Способ активации проращивания семян редиса гидротермальным нанокремнеземом при светодиодном освещении

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к растениеводству и биофотонике, и может найти применение в селекции при отборе перспективных биотипов растений, отзывчивых на искусственное светодиодное освещение. Способ включает обработку семян гидротермальным нанокремнеземом с использованием светодиодов, генерирующих фотоны низкой интенсивности. Перед посевом семена редиса предварительно замачивают на 2 часа в водном золе гидротермального нанокремнезема концентрации 0,005% с последующим посевом на подложку из минеральной ваты в виде пластин 20×20 см при комнатной температуре 22-23°С и увлажнении семян водой по мере подсыхания подложки. В качестве источников света применяют монохроматическое непрерывное освещение светодиодами синего света длиной волны 440 нм, или зеленого света длиной волны 525 нм, или красного света длиной волны 660 нм при генерации фотонов низкой интенсивности в 6,52 мкмоль/(м²⋅с), 1,44 мкмоль/ (м²⋅с) и 2,36 мкмоль/ (м²⋅с), соответственно, на уровне подложки с семенами в течение 6 суток проращивания до получения первичной микрозелени. Способ обеспечивает расширение возможностей использования водных золей нанокремнезема гидротермального происхождения в сочетании с воздействием монохроматическим спектром областей синего, зеленого и красного света низких интенсивностей, применяемых постоянно в процессе проращивания семян редиса с повышением всхожести семян, качества ростков по их продуктивности и наличию высоких значений суммарной антиоксидантной активности получения проросших семян и первичной микрозелени растений для питания и селекции при получении новых высокопродуктивных биотипов редиса. 3 табл.

 

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к растениеводству и может найти применение в селекции при отборе перспективных генотипов растений отзывчивых на искусственное светодиодное освещение и может найти применение для предпосевной обработки семян редиса для активации проращивания, повышения, всхожести, качества проростков по продуктивности в технологиях получения пророщенных семян и первичной микрозелени для здорового питания.

В России введен государственный стандарт определения всхожести семян сельскохозяйственных растений, где рассматривают условия проращивания семян и, как правило, в темноте с учетом факторов температуры и времени для оценки всхожести семян (ГОСТ 12038-84. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести. - М. Стандартинформ, 2011). Для семян, отзывчивых по проращиванию к свету, рассматривается в стандарте только естественное освещение.

Стандарты для проращивания семян при искусственном освещении на данный момент не существуют. Для каждого растения конкретно исследуются вопросы влияния искусственного освещения в различных его составляющих по спектрам электромагнитного излучения, интенсивности и времени воздействия на разных этапах вегетации и фотосинтеза при разработке элементов технологий для защищенного грунта.

Близким по техническому решению к предлагаемому объекту является использование для редиса предпосевной обработки семян гидротермальным нанокремнеземом различных концентраций при проращивании в темноте для активации процесса проращивания (патент РФ №2747294, опубликован 04.05.2021г, Бюл.№13). В данном способе показана эффективность использования гидротермального нанокремнезема (ГНК) как фактора активации проращивания семян редиса. Однако, в аналоге не учитывается влияние фактора освещения для активации стадии проращивания семян редиса с получением в отличие от темноты первичной микрозелени и пророщенных семян в условиях воздействия фотонов светового потока генерированного светодиодным излучателем.

В исследованиях многих авторов отмечается генетическая специфичность генома разных растений на спектры искусственного освещения и интенсивности пучков фотонов при фотосинтезе сформированного аппарата листьев растений, не говоря о первой стадии проращивания до начала истинного фотосинтеза, где воздействие активационного фактора наночастиц при одновременном воздействии фотонов разной интенсивности малоизученно.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому объекту является решение, изложенное в изобретении по патенту РФ № 2746275 (опубликован 12.04.2021, Бюл. №11), в котором приведен способ активации проращивания семян применительно к сельскохозяйственной корнеплодной культуре сахарной свеклы с использованием обработки семян путем замачивания ГНК концентрации 0,001 % при постоянном 10-суточном светодиодном освещении в режиме генерации низкоинтенсивных пучков монохроматических фотонов от светодиодных светильников синего света (СД СС) длиной волны 440 нм с интенсивностью 6,52 мкмоль/(м²⋅с), зеленого света (СД ЗС) длиной волны 525 нм с интенсивностью 1,44 мкмоль/(м²⋅с). Воздействие этих и других концентраций ГНК на семена редиса при проращивании при таком низкоинтенсивном монохроматическом освещении светодиодными излучателями на практике не известно.

