Влияние предпосевной обработки семян ультрадисперсными частицами в совместных посевах бобовозлаковых культур

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Предложен способ повышения содержания белка в зеленой массе, состоящей из ячменя Hordeum vulgare L., гороха Pisum sativum и проса Panicum, включающий однократную предпосевную обработку семян из совместного посева зернобобовой смеси однолетних сельскохозяйственных культур раствором, полученным путем смешивания в стеклянной посуде ультрадисперсных частиц Fe₃O₄ с размером 80-100 Нм, SiO₂ с размером 30,7 Нм и MoО₂ с размером 100-120 Нм в дозировках по 10^-4 мг/л с дистиллированной водой путем диспергирования в ультразвуковой ванне в течение 30 минут с частотой 35 кГц. Изобретение обеспечивает повышение содержания белка в зеленой массе. 2 табл.

 

Изобретение относится к области сельского хозяйства, особенно к технологии выращивания зеленого корма из совместного посева зернобобовой смеси однолетних культур для животных.

В настоящее время биотические и абиотические стрессоры, такие как засуха, экстремальный климат, болезни, вредители вызывают потерю урожая во всем мире. Стресс сельскохозяйственных культур приводит к срыву нормального состояния роста и развития что в свою очередь приводит к снижению урожая [1].

Для повышения урожайности и качества продукции часто используют пестициды и удобрения, создавая огромную угрозу окружающей среде. Поэтому необходимо использовать экологически чистые технологии, которые помогут преодолеть растениям биотические и абиотические стрессы и обеспечить оптимальную урожайность и качество посева.

Применение ультрадисперсных частиц является развивающей междисциплинарной областью, которая играет положительную роль в стимуляции растений. В свою очередь использование нанокремния может уменьшить транспирацию растений и сделать их более устойчивыми к засухе, высокой температуре и др. [2].

Некоторые ультрадисперсные частицы, такие как Fe₃O₄, MgO, SiO₂ и CeO₂, полезны для роста растений, играя важную роль в стимулировании прорастания семян, повышении устойчивости растений [3, 4].

Многолетние исследования показали, что взаимодействие ультрадисперсных частиц с растениями вызывает ряд физиологических, морфологических и биохимических изменений, которые зависят от свойств ультрадисперсных частиц, включая концентрацию, размер и их физические свойства, а также от исследуемых видов растений [5].

Общий спрос на животный белок увеличивает потребность в высококачественном корме, в это время растет интерес к устойчивым и локально выращиваемым источникам белка [6].

Корм, полученный из одновидовых посевов, не сбалансирован по витаминам и белкам, что приводит к переизбытку корма. Совместные посевы зернобобовых однолетних культур обладают большим потенциалом для того, чтобы стать такими источниками из-за предпосевной обработки семян ультрадисперсными частицами.

Наиболее близким к изобретению является метод обработки растений во время прорастания раствором наноразмерных частиц серебра и полигексаметиленовой соли бигуанида в дозе 0,025 до 6 г [7].

Также был проведен эксперимент по влиянию кобальта в дозировке 0,038 мг/л который стимулирует рост растений, увеличивает общее содержание белка в бобовых, в то время как наличие кобальта в дозировке 0,19 мг/л в питательной среде препятствует росту растений и снижает общее содержание белка [8].

Известно положительное влияние ультрадисперсных частиц на содержание белка в просе [9]. Отмечено использование Fe₃O₄ в дозировке 30 мг/л обработанных на растениях табака, что привело к уменьшению площади листьев, но увеличив содержание белка по сравнению с контрольными вариантами [10].

Это изобретение направлено на увеличение содержания белка в зеленой массе, за счёт предпосевной обработки ультрадисперсными частицами.

Недостатком этого метода является тройной посев семян разных размеров.

Целью предлагаемого исследования является метод предпосевной обработки семян ультрадисперсными частицами, а именно увеличение содержания белка в зелёном корме.

