Influence of electron radiation of spring barley seeds on phytopathogenic microflora

Full Text

В соответствии со «Стратегией научно-технологического развития Российской Федерации», утвержденной Указом Президента Российской Федерации от 1 декабря 2016 г. № 642, в ближайшие 10…15 лет приоритетами научно-технологического развития России будут направления, которые позволят создать технологии, считающиеся основой инновационного развития страны, и обеспечат переход к передовым цифровым, интеллектуальным производственным технологиям, роботизированным системам, новым материалам и способам конструирования. [13]

Стратегия развития зернового комплекса России до 2035 года направлена на формирование высокоэффективной, конкурентоспособной и инвестиционно привлекательной системы производства, переработки, хранения и реализации основных зерновых и зернобобовых культур, а также продуктов их переработки. При этом гарантируется обеспечение внутренних потребностей страны и создание экспортного потенциала.

Реализация стратегии поможет повысить эффективность и технологичность предприятий отечественного зернового комплекса, усилить позиции страны на мировом рынке.

В публикациях ряда авторов говорится о новом методе предпосевной подготовки семян, основанном на использовании энергии электромагнитных излучений. Он получил распространение вместе с традиционными способами воздушно-теплового обогрева, характеризующегося высокой энерготрудоемкостью. Энергия электромагнитных излучений помогает решить важные агроэкологические и социально-экономические проблемы, направленные на дальнейшее увеличение производства продукции растениеводства, снижение энергозатрат, предотвращение загрязнения окружающей среды. [2, 7, 8, 11]

Высокотехнологичная обработка низкоэнергетическими электронными пучками с энергиями до 300 кэВ воздействует на материалы, не оказывая существенного влияния на глубине более 1 мм. [3, 12]

При предпосевной подготовке семян важно применять методы дезинфекции, не повреждающие зародыш и обеспечивающие стимуляцию прорастания. Низкоэнергетическим электронным пучком можно снизить пораженность семян фитопатогенами без влияния на их всхожесть. [6, 19]

Предпосевная подготовка семян позволяет уменьшить на поверхности зерна количество микромицетов, относимых к «полевым плесеням», преимущественно фитопатогенных представителей родов Alternaria, Fusarium и других, а также «плесеням хранения» родов Aspergillus и Penicillium. [17] Многие из указанных микромицетов способны вызывать микозы и микотоксикозы людей, сельскохозяйственных животных и птицы из-за синтеза вторичных метаболитов-микотоксинов. [16] Общеизвестны традиционные методы снижения микробной обсемененности зерновых культур, которые предусматривают физическую, термическую и химическую стерилизацию, реже фотоэнергетическое и биологическое воздействие. [1]

В изданиях зарубежных авторов упоминается, что указанные методы могут негативно сказаться на качестве и функциональных свойствах вырабатываемых из зерна пищевых и фуражных продуктов. [20] Может быть не достигнута полная инактивация микотоксинов в отличие от электрофизических методов обработки. [18] Например, использование электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМП СВЧ) позволило разрушить афлатоксины и сохранить качество обрабатываемого зерна. [9, 10, 14]

В литературных источниках представлены ограниченные сведения о применении электронного излучения в качестве предпосевной обработки семенного материала. Данный физический метод воздействия на семена требует всестороннего изучения.

Цель работы – оценить в условиях вегетационного опыта действие предпосевного низкоэнергетического электронного облучения семян ячменя на пораженность растений болезнями.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Вегетационный опыт закладывали по общепринятой методике. [5] Почва – дерново-подзолистая супесчаная, рН_KCl – 4,6±0,01; гумус – 1,22±0,01%, емкость катионного обмена – 5,3±0,01 мг-экв/100 г; содержание Р₂О₅ – 103,3±1,9; К₂О – 83,7±1,3 мг/100 г почвы.

В просеянную и увлажненную до 60% полной влагоемкости (ПВ) почву при тщательном перемешивании вносили NРК в виде водных растворов солей NH₄NO₃, K₂SO₄ и KH₂PO₄ в дозах N – 0,15; P₂O₅ – 0,1 и K₂O – 0,1 г/кг почвы, оптимальных для роста и развития зерновых культур. Почву набивали в полиэтиленовые сосуды объемом 5 л.

В экспериментах использовали семена ярового ячменя сорта Владимир (репродукция 1), пораженные темно-бурой пятнистостью Bipolaris sorokiniana Shoem.(естественный инфекционный фон).

Облучали семена за 7 сут. до посева в ИСЭ СО РАН (г. Томск) на широкоапертурном электронном ускорителе «Дуэт» с сетчатым плазменным катодом и выводом генерируемого пучка большого сечения в атмосферу. [21] Зерно облучали с одной стороны, дозы – 1, 2, 3, 4 и 5 кГр. Суммарную введенную дозу набирали при изменении количества импульсов. Мощность – 100 Гр/импульс, энергия электронов – 130 (режим 1) и 160 кэВ (режим 2). Глубина поглощения дозы не превышала 300 мкм.

Облученные семена высевали в почву (влажность 60% ПВ) по 30 шт./сосуд. Размещение сосудов меняли ежедневно по определенной схеме, обеспечивающей равномерную освещенность растений. Повторность – трехкратная.

