонение средней длины проростка от контроля составило 9 %, Хотя все значения этото показателя ниже полученных в предыдущей серии опытов, однако все они по-прежнему достоверно превышают контрольный уровень. Для средней массы проростка результат оказался обратным; после озонирования влажных семян стимулирующий эффект был выше. Наибольшее отклонение от контроля также достигает 9 %. Отношение 1/т для данного опыта достоверно не отличается от контроля.

Проведены также опыты по выяснению влияния больших концентраций озона на характеристики прорастания семян облепихи. В качестве реакции семян в этом случае были приняты энергия прорастания семян и средняя скорость прорастания. Значения концентраций озона были выбраны на 1 - 2 порядка выше, чем в предыдущих сериях опытов (0,15; 0₅3 и 0_Э9 г/м³)_? которые поддерживали с точностью до 0_S01 т/м³. Продолжительность озонирования составляла 10, 20 и 40 мин. При анализе полученных данных было введено понятие дозы_? под которой подразумевали произведение концентрации озона на продолжительность его воздействия на семена.

Из полученных данных следует, что энергия прорастания семян облепихи существенно зависит от дозы. Большие дозы действуют угнетающе на ростовые процессы, в то время как меньшие могут быть стимулирующими.

47 По мнению авторов, сходный резуж^тат можно ожидать при: использовании как больших концентраций озона при малых продолжительности его воздействия, так и малых концентраций и продолжителыюм действии. Столь широкий диапазон концентраций озона и экспозиций не позволяет без дополнительной проработки технологии применить на практике предлагаемый способ. Технически процесс озонирования семян прост и осуществляется либо продувкой озоно-воздушной смеси через слой зерна, либо подачей зерна через камеру с озоном. Однако широкому внедрению озона в производство препятствовал ряд обстоятельств, среди которых дороговизна_? сложность обслуживания в условиях села традиционных озонаторов на базе барьерного разряда, требующих тщательной осушки и очистки воздуха от механических частиц, а также водяного охлаждения [Анализ состояния производства озонаторного оборудования, 1997; Филиппов, 1987].

Одним из альтернативных способов электросинтеза озона, разработанном сравнительно недавно, является получение его в коронном разряде [Лучинкин, 1987; Райзер, 1987; Abolentsev et al 1992, 1995; Пат. Укр. № 23187А, 1998; Пат. Укр. № 95062638, 1998; Таран и др., 2003; Медведев, 2003;Ксенз, 1991].

К достоинствам этого способа, следует отнести;

- возможность получения озона из обычного неосугаенного
атмосферного воздуха, причем, жестких требований к качеству воздуха
(аэрозольные и газовые примеси) нет;

больлше величины межэлектродных промежутков, что позволяет применять в качестве нагнетателя общедоступные устройства, например, осевые вентиляторы, имеющие высокую производительность при небольших габаритах и малом энергопотреблении;

простота конструктивных решений и несложность управления, что дает возможность без существенных затрат встраивать озонаторы в существующее технологическое оборудование;

- в генераторах озона этого типа возможно получение смесей с
относительно небольшой концентрацией - не более 3-5 г/м³. [Перший и др.,
2002] Однако получаемые озояо-воздушные смеси оказались в вьгсшеи
степени пригодны для использования в технологических процессах пищевой
промышленности и сельского хозяйства;

- таким образом, использование коронных озонаторов снимает
вопрос о сложности получения озона в сельских условиях. В этом случае для
работы установки необходима только электроэнергия^ следовательно, ее
можно использовать даже на току или в амбаре.

К. сожалению, зачастую стремление авторов немедленно внедрить в практику сельского хозяйства предлагаемые новые методы без подробною выяснения причин их благоприятного действия, возможных рисков, восприимчивости не только различных культур, но и отдельных видов и сортов, приводит к обратному эффекту. Неотработанность технологии, не позволяющая получать стабильно высокие результаты в полены к условиях, вызывает неприятие практиков, и в результате многообещающий метод или средство воздействия остается невостребованным.