Цель достигается путем однократной предпосевной обработки семян однолетних культур гороха, проса, ячменя ультрадисперсными частицами SiO₂; MoO₂; Fe₃O₄ включает раздельный, а сбор урожая на зеленую массу проводится перпендикулярно посеву. Посев кормовой смеси осуществляют тремя однолетними культурами гороха (Pisum sativum), проса (Panicum), ячменя (Hordeum vulgare L.). Полевые исследования показали высокую эффективность накапливания сырого белка в зеленом корме с применением ультрадисперсных частиц Fe₃O₄.

Этот метод был разработан на Экспериментальной станции Федерального научного центра биологических систем и агротехнологий Российской академии наук. Во время полевого эксперимента использовали ультрадисперсные частицы Fe₃O₄ (с размером 80-100 Нм и потенциалом 20±0,14 мВ), SiO₂ (с размером 30,7± 0,3 Нм и потенциалом 27±0,12 мВ), MoO₂ (с размером 100-120 Нм). Для приготовления рабочего раствора берут точные навески MoO₂ (10^-4 мг/л), Fe₃O₄ (10^-4 мг/л) и SiO₂ (10^-4 мг/л) и вводят в стеклянную посуду с дистиллированной водой, после диспергирования в ультразвуковой ванне в течение 30 минут с частотой 35 кГц, семена однократно обрабатывают готовым раствором [11].

Полевой опыт.

Для проведения исследования использовали семена гороха (Pisum sativum) сорта Ямала, ячменя (Hordeum vulgare L.) сорта Натальи и проса (Panicum) сорта Оренбургского 27, поставляемого федеральным государственным бюджетным исследовательским центром биологических систем и агротехнологий Российской академии наук, которые перед посевом однократно обрабатывали рабочим раствором. Рабочие растворы готовились на основе ультрадисперсных частиц Fe₃O₄, SiO₂, MoO₂, контрольный вариант не обрабатывался.

Полевой опыт проводился по методике Доспехова Б.А. [12]. Перед посевом семена обрабатывали готовым раствором.

Посев был проведен селекционно-семеноводческой сеялкой сплошного сева Plotseed XL чередующимися полосами трех культур. Перед посевом семена не смешивают, а высевают отдельно.

Сбор урожая для зеленого корма осуществляется перпендикулярно посеву в конце периода восковой зрелости ячменя (Hordeum vulgare L.), созревания нижних бобов гороха (Pisum sativum) и молочного воскового созревания проса (Panicum), этот метод позволяет получать богатые белками, аминокислотами и минералами зеленые корма, но самое главное получаем кондиционный корм по влажности что обеспечивает его высокое качество.

После сбора зеленой массы были взяты образцы для определения структуры урожая и зоотехнического анализа, в котором было определено количество растительного белка.

Результат исследования приведен в таблицах 1 и 2. В ходе проведенных исследований было выявлено, что предпосевная обработка семян ультрадисперсными частицами улучшает биологические особенности растений по сравнению с контрольной группой, это демонстрируют варианты с использованием SiO₂ что достигло максимального уровня сырой массы растений у ячменя и проса, и у варианта с применением Fe₃O₄ у гороха, площадь листовой поверхности так же достигла максимального значения по сравнению с контролем 250; 174; 97 у ячменя, проса и гороха соответственно.

Таким образом, введение предпосевной обработки семян ультрадисперсными частицами является действенным способом увеличения содержания белка в зеленной массе растений.

Анализ таблицы 2 показывает эффективное влияние предпосевной обработки семян ультрадисперными частицами, так содержание белка в контрольном варианте составил 8,97 % а при использовании Fe₃O₄ составил 13,34 % что на 4,37 % больше, так же положительное действие оказали MoO₂ и SiO₂ что составляет 12,47 %; 9,19 % больше контрольного варианта на 3,5 %; 0,22 % соответственно.

Источники информации

1. Oshunsanya S.O. Abiotic Stress in Agricultural Crops under Climatic Conditions / S.O. Oshunsanya, N.J. Nwosu, Y. Li //Sustainable Agriculture, Forest and Environmental Management. Springer; Singapore: 2019. pp. 71-100.