Более близких прототипов по техническим решениям по влиянию других режимов потока фотонов, генерируемых светодиодными излучателями с существенно меньшими показателями интенсивности на семена редиса, начиная с первичной фазы развития растений, отсутствуют.

Технический результат – расширение возможностей использования водных золей нанокремнезема гидротермального происхождения в сочетании с воздействием монохроматическим спектром областей синего, зеленого и красного света низких интенсивностей, применяемых постоянно в процессе проращивания семян редиса после их обработки замачиванием в растворе нанокремнезема определенной концентрации для повышения, всхожести семян, качества ростков по их продуктивности и наличию высоких значений суммарной антиоксидантной активности с реализацией технологий получения проросших семян и первичной микрозелени растений для питания, для селекции при получении новых высокопродуктивных биотипов редиса.

Техническое решение заявленного объекта заключается в том, что способ включает обработку семян гидротермальным нанокремнеземом с использованием светодиодов, генерирующих фотоны низкой интенсивности. Перед посевом семена редиса предварительно замачивают на 2 часа в водном золе гидротермального нанокремнезема концентрации 0,005% с последующим посевом на подложку из минеральной ваты в виде пластин 20х20 см при комнатной температуре 22-23°С и увлажнении семян водой по мере подсыхания подложки с применением в качестве источников света монохроматического непрерывного освещения светодиодов синего света длиной волны 440 нм, или зеленого света длиной волны 525 нм, или красного света длиной волны 660 нм при генерации фотонов низкой интенсивности в 6,52 мкмоль/(м²⋅с), 1,44 мкмоль/ (м²⋅с) и 2,36 мкмоль/ (м²⋅с), соответственно, на уровне подложки с семенами в течение 6 суток проращивания до получения первичной микрозелени.

Способ осуществляют следующим образом.

В способе используют водный золь гидротермального нанокремнезема (ГНК), который получают из природных гидротермальных растворов Мутновского месторождения Камчатки (производство ООО «Наносилика»). В испытаниях использовали исходный водный золь ГНК с концентрацией по кремнезему 2,5%, Для обработки семян исходный золь ГНК разводили дистиллированной водой до рабочей концентрации 0,005% по кремнезему Гидротермальный нанокремнезем обладает высокой биохимической активностью, высокой скоростью проникновения в семена растений, высокой сорбционной емкостью за счет размеров частиц кремнезема и их площади поверхности до 500 см²/г. В приготовленном рабочем растворе гидротермального кремнезема отсутствуют токсические вещества, что придает предлагаемому решению более высокую экологичность и биодоступность для семян, в частности, к эндосперму и позволяет интенсифицировать процесс проращивания семян не только в темноте для решения различных биотехнологических и селекционных задач.

Параметры размеров наночастиц преимущественно диапазона 10-20 нм достигаются возможностями ультрафильтрационного оборудования и технологиями проведения поликонденсации ортокремневой кислоты гидротермальных растворов Мутновского месторождения. Это позволяет обеспечить качественную обработку семян растений.

В качестве объекта исследований-проверки способа взят редис сорта Юбилейный (ООО «Агрофирма Поиск», д.Верея, Раменский район, Московская обл.).

