RU2737174C1 - Method for increasing of germinating ability of winter wheat seeds - Google Patents

Abstract

FIELD: agriculture.SUBSTANCE: invention relates to agriculture. Disclosed is a method for increasing germination capacity of winter wheat seeds using illumination in the red light area, according to which immediately after sowing of seeds on substrate during next 7 days of sprouting exposure to light-emitting diodes of far red light with wavelength of 730 nm in mode of photon intensity 2 mcmol⋅m-2⋅s-1at substrate level.EFFECT: invention provides improved germinating capacity of wheat seeds in plant growing.1 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к семеноводству может найти применение при повышении всхожести семян растений в растениеводстве, в селекции, и расширении области применения в технологиях получения пророщенной пшеницы для диетического питания и лечения The invention relates to the field of agriculture, in particular to seed production, can find application in increasing the germination of plant seeds in crop production, in breeding, and expanding the field of application in technologies for obtaining germinated wheat for dietary nutrition and treatment

Известна технология применения светодиодных источников света в светокультуре растений в теплицах и оранжереях, которая даёт возможность длительного постоянного облучения комбинированным светом с включением в световой поток полихромного освещения красного (СД КС), синего (СД СС) и зеленого (СД ЗС) светов (Курьянова И.В., Олонина С.И.»Оценка влияния различных спектров светодиодного светильника на рост и развитие овощных культур» Вестник НГИЭИ, 2017.№7(74) с.35-44). Known technology for the use of LED light sources in the photoculture of plants in greenhouses and greenhouses, which makes it possible to long-term constant irradiation with combined light with the inclusion of polychromatic lighting in the luminous flux of red (SD KS), blue (SD SS) and green (SD ZS) lights (Kuryanova I .V., Olonina SI "Assessment of the influence of different spectra of LED lamps on the growth and development of vegetable crops" Vestnik NGIEI, 2017.№7 (74) p.35-44).

Такие источники света предлагаются многими производителями как фитолампы. Как правило, искусственное освещение для различных видов растений в теплицах исследуется только с точки зрения возможности повышения фотосинтеза на разных стадиях вегетативного и генеративного развития при вегетации конкретных растений в условиях защищенного грунта. Such light sources are offered by many manufacturers as phytolamps. As a rule, artificial lighting for various types of plants in greenhouses is studied only from the point of view of the possibility of increasing photosynthesis at different stages of vegetative and generative development during the growing season of specific plants in protected ground conditions.

Государственные стандарты распространяются только на стадии проращивания семян разных растений и включают в себя, как правило, условия для проращивания разных семян в темноте (и только в некоторых случаях при естественном освещении) с учетом факторов температуры и времени для оценки энергии проращивания и всхожести семян в условиях лаборатории (ГОСТ 12038-84. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести. М.Стандартинформ, 2011). Данный нормативный документ рекомендует определять всхожесть семян мягкой и твердой пшеницы в темноте на 7 и 8 сутки после посева при комнатной температуре (20° С). State standards apply only at the stage of germination of seeds of different plants and include, as a rule, conditions for the germination of different seeds in the dark (and only in some cases under natural light), taking into account temperature and time factors to assess the germination energy and germination of seeds under conditions laboratories (GOST 12038-84. Agricultural seeds. Methods for determining germination. M. Standardinform, 2011). This regulatory document recommends determining the germination of soft and durum wheat seeds in the dark on days 7 and 8 after sowing at room temperature (20 ° C).

Стандартов 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 (патент № 2601055,опубликован 27.10.2014 Бюл.№30. МПК А01С1/00, А01С1/02).There are currently no standards for germinating seeds under artificial lighting. For each plant, the issues of the influence of artificial lighting in its various components are specifically investigated in the spectra of electromagnetic radiation, intensity and exposure time at different stages of vegetation and photosynthesis in the development of technology elements for protected ground (patent No. 2601055, published on October 27, 2014 bull. No. 30. IPC А01С1 / 00, А01С1 / 02).