Ячмень выращивали до полной спелости при температуре 18…24°С, постоянной влажности почвы и дополнительном ежедневном досвечивании в течение 3 ч. Для изучения динамики роста и развития в процессе вегетации растения отбирали на 21-е (начало кущения), 60-е (колошение) и 100-е (полная спелость) сут. после посева. За весь вегетационный период наблюдали за развитием растений, рассчитывали площадь листовой поверхности – ПЛП (см²), определяли сырую и сухую массу растений после высушивания растительного материала при температуре 65°С в течение 6 ч. [4]

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

В фазе кущения при дозах 2…4 кГр (режим 1) снижалась пораженность растений корневой гнилью (возбудитель Bipolaris sorokiniana) (рис. 1). В варианте с облучением 3 кГр, (режим 1) отмечено максимальное уменьшение данного показателя в два раза, относительно контроля. В дозе 1 кГр (режим 2) в начальной фазе роста пораженность снизилась более чем в 1,5 раза к контролю.

 

Рис. 1. Динамика пораженности корней ярового ячменя Bipolaris sorokiniana. 1 и 2 – режимы облучения (то же на рис. 2–4).

 

В фазе колошения данный показатель имел более высокие значения, однако закономерности сохранялись. При дозе 2 кГр (режим 1) максимально уменьшилась пораженность в три раза, по сравнению с контролем, 2, 4 и 5 кГр (режим 2) – статистически значимо снизилась. В фазе полной спелости действие облучения на пораженность ячменя корневой гнилью почти полностью нивелировалось, по сравнению с необлученным контролем.

Распространенность корневой гнили на корнях растений ячменя изменялась в той же зависимости от дозы облучения, что и степень поражения (рис. 2). В фазе кущения 2…4 кГр (режим 1) она достоверно уменьшалась и максимально снижалась в три раза в варианте с облучением дозой 3 кГр (режим 1), по сравнению с контролем (рис. 2). При облучении семян в режиме 2 снижение распространенности болезни в фазе кущения выявлено только при дозе облучения 1 кГр более чем в 1,5 раза, по сравнению с контролем.

 

Рис. 2. Динамика распространенности Bipolaris sorokiniana на корнях ячменя.

 

При облучении дозой 2 кГр (режим 1) максимально уменьшалась распространенность в два раза, а при 1, 2, 4 и 5 кГр (режим 2) зафиксировано достоверное снижение данного показателя.

В фазе полной спелости действие облучения на распространенность корневой гнили ячменя полностью нивелировалось, по сравнению с необлученным контролем.

Учет пораженности листьев ячменя темно-бурой пятнистостью (возбудитель Bipolaris sorokiniana) проводили в процессе вегетации в фазы кущения и колошения (рис. 3, 4).

 

Рис. 3. Степень поражения листьев ячменя Bipolaris sorokiniana в фазе кущения (* – различия статистически значимы, по сравнению с контролем при P < 0,5).

 

Рис. 4. Степень поражения листьев ячменя Bipolaris sorokiniana в фазе колошения.

 

По степени поражения контрольного варианта в фазе кущения установлено, что наибольшая пораженность отмечена на первом листе – 54%, наименьшая – на третьем (10%).

При электронном облучении данный показатель на первом листе существенно превышал контроль, а между опытными вариантами достоверной разницы не было. Облучение третьего листа 5 кГр (130 кэВ, режим 1) способствовало увеличению степени поражения на 23 %, а при 4 кГр (160 кэВ, режим 2) на 30% (рис. 3).

Учет пораженности листьев темно-бурой пятнистостью в фазе колошения проводили, начиная с верхнего флаг-листа (рис. 4).

Показано, что нижние листья растений ячменя сорта Владимир (четвертый-седьмой) почти все поражены Bipolaris sorokiniana на 100%, за исключением варианта с облучением 1 кГр (режим 1), где степень поражения по листьям (четвертый-шестой) достоверно ниже контроля, различие составляло всего 1…3% (рис. 4). По первому-третьему листьям пораженность болезнью превышала контроль при облучении 2…5 кГр (режим 1) и 1…5 кГр (режим 2) – в 2,1…2,8 раза по первому листу, 1,9…2,0 – второму и 1,2 раза – третьему. При облучении семян в дозе 1 кГр (режим 1) пораженность Bipolaris sorokiniana по первому-третьему листьям не отличалась от контроля.

Выводы. Установлено, что предпосевная обработка семян статистически значимо снижает степень поражения и распространенность болезни на корнях в фазах кущения и колошения в 1,5 раза при энергии электронов 130 кэВ (режим 1), повышает пораженность первого-третьего листьев в фазе кущения на 23%, независимо от дозы и режима облучения, верхних листьев в фазе колошения при облучении 2…5 (режим 1) и 1…5 кГр (режим 2) – 2,1…2,8 раза по первому листу, 1,9…2,0 – второму и 1,2 раза – третьему.

About the authors

O. V. Suslova

Russian Institute of Radiology and Agroecology of National Research Centre “Kurchatov Institute”

Author for correspondence.
Email: belovol-1983@mail.ru

Junior Researcher

Russian Federation, Obninsk, Kaluga region

N. N. Loy

Russian Institute of Radiology and Agroecology of National Research Centre “Kurchatov Institute”

Email: belovol-1983@mail.ru

PhD in Biological Sciences

Russian Federation, Obninsk, Kaluga region

References

Supplementary files