Праймированные семена что значит
Праймированные семена что значит
Узнать больше о нашем вкладе в инновации овощеводства
Нужны рекомендации по выращиванию?
Узнайте больше о нас
Узнать больше о нашем вкладе в инновации овощеводства
Добро пожаловать в Vegetables by Bayer
Вырастим здоровый мир вместе
Добро пожаловать в Vegetables by Bayer. Мы инновационная компания по производству семян овощных культур, которая также является мировым лидером в области здравоохранения, производства продуктов питания и овощеводства.
Мы заботимся о здоровье каждого и помогаем преодолеть голод и недоедание во всем мире.
Но мы не сможем сделать это в одиночку. Только совместные усилия могут гарантировать, что каждое посаженое семя прорастет, весь урожай будет эффективно собран, оперативно транспортирован, продан и будет соответствовать требованиям потребителя по своим вкусовым и питательным качествам. Давайте вместе работать над развитием вашего бизнеса. Так мы сможем сделать мир более здоровым.
Два бренда семян – одна мощная цель
Инновационные разработчики семян овощных культур – компании Seminis и De Ruiter – уже давно предлагают передовые решения для развития вашего бизнеса. Теперь при поддержке Bayer мы будем вместе стремиться к оздоровлению мира.
De Ruiter теперь является частью Vegetables by Bayer.
Голландское наследие De Ruiter – это богатая история развития семеноводства и приверженность уникальным селекционным программам, которые уже давно стали гарантом успеха сельхозпроизводителей по всему миру. Вместе с Vegetables by Bayer мы быстрее реагируем на меняющиеся потребностей нашей отрасли.
Праймированные семена что значит
Для определения отправной точки древние римляне использовали выражение «аb ovo». Дословно это значит «от яйца», а в более расширенном толковании «с самого начала», «от истоков», «от сущности вопроса».
При анализе эффективности технологий возделывания с/х культур эту фразу стоило бы видоизменить. В соответствии с особенностями отрасли. Например, на «от семени». Такое определение вполне наглядно и абсолютно корректно.
Пристальное внимание принято уделять вегетирующим растениям. Их пересчитывают, осматривают, лечат и защищают с момента листочков на поверхности почвы. Внесение минеральных удобрений также проводят с учетом потребностей вегетирующей культуры.
А вот период от посева до появления всходов остается вне поля зрения как в прямом, так и в переносном смысле слова. Да и о чем переживать? Семена отобрали, протравили, высеяли с рекомендованной нормой на оптимальную глубину. Природой предусмотрено, что для прорастания зерна «достаточно добавить только воды». Поэтому нехитрый алгоритм действий заключается в том, чтобы высеять семена во влажную почву и ждать всходов. Или высеять в сухую почву, и ждать дождя. А затем — ждать всходов.
Но всходы иногда не торопятся. А иногда откровенно огорчают, демонстрируя явные отличия между лабораторной и полевой всхожестью. Ведь кроме глубины заделки, густоты посева и обработки протравителем, семенам необходимо кое-что еще для превращения в молодое растение: влага, воздух, тепло. Любое отклонение от оптимума даже одного из факторов негативно влияет на время и дружность появления всходов. А также на темпы роста и развития всходов.
ВЛАГА, ТЕПЛО И ВОЗДУХ
Семя для прорастания должно впитать определенное количество влаги. Пшеница поглощает примерно 46% воды от своей массы, ячмень — 48%, овес — 60%, кукуруза — 44%, просо — 25%, горох — 107%, чечевица — 100%,, рапс — 51%, подсолнечник — 56%.
При набухании зерна, вода через оболочку проникает в коллоидные ткани зерновки и заполняет капилляры и межклеточное пространство. Набухание – физический процесс, интенсивность которого зависит как от условий внешней среды, так и от особенностей зерновки (размеров, химического состава).
Для нормального набухания семян зерновых колосовых культур необходимо наличие в верхнем (20см) слое почвы не менее 20 мм продуктивной влаги. Но в некоторых случаях поступление воды в зерно начинается при влажности почвы на 4,0-4,5% ниже коэффициента завядания. При смене температуры в течение суток в почве конденсируется влага из воздуха, семена способны поглотить ее в парообразном состоянии. Но длительный процесс набухания и еще более длительный процесс прорастания семян, высеянных в полувлажную почву, способствует их поражению грибной инфекцией.
Но даже наличие необходимого количества влаги в почве не обеспечивает быстрого появления всходов. При наличии влаги в почве темпы прорастания семян и продолжительность периода посев — всходы определяются температурными условиями.
Семена пшеницы способны набухать при температуре таяния льда и прорастать при температуре 1-2° С выше нуля. Оптимальная же температура прорастания около 18- 25°С. Для семян, убранных раньше наступления восковой спелости, и семян, не прошедших послеуборочное дозревание – 15-20°С. При высокой влажности почвы и воздуха семена могут прорастать при температурах до 45°С.