Проращивание семян редиса проводили согласно ГОСТ 12038-84 с изменениями, а именно: вместо фильтровальной бумаги использовали подложку из минеральной ваты в виде пластин 20*20 см (400 см²). Количество семян по 100 шт. на каждый вариант, повторность трехкратная. Полив проводили дистиллированной водой по мере подсыхания подложки. Проращивание проводили при температуре 22-23°С. В качестве контроля использовали проращивание семян пшеницы в темноте в соответствии с ГОСТ 12038-84, которые перед посевом предварительно выдерживали в дистиллированной воде в течение 2-х часов, а в опытных вариантах проводили проращивание в течение 6 суток с использованием монохроматического спектра светового излучения с низкой интенсивностью фотонов. Для этого использовали разные варианты светодиодных источников: синего света (СД СС) длиной волны 440 нс, зеленого света (СД ЗС) длиной волны 525 нм и красного света (СС КС) длиной волны 660 нм в режиме интенсивности генерируемого потока фотонов в 6,52 мкмоль м^-2 с^-1, 1,44 мкмоль м^-2 с^-1 и 2,36 мкмоль м^-2 с^-1, соответственно, на уровне подложки с семенами в течение 6 суток проращивания.

Определяли всхожесть в опытном и контрольном вариантах и измеряли высоту ростков, их массу в 3-х повторностях. Определяли среднее арифметическое по всхожести и измеренным метрическим показателям высоты и массы 100 образцов проростков.

Для проверки биологической активности определяли суммарную антиоксидантную активность (САОА) ростков. САОА определяли кулонометрическим методом (в пересчете на г рутина на 100 г сухого образца (с.о.) в соответствии с МВИ-01-00669068-13 (Зеленков В.Н., Лапин А.А. Суммарная антиоксидантная активность. Методика выполнения измерений на кулонометрическом анализаторе. ВНИИ овощеводства. Верея Московской обл., 2013, 19с). Сушку ростков редиса проводили в тени при комнатной температуре в течении 14 суток. Данная методика позволяет говорить не только об антиоксидантной активности, но и об антирадикальной активности, поскольку в основе метода положен методический подход генерации радикалов брома с последующим титрованием (с использованием кулонометрии) их растворов водными экстрактами ростков разных вариантов проверки предлагаемого способа.

Результаты испытаний реализации способа по параметрам проращивания семян приведены в таблице 1-3.

Таблица 1. Всхожесть (6-е сутки, %) семян редиса сорт Юбилейный для вариантов контроля и в предлагаемом способе

Вариант опыта	Всхожесть, %	Изменение всхожести по отношению к контролю, %
Проращивание семян в темноте - контроль	95	-
Обработка семян водным раствором 0,005% ГНК при освещении СД СС (440 нм) и интенсивности 6,52 мкмоль м-2 с-1	95	0
Обработка семян водным раствором 0,005% ГНК при освещении СД ЗС (525 нм) и интенсивности светового потока 1,44 мкмоль м-2 с-1	97	+2,1
Обработка семян водным раствором 0,005% ГНК при освещении СД КС (660 нм) и интенсивности 2,36 мкмоль м-2 с-1	97	+2,1

Таблица 2. Показатели качества ростков редиса сорт Юбилейный при проращивании для вариантов контроля и предлагаемого способа

Вариант опыта	Высота ростков, см	Изменение высоты ростков относительно контроля, %	Средняя масса 100 ростков, г	Изменение массы 100 ростков относительно контроля, %
Проращивание семян в темноте - контроль	9,3	-	12,50	-
Обработка семян водным раствором 0,005% ГНК при освещении СД СС (440 нм) и интенсивности 6,52 мкмоль м-2 с-1	8,8	-5,4	14,88	+19,0
Обработка семян водным раствором 0,005% ГНК при освещении СД ЗС (525 нм) и интенсивности 1,44 мкмоль м-2 с-1	9,2	-1,1	14,49	+15,9
Обработка семян водным раствором 0,005% ГНК при освещении СД КС (660 нм) и интенсивности 2,36 мкмоль м-2 с-1	7,5	-19,4	13,71	+9,7

Как видно из таблиц 1 и 2 применение наноразмерного кремнезема положительно сказывается на этапе проращивания семян редиса.

