ВЛИЯНИЕ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН НА РОСТ И РАЗВИТИЕ ТОМАТА И ПЕРЦА

Симонян Рузанна Коминдосовна кандидат биологических наук, доцент, Армянский государственный педагогический университет им.Х.Абовяна, Ереван (Армения)

Хачатрян Арпине Овсеповна врач-энтомолог, Национальный центр по контролю и профилактике заболеваний, Веди (Армения)

Аннотация: В статье обсуждается влияние низкоинтенсивного лазерного облучения (предпосевная обработка семян) на рост и развитие томата сорта Пакмор и перца сорта Айк, которые широко возделываются населением Армении. Выявлено, что влияние низкоинтенсивного лазерного облучения на жизнедеятельность растений томата и перца зависит как от видовых и сортовых особенностей, так и от экспозиции облучения. Приводятся соответствующие рекомендации фермерам.

Ключевые слова: лазерное облучение; энергия прорастания и всхожесть семян; биометрические показатели; развитие генеративных органов

Введение. В числе ресурсов природы важнейшее место занимает почва. В целях повышения ее плодородия и увеличения продуктивности растениеводства многие десятилетия во всем мире применяется химизация земледелия, следствием которого является отравление урожая, пищи, воды, возникает угроза здоровью людей. В создавшейся ситуации становится актуальным поиск экологически безвредных, перспективных методов интенсификации сельского хозяйства. Один из таких методов — лазерное излучение, важнейшим преимуществом которого является экологическая безопасность, т.к. при лазерной фотоактивации сельскохозяйственных культур в окружающую среду не вносятся чужеродные элементы.

Несмотря на то, что  изобретение лазера относится к 60-ым годам прошлого столетия, исследования действия лазерного излучения на растительные организмы продолжаются по сей день. Одной из причин неослабевающего интереса ученых является отсутствие единой теории, объясняющей эффекты действия света лазера на биологические объекты. Феномен лазерной биостимуляции во многом является видоспецифичным, получаемый эффект может изменяться в зависимости от облучаемого органа, продолжительности облучения, длины волны и выходной мощности лазера. Помимо этого, результатом облучения растительной ткани лазером может быть в одном случае отсутствие ответа на воздействие, в другом – стимуляция различных процессов, а в некоторых случаях – их ингибирование. Таким образом, в исследовании лазерного излучения на живые организмы остаются вопросы, на которые предстоит ответить.

В данном исследовании изучалось влияние низкоинтенсивного лазерного облучения (предпосевная обработка семян) на рост и развитие двух представителей семейства пасленовых (Solanaceae) – томата и перца, которые широко возделываются в открытом грунте и в теплицах фермерских хозяйств Армении.

Материал и методика. Объектами исследования явились голландский крупноплодный сорт томата (Lycopersicon esculentum Mill.) Пакмор и местный сорт сладкого перца (Capsicum annuum L.) Айк. Такой выбор связан с тем, что оба сорта широко возделываются и используются населением. Айк – раннеспелый сорт сладкого перца. Плоды довольно крупные (15-20см), продолговатые. Толщина стенки околоплодника 5-6мм. Масса плодов в период биологической спелости составляет примерно 90г, урожайность — до 54т/га. Плоды используются в свежем и переработанном виде. Пакмор – среднеранний (101-110 дней) крупноплодный сорт томата, высота куста при культивации в открытом грунте — 50-100см. Плоды округлой формы, красные, на вкус — с кислинкой. В основном используется как салатный сорт, возможна также переработка плодов.

Сухие семена изучаемых сортов (по 100 семян от каждого) облучались красным лучом лазерной установки ЛГ-79-1, который является источником монохроматического, когерентного электромагнитного излучения. Работы по облучению семян проводились в лаборатории оптики кафедры общей физики Армянского государственного педагогического университета. Лазерная установка ЛГ-79-1 имеет следующие характеристики: длина волны — 0.63мкм, выходная мощность излучения – 27 мВт, расстояние до облучаемого объекта составляло 25см. Время экспозиции для опытных групп семян составило 12мин в первом варианте опыта и 5мин – во втором. Контрольные семена (по 100 штук соответственно числу облученных семян) не облучались. В день облучения (2-го мая для первого варианта опыта и 26-го июня – для второго) семена посеяли в рассадочные ящики, которые поместили в одну из закрытых теплиц села Авшар Араратской области Армении.

