Influence of a barrier discharge on the energy of germination and germination of cotton seeds.pdf Введение Хлопководством занимаются более 70 стран мира, основными из которых являются США, Китай, Индия, Пакистан и страны СНГ, в том числе Кыргызстан, Узбекистан, Таджикистан [1]. Хлопчатник возделывают в тропической и субтропической зонах. Посевные площади его в мире составляют около 32 млн га [2]. Хлопок является одним из самых важных и старейших растений, используемых для производства технического волокна, масла, и одной из самых трудоемких сельскохозяйственных культур Таджикистана. Основным сельскохозяйственным сектором республики считается хлопководство. Цена на хлопок, один из стратегических товаров Таджикистана, постоянно растет. Из него делают не только ткани, но и бумагу для денег, порох, мыло, глицерин и стеарин, а в животноводстве жмых хлопка используется в качестве корма для скота [3]. Одна из основных целей нашего эксперимента - ускорение прорастания семян в полевых условиях, так как весной, во время посева хлопчатника, количество дождей увеличивается, что влияет на механический состав почвы. Почва становится более плотной и покрывается коркой, которая препятствует прорастанию. Одной из тенденций последних десятилетий стало изучение возможности использования различных физических факторов на биологические объекты, в том числе сельскохозяйственные культуры, для стимуляции энергии прорастания и всхожести, а в открытом грунте - для роста и развития растений, повышения продуктивности. Физические методы повышения энергии прорастания и всхожести основываются на использовании различных физических воздействий, таких как электрические токи, электрический разряд, магнитные и электромагнитные поля, оптическое и лазерное излучение, звуковое и ультразвуковое воздействие, холодная плазма, ионизирующая радиация. Чувствительность растений к физическим факторам связана с тем, что на протяжении всей истории существования и эволюции растений физические поля остаются естественными компонентами окружающей среды [4, 5]. В данной работе будут рассмотрены параметры влияния энергетических разрядов на энергию прорастания и всхожесть хлопчатника. Нами исследовано состояние семян хлопчатника после обработки барьерным разрядом в атмосферном воздухе в течение 20 с. Барьерный разряд -это газовый разряд, который происходит в зазоре между электродами, как минимум один из которых имеет диэлектрическое покрытие. Такие разряды традиционно применяются для различных целей, причем, как правило, их разрядные системы имеют плоскопараллельную электродную конфигурацию. При достаточно узком межэлектродном зазоре (миллиметры) распределение электрического поля в области разряда можно считать однородным, 67 Т.А. Ходжазода, И.А. Курзина, С.В. Кудряшов и др. так что данный вид барьерного разряда является симметричным, он хорошо изучен [6]. Барьерные разряды (БР), протекание тока в которых ограничено по крайней мере одним слоем диэлектрика, а характерные размеры электродов существенно превышают величину межэлектродного промежутка, обеспечивают получение неравновесной плазмы в газах при атмосферном давлении и могут быть использованы в сельском хозяйстве для облучения растений с целью стимуляции роста, энергии прорастания и всхожести [7]. Один из важнейших параметров плазмы - время обработки живых тканей, которое следует тщательно выбирать для оптимизации эффективности результата. Влияние обработки плазмой на показатели роста сильно различается в разных исследованиях [Там же]. Результаты показали, что обработка плазмой мало влияет на скорость прорастания, но способствует улучшению всхожести [8]. В процессе исследования было выяснено, что под влиянием электрического тока внутри клетки происходит обмен веществ посредством перехода ионов через мембрану клетки без затрат энергии [3]. В момент воздействия электрическим полем внутри