Применение ГНК при предпосевной обработке семян увеличивает всхожесть на 2,1% для вариантов использования в облучении семян СД ЗС и СД КС при сохранении показателя всхожести семян относительно контроля для варианта облучения синим светом 440 нм (табл.1).

Для всех испытанных вариантов наблюдается рост продуктивности при проращивании семян редиса по массе 100 ростков на 9,7 – 19,0% от сочетанного действия гидротермального нанокремнезема и низкоэнергетических фотонов области 440, 525, 660 нм (табл.2).

Существенным моментом, как для пророщенных семян, так и для первичной микрозелени и их использования для питания является наличие пигментов первичного фотосинтеза – хлорофилла для опытного варианта предложенного способа по сравнению с контролем. В контроле пророщенные семена представляют собой этиолированные бесцветные ростки, а в опытном варианте проростки имеют зеленый цвет, что характерно для хлорофиллсодержащих растений при активном фотосинтезе.

Применение предлагаемого способа для редиса позволяет получить проросшие семена с увеличением продуктивности по росткам (масса 100 ростков, г) от 10,8% до 22,8% . При этом высота ростков редиса в испытанных вариантах светодиодного освещения монохроматическим светом уменьшается по сравнению с контролем от -1,1% (СД СС) , -5,4% (СД СС) до -19,4% (СД КС), что подтверждает перспективность целенаправленного получения новых биотипов редиса в селекционных работах по поиску высокопродуктивных сортов растений.

Таблица 3. Показатели качества ростков редиса сорт Юбилейный по САОА (г рутина на 100 г с.о) при проращивании для вариантов контроля и предлагаемого способа

Вариант опыта	САОА в г рутина /100 г с.о	Изменение САОА по сравнению с контролем, %
Проращивание семян в темноте - контроль	17,03	-
Обработка семян водным раствором 0,005% ГНК при освещении СД СС (440 нм) и интенсивности 6,52 мкмоль м-2 с-1	17,23	+1,2
Обработка семян водным раствором 0,005% ГНК при освещении СД ЗС (525 нм) и интенсивности 1,44 мкмоль м-2 с-1	17,72	+4,1
Обработка семян водным раствором 0,005% ГНК при освещении СД КС (660 нм) и интенсивности 2,36 мкмоль м-2 с-1	17,89	+5,1

Как видно из таблицы 3, сочетанное действие наночастиц гидротермального нанокремнезема позволяет менять метаболом ростков в сторону повышения их качества по содержанию метаболитов, ингибирующих радикалы с проявлением антиоксидантной активности, что особенно важно в профилактическом питании с использованием пророщенных семян и микрозелени.

Полученные экспериментальные данные позволяют заключить, что нанокремнезем гидротермального происхождения является активатором проращивания семян редиса на этапе проращивания в сочетании с использованием монохроматического освещения синим, зеленым или красным светом низкой интенсивности и может расширить области применения ГНК в технологии получения проростков семян и далее первичной микрозелени для здорового питания, а также в селекционных работах по созданию новых сортов редиса.

Способ активации проращивания семян редиса гидротермальным нанокремнеземом при светодиодном освещении, включающий обработку семян гидротермальным нанокремнеземом с использованием светодиодов, генерирующих фотоны низкой интенсивности, отличающийся тем, что перед посевом семена редиса предварительно замачивают на 2 часа в водном золе гидротермального нанокремнезема концентрации 0,005% с последующим посевом на подложку из минеральной ваты в виде пластин 20×20 см при комнатной температуре 22-23°С и увлажнении семян водой по мере подсыхания подложки с применением в качестве источников света монохроматического непрерывного освещения светодиодов синего света длиной волны 440 нм, или зеленого света длиной волны 525 нм, или красного света длиной волны 660 нм при генерации фотонов низкой интенсивности в 6,52 мкмоль/(м²⋅с), 1,44 мкмоль/ (м²⋅с) и 2,36 мкмоль/ (м²⋅с), соответственно, на уровне подложки с семенами в течение 6 суток проращивания до получения первичной микрозелени.