Араратская область (марз Арарат) расположена в западной  Армении и разграничена на равнинную и горную части. В равнинной части сосредоточена большая часть населения марза. Климат Араратской области резко континентальный с жарким солнечным летом и холодной зимой. Средняя температура января  -6о, абсолютный минимум до -33о. Весна короткая, с частыми грозовыми ливнями. Лето жаркое, длинное, сухое. Средняя температура в июле-августе +26о, абсолютный максимум +41о. Годовая сумма осадков около 300мм [1].

Исследования проводились в течение вегетационного сезона 2014г. Посев и уход за растениями осуществлялись соответственно агротехническим правилам. Все растения контрольных и опытных групп росли и развивались в одинаковых условиях почвы, а также при одинаковой температуре и влажности воздуха, подвергались одинаковым агротехническим мероприятиям. Так как задачей исследования было сравнение облученных и контрольных групп растений по различным показателям, то никакой подкормки растений не производилось.

Согласно требованиям межгосударственного стандарта, энергию прорастания семян томата определяли на 5-ый день, а их всхожесть – на 10-ый. Для перца энергия прорастания была определена на 7-ой день, а всхожесть – на 15-ый [2]. Отмеченные показатели были определены в тепличных условиях. Биометрические данные опытных и контрольных растений (с использованием измерительных инструментов) определяли через полтора месяца после появления всходов. Длину листа измеряли от основания черешка до верхушки листовой пластинки, ширину- в средней части листовой пластинки. Проводились фенологические наблюдения с выявлением  интенсивности прохождения фаз генеративного развития, были изучены количественные показатели плодов перца. Повторность определений трехкратная, рассчитаны средние арифметические данные, которые статистически обработаны по Н.В. Кудрявцевой [3].

Результаты и обсуждение. Результаты исследований показали, что 12-минутная предпосевная обработка семян лучом лазера оказалась летальной для семян перца, которые вообще не взошли (табл 1). Вероятно, данная экспозиция облучения вызвала необратимые летальные изменения тканей семян перца на клеточном уровне. В процессе облучения цвет семян изменился от желтоватого до белого.

Данные контрольной группы семян показывают, что семена были жизнеспособными и всхожими, при этом энергия их прорастания составила 50.7%ов, а всхожесть —  65.4%. Иная картина выявлена в отношении семян томата Пакмор. Опытные растения превзошли контрольные на 39.1 %-ов по энергии прорастания и на 28.8% — по всхожести.

Таблица 1

Влияние 12 минутного лазерного облучения на энергию прорастания и всхожесть семян томата и перцаТаблица1

Очевидно, что в случае данного объекта 12-ти минутная  экспозиция облучения явилась стимулирующим фактором для ростовых процессов и равития семени. Несмотря на то, что по сей день нет единой теории, объясняющей стимулирующее воздействие лазерного облучения на различные биологические объекты, тем не менее известно, что изменения имеют место на клеточном и молекулярном уровне. Так, еще в конце XX века Ш.Ауэрбах (1978) предложил теорию мишени, согласно которой гены и имеющиеся между ними связи служат мишенями для попадания отдельных порций энергии, которую несет излучение. Согласно другим авторам  [4, 5] облучение вызывает изменения в строении мембранных липидов, в процессах гидролитической активности протонных насосов, в липидосодержащей системе клеток, стимулируются реакции цепной оксидации липидов, меняется ультраструктура органоидов.

Дальнейшее исследование растений томатов, подвергшихся 12 минутному лазерному облучению, выявило бо΄льшую интенсивность процессов роста и организации биомассы по сравнению с контролем (табл 2).

                                                                                               Таблица 2

Влияние 12 минутного лазерного облучения на биометрические показатели растений томатовТаблица2

У опытных растений длина стебля превышала данный показатель контроля на 9.5%-ов, количество листьев одного растения – на 7.6%. Длина и ширина листьев опытных растений томатов превосходили размеры листьев контрольных растений соответственно в 1.4 и 1.3 раза. Таким образом, одна и та же экспозиция (12 мин) низкоинтенсивного лазерного облучения оказала разное воздействие на разных представителей одного семейства. В случае сорта томата Пакмор это воздействие стимулировало прорастание семян, оказало положительное влияние на процессы роста и биопродуктивность растений. А в случае перца сорта Айк растения погибли в зародышевом состоянии на ранних стадиях онтогенеза.

Во втором варианте исследования семена опытных групп обоих сортов (Пакмор и Айк) облучались в течение 5мин. Данные энергии прорастания и всхожести семян обобщены в диаграмме. Как видно, в целом 5-и минутное облучение семян томата, как и 12-ти минутное, имело благоприятное воздействие на энергию прорастания и всхожесть семян томата, которые превалировали над контролем  соотвтственно в 1.4 и 1.5 раза.Диаграмма

Диаграмма. Влияние лазерного облучения с экспозицией 5 мин на энергию прорастания и всхожесть семян томата и перца.