Исследуя возможные способы получения дружных всходов, Е.Г. Кизилова (в 1961 г.) выявила зависимость интенсивности набухания зерна пшеницы от температуры в семенном ложе при оптимальной влажности почвы. Зависимость оказалась экспоненциальной, т.е. при увеличении температуры резко сокращалась продолжительность набухания. Зерна пшеницы сорта Безостая 1, помещенные в песок с влажностью 90%, поглотили одинаковое количество воды (43 — 44% от массы сухого зерна) за 15 дней при температуре ложа +7-10° С, за три дня — при температуре +20° С и за 2 дня — при температуре +25°С. В первое время повышение или понижение температуры окружающей среды на 1°С увеличивает или уменьшает поглощение зерном воды почти на 1% в сутки. В последующие дни количество поглощенной воды заметно снижается, так как скорость поглощения воды зависит не только от температуры, но и количества ранее поглощенной воды: чем больше поглощено воды, тем меньше осмотическое давление, тем меньше поступает воды в семена.
Если же с влажностью почвы все в порядке, а температура низкая, то всходов придется ждать долго. Снижение температуры ниже оптимальной задерживает процесс поглощения воды на 4-7 суток, хотя даже при 0ºС оно не останавливается полностью. Растянутый процесс набухания, усугубляет медленный процесс прорастания. Если речь идет об озимых культурах, то медленное прорастание приводит к появлению всходов тогда, когда температура воздуха и почвы не предполагает их активной вегетации.
Еще в конце XIX столетия Калиновский и Рислер отметили, что для того, чтобы росток пшеницы преодолел 1 см почвы, необходимо 10-12° С суммы средних суточных температур.Существует методика, позволяющая определить дату появления всходов при определенной температуре воздуха и глубине заделки семян.
Сумма средних суточных температур, определяющая продолжительность периода от посева до появления первого листа (колеоптиле), включает:
1) сумму средних суточных температур от посева до прорастания;
2) сумму средних суточных температур от прорастания до появления первого листа над почвой, которая состоит из произведения: 10° С, умноженных на глубину заделки семян в почву.
Обычно появление всходов отмечается тогда, когда листок над почвой достигает высоты 2-3 см, на это требуется еще 20-30°С суммы температур, то полная сумма за период от посева до появления всходов у пшеницы может быть выражена формулой:
Для этого достаточно разделить сумму температур, необходимую для превращения семян во всходы, на среднесуточную температуру от момента посева (по прогнозу). Например, при среднесуточной температуре +14°С, всходы появятся на 9-й день при заделке на глубину 4 см, а при среднесуточной температуре +8°С и глубине заделки 8 см ждать всходов придется минимум 20 дней.
Сочетание низкой температуры почвы с недостаточным содержанием влаги на глубине заделки семян затягивает процесс набухания на неопределённо длительное время. В почве, влажность которой находится в диапазоне от максимальной гигроскопичности до влажности завядания, медленно прорастающие семена поражаются микроорганизмами и вредителями. И чем дольше набухшие семена и проростки находятся в почве, тем значительнее ущерб.
Семя, которое долго «мучалось» (из- за дефицита влаги или тепла) после посева между покоем и прорастанием, вынуждено расходовать питательные вещества на дыхание. Слишком медленно преодолевающий путь до поверхности почвы проросток «доедает» последние резервы питательных веществ, содержащих в семени. В итоге молодое растение практически ничего не получает «в наследство» от семени. Первые дни его самостоятельного существования до перехода на автотрофное питание проходят в состоянии «дистрофии».
Медленное и «недисциплинированное» появление всходов культуры позволяет «аборигенам» поля — сорнякам беспрепятственно занять свободное место. Поздние всходы озимых культур не успевают подготовиться к перезимовке. А «опоздавшие» всходы яровых культур не успевают «дотянуться» корнями до быстро исчезающих запасов влаги в верхнем слое почвы. В итоге, поздние сроки появления всходов и их неравномерность могут стать причиной вынужденного пересева.
Можно ли помочь семенам быстро и организованно превратиться во всходы? Можно. Предпосевная обработка семян, именуемая в англоязычной научной литературе «seed priming», активирует прорастание семян и создает благоприятные условия для развития всходов. Существует много методов: замачивание в воде с последующим подсушиванием, обработка растворами неорганических солей (в т.ч. минеральных удобрений), полимеров, многоатомных спиртов, синтетических аналогов фитогормонов и других биологически активных веществ.
ФИЗИОЛОГИЯ И БИОХИМИЯ ПРОРАСТАНИЯ
Во тех видах спорта, в которых важна скорость преодоления дистанции (бег, плавание, автомобильные, мотоциклетные или парусные гонки и т.д.) большое значение имеет техника старта. Над ее усовершенствованием работают не только тренеры, но и спортивные медики, специалисты по биомеханике и инженеры. Поэтому бегуны, например, стартуют со специальных стартовых колодок, обеспечивающих опору для толчка ногами. Причем старт в беге на короткие и длинные дистанции значительно отличается («низкий» и «высокий» старт), отличаются и стартовые колодки.