семени происходит перераспределение электрических зарядов, что, в свою очередь, несколько изменяет ход физико-химических процессов, влияющих на последующий рост и развитие растений [9]. Плазма, генерируемая диэлектрическим барьерным разрядом, является возможным экологически дружественным методом для предпосевной обработки с целью улучшения качества семян и повышения интенсивности морфогенеза, продуктивности растений [10, 11]. Показано, что предпосевная обработка семян при применении метода электрического разряда влияла на некоторые виды семян сельскохозяйственных растений, в том числе семена хлопчатника. Химические, биологические и физическое способы предпосевной обработки семян хлопчатника стимулируют его рост, развитие, сокращают сроки созревания, повышают урожайность и устойчивость к болезням. Предпосевная обработка семян также положительно влияет на влажность хлопка-сырца [12]. Методы В качестве объекта исследования были использованы семена хлопчатника сорта «Флора». Эксперименты проводились в лабораторных условиях в соответствии с ГОСТ 21820.4-76. Для эксперимента семена обработаны с помощью барьерного разряда в атмосфере воздуха в течение 20 с в Институте химии нефти СО РАН (Томск, Россия). Обработка семян хлопчатника с помощью барьерного разряда осуществлялось на экспериментальной высоковольтной установке, включающей в себя плазмохимический реактор с газовой системой подачи воздуха и высоковольтным генератором с блоком снятия вольт-кулоновских характеристик разряда (рис. 1). Плазмохимический реактор представляет собой планарную конструкцию с одним диэлектрическим барьером (стеклотекстолит толщиной 1 мм). Зазор в разрядной зоне составляет около 3 мм, площадь разрядной зоны 68 Влияние барьерного разряда на энергию прорастания и всхожесть равна 48 см2. Амплитуда высоковольтных импульсов напряжения не превышала 14 кВт, частота их повторения - 2 000 Гц. Активная мощность разряда составляла ~ 5,7 Вт, объемный расход воздуха через реактор - 60 см3/мин, время воздействия плазмы разряда на семена не превышало 20 с. Рис. 1. Принципиальная схема экспериментальной установки и продольного сечения реактора: 1 - поток воздуха, 2 - плазмохимический реактор (вид сверху), 3 - основание реактора -заземленный электрод, 4 - высоковольтный электрод, 5 - диэлектрический барьер, 6 -разрядный промежуток, 7 - уплотнитель, 8 - высоковольтный генератор, 9 - делитель напряжения (R1 = 1 МОм, R2 = 1 кОм), 10 - емкостной (C = 300 нФ) и токовый (R3 = 1 Ом) шунты, 11 - цифровой осциллограф Эксперименты проводились на трех параллельных образцах, которые состояли из 100 семян. Посев каждого образца проводился в отдельную пластиковую чашку с увлажненным обеззараженным песком; согласно ГОСТ 21820.4-76 песок просеивали через сито d = 1,0-0,5 мм, промывали до прозрачности промывных вод, высушивали и прокаливали в течение 50 мин при температуре 250°С. На слой песка 20 мм помещали семена и покрывали сверху 10 мм песка. Для дезинфекции термостат обрабатывали 95%-ным раствором этилового спирта, закрывали на 2 ч и далее проветривали 4 ч. для удаления паров этанола [13]. После посадки пластиковые 69 Т.А. Ходжазода, И.А. Курзина, С.В. Кудряшов и др. чашки поместили в термостат при температуре 25°С с ежедневным увлажнением песка. До и после обработки барьерным разрядом были зарегистрированы инфракрасные спектры семян при помощи ИК-спектрофотометра IRTracer-100 (Shimadzu) с приставкой НПВО; образцы измельчали при помощи фарфоровой ступки, и порошки исследовали на приставках для получения спектра «Флора». Результаты В данном исследовании изучалась возможность применения ИК-спектроскопии для идентификации семян хлопчатника. Методом ИК-Фурье спектроскопии нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО) проведена идентификация изучаемого сорта [14]. Для ИК-спектров семян хлопчатника было характерно наличие специфических