В последние несколько десятилетий активно в практику сельскохозяйственной науки и биотехнологии входят агробиотехносистемы различных конструкций и модификаций, предназначенные для исследования процессов выращивания растений в контролируемых условиях проведения эксперимента. В России эти технические системы наиболее известны подтермином фитотроны. Последние годы появились и модификации фитотронов для решения вопросов выращивания растений для космического питания и медицины (Коновалова И.О., Беркович Ю.А., Ерохин А.Н., Смолянина С.О., О.С. Яковлева, А.И. Знаменский, И.Г. Тараканов, С.Г. Радченко, С.Н. Лапач. Обоснование оптимальных режимов освещения растений для космической оранжереи «Витацикл-Т» // Авиакосм. и экол. мед. – 2016. – Т. 50, № 4. – С. 28-36) а также класс фитотронов – синерготроны с программно- управляемыми параметрами, включая и режимы освещения светодиодными источниками света (Жизненный цикл и экология растений: регуляция и управление средой обитания в агробиотехнотехносистемах. Сборник научных трудов. Выпуск 1/ под редакцией проф. В.Н.Зеленкова – М.: Техносфера, 2018. - 208с. ISBN 978-5-94836-543-5). In the past few decades, agrobiotechnological systems of various designs and modifications have been actively involved in the practice of agricultural science and biotechnology, designed to study the processes of growing plants under controlled experimental conditions. In Russia, these technical systems are best known by the sub-term phytotrons. In recent years, modifications of phytotrons have also appeared to solve the problems of growing plants for space nutrition and medicine (Konovalova I.O., Berkovich Yu.A., Erokhin A.N., Smolyanina S.O., O.S. Yakovleva, A.I. Znamenskiy, IG Tarakanov, SG Radchenko, SN Lapach. Substantiation of optimal modes of illumination of plants for the space greenhouse "Vitacyc-T" // Aviacosm. And Ecological Med. - 2016. - V. 50 , No. 4. - P. 28-36) as well as the class of phytotrons - synergotrons with program-controlled parameters, including the modes of illumination by LED light sources (Life cycle and plant ecology: regulation and management of habitat in agrobiotechnological systems. Collection of scientific papers. Issue 1 / edited by Prof. V. N. Zelenkov - M .: Technosphere, 2018 .-- 208 p. ISBN 978-5-94836-543-5).

Аналогом предлагаемого решения является работа по изучению досвечивания горчицы салатной в фазе технической зрелости растений светодиодными светильниками с красным и синим полидисперсным спектром (Зеленков В.Н., Кособрюхов А.А., Лапин А.А., Латушкин В.В./ Продуктивность и антиоксидантная активность горчицы салатной при облучении красным и синим светом в замкнутой системе фитотрона класса синерготрон ИСР-1.1. // Жизненный цикл и экология растений: регуляция и управление средой обитания в агробиотехнотехносистемах. Сборник научных трудов. Выпуск 1/ под редакцией проф. В.Н.Зеленкова – М.: Техносфера, 2018 - С.144-154. ISBN 978-5-94836-543-5, DOI: 10.22184/978- 5-94836-543-5-142-152. An analogue of the proposed solution is the study of supplementary lighting of salad mustard in the phase of technical maturity of plants with LED lamps with a red and blue polydisperse spectrum (Zelenkov V.N., Kosobryukhov A.A., Lapin A.A., Latushkin V.V. / Productivity and antioxidant activity of lettuce mustard under irradiation with red and blue light in a closed system of a phytotron of the synergotron ISR-1.1 class. // Life cycle and plant ecology: regulation and management of the habitat in agrobiotechnological systems. Collection of scientific papers. Issue 1 / edited by Prof. V.N. Zelenkova - M .: Technosphere, 2018 - P.144-154. ISBN 978-5-94836-543-5, DOI: 10.22184 / 978-5-94836-543-5-142-152.