Цель такого длинного вступления — акцентировать внимание на необходимости учитывать все особенности культуры на «старте», то есть при прорастании семян. Это необходимо для того, чтобы целенаправленно стимулировать определенные процессы. Как прорастает зерно озимой пшеницы и что происходит внутри?
В наиболее известной шкале фенологических фаз онтогенеза растений J.C. Zadoks прорастание семени описывается следующими этапами: сухая зерновка, начало набухания, окончание набухания, наклевывание и появление зародышевого корешка, появление колеоптиле, появление полноценного проростка.
Условно в прорастании зерновок пшеницы можно выделить три этапа:
1.Набухание (поглощение влаги до 43-44% от массы семени, активация метаболизма).
2.Проклевывание (подготовка к началу роста зерновок за счет перехода к растяжению клеток осевых органов зародыша);
3.Рост проростка (появление колеоптиле и зародышевого корня).
Начало роста растения происходит только за счет тех питательных веществ, которые находятся в эндосперме, Они расщепляются ферментами до простых форм и в жидкой фазе через щиток поступают в зародыш для развития первичной корневой системы и зародышевого стебля. Первичные (зародышевые) корни и первый лист формируются только за счет питательных веществ семянки. Мощность зародышевых корней и площадь первого листа напрямую зависят от ее крупности.
Последующие листья, до четвертого включительно, формируются за счет двух источников – питательных веществ, поступающих через зародыш от зерновки, и от начавших свою «работу» зародышевых корешков. После расходования питательных веществ зерна дальнейшее развитие растения происходит за счет зародышевых корней, поскольку развитие придаточных корней. Придаточные корни в благоприятных условиях формируются примерно через18 дней после появления всходов, а в засушливых — почти через месяц. (М.Г. Пруцкова, 1976 г.).
Таким образом, стимулировать появление всходов можно, обеспечив поступление в семена достаточного количества влаги (стимулируя набухание), а также способствуя активности фитогормонов (гиббереллина, прежде всего) и ферментов, участвующих в расщеплении запасных питательных веществ. Практически это можно сделать, обработав семена водными растворами синтетическими аналогами фитогормонов и биологически активными веществами (в т.ч. микроэлементами).
Стимулировать развитие молодых растений в фазе 1-4 листочка можно, улучшив условия минерального питания всходов. Для этого на поверхность семян перед посевом достаточно нанести относительно небольшое количество макроэлементов (прежде всего — фосфора) в легкодоступной форме. Такой способ позволяет накормить всходы «с ложечки», размещая небольшое, но жизненно необходимое количество элементов питания непосредственно в зоне досягаемости первичных корешков проростка.
На этих принципах и построены многочисленные методы стимуляции полевой всхожести семян, ускорения появления всходов и обеспечения условий для их интенсивного роста и развития, то есть прайминг.
НАБУХАНИЕ СЕМЯН И ПРАЙМИНГ
Основной целью прайминга является стимуляция физиологических процессов в семени, способствующих его быстрому прорастанию. Это напоминает «прогрев» двигателя автомобиля перед поездкой. Действие прайминга основано на контролируемой гидратации (увлажнении) семян, а также воздействия биологически активных веществ. Поэтому семена увлажняются (замачиваются) либо чистой водой, либо водным раствором минеральных удобрений, многоатомных спиртов, полимеров, фитогормонов и других биологически активных веществ.
Замачивания семян должно инициировать биохимические процессы, «запускающие» механизм прорастания. В то же время, продолжительность увлажнения и его условия должны исключать наклевывание семян, то есть появление первичного корешка. Завершающий этап прайминга — высушивание семян до воздушно-сухого состояния. (McDonald, M.B. 2000. Seed priming. In: Seed technology and its biological basis. Eds: Black, M. and Bewley, J.D.)
Для того чтобы понять особенности воздействия на семена такого «недозамачивания» с «недопроращиванием», стоит детально рассмотреть процесс водопоглощения и набухания семян.
Влага в семенах находится в виде:
1. Химически и физико-химически связанной воды (связанная вода);
2. Механически связанной воды (свободная вода).
Химически связанная вода входит в состав белков, углеводов, жиров и других соединений. Ее можно выделить, лишь нарушив структуру этих веществ. Молекулы физико-химически связаны с гидрофильными веществами. Такая вода может быть удалена из зерна путем высушивания.
Свободная вода связана с тканями зерна непрочно, она находится в капиллярах зерна и легко поддается высушиванию. Именно эта влага принимает активное участие в физиологических, биохимических и микробиологических процессах в зерне.
Прорастанию зерна предшествует фаза водопоглощения. Обычно фазы водопоглощения и набухания не разделяют, и совокупно называют процессом набухания зерна. Но между водопоглощением и собственно набуханием существует отличие.