полос поглощения в некоторых областях спектра: 1 200-900 см1 и 3 400-3 200 см1. Из литературных источников известно, что для поддержания жизненных процессов в любой клетке семян необходимо непрерывное поступление в нее солей, воды, сахара и других низкомолекулярных соединений, в том числе азотной, карбоксильной, карбонильной и гидроксильной групп. Согласно выдвинутой научной гипотезе, с помощью ИК-Фурье НПВО можно получить индивидуальные спектры и определить степени интенсивности полос поглощения для образца [15]. Установлена принципиальная возможность использования обработки сельскохозяйственных культур, в частности хлопчатника сорта «Флора», электрическим разрядом с целью стимулирования энергии прорастания, всхожести и выживаемости хлопчатника. При облучении сухих семян возникают долго живущие радикалы белка, не исчезающие некоторое время и играющие важную роль в процессах жизнедеятельности семени. Целью исследования являлось выяснение влияния электрического разряда на развитие сельскохозяйственных культур [5]. Эксперименты проводились в научной лаборатории фотоники и нелинейной спектроскопии Российско-таджикского славянского университета, для эксперимента были использованы семена хлопчатника сорта «Флора». Первые проростки в контрольных и обработанных образцах появились на вторые сутки после закладки. Несмотря на то, что всходов в контрольных образцах первоначально были больше по сравнению с обработанными, но в последующие дни наблюдалось увеличение количества всходов в обработанных образцах по сравнению с контрольными, а общая всхожесть по сравнению с контрольными увеличилась на 37,2%. Как видно из таблицы, начиная с третьих суток наблюдается увеличение количества всходов у обработанных по сравнению с контрольными образцами. Так, на вторые сутки энергия прорастания обработанных семян по сравнению с контрольными уменьшалось, на третьи сутки наблюдалось увеличение энергии прорастания на 2,7%, на четвертые сутки - на 59,6%, а на пятые сутки - на 122,2%. Таким образом, экспериментальные результаты показали, что под воздей-70 Влияние барьерного разряда на энергию прорастания и всхожесть ствием барьерного электрического разряда наблюдается увеличение количества первых всходов и общей всхожести [13, 16]. Результаты эксперимента до и после обработки Вариант Повтор ность Появление всходов, сутки Всхо жесть, шт. Не проросшие семена, шт. Загнившие семена, шт. 2 3 4 5 Вариант Контроль 1 7 28 22 7 64 31 5 2 0 26 25 10 61 33 6 3 5 22 20 10 57 35 8 Среднее значение 4 25,3 22,3 9 60,7 33 6,3 Вариант Обрабо танный 1 1 31 41 13 86 10 4 2 0 28 34 23 87 9 4 3 2 19 32 24 77 13 10 Среднее значение 1 26 35,6 20 83,3 10,7 6 Соотношение к контрольным образцам, % -75 2,7 59,6 122,2 37,2 - - Анализ спектров обнаружил небольшое смещение в нескольких областях (рис. 2). 105 95 85 75 65 55 3900 3400 2900 2400 1900 1400 900 400 Волновое число, см-1 Рис. 2. ИК спектры поглощения N-H-группы Для исследуемых семян в ИК-спектре имеются сходные области полос поглощения по положению, но различающиеся своей интенсивностью. Происходило небольшое смещение для связи N-H. Максимальные пики поглощения выявлены в диапазоне частот 3 400-3 200см-1. Данные пики могут быть обусловлены валентными колебаниями, связанными с группой N-H [15]. Также выявлены полосы поглощения, отвечающие деформационным колебаниям, в области частот 1 200-900 см-\\ 71 Т.А. Ходжазода, И.А. Курзина, С.В. Кудряшов и др. Заключение Определено влияние обработки семян хлопчатника сорта «Флора» барьерным разрядом на изменение скорости и энергии прорастания и всхожести при посеве в открытый грунт. Полученные результаты показали, что электрический разряд дает положительный эффект, приводит к увеличению энергии прорастания и всхожести в лабораторных условиях на 37,2%. Влияния на скорость прорастания семян не обнаружено.

Скачать электронную версию публикации