Однако, данный аналог рассматривает источник света в красной области излучения светодиодного светильника как полидисперсный фотонный источник широкой области красного излучения регулируемого светильника синерготрона модели 1.01 (разработка АНО Институт стратегий развития, г.Москва) и дает решение вопросов интенсификации роста растений салатной культуры только в фазе в фазе технической зрелости. However, this analogue considers the light source in the red region of the LED lamp as a polydisperse photon source of a wide region of red radiation of the controlled lamp of the synergotron model 1.01 (developed by the ANO Institute of Development Strategies, Moscow) and provides a solution to the issues of intensifying the growth of lettuce crops only in the phase phase of technical maturity.

Известно, что влияние света на этапе прорастания семян мало связано с интенсивностью фотосинтеза, т.к. фотосинтетический аппарат – листья растений, еще не сформированы. It is known that the effect of light at the stage of seed germination has little to do with the intensity of photosynthesis, because photosynthetic apparatus - plant leaves, not yet formed.

Известно техническое решение, в котором растения картофеля in vitro облучают светодиодными источниками разного света ( красного, синего, зеленого, белого) с различной интенсивностью в нанометрах. (Ю.Ц.Мартиросян, Л.Ю.Мартиросян, А.А. Кособрюхов. Динамика фотосинтетических процессов в условиях переменного спектрального облучения растений. Сельскохозяйственная биология, 2016, том 51, №5, с.680-687).Known technical solution, in which potato plants in vitro irradiate LED sources of different light (red, blue, green, white) with different intensity in nanometers. (Yu. Ts. Martirosyan, L. Yu. Martirosyan, AA Kosobryukhov. Dynamics of photosynthetic processes under conditions of variable spectral irradiation of plants. Agricultural biology, 2016, volume 51, No. 5, pp. 680-687).

Однако в известном решении не выявлены четкие зависимости по росту и развитию растений и обозначены параметры одной изучаемой культуры при чередовании темноты и облучения разных цветов для листьев картофеля в условиях фотосинтеза вегетации культуры. However, the known solution did not reveal clear dependences on the growth and development of plants and indicated the parameters of one studied culture with alternating darkness and irradiation of different colors for potato leaves under conditions of photosynthesis of the crop vegetation.

Наиболее близким к предлагаемому решению является исследование в ВНИИ лекарственных и ароматических растений при рассмотрении фактора освещения при проращивании семян лекарственных растений с длительным периодом покоя, что снижает эффективность их применения в лекарственном растениеводстве из-за низкой всхожести, как лабораторной, так и полевой. Авторы работы-прототипа используют полные спектры излучателей красного и синего света при проращивании семян паслена и белладонны (Н.Ю.Свистунова, П.С.Савин/ Влияние различных условий на всхожесть семян некоторых лекарственных растений после длительного хранения. //Идеи Н. И. Вавилова в современном мире: тезисы докладов в IV Вавиловской международной конференции. Санкт-Петербург, 20–24 ноября 2017 г. СПб.: ВИР, 2017., С.149.). The closest to the proposed solution is a study at the All-Russian Research Institute of medicinal and aromatic plants when considering the light factor when germinating seeds of medicinal plants with a long dormant period, which reduces the effectiveness of their use in medicinal plant growing due to low germination, both laboratory and field. The authors of the prototype work use the full spectra of red and blue light emitters when germinating nightshade and belladonna seeds (N.Yu. Svistunova, P.S. Savin / Influence of various conditions on the germination of seeds of some medicinal plants after long-term storage. // Ideas N.I. Vavilov in the modern world: abstracts of reports in the IV Vavilov international conference. St. Petersburg, November 20-24, 2017. SPb .: VIR, 2017., p. 149.).