Сухие семена, находящиеся в состоянии покоя, поглощают воду из воздуха или из какого-либо субстрата до наступления критической влажности, при которой в клетках появляется свободная влага. Именно наличие свободной влаги «включает» следующую фазу — набухание зерна.
Поступление воды в семена можно разделить на три этапа.
Первый этап осуществляется в основном за счет матричного потенциала, или сил гидратации. Гидратация происходит спонтанно, так как обусловлена химическим строением зерновки. Запасные питательные вещества семян содержат большое количество гидрофильных группировок, таких, как — ОН, — СООН, — NH2, которые притягивают молекулы воды. Водный потенциал становится отрицательным, и вода начинает извне поступать внутрь семян. Молекулы воды вокруг гидратированных веществ изменяют свою структуру, напоминая структуру льда. Во время этой фазы активизируются ДНК и митохондрии, начинается синтез белков (McDonald, 2000). Поглощение воды идет быстро, поэтому эту стадию называют стадией ускоренного поглощения воды. Вода поступает в основном в зародыш семени.
На втором этапе поглощения начинает «включаться» осмотический потенциал, так как в этот период происходит интенсивный гидролиз сложных запасных соединений на более простые. Силы набухания, или матричный потенциал, также продолжают «тянуть» воду в семена. Но темпы поступления влаги замедляются, поэтому эту фазу называют стадией быстрого набухания. В этот период вода преимущественно поступает в эндосперм. В зерне активизируется синтез белков-ферментов, поэтому существует еще одно название для этой фазы — стадия активации.
Осмотические силы становятся главным фактором поглощения воды на третьем этапе набухания, который наступает в период наклевывания семян. В процессе прорастания жиры, белки и полисахариды превращаются в растворимые соединения, легко используемые для питания зародыша под действием «набора» ферментов. Оканчивается набухание стадией насыщения, то есть семя прекращает поглощать воду.
Часть ферментов находится в эндосперме или зародыше семени и под влиянием набухания переходят в активное состояние. Однако часть ферментов синтезируется в прорастающих семенах с помощью соответствующих матричных РНК. Матричная РНК в прорастающих семенах условно делится по времени образования на три типа.
Первый тип — предсуществующая (остаточная) мРНК, «оставшаяся» еще с периода эмбриогенеза семян. Эта РНК использовалась для синтеза белков в формирующемся зерне и может вновь использоваться в процессе прорастания. Но ее немного и ее роль невелика.
Ко второму типу относится мРНК, также «сделанная» еще в процессе эмбриогенеза, но неактивная. В процессе набухания она проходит все необходимые превращения (процессинг), активизируется и обеспечивает синтез белков, специфичных для прорастания, главным образом ферментов гидролиза.
Третий тип — это новообразованная РНК, которая появляется через 1—2 ч после намачивания. Эта РНК транскрибируется с ДНК в процессе прорастания и также ответственна за синтез специфических белков-ферментов. Существуют данные, что в синтезе белка при прорастании сначала участвуют рибосомы, образованные еще в эмбриогенезе, затем, начиная примерно с 8 ч от намачивания семян, происходит усиленное образование рибосомальной РНК и формируются новые рибосомы.
Праймирование семян путем их гидратации (замачивания) запускает биохимические процессы I и II фаз водопоглощения, стимулируя синтез и накопление ферментов, а также изменяя внутренние структуры зерна. После подсушивания семян процесс прорастания прекращается, причем остановка напоминает «стоп-кадр». При повторном увлажнении до критической влажности процесс прорастания начнется не с самого начала, а с того этапа, на котором его прекратили, подсушив семена. Поэтому праймированные семена прорастают намного быстрее. Кроме того, праймирование обеспечивает более дружное, синхронное прорастание, так как все подготовленные семена находятся на одной и той же стадии развития.
КЛАССИФИКАЦИЯ ВИДОВ ПРАЙМИНГА
В зависимости от технологии процесса, выделяют гидропрайминг (замачивание семян в воде с последующим подсушиванием), в том числе в специальном вращающемся барабане (hydropriming).
Добавление биологически активных компонентов во время гидратирования семян усиливает стимулирующий эффект.
При добавлении в раствор для обработки семян синтетических фитогормонов технологию называют гормональным праймингом. Также в отдельную группу выделяют методы обработки семян микроэлементами.
Применение прайминга требует затрат времени и финансовых средств, специального оборудования и квалифицированного персонала. Известно, что срок хранения обработанных семян снижается. Из-за этого праймирование семян имеет ограниченное применение, например для обработки посевного материала сахарной свеклы, лука, моркови, газонных трав и декоративных растений. Но в Индии, Пакистане, Турции, Китае и странах Африки порайминг используется как для зернобововых культур и кукурузы, так и для обработки семян зерновых колосовых.
