ИЗУЧЕНИЕ СПЕКТРАЛЬНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СЕМЯН ПШЕНИЦЫ ПОСЛЕ ОБРАБОТКИ ЛАЗЕРНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ

Переход к экологизации сельского хозяйства привел к необходимости поиска новых методов повышения всхожести семенного материала и активации роста и развития растений. Принятая новая государственная программа развития агропромышленного комплекса Казахстана на 2017-2021 гг. [1, с. 6] предусматривает развитие инновационных технологий. В этом плане весьма перспективным является направление, связанное с примением физических методов воздействия.

В настоящее время существует несколько десятков физических методов предпосевной обработки семян: лазерное облучение, барботирование, холодная стратификация, помещение в магнитное поле, УФ-облучение и др. [2, с. 26].

Из всех существующих методов наибольший биологический эффект оказывает лазерное излучение. Так, лазерное излучение, как источник когерентных фотонов, позволяет направленно и избирательно оказывать воздействие на структуры живых клеток, активировать физиологические процессы, таким образом, стимулируя прорастание семян и дальнейший рост растений [3, с. 12]. Однако, для каждой культуры необходимо плотность энергетического потока и кратности облучения [4, с. 582].

Цель исследования – оценить всхожесть и спектральные свойства семян пшеницы после обработки лазером.

Исследования проведены на базе факультета физики и технологий и биолого-географического факультета Карагандинского государственного университета имени академика Е.А. Букетова. Семена твердой пшеницы облучали лазером с длиной волны 650 нм, мощность облучения 2,3 мВт. Время облучения варьировало в пределах 10-900 секунд. Регистрация спектров возбуждения регистрировали на спетрометре СМ 2203 СОЛАР.

Исследование всхожести и энергии прорастания семян осуществляли по методическим указаниям М.С. Зориной и С.П. Кабанова [5, с. 75].

Результаты и их обсуждение. На первом этапе исследования проводили анализ семенной всхожести растений в зависимости от интенсивности лазерной обработки и времени удерживания (табл. 1).

Таблица 1.

Всхожесть семян пшеницы по вариантам опыта

Результаты показали, что предпосевная обработка лазером способствует увеличению всхожести семян пшеницы в сравнении с контролем. Наилучшие результаты для пшеницы были получены на фоне вариантов опыта – длина волны 650 нм и время обработки 4-5 минут.

Обработка семян пшеницы лазером вызывает люминесценцию семян (рис. 1). Фотовозбуждение люминесценции семян пшеницы осуществлялось на длине волны равной l = 440 нм. Спектр люминесценции семян пшеницы имеет максимум на длине волне l_макс= 505 нм.

Рисунок 1. Спектры возбуждения и люминесценции семян пшеницы

При фотовозбуждении семян пшеницы наблюдается рост интенсивности свечения (рис. 2). Интенсивность свечения семян пшеницы увеличивается до некоторого критического значения (t=240 с), а дальнейшее увеличение время облучения семян приводит к снижению интенсивности люминесценции. Причиной усиления люминесценции семян растения является увеличение скорости ферментативной реакции, а при длительном облучении вероятно связано с угнетающим действием лазерного излучения [6, с. 31].

Рисунок 2. Зависимость интенсивности излучения семян пшеницы от длительности лазерного облучения при длине волны 650 нм

Измерения кинетических характеристик люминесценции показали, что логарифмические кривые затухание свечения не облученных семян пшеницы имеют нелинейную зависимость во всем временном диапазоне проведенных измерений. Время жизни свечения семян пшеницы после облучения когерентным излучением изменяется, что указывает на уменьшение константы скорости излучения семян пшеницы (рис. 3). При облучении семян пшеницы лазерным излучением длительность люминесценции не меняется.

В результате анализа данных выявлена зависимость всхожести и энергии прорастания семян пшеницы от длительности лазерного облучения (рис. 4). Так, всхожесть семян пшеницы увеличивается по мере длительности облучения. Максимальные значения всхожести и энергии прорастания семян получены при времени облучения 30, 160, 240 с.

Рисунок 3. Кинетики затухания люминесценции семян пшеницы

Рисунок 4. Зависимость всхожести и энергии прорастания семян пшеницы от длительности лазерного облучения

Дальнейшее увеличение длительности облучения приводит к уменьшению всхожести и энергии прорастания семян пшеницы. Снижение стимуляционного эффекта после достижения предельного значения связано с насыщением и угнетением клеточного метаболизма при лазерном облучении с большей длительностью.

Таким образом, проведенные исследование показали, что при облучении семян пшеницы интенсивность люминесценции увеличивается. Максимум интенсивности свечения наблюдается при времени облучения 240 секунд. Дальнейшее увеличение времени облучения приводит к тушению интенсивности свечения. Зависимость биологического эффекта от длительности облучения имеет многомодальный вид с чередующимися максимумами и минимумами стимуляционного эффекта. Максимальное значение всхожести и энергии прорастания семян достигает при времени облучения 240 секунд. При этом всхожесть семян по сравнению с контролем увеличилась на 12,0 %. Полученные результаты по энергии прорастания семян пшеницы от времени облучения показали аналогичную зависимость.

Список литературы:

1. Государственная программа развития агропромышленного комплекса Республики Казахстан ан 2017-2021 годы. Указ Президента РК Н.А. Назарбаева № 420 от 14 февраля 2017 г. [электронный ресурс] – Режим доступа. - URL: http://www. http://adilet.zan.kz/rus/docs/U1700000420 (дата обращения 21.12.2018)
2. Савельев В.А. Физические способы обработки семян и эффективность их использования // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. – 1981. - № 5. - С. 26-29.
3. Долговых О.Г., Красильников В.В., Газтдинов Р.Р.  Оптимизация лазерной обработки семян зерновых культур: монография. – Ижевск: ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА, 2014. – 124 с.
4. Будаговский А.В., Будаговская О.Н. Фотоника в сельском хозяйстве и природопользовании, перспективные направления развития // Лазер-Информ. - № 15-16. - С. 582-583.
5. Зорина М.С., Кабанов С.П. Определение семенной продуктивности и качества семян интродуцентов // Методики интродукционных исследований в Казахстане / Сб. науч. тр. - Алма-Ата: Наука, 1986. - С. 75-85.
6. Загускин С.Л., Загускина С.С. Лазерная и биоуправляемая квантовая терапия. - М.: Ассоциация «Квантовая медицина», 2005. – 120 с.