Влияние озона на посевные качества семян

Тщательный подбор режимов предпосевной обработки семян различными физическими факторами, как отмечают многие авторы [Чирков, Богун 2002; Савельев, 1999; Любая, 2002; Асеев, 1998], является основой получения положительного эффекта в производственных условиях. Выбор оптимальных условий обработки озоном должен производиться с учетом следующих соображений: 1. Для обработки промышленных партий зерна используется метод продувки, следовательно, должна быть обеспечена достаточно большая подача озоно-воздушной смеси (25 м ч м2) с целью обеспечения равномерности концентрации по обрабатываемому объекту, 2. Концентрация озона в озоно-воздушной смеси не должна превышать 1 г/м3, т.к. в этом случае возможно использование озонаторов на базе коронного разряда, не требующих глубокой очистки и осушки воздуха. 3. Время обработки не должно быть критичным с тем, чтобы но подавить энергию роста при нарушении регламента обработки. 4. Выбранный диапазон концентраций должен обеспечивать возможность обработки не только яровой пшеницы, но и других культур.

Первоначально требовалось определить пороговые значения концентраций озона, т.е. те значения, при которых эффект усиления ростовых процессов в семенах еще не обнаруживается, или обнаруживается очень слабый, или для его обеспечения требуется очень длительное время обработки и те, которые приводят уже к подавлению ростовых процессов. Мы исследовали концентрации озона в диапазоне от 0,005 до 5 г/м3 при времени экспозиции от ОД мин до 120 мин. Обрабатывали семена яровой пшеницы сорта Саратовская - 64. Результаты этих опытов представлены в таблице 2 (приложение 3S 4).

Бросается в глаза зависимость уровня отклика на воздействие озоном от его концентрации. Так, при содержании озона 0,005 г/м3 эффект воздействия практически отсутствует. Повышение концентрации до 0,05г/м3 дает усиление ростовых процессов в виде энергии прорастания третьего дня, длины росгка и корней. Еще более выраженный эффект стимуляции наблюдается при концентрации 0,5 г/м3. Однако концентрация озона 5 г/м3 приводит к отчетливому иодавлению ростовых процессов даже при времени обработки 0Р5 мин., причем с увеличением продолокителъности обработки степень подавления еще увеличивается. Особенно отчетливо это проявляется в снижении энергии прорастания второго дня : для контроля она составляет 29,5 %3 а при обработке озоном (5 г/м2) в течение 0,1; 1 и 60 мин. соответственно 37; 21,8 и 14,5 %.

Если говорить о времени обработки, то очевидно, что для каждой концентрации существует свое оптимальное время, т.к. с увеличением времени обработки идет сначала усиление отклика, а затем его снижение. Временной интервал, в котором можно получить положительный эффект воздействия озона зависит прежде всего от концентрации озона: при 5 г/м3 счет идет на секунды, при 0,5 г/м3 на минуты, при 0,05 г/м3 на часы.

Сходные результаты показала обработка озоном семян озимой пшеницы сорта Губерния (табл, 3),

Из данных опытов, видно, что положительное воздействие озона на энергию прорастания молсет быть получено во всем диапазоне исследованных концентраций, но для каждой концентрации существует оптимальное время обработки.

Так, при концентрации озона 0Э05 г максимальный эффект достигался при времени обработки 1 ч, а при концентрации 0,2 г - 30 мин, 0Р5 г — 10 мин, 1 г - 1 мин, 5 г - 0,3 мин. Для данной партии семян? имеющей всхожесть в контроле 82 %, обработка озоном с концентрацией 0,2 - 1 г/мэ приводила к увеличению всхожести до 87 - 88 %, однако при концентрации озоном 0,05 г/м3 всхожесть не изменялась.

При оптимальном времени обработки уровень отклика (разница энергии прорастания в сравнении с контролем) зависит от концентрации озона. Для достижения максимального эффекта концентрация озона не должна быть ниже ОД мг/м3. Высокие дозы озона приводят к ингибированию прорастания семян.