Для этого есть веские причины:
Прайминг значительно уменьшает риски и позволяет «подкорректировать» неблагоприятные для появления всходов условия. Поэтому такая технология будет интересна и в Украине. Особенно в тех регионах, которые относятся к «зоне рискованного земледелия» или «экстремального земледелия».
Улучшенный способ праймирования семян
Владельцы патента RU 2640840:
Изобретение относится к сельскому хозяйству. Предложен способ праймирования семян, включающий стадии обеспечения сухого семени для праймирования, погружения указанного семени в водный раствор и удаления семени из водного раствора после насыщения семени водой, снижения содержания воды в семени на от 1 до 10% по массе, а также после снижения содержания воды в семени инкубации семени в атмосфере, имеющей относительную влажность по меньшей мере 95%, но менее чем 100%. Время погружения, по меньшей мере, равно времени, необходимому для того, чтобы семя вступило во II фазу прорастания, но короче, чем время, необходимое для того, чтобы семя вступило в III фазу прорастания. Изобретение направлено на предотвращение прорастания семян в ходе праймирования. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл., 1 пр.
Настоящее изобретение относится к способу праймирования семян, который включает погружение семени в водный раствор с последующей инкубацией. Далее, изобретение относится к семени, которое может быть получено данным способом, и к растению, выращенному из такого семени. Кроме того, изобретение также относится к устройству для инкубации семени.
Хорошо известно влияние качества семян на конечный урожай сельскохозяйственных культур. Праймирование семян является естественным и экологически безопасным способом улучшения качества семян. Этот способ является эффективным как для семян с низкой всхожестью, так и с высокой. В процессе праймирования семян основные метаболические реакции, необходимые для прорастания семени, происходят условиях высокой влажности, достаточного количества кислорода и подходящей температуры. Процесс прорастания обычно прерывается, когда праймированное семя высушивают перед прорастанием корня, то есть до завершения процесса прорастания. После высыхания праймированное семя можно упаковать, хранить, распространять и высаживать тем же образом, что и необработанное семя.
Как было установлено, праймирование семян имеет ряд преимуществ для сельского хозяйства и лесоводства. Праймированные семена, как правило, всходят быстрее и более равномерно по сравнению с непраймированными семенами. Кроме того, праймированные семена лучше прорастают в широком спектре температур, неблагоприятных полевых условиях, таких как засоленность и ограниченная доступность влаги, по сравнению с непраймированными семенами. Был также показан эффект праймирования на нарушение покоя семян у многих видов овощных культур. Полученное с помощью праймирования семян увеличение урожая может привести к повышенному доходу, что для многих культур оправдывает дополнительные затраты на проведение праймирования. Таким образом, существует потребность в способах праймирования семян.
Известные в области техники способы праймирования включают водное праймирование, осмотическое праймирование и матричное праймирование. Среди этих методов водное праймирование имеет преимущество за счет сохранения средств на реагенты/матрицу, используемые в ходе праймирования, а также на затраты труда на удаление этих материалов после праймирования. Однако водное праймирование нуждается в более точной методике как для получения хороших результатов, так и для предотвращения прорастания семян в ходе проведения данной обработки.
Для предотвращения прорастания семян в ходе праймирования необходимо строго контролировать поступление воды в семя и время инкубации.
Патент JP 7289021 раскрывает способ для одновременного достижения периода начала прорастания семени и получения высокопродуктивного семени с оболочкой, имеющего улучшенные и стабилизированные характеристики прорастания. В описанном процессе семя погружают в воду для достижения содержания воды в семени ≥30% от сухой массы. Подготовленное семя сохраняют в среде, наполненной паром, имеющей относительную влажность воздуха ≥50% до самого прорастания, что обеспечивает способ для одновременного достижения периода прорастания семян.
Патент US 6421956 раскрывает способ и аппарат для обработки семени жидкостью, в частности водой, включающий использование газа, содержащего жидкость, причем семя приводят в контакт с газом, имеющим контролируемое содержание жидкости, и семя находится в контакте с газом в течение определенного времени, в то время как прямой контакт между семенем и жидкостью в жидкой форме преимущественно исключается. Перед контактом с газом, содержащим жидкость, семя может быть увлажено для снижения осмотического давления семени.
В обоих способах, если семена насыщаются при контакте с водой/жидкостью, время инкубации должно строго контролироваться для предотвращения прорастания семян в ходе праймирования. Если впитывание останавливается до того, как семена насыщаются влагой, то недостаток воды, особенно в области эмбриона, который обычно расположен внутри эндосперма или перикарпа, снижает эффект от праймирования. Слишком раннее прекращение насыщения семян водой может привести к даже более слабому прорастанию, чем у непраймированных семян.
Таким образом, существует потребность в способе праймирования семян, преодолевающем недостатки способов, известных из уровня техники.
Краткое описание изобретения.
