ВЛИЯНИЕ НИЗКОИНТЕНСИВНОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ВСХОЖЕСТЬ И ЭНЕРГИЮ ПРОРАСТАНИЯ СЕМЯН РЕДИСА (RAPHANUS SATIVUS) И ГОРЧИЦЫ (BRASSICA JUNCEA)

Введение. Длительная селекционная работа привела к снижению способности растений адаптироваться к изменению условий окружающей среды. Постоянно стремясь получить высокие показатели урожайности, производители применяют различные химические вещества, направленные на ускорение роста и развития растений, а также на их защиту. Однако большая часть подобных веществ токсична для человека и обладает канцерогенным действием. Вместе с тем, они стимулируют изменчивость микрофлоры, что влечёт образование мутантных штаммов с ещё большей патогенностью. Ограничение и жёсткий контроль применения пестицидов является следствием борьбы за экологическую безопасность продукции, но при этом значительно снижается урожайность и качество продукции. Вследствие этого разработка экологически чистых технологий, позволяющих более полно использовать собственный (генетический) потенциал культурных растений, является приоритетным направлением в современном растениеводстве [2].

Свет занимает важное место среди множества факторов, которые влияют на функциональное состояние растений, влияет на выраженность признаков без изменения наследственной программы растения. Исследования показывают высокую биологическую эффективность низкоинтенсивного лазерного излучения. Для сельского хозяйства высокий интерес представляет подобный экологически безопасный и неэнергоёмкий регуляторный фактор [2,3,4].

Работы по изучению воздействия низкоинтенсивного лазерного излучения на растительные объекты носят краткие сведения. Как правило, большая часть исследований вероятных механизмов воздействия низкоинтенсивного излучения на живые организмы направлено на объекты животного происхождения [3,4,6].

Воздействие лазерного излучения на семена изучено недостаточно, чтобы сделать полноценные выводы об изменении всхожести и энергии прорастания семян до и после применения лазерного излучения.

Цель. Определить всхожесть и энергию прорастания семян, подвергшихся лазерному излучению и семян контрольной группы на примере редиса (Raphanus sativus) и горчицы (Brassica juncea).

Задачи. Определить процент всхожести в образцах семян до и после применения низкоинтенсивного излучения лазера; определить энергию прорастания в образцах семян до и после применения низкоинтенсивного излучения лазера.

Методы. Проращивание семян было выполнено по ГОСТ 12038-84 [1]. Всхожесть и энергия прорастания подсчитывались у семян не обработанных лазерным излучением (далее контроль) и у семян, обработанных лазером. Семена подвергались предварительному охлаждению. Далее семена проращивались на влажной фильтровальной бумаге в чашках Петри. Оценку и учет проросших семян при определении энергии прорастания и всхожести проводили в сроки, указанные в ГОСТ 12038-84. Нормально проросшие семена подсчитывали дважды: в первый раз определяли энергию прорастания, во второй – всхожесть. Показатели вычислялись в процентах. При учете энергии прорастания подсчитывали и удаляли только нормально проросшие и явно загнившие семена, а при учете всхожести отдельно подсчитывали нормально проросшие, набухшие, твердые, загнившие и ненормально проросшие семена. К нормально проросшим были отнесены семена, проростки которых имели здоровые и неповрежденные корешки и росток, а также проростки с небольшими дефектами. Непроросшими считали набухшие и твердые семена. Невсхожими считались загнившие и ненормально проросшие семена (с недоразвитыми или деформированными зародышевыми корешками, колеоптилем). Для вычисления всхожести суммировали число нормально проросших семян при учете энергии прорастания и всхожести и выражали в процентах к взятому числу семян [1].

 Низкоинтенсивное воздействие лазерного излучения красного диапазона осуществлялось твердотельным лазером типа (HLDH- 660-A-50-01) излучение которого закрыто пространственным модулятором, при соблюдении следующих параметров: длина волны λ = 658нм, длительность импульсов τи = 250 нс, частота импульсов f = 1000 Гц, мощность излучения лазера Pизл = 50 мВт, экспозиция излучения 30 с. На рисунке 1 показана схема стимуляции семян редиса и горчицы.

В качестве статистического критерия достоверности  использовали непараметрический критерий U-критерий Манна-Уитни.

Риснок 1. Схема стимуляции семян

Результаты и их обсуждение. Результаты исследования представлены в виде диаграмм на рисунках 2 и 3.

Из представленной диаграмме (рис. 2) отмечено увеличение всхожести и энергии прорастания при использовании низкоинтенсивного лазерного излучения в сравнении с группой контроля (р<0,05). Также во время проведения исследования было зафиксировано увеличение скорости роста плесени на необлученных семенах, корневая система и семядольные листки были менее развиты.

Рисунок 2. Показатели энергии прорастания и всхожести семян Редиса (Raphanus sativus L.) *(р<0,05)

При применении лазерного излучения всхожесть выросла на 20±0,5%, а энергия прорастания на 41±0,57%, что свидетельствует о положительном эффекте лазерного излучения и рациональности его использования в семеноводстве.

На представленной диаграмме (рис. 3) показано увеличение показателей при использовании низкоинтенсивного лазерного излучения. Анализ полученных результатов свидетельствует о том, что как всхожесть, так и энергия прорастания были повышены после применением лазерного излучения (р<0,05): энергия прорастания выросла на 15±0,5%, а всхожесть на 18±0,47%. Также было отмечено, что облученные семена меньше подвергались заплесневению, имели более крупные семядольные листки и более развитую корневую систему. Таким образом, можно сделать вывод, что лазерное излучение положительно влияет на рост семян горчицы, снижая потери при закладке семян на проращивание.