В известном способе-прототипе авторы применяют не уточненные – спектры синего и красного освещения без оценки влияния различных его участков и высокую энергетическую составляющую генерируемых пучков фотонов. Наиболее эффективным для реализации проращивания семян лекарственных растений белладонны и паслена оказался вариант с красным освещением семян при проращивании. Однако авторы не указывают интенсивности освещения и точных длин волн красного и синего света, что является существенным для практической реализации способа в технологиях проращивания как лекарственных, так и других сельскохозяйственных культур широкого применения в народном хозяйстве и имеющих высокую всхожесть семян. Это не позволяет применить приведенные данные авторов, например для зерновых культур, в частности для пшеницы. In the known prototype method, the authors use not specified - the spectra of blue and red illumination without evaluating the influence of its various sections and the high energy component of the generated photon beams. The option with red illumination of seeds during germination turned out to be the most effective for the implementation of germination of seeds of medicinal plants belladonna and nightshade. However, the authors do not indicate the intensity of illumination and the exact wavelengths of red and blue light, which is essential for the practical implementation of the method in germination technologies for both medicinal and other agricultural crops of widespread use in the national economy and having high seed germination. This does not allow the authors' data to be applied, for example, for grain crops, in particular for wheat.

Технический результат - расширение возможностей использования светодиодного освещения в варианте монохроматического спектра дальней области красного света, определение параметров длины волны и излучения для повышения всхожести семян пшеницы и повышения качества ее проростков, а именно высоты и продуктивности The technical result is to expand the possibilities of using LED lighting in the version of the monochromatic spectrum of the far region of red light, to determine the wavelength and radiation parameters to increase the germination of wheat seeds and improve the quality of its seedlings, namely the height and productivity

Техническое решение заявленного объекта заключается в том, что в отличие от прототипа, семена озимой пшеницы сразу после посева проращивают в стандартных условиях по температуре и увлажнении семян в моноспектральном узкополосном освещении светодиодами дальнего красного света (СД ДКС) с длиной волны 730 нм и излучении с низкой интенсивностью пучка фотонов в 2 мкмоль м^-2 с^-1 на уровне подложки с семенами в течение 7 дней проращивания. The technical solution of the claimed object is that, unlike the prototype, the seeds of winter wheat immediately after sowing are germinated under standard conditions for temperature and seed moistening in monospectral narrow-band illumination with high-range red light LEDs (LED DKS) with a wavelength of 730 nm and radiation with low photon beam intensity of 2 μmol m ^-2 s ^-1 at the level of the substrate with seeds for 7 days of germination.

Способ осуществляют следующим образом The method is carried out as follows

Пример. Для экспериментальной проверки способа в качестве зерновой культуры использовали озимый сорт пшеницы Немчиновская 24 (оригинатор сорта ФИЦ «Немчиновка»). Проращивание семян 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 100 шт, повторность трехкратная. Масса 100 семян пшеницы Немчиновская 24, использованных для посева, составляла 4.6 г. Полив проводили дистиллированной водой по мере подсыхания подложки. В качестве контроля использовали проращивание семян пшеницы в темноте в соответствии с ГОСТ 12038-84, а опытные варианты с дополнением узкополостных спектров излучения с одинаковой интенсивностью фотонов в 2 мкмоль м^-2 с^-1. Для этого использовали светодиодный источник дальнего красного света (СД ДКС) света длиной волны 730 нм в режиме низкой интенсивности генерируемого потока фотонов в 2 мкмоль м^-2 с^-1 на уровне подложки с семенами. Example. For experimental verification of the method, the winter wheat variety Nemchinovskaya 24 (the originator of the variety FITs "Nemchinovka") was used as a grain crop. Seed germination was carried out according to GOST 12038-84 with changes, namely: instead of filter paper, a mineral wool substrate was used in the form of plates 20 * 20 cm (400 cm2). The number of seeds is 100 pieces, threefold replication. The weight of 100 seeds of wheat Nemchinovskaya 24 used for sowing was 4.6 g. Irrigation was carried out with distilled water as the substrate dries up. As a control, the germination of wheat seeds in the dark was used in accordance with GOST 12038-84, and experimental variants with the addition of narrow-band radiation spectra with the same photon intensity of 2 μmol m ^-2 s ^-1 . For this, a light-emitting diode source of far red light (LED DKS) of light with a wavelength of 730 nm was used in the low-intensity mode of the generated photon flux of 2 μmol m ^-2 s ^-1 at the level of the substrate with seeds.