Следовательно, целью настоящего изобретения является смягчение, облегчение, устранение или предотвращение одного или более из перечисленных выше недостатков, известных из уровня техники, и затруднений, по отдельности или в любой комбинации, путем обеспечения способа праймирования семян, причем семена для праймирования помещают в водный раствор и удаляют по мере насыщения семян водой. До инкубации семян в атмосфере воздуха с относительной влажностью по меньшей мере 95%, но менее чем 100%, снижают содержание воды в семенах.
С помощью насыщения семян водой, семена обеспечиваются достаточным количеством воды для того, чтобы в них запустились и продолжились метаболические процессы. Для того чтобы предотвратить завершение семенами процесса прорастания в них снижают содержание воды.
Следующий аспект изобретения относится к праймированному семени, котороее может быть получено данным способом, и к растенияю, выращенному из такого праймированного семяни.
Другой аспект относится к устройству для инкубации семени в соответствии с настоящим способом. Данное устройство состоит из преимущественно горизонтального, вращаемого барабана для переворачивания с крышкой. Крышка нисходящим образом обеспечена приспособлениями для подачи воды в поток свежего воздуха через крышку и барабан и приспособлениями для удаления водных капель из потока воздуха/воды. Далее, барабан обеспечен выходным отверстием для газа. Данное устройство обеспечивает оптимальные условия для прохождения процессов, предшествующих полному прорастанию семян, путем создания высокой и стабильной влажности, обеспечения достаточного количества кислорода и удаления нежелательных газов от каждого семени.
Другие преимущественные характеристики настоящего изобретения определены в зависимых пунктах формулы изобретения. Дополнительно преимущественные характеристики настоящего изобретения уточнены в вариантах реализации, раскрытых в настоящей заявке.
Краткое описание чертежей
Единственная фигура, представленная на приложенных чертежах, является схемой устройства для переворачивания для реализации стадии инкубации согласно способу, описанному в настоящем изобретении.
Подробное описание предпочтительных вариантов реализации
Поглощение воды созревшим сухим семенем в ходе процесса прорастания включает три фазы. Во время начальной фазы (фаза I, набухание) происходит быстрое поглощение воды до достижения фазы плато (фаза II, латентная фаза). В течение латентной фазы не происходит существенного поглощения воды. После завершения латентной фазы, начинается фаза III (прорастание, прорастание корня) и семя вновь начинает поглощать воду. После контакта семян с водой начинается серия метаболических процессов, подготавливающих семена к прорастанию, которые происходят в течение и фазы набухания, и латентной фазы (фазы II). Самой активной структурой в течение всего процесса прорастания является эмбрион, таким образом, эффективное поглощение воды эмбрионом является очень важным.
Для того чтобы избежать прорастания в способах, известных из уровня техники (патенты JP 7289021 и US 6421956), в которых семена погружают в воду и затем инкубируют в атмосфере с высокой относительной влажностью, является крайне важным контролировать время погружения в воду, осмотическое давление водного раствора и время инкубации. При нарушении контроля любого из этих параметров существует риск прорастания семян в ходе процесса праймирования.
Путем сокращения времени погружения в воду можно сохранить содержание влаги в семени на уровне, более низком, чем необходим для достижения семенем фазы II прорастания. Далее, некоторые семена, такие как семя видов, имеющих эндосперм, например томата, перца, лука, клещевины и пшеницы, семя голосеменных видов растений, например сосны, ели, гинкго билобы или видов с перикарпом, таких как сахарная свекла, морковь и ряд травянистых видов, имеют отложенный транспорт воды от эндосперма к эмбриону семени, или от перикарпа к семени внутри перикарпа. Сокращение времени погружения ограничит поглощение воды эмбрионом (в случае семени с эндоспермом) или семенами (в случае семени с перикарпом). Это подразумевает риск затруднения метаболических реакций, происходящих в ходе фазы прорастания, так как структура, находящаяся внутри семени, такая как эмбрион, не полностью вступает в фазу II. Если используется слишком короткое время погружения, семена могут прорасти даже хуже, чем непраймированные семена (это справедливо как для семян с более долгим временем прорастания, так и для семян с более низкой всхожестью).
В ходе процесса праймирования семян, в котором семени позволяют достичь насыщения водой, необходим строгий контроль фазы инкубации для предотвращения прорастания. Обычно, инкубация прекращается задолго до того, как заканчиваются метаболические приготовления к прорастанию. Таким образом, полное праймирование не достигается.
Автор настоящего изобретения обнаружил, что риск прорастания в ходе праймирования можно минимизировать путем снижения содержания влаги в семенах после набухания и насыщения водой, причем и эмбрион и окружающий его эндосперм уже получили достаточно воды для начала процесса подготовки к прорастанию. Однако полное прорастание предотвращается снижением содержания воды в семени.
В ходе уменьшения влажности после полного набухания большая часть влаги теряется с поверхностных структур семян, таких как эндосперм (в случае семян с эндоспермом и семян голосеменных растений) и перикарп (в случае семян, окруженных частью плода). В то же время в эмбрионе, наиболее активной и важной структуре семени, содержание влаги остается достаточным для полного метаболического процесса еще долгое время после того как происходит сокращение содержания влаги, поскольку транспорт воды между структурами семени занимает некоторое время.