Таким образом, доя метода обработки бурта зерна продувкой предпочтительным оказывается диапазон концентрации озона 0,05 - 0?5 г/м 9 поскольку при более высоких концентрациях становится критичным режим обработки, а при более низких концентрациях снижается эффективность обработки озоном. Поэтому дальнейшие исследования проводили именно в этой области концентраций.

Результаты более подробного исследования влияния озона в пределах концентраций от 0,05 до 1 г/м3 на энергию прорастания и всхожесть семян мягкой яровой пшеницы Саратовская 58 (табл. 4Э приложение 5) и твердой яровой пшеницы Саратовская 59 (табл. 5Э приложение 6). Ввиду особой важности силы роста растений в условиях дефицита влаги при весеннем севе подсчет проросших семян производился не только на 4 день для сортов твердой и 3 день для сортов мягкой пшеницы, но и за сутки накануне, т.е. соответственно на 3 и 2 день.

Болезни яровой пшеницы

Большой ущерб как количественным, так и качественным показателям урожая пшеницы наносят многочисленные болезни бактериального, вирусного, грибного и другого происхождения. Потери урожая в результате заболевания могут быть и явными, и скрытыми, связанными с физиологическими изменениями свойств растений. Снижается как общая биомасса растений, так и масса 1000 зерен, натура зерна, а в дальнейшем заболевания приводят к снижению полевой всхожести семян пшеницы, что сказывается на урожае следующего года.

Выявление эффективных методов, позволяющих сократить заболеваемость зерновых культур, - очень важная научная проблема. При этом болеє перспективными следует считать экологически более безопасные.

Одним из наиболее опасных грибковых заболеваний в настоящее время является пыльная головня. При высокой степени поражения урожая может снижаться на 20 - 40 % и более,

В результате селекции создаются устойчивые к пыльной головне сорта яровой пшеницы. Однако через некоторое время устойчивость преодолевается патогеном, и они становятся неустойчивыми. Возможности сортосмены в хозяйствах оіраниченьг Кроме того, существует ряд сортов, ценных по другим признакам и поэтому используемых в сельском хозяйстве.

Из изученного набора твердых яровых сортов наиболее устойчивым к пыльной головне оказался Ник (табл. 11, приложения 16 - 18). Только в 2001 г., когда заболеваемость посевов была наиболее высокой, этот сорт поразился на 3,0 %. В 2002 и в 2003 гг. пыльная головня на нем не обнаруживалась. Сорт Саратовская 59 поражался в широких пределах в различные годы (на 0,3 - 3,7 %). Из мягких сортов, изучавшихся нами, наименее устойчивым был сорт Саратовская 64, Поражение пыльной головней этого сорта в 2001г, составило 6 %, в 2002 г. - 1,7 %, Таблица 11 Степень поражения в % растений, выращенных из семян обработанных озоном и протравителями среднее за 2001 - 2003 гг.

Примечание; фактор «а» - сорт; фактор «в» - вариант обработки. Среди применявшихся препаратов в борьбе с пыльной головней менее эффективным оказался витарос. В большинстве сяучаев снижение заболеваемости было недостаточным, особенно на высоких сроках поражения патогеном. Более эффективным, но, тем не менее, не дающим полное подавление патогена быя протравитель колфуго дуплет. Этот препарат лучшие результаты показал на сортах твердой пшеницы. Дивиденд стар, не смотря на высокий фон проявления болезни, обеспечил полное подавление патогена.

Озон, оказывающий на семена пшеницы обеззараживающий эффект, стимулирует ростовые процессы растений, что и приводит к значительному снижению заболеваемости на фоне повышения иммунитета. На делянках, обработанных озоном, наблюдались растения с частично пораженным колосом (непораженными оставались верхние колоски), что приводило, во-первых, к снижению массы образующихся спор, и, во-вторых, к некоторому увеличению урожая зерна.

Недостаточно эффективно озон проявил себя для сорта Саратовская 64, у которого поражение в контроле в 2002 и 2003гг, было наиболее высоким по сравнению с другими сортами. Но в этом случае н другие препараты дали аналогичный результат.