На 7-й день определяли всхожесть семян в опытном и контрольном вариантах и измеряли высоту проростков и массу 100 проростков в 3-х повторностях. Определяли среднее арифметическое по всхожести и измеренным метрическим показателям высоты и массы образцов. On the 7th day, the germination of seeds was determined in the experimental and control variants, and the height of seedlings and the weight of 100 seedlings were measured in 3 replicates. The arithmetic mean of germination and the measured metric indicators of the height and weight of the samples was determined.

Результаты испытаний вариантов реализации способа приведены в таблице. The test results of the options for implementing the method are shown in the table.

Всхожесть семян озимой пшеницы, сила проращивания и высота ростков (сорт Немчиновская 24) Seed germination of winter wheat, germination force and sprout height (variety Nemchinovskaya 24)

на 7-е сутки в опытах и контролеon the 7th day in experiments and control

Вариант опытаExperience Option Всхожесть на 7 – е сутки (%)Germination rate on the 7th day (%) Высота ростка, смSprout height, cm Масса 100 ростков, гWeight of 100 sprouts, g Проращивание семян в темноте - контрольGerminating seeds in the dark - control 8989 10,410.4 6,416.41 Проращивание семян при полном освещении СД ДКС 730 нм при интенсивности генерируемых фотонов 2 мкмоль м^-2с^-1 Germination of seeds under full illumination of the LED DKS 730 nm at an intensity of generated photons of 2 μmol m ^-2 s ^-1 9898 12,412.4 6,546.54

Полученные данные позволяют заключить, что проведение проращивания семян пшеницы озимой сорт Немчиновская 24 в варианте низкоэнергетического монохроматического освещения светодиодами дальнего красного света с длиной волны 730 нм, позволяет повысить всхожесть до 98 % (увеличение на 9,0 %), увеличить высоту ростков на 19,0 % и массу ростков (продуктивность растений) при проращивании на 2,0 %, что может найти применение в селекционных работах, по отбору высокопродуктивных форм отзывчивых на облучение, а также сортовые разлисия в практическом семеноводстве и в технологиях получения пророщенных семян растений для здорового питания.The data obtained allow us to conclude that the germination of winter wheat seeds, cultivar Nemchinovskaya 24 in the variant of low-energy monochromatic illumination with LEDs of far red light with a wavelength of 730 nm, makes it possible to increase germination up to 98% (an increase of 9.0%), increase the height of sprouts by 19 0% and the mass of shoots (plant productivity) at germination by 2.0%, which can be used in breeding work, for the selection of highly productive forms responsive to irradiation, as well as varietal varieties in practical seed production and in technologies for obtaining germinated plant seeds for healthy nutrition ...

Claims (1)

Способ повышения всхожести семян озимой пшеницы с использованием освещения в области красного света, отличающийся тем, что сразу после посева семян на подложку в течение последующих 7 дней проращивания воздействуют светодиодами дальнего красного света с длиной волны 730 нм в режиме интенсивности фотонов 2 мкмоль⋅м^-2⋅с^-1 на уровне подложки.A method for increasing the germination of winter wheat seeds using illumination in the area of red light, characterized in that immediately after sowing the seeds on the substrate for the next 7 days of germination, they are exposed to LEDs of far red light with a wavelength of 730 nm in a photon intensity mode of 2 μmol⋅m ^-2 ⋅s ^-1 at the substrate level.