Одним из преимуществ такого сокращения влажности после набухания является то, что метаболический процесс подготовки к прорастанию может продолжаться вплоть до завершения, но завершение прорастания, то есть проникновение корня через поверхность семени, предотвращается за счет более сухой твердой поверхности семени. Насыщение семени водой обеспечивает семя достаточным количеством воды для начала подготовительных процессов прорастания, в то время как полное прорастание предотвращается сокращением содержания влаги в семени.
Согласно одному из вариантов реализации обеспечивается способ праймирования семян, в котором семя насыщают влагой во время стадии погружения и который не требует строгого контроля за последующим временем инкубации. В настоящем способе содержание воды в семени сокращается после проведения стадии погружения. За счет снижения содержания влаги фаза III прорастания не может начаться даже в случае увеличения времени инкубации.
В настоящем способе в первую очередь обеспечивают семя для праймирования. Обычно указанное семя сухое или по меньшей мере по существу сухое. Семя погружают в водный раствор и извлекают из него после насыщения водой. Было установлено, что погружение семян в водный раствор является эффективным способом быстро насытить семена водой. Кроме того, погружение подразумевает, что все погруженные семена имеют неограниченный доступ к воде и, следовательно, могут эффективно впитывать воду.
В водном растворе могут присутствовать стимулирующие гормоны, такие как гиббереллины, ВАР, питательные вещества, такие как Microplan, и/или соли, такие как K2NO3, CaCl2, NaCl. Такие добавки могут внести свой вклад в нарушение покоя семян и получение сильных и устойчивых к стрессам проростков.
Погружение семян в воду с последующим сокращением влажности может эффективно удалять ингибиторы роста/прорастания, содержащиеся в перикарпе, например, сахарной свеклы и моркови.
Время погружения должно быть по меньшей мере равным времени, необходимому для того, чтобы семя вступило во II фазу прорастания, но короче, чем время, необходимое для того, чтобы семя вступило в III фазу прорастания.
Временной интервал стадии погружения для конкретного семени может быть определен экспериментально, например погружением сухих семян интересующего вида с последующим определением содержания влаги в семенах, или в соответствии с методикой ISTA. После контакта с водой семена начинают впитывать воду до тех пор, пока на насытятся влагой. Таким образом, может быть определен временной промежуток для насыщения семени влагой, соответствующий нижнему пределу для стадии погружения. Верхний лимит времени можно определить путем инкубации насыщенных семян до момента прорастания. Прорастание считается произошедшим после прорастания корня. Разница между нижним и верхним пределом соответствует периоду времени, который необходим семени для прорастания после насыщения водой.
Водный раствор обычно аэрируется во время стадии погружения. Кроме воды семенам для полного прорастания также необходим кислород. Подобно поглощению воды, поглощение кислорода также имеет три фазы: быстрое поглощение кислорода (фаза I) происходит одновременно с возрастанием гидратации/набуханием. В ходе этой фазы кислород связан с активацией дыхательных ферментов; во время латентной фазы (фаза II) поглощение кислорода происходит медленнее, чем в фазе I, но возрастает на протяжении всей фазы в связи с дыханием вновь синтезированных митохондрий; второй скачок поглощения кислорода (фаза III) происходит одновременно с прорастанием корня.
Недостаток запаса кислорода в период прорастания может привести к меньшему производству энергии, что ограничит метаболические процессы в ходе прорастания. Серьезный дефицит кислорода может привести к ферментации, которая предотвращает прорастание семян. Далее СО2, накапливающийся в ходе процесса прорастания, также может ограничить или сильно затормозить дыхание семян и, таким образом, ограничить результат праймирования.
Чтобы удовлетворить потребность в кислороде в ходе замачивания в настоящем методе, согласно варианту реализации используется аэрируемый водный раствор на стадии погружения, чтобы оптимизировать эффект праймирования.
Необходимо отметить, что у семян с эндоспермом и семян голосеменных растений эмбрион защищен/окружен эндоспермом. У видов, обладающих периспермом, таких как сахарная свекла, эмбрион защищен перикарпом, который является омертвевшей частью покрывающей/защищающей внутреннюю часть семени. Данные типы семян являются, следовательно, более устойчивыми к физическому стрессу. Далее, время погружения обычно является сравнительно коротким. Следовательно, биологические процессы не длятся слишком долго после прекращения погружения. Таким образом, оценка умеренного сокращения влажности не продемонстрировала никакого негативного эффекта на последующее прорастание как семян с эндоспермом, так и семян с перикарпом.