Для сортов твердой яровой пшеницы (Людмила, Саратовская 59) и сортов мягкой яровой пшеницы (Саратовская 58, Саратовская 66) при поражении семенного материала пыльной головней менее чем на 3 %, опробованный режим (0,2 тім3 - 20 - 30 мин) предпосевной обработки даст позитивный результат.

Не менее опасным заболеванием пшеницы является бурая ржавчина. Степень вредоносности ржавчины зависит от фазы развития растения, интенсивности и продолжительности поражения, факторов внешней среды, восприимчивости сорта. Чем раньше поражаются посевы, тем сильнее изменяется обмен веществ растений, при этом снижается фотосинтез, преждевременно отмирают поврежденные листья, снижается урожай (в среднем на 47 %) [Лебедев, 1998].

В связи со сложившимися условиями 2002 г. на посевах яровой пшеницы бурая ржавчина обнаруживалась на делянках мягкой яровой пшеницы в фазу молочной спелости. Сорта твердой яровой пшеницы не поразились совсем. В 2003 г. условия были более благоприятными для заражения посевов бурой ржавчиной, и к концу фазы молочной спелости все сорта (кроме Ник) в той или иной мере поразились.

Аналогично бурой ржавчине на обмен веществ растений, в первую очередь фотосинтез, влияет мучнистая роса. Это заболевание также часто приводит к; преждевременному отмиранию листьев в основном нижнего яруса и снижению урожая (до 25 %).

В 2001 г. наблюдалось наиболее сильное поражение листьев мучнистой росой в фазу молочной спелости. Из сортов твердой пшеницы сильнее поразился Саратовская 59 (80 %\ из сортов мягкой - Саратовская 58 (75 %). В 2002 г. поражение мучнистой росой в фазу колошения я цветения не превышало 5-10 %. В дальнейшем болезнь развития не получила, в 2003г сорта были повреждены приблизительно в одинаковой степени, В фазу молочной спелости повреждение сортов составило 10 - 60 %. Из применявшихся протравителей наиболее эффективными оказались в большинстве случаев дивиденд стар и витарос,

В результате проведенных опытов не была доказана убедительная биологическая эффективность воздействия как протравителей, так и озона, на аэрогенные инфекции, поражающие вегетирующее взрослое растение пшеницы, но очевидна возможность использования экологически более безвредного озонирования.

Качество зерна

Качество зерна - признак не менее важный для получаемой сельскохозяйственной продукции, чем урожайность. Задачу, ставшую в настоящий момент очень значимой для сельскохозяйственного производства - получить высококачественное зерно в достаточном количестве - можно решать различными путями, в том числе и за счет системы агротехнических мероприятий, то есть технологии возделывания, к которой относится протравливание семян.

Для нас было важно выявить возможности влияния предпосевной обработки озоном и протравителями на качество получаемого зерна. Как видно из таблицы 16э по всем изучавшимся показателям (натура зерна, качество и количество сырой клейковины, содержания белка) не получено достоверных различий между контрольными и прошедшими предпосевную обработку озоном образцами. Все показатели в основном определялись сортовыми особенностями.

Значительные колебания значений показателей по годам объясняются их зависимостью от условий произрастания. Отмечена лишь незначительная тенденция к повышению содержания клейковины у сортов твердой пшеницы при обработке протравителем колфуго дуплет и у сортов мягкой шленицы (Саратовская 66 и особенно Саратовская 64) - при обработке озоном (приложение 22 - 24).

Урожайность зерна является конечным результатом, к которому стремятся как селекционеры, так и разработчики новейших агротехнических приемов, к числу которых принадлежит и предпосевная обработка семян озоном. Поэтому, естественно, что при оценке эффективности предпосевного озонирования семян наиболее важным фактором является возможность получения более высокого урожая. В зоне юго-востока европейской части России получение высоких урожаев связано в значительной степени со своевременным появлением всходов и их способностью противостоять весенней засухе.