Рисунок 3. Показатели энергии прорастания и всхожести семян Горчицы (Brassica juncea L.) *(р<0,05)

Исследования, проведенные J. Podlesny, также свидетельствуют о том, что биостимуляция семян положительно повлияла на начальные стадии роста и развития, а также на скорость и количество накопления сухого вещества в отдельных частях растений. В итоге лазерное излучения оказало положительное воздействие на прорастание семян и изменило ход отдельных этапов развития, что привело к ускоренному прорастанию и зрелости в результате более низкого содержания воды в семенах [9].

Вместе с тем, опыты, проведенные Навроцкой Л.В., показывают, что у семян подвергнутых лазерному излучению наблюдается увеличенный процентный выход хромосомных мутаций, благодаря чему полезные признаки закрепятся в последующих поколениях растений, из чего следует возможность выведения новых сортов растений с усиленными полезными свойствами [8]. При этом максимальный выход хромосомных мутаций наблюдался у влажных семян, обработанных лазерным излучением мощностью 60 Вт, что в тысячи раз мощнее лазера, использованного в нашем исследовании.

Преимуществом низкоинтенсивного лазерного излучения является отсутствие применения химических препаратов, экологическая безопасность и отсутствие вредного воздействия на окружающую среду. В целом низкоинтенсивная лазерная стимуляция перспективный метод для сельского хозяйства, но при этом проблему повышения продуктивности агроценозов с помощью подобной биостимуляции нельзя считать полностью решенной, так как недостаточно исследован механизм биорегуляторного действия лазерного излучения [2].

Существует множество работ, где подобная стимуляция показывает положительные результаты в небольших дозах. Так, например, в работе Михайловой С.К. сообщается, что лазерное излучение в небольших дозах (5 мин до 25мВт) повышает устойчивость растений к перезимовке и к мучнистой росе, а также продуктивность растений, но при этом, большие дозы (10мин до 25мВт) неблагоприятны для растений, ухудшается перезимовка, снижается масса зерна с колоса [7]. По данным исследований Даниловских М.Г, воздействие лазерного излучения на биологические системы сельскохозяйственных растений также приводит к положительным результатам, повышающим биологическую активность биосистемы, но при этом оптимальным режимом считалось облучение лазером мощностью 50мВт, частотой повторения импульсов 1000Гц и временной экспозицией 30 с. [5].

Несмотря на то, что положительный эффект воздействия лазерного излучения на семена является достоверным, требуется дальнейшее более детальное изучение его оптимальных параметров, степени интенсивности и механизмов воздействия низкокогерентного излучения лазера на растительные организмы. Результатом подобных исследований может стать получение высококачественной, экологически безопасной продукции с меньшими затратами при производстве.

Выводы. В ходе проведенного исследования было получено, что при использовании низкоинтенсивного лазерного изучения всхожесть семян возросла, как у семян редиса, так и у семян горчицы в сравнении с контрольной группой (р<0,05); значение энергии прорастания семян также повысилось в опытных группах редиса и горчицы в сравнении с контрольной группой (р<0,05).

В целом низкоинтенсивная лазерная стимуляция перспективный метод для сельского хозяйства, но при этом проблему повышения продуктивности агроценозов с помощью подобной биостимуляции нельзя считать полностью решенной, так как недостаточно исследован механизм биорегуляторного действия лазерного излучения.

В ходе выполнения работы была предложена следующая схема проращивания: дополнительно к предпосевной обработке семян по ГОСТ 12038-84 ввести облучение полупроводниковым лазером с длиной волны 658 нм и мощностью 50 мВт в течение 30 секунд.

Список литературы:

1. ГОСТ 12038–84. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести (с Изменениями N 1, 2). Межгосударственный стандарт, группа С09.
2. Будаговский, А.В. Управление функциональной активностью растений когерентным светом: дис. Доктор. Т. Наук/ А.В. Будаговский . – Москва., 2008. - С. 32.
3. Даниловских М.Г. Обоснование применения электромагнитного излучения оптического диапазона в животноводстве / М.Г. Даниловских, Л.И. Винник // Вестн. Новг. Гос. Ун-та. Сер.: Сельскохозяйственные науки, 2014. – № 76. –  С. 28-30.
4. Даниловских М.Г. Применение пространственных модуляторов при выращивании и кормлении цыплят-бройлеров с разным уровнем сырого протеина в рационах / М.Г. Даниловских, Л.И. Винник // Издательство:LAP LAMBERT Academic Publishing gmbh & Co. KG 2011.
5. Даниловских М.Г. Стимуляция биосистем семян растений пространственным модулятором / М.Г. Даниловских, Л.И. Винник // Сборник статей победителей IV международного научно-практического конкурса. 2016. – С.21-25.
6. Дударева, Л.В. Влияние низкоинтенсивного лазерного излучения на процессы роста и развития в растительной ткани: дис. к.б.н. / Л. В Дударева . - Иркутск., 2004. – С. 9. 
7. Михайлова С.К. Влияние лазерного излучения на хозяйственно-ценные признаки гибридов озимой пшеницы / С.К. Михайлова, Р.К. Янкелевич // Труды XIII международной научно-практической конференции Пища. Экология. Качество. 2016. – С. 332-338.
8. Навроцкая Л.В. Исследование влияния на семян лазерного излучения различной мощности// Вестник федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина. 2008. – №3. – С.21-23.
9. Podleśny J. Effect of laser irradiation on the biochemical changes in seeds and the accumulation of dry matter in the faba bean // International Agrophysics. 2002. – № 16. – P. 209-213.