При сравнении данных таблицы 1 и диаграммы, можно заметить, что для растений томата экспозиция облучения 12минут была более благоприятной, чем пятиминутное облучение, т.к. в последнем случае показатели энергии прорастания и всхожести семян снизились соответственно на 18.6 и 14.8%-ов. Энергия прорастания семян томата у контрольных растений составила 29.9%-ов, а всхожесть – 40.5%-ов (диаграмма). Для растений перца экспозиция облучения 5 минут оказалась стимулирующим фактором, способствуя повышению энергии прорастания и всхожести семян (по сравнению с контролем) соответственно в 1.5 и 1.4 раза.

Биометрические показатели данного варианта опыта представлены в табл.3.

                                                                                                 Таблица 3

Влияние 5 минутного лазерного облучения на биометрические показатели растений томата и перцаТаблица3

Данные таблицы 3 показывают, что опытные растения томата сорта Пакмор превосходили контрольные по всем показателям, при этом длина стебля была больше на 1.6%, количество листьев одного растения – на 4.3%, длина листьев – в 1.3, а их ширина – в 1.07 раза. При сравнении влияния лазерного облучения разных экспозиций на биометрические показатели томатов видно, что по отношению к контролю бо΄льший эффект был выявлен в случае 12 минутного облучения. Если же сравнивать абсолютные значения биометрических показателей опытных растений с разной экспозицией облучения, то четкой закономерности не выявляется.

В то время как экспозиция облучения 12 минут имела летальное воздействие на семена перца, экспозиция 5 минут, наоборот, стимулировала ростовые процессы растений и вызвала увеличение биопродуктивности (табл. 3). При этом длина стебля опытных растений превалировала над этим показателем контрольных растений на 14.8%, количество листьев одного растения было больше на 15.9%, длина листьев – в 1.68 раза, а их ширина – в 1.31 раза.

Положительное влияние 5 минутной экспозиции лазерного облучения проявилось также в генеративной фазе развития растений перца (табл.4). Согласно данным таблицы 4, в процессе организации генеративных органов в опытной группе растений по сравнению с контролем в каждой следующей фазе развития зарегистрировано большее число растений, что в общем означает более высокую эффективность прохождения генеративного развития. У облученных растений количество плодов технической спелости на одном растении по сравнению с контролем было больше в 2.03 раза, а общая масса плодов одного растения – в 2.09 раза.

Проведенные исследования показали, что низкоинтенсивное лазерное облучение с экспозицией 12 и 5 минут стимулировало процессы прорастания семян и интенсифицировало формирование надземной фитомассы томата сорта Пакмор.

                                                                                                 Таблица 4

Интенсивность цветения и плодоношения и количественная характеристика плодов перца с экспозицией облучения 5 минутТаблица4

Для сорта перца Айк пложительное воздействие на всхожесть семян, процессы роста растений, интенсивность развития генеративных органов и количественные показатели плодов имела экспозиция облучения 5мин, в то время как 12-ти минутное облучение вызвало летальные изменения семян.

Таким образом, влияние низкоинтенсивного лазерного облучения на жизнедеятельность растений томата и перца зависит как от видовых и сортовых особенностей, так и от экспозиции облучения. Низкоинтенсивное лазерное излучение с экспозицией 12 минут может быть рекомендовано фермерам, возделывающим томат сорта Пакмор, а 5минутное облучение – для перца сорта Айк.

Список литературы

  1. Научные основы облесения и озеленения Армянской ССР. Казарян В.О., Арутюнян Л.В., Хуршудян П.А. и др. Изд-во АН Арм.ССР, Ереван, 1974, с.66-92.
  2. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести. Межгосударственный стандарт. ГОСТ 1203-84. М., Стандартинформ, 2011, 64с.
  3. Кудрявцева Н.В. Статистическая обработка результатов опытов. В кн.: «Большой практикум по физиологии растений», М., Высшая школа, 1975, с.184-201.
  4. Дударева Л.В. Влияние низкоинтенсивного лазерного излучения на процессы роста и развития в растительной ткани. Автореф. дис…. канд. биол. наук, Иркутск, 2004, 27с.
  5. Клебанов Г.И. К вопросу о механизме действия низкоинтенсивного инфракрасного лазерного излучения. БЭБМ, 2001, 131(3), с. 286-289.

Post a comment

Book your tickets