В ходе полевых испытаний было отмечено, что всходы, которые дают семена, обработанные озоном, более дружные и несколько обгоняют в развитии контрольные растения. Полная всхожесть у них наступает на день раньше по сравнению с контролем, формируется более мощная корневая система. Густота стояния у озонированных семян либо остается на уровне контроля, либо превышает его, в то время как при обработке протравителями остается па уровне контроля или даже снижается (табл, 12). Урожайность яровой пшеницы, как и любой зерновой культуры, .но многом определяется условиями вегетационного периода. Влияние предпосевной обрабагки семян проявляется и в период вегетации, соответственно существенно сказывается и на урожайности посевов (табл, 13). Коэффициент варьирования урожая по годам для контроля по сортам Ник, Саратовская 59, Саратовская 64, Саратовская 66, Саратовская 58 составил соответственно: 14,9; 15,8; 12,2; 13,6 и 10,7 %; для озона- 10,6; 13,1; 12,8; 11,5 и 12,3 %; дал витароса-9,4; 16,7; 13,1; 11,3 и 8,7%; для дивиденда-10,5; 15,9; 11,9; 11,6 и 11,2 %; для колфуго - 8,6; 17,6; 11,2; 13,2 и 11,4 %, В среднем за три года только озон обеспечил значимую прибавку урожая по всем исследованным сортам. Она составила по сортам Ник, Саратовская 59? Саратовская 64, Саратовская 66, Саратовская 58 соответственно: 8,5; 12,4; 6:5; 5,4 и 4,7 %; то есть в среднем по сортам твердой пшеницы 10,5 %, по мягкой - 5,5 %.

Экономическая эффективность

Она складывается из разницы стоимости препаратов для обработки 1 т семян, трудозатрат, амортизации оборудования, а также прибавки урожая в стоимостном выражении и вычисляется по следующей формуле: Э.Э. = ЛУ Цз-(Сц+Со) 0,2 где ДУ -прибавка урожая, т/га;

Цз - цена зерна (Принимается равной цепе пшеницы Ш класса по состоянию на апрель 2004 г. - 3000 руб/т);

С„ - стоимость препарата для обработки 1 т семян, руб.; С0 - стоимость обработки 1 т семян, руб. (по данным лаборатории экономики НИИСХ Юго-Востока в ценах 2003 г. С0 = 25 руб/т); 0?2 - норма высева семян, т/га. При этом в таблице указана полная стоимость протравливания озоном, поскольку обработка производится в буртах без перегрузочных операций и без привлечения дополнительной рабочей силы.

Энергосодержание: пшеницы - 20,5 МДж/кг; эмульсионных протравителей - 273 МДж на 1 кг физического вещества; металла установки - 104 МДж/кг; бензина 54,4 МДж/л, кВт - 8,7 МДж. Расход протравителей в соответствии с таблицей 18,

Энергозатраты; на проведение операции протравливания - 4 МДж/га, Основные характеристики установки озонирования: вес - 2100 кг; производительность - 20 т/ч; потребляемая электрическая мощность - 5,5 кВт; расход бензина - 0,8 л/т; занятость в году - 100 ч.

Коэффициенты: амортизационных отчислений - 0,2; расходов на текущий ремонт - 0Д5. Трудозатраты на обработку озоном - 1,5 МДж/т.

Энергозатраты на обработку озоном (Э.з.о,) складываются из энергосодержания установки, потребляемой электроэнергии, бензина на перемещение установки и трудозатрат и составляют 17,4 МДж/га.

Энергетическая эффективность испытанных препаратов [табл, 19] показывает, что наилучшие результаты получены по применению озона. Отношение энергосодержания прибавки урожая к сумме энергетических затрат составило для озона, витароса, дивидент стар и колфуго дуплет соответственно 223s8; 16?0; 21,0; 14,6,

Особо следует подчеркнуть экологическую безопасность озона, в том числе: - отсутствие токсичных веществ в обработанном зерне (продукты окисления озоном органики биодеградабельны, а продуктом распада самого озона является кислород), в результате чего возможно использование непосеянных семян как товарного зерна, что исключается в случаях протравливания химическими препаратами; - предотвращение заірязнения ядохимикатами воздуха, почвы и воды; - отсутствие отрицательного воздействия на людей, работающих с протравленными семенами.