2. Rastogi A. Application of silicon nanoparticles in agriculture / A. Rastogi, D.K. Tripathi, S. Yadav, D.K. Chauhan, M. Živčák, M. Ghorbanpour, N.I. El-Sheery, M. Brestic // Biotech. 2019; 9 :90. doi: 10.1007/s13205-019-1626-7.

3. Cai L. Magnesium oxide nanoparticles: Effective agricultural antibacterial agent against Ralstonia solanacearum / L. Cai, J. Chen, Z. Liu, H. Wang, H. Yang, W. Ding // Front. Microbiol. 2018; 9 :790. doi: 10.3389/fmicb.2018.00790.

4. Kang H. Silica nanoparticle dissolution rate controls the suppression of fusarium wilt of watermelon ( Citrullus lanatus ) / H. Kang, W. Elmer, Y. Shen, N. Zuverza-Mena, C. Ma, P. Botella, J.C. White, C.L. Haynes // Environ. Sci. Technol. 2021; 55 :13513-13522. doi: 10.1021/acs.est.0c07126.

5. Rico C.M. Effect of cerium oxide nanoparticles on rice: a study involving the antioxidant defense system and in vivo fluorescence imaging / C.M. Rico, J. Hong, M.I. Morales, L. Zhao, A.C. Barrios, J.Y. Zhang, J.R. Peralta-Videa, J.L. Gardea-Torresdey // Environ Sci Technol. 2013 Jun 4;47(11):5635-42. doi: 10.1021/es401032m. Epub 2013 May 17. PMID: 23662857.

6. Chiesa S. Extraction of protein rom biomass at a bioethanol processing plant. Possible dietary uses: use as animal feed and potential expansion for human consumption / S. Chiesa, E. Gnansuno // Bioresource. Technol. 2011; 102 (20732807) : 427-436 10.1016/j.biotechnology.2010.07.125).

7. Патент на изобретение RU № 2668331 Способ увеличения содержания белка в бобах сои / Ю.А. Крутяков, А.А. Кудринский : опубликовано 28.09.2018, Бюл. № 28.

8. Belesi F.J. Degradation of gluten proteins by species of the genus Fusarium and their effect on the quality of soft wheat grain / F.J. Belesi, F. Arato, M. Martinez, A.S. Arrigoni, S.A. Stenglein, M.I. Di nolfo // J. Storage prod. Res. 2019; 83:1-8. doi: 10.1016/j.jspr.2019.05.007.

9. Бортников С.В. Влияние кобальта на качественный и количественный состав белка растений Pisum sativum / С.В. Бортников // Альманах современной науки образования Тамбов: Грамота, 2009. № 5 (24). С. 28-30.

10. Alkhatib R. Physio-biochemical and ultrastructural impact of (Fe3O4) nanoparticles on tobacco / R. Alkhatib, B. Alkhatib, N. Abdo, L. AL-Eitan, R. Creamer // BMC Plant Biology. Vol. 19. N. 253; 2019.

11. Патент на изобретение RU 2697277 Способ препосевной одноразовой обработки семян гороха Pisum Sanivum L. / Л.В. Галактионова, Н.И. Воскобулова, Н.А. Терехова, С.В. Лебедев, Р.С. Сангалиева, Д.В. Фролов, Н.Н. Докина, Б.Г. Рогачев; опубликовано 13.08.2019, бюл. № 23.

12. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследования) Б.А. Доспехов. - 5-е. изд., доп.и перераб. - М.: Агропромиздат, 1985. - 351 с.

Способ повышения содержания белка в зеленой массе, состоящей из ячменя Hordeum vulgare L., гороха Pisum sativum и проса Panicum, включающий однократную предпосевную обработку семян из совместного посева зернобобовой смеси однолетних сельскохозяйственных культур раствором, полученным путем смешивания в стеклянной посуде ультрадисперсных частиц Fe₃O₄ с размером 80-100 Нм, SiO₂ с размером 30,7 Нм и MoО₂ с размером 100-120 Нм в дозировках по 10^-4 мг/л с дистиллированной водой путем диспергирования в ультразвуковой ванне в течение 30 минут с частотой 35 кГц.