1- Установлено положительное влияние предпосевной обработки семяп озоном на энергию прорастания, силу роста и лабораторную всхожесть яровой мягкой и твердой пшеницы. Величина отклика зависит от концентрации озона, времени обработки семян и сорта, 2. На основе анализа исследования воздействия озона разной концентрации на посевные качества семян яровой пшеницы установлено: - для каждой концентрации озона существует оптимальное время обработки. По прошествии оптимального времени эффект стимулирования начинает медленно снижаться; - оптимальная концентрация озона для метода обработки бурта продувкой составляет 0,05 - 0,5 г/м3; - проявление стимулирутощего эффекта озона на яровой пшенице в процессе хранения имеет волнообразный характер с максимумом в районе суток; далее эффект снижается и приближается к нулю по истечении 14 суток. 3. Полное подавление возбудителя пыльной головни достигается при предпосевной обработке семян озоном концентрации 0,5 г/м3 при минимальном времени 5-10 минут в зависимости от сорта. 4. Полевые испытания яровой пшеницы показали, что в среднем по 3-м годам озон обеспечил значимую прибавку урожая от 5,4 до 12,4 % в зависимости от сорта. Наиболее высокая прибавка урожая получена в засушливые 2001 2002 гт за счет большего количества растений к уборке урожая. При этом системные протравители в основном обеспечили урожайность на уровне контроля, за исключением сорта С - 58, на котором они все снизили урожай, и только на сорте Ник прибавку урожая на 5,4 % дал витарос? а на сорте С - 59 дивиденд стар увеличил урожай на 6 %. В среднем по всем сортам наивысший эффект получен от озона и колфуго дуплет. 5. Не выявлено значимое влияние озона и протравителей (витарос, колфуго дуплет, дивиденд стар) на возбудителей бурой ржавтшны и мучнистой росы, однако отмечена тенденция снижения заболеваемости у растений, выращенных из семян прошедших предпосевную обработку. 6. Предпосевная обработка семян яровой пшеницы озоном обеспечивает повышение условно-чистого дохода на 275 руб7га по сравнению с протравливанием витаросом. Коэффициент энергетической эффективности для вариантов обработки озоном, виторосом, дивиденд стар и колфуго дуплет составил соответственно; 223,8; 16; 21: 14?6.

Похожие диссертации на Влияние озона и протравителей на посевные качества и оздоровление яровой пшеницы

Изменчивость количественных признаков сортов озимой мягкой пшеницы под влиянием доз минеральных удобрений и регулятора роста ФуроланОкон Эссиен Арчибонг

Изменение уборочного индекса в процессе селекции и его влияние на урожайность пшеницы мягкой озимойНовиков, Алексей Владимирович

Влияние длительности репродуцирования сортов озимой пшеницы на урожайность и качество зернаВолков Олег Алексеевич

Влияние уровня адаптивности различных сортов озимой пшеницы на элементы ее продуктивности в условиях Ставропольского краяДридигер Вячеслав Викторович

Влияние экологических условий на посевные качества семян сортов яровой пшеницы в Тюменской областиМарченко Любовь Витальевна

Влияние типа чужеродной цитоплазмы на формирование элементов продуктивности у гибридов аллоцитоплазматической пшеницы Triticum aestivum L. Захаров Валерий Егорович

Влияние генотипа, условий выращивания и применения регуляторов роста в культуре пыльников пшеницы при получении исходного материала для селекцииРагубова, Суджахет Джамал кызы

Влияние ценотических и средовых факторов на проявление селекционно важных количественных признаков у яровой пшеницыТуманян, Антонина Федоровна

Влияние чужеродной цитоплазмы на проявление гетерозисного эффекта у яровых и озимых гибридов аллоцитоплазматической пшеницыРакотонариво Андрианзака

Влияние предпосевной обработки хлорсодержащими электроактивированными растворами на посевные, биохимические, технологические и урожайные качества семян мягкой озимой пшеницыСимонова Елена Николаевна