Как только содержание воды в насыщенном семени снижается, семя инкубируют для того, чтобы завершились метаболические процессы для полного прорастания. Семена инкубируют в атмосфере, имеющей относительную влажность по меньшей мере 95%, но менее чем 100%. В ходе инкубации воздух в атмосфере для инкубации постоянно или периодически заменяют. Воздух содержит кислород в количестве от 15 до 25% по объему, предпочтительно около 21% по объему. Для того чтобы метаболическая подготовка к прорастанию проходила как можно дольше, время инкубации может быть выбрано равным или более долгим, чем время, необходимое для того, чтобы насыщенное водой семя проросло. Время, необходимое для того, чтобы насыщенное водой семя проросло, можно определить, как описано выше.
Как упоминалось выше, помимо воды, кислород также необходим семенам для полного прорастания. Низкие уровни кислорода или недостаток кислорода в ходе периода прорастания могут привести к снижению выработки энергии в процессе дыхания, что ограничит метаболические процессы. Серьезный дефицит кислорода может привести к ферментации, которая также предотвращает прорастание семян. Таким образом, семена инкубируют в атмосфере воздуха, посредством чего семена обеспечиваются кислородом для процесса дыхания.
Для того чтобы обеспечить по существу одинаковые условия для каждого семени на стадии инкубации, в случае, если несколько семян необходимо праймировать одновременно, что не является редкостью, семена можно переворачивать на стадии инкубации. Такое переворачивание можно проводить во вращаемом барабане с перегородками. Один из вариантов реализации настоящего изобретения относится к вращаемому барабану с перегородками для инкубации семян согласно настоящему методу.
Устройство для переворачивания для осуществления стадии инкубации изображено на единственной фигуре, представленной в приложенных к настоящей заявке чертежах.
Семена для инкубации помещают в преимущественно горизонтальный вращаемый барабан 1, предпочтительно имеющий одну или более перегородок 2 или им подобные для переворачивания семян по мере вращения барабана 1. Барабан 1 имеет выходные отверстия для газа 3, имеющие размер, не допускающий выпадения семян из барабана. Барабан 1 также может быть наклонен, с отклонением оси вращения от горизонтальной плоскости менее чем на 30°, например менее чем на 20° или менее чем на 10°.
Барабан 1 имеет закрывающуюся крышку 4, которая также содержит приспособления для поступления влаги и воздуха в барабан. Крышка 4 может быть связана с барабаном резьбой или другим способом, обеспечивающим плотное закрывание барабана. В крышке 4 также имеется входное отверстие для свежего воздуха 5. Указанное входное отверстие может быть связано с насосом свежего воздуха, однако он должен иметь средства для контроля давления газа.
Приспособления для поступления воды, такие как один или более контейнеров 6, расположены внутри входного отверстия 5 в крышке 4 и связаны с губчатым фильтром 7, таким образом, что вода подается в губчатый фильтр 7, а воздух проходит через насыщенный водой губчатый фильтр 7 и насыщается водой. Контейнеры для воды 6 могут время от времени пополняться или могут быть соединены с внешним источником воды. Альтернативно губчатый фильтр 7 может поддерживаться насыщенным водой другим способом.
Поток воздуха, попадающий в барабан 1 через насыщенный водой фильтр 7, должен иметь надлежащее содержание влаги, то есть относительную влажность по меньшей мере 95%, но менее чем 100% и не должен содержать капельки воды. Для этой цели в крышке 4 за фильтром 7 расположены приспособления для удаления капелек из потока воздуха/воды, например, в виде полупроницаемой мембраны 8, например, GoreTex®. Нейлоновая сетка 9 может быть установлена за полупроницаемой мембраной 8 для предотвращения прямого контакта между семенами и полупроницаемой мембраной для поддержания проницаемости полупроницаемой мембраны.
Барабан 1 предпочтительно вращается в ходе процесса инкубации. Это может быть осуществлено с помощью стойки 10, которая изображена на нижней части фигуры и на которой располагаются барабан 1 и крышка 4, как показано вертикальными стрелками.
Стойка 10 имеет вращающиеся приводящие валы 11, один или оба из которых могут вращаться посредством электрического мотора 12 или ему подобного. Скорость вращения предпочтительно низкая, например 1-2 об/мин. Барабан 1 может также снабжаться контактными полосами 13 для соединения с приводящими валами 11, которые также могут иметь фрикционное покрытие или ему подобное.
Инкубация в барабане контролируется с помощью индикатора давления воздуха (не показано) таким образом, чтобы достигнуть желательных относительной влажности и содержания кислорода.
В течение фазы поглощения воды и латентной фазы, во время которых происходит ряд метаболических процессов, семя поглощает кислород. Кроме того, выделяются различные газообразные вещества. Таким образом, может быть полезно постоянно или периодически заменять воздушную атмосферу в инкубационной атмосфере во время стадии инкубации. Описанное здесь устройство для переворачивания имеет приспособления для непрерывной замены воздуха в инкубационной атмосфере во время стадии инкубации.
Далее, кислород поглощается семенем также в ходе метаболических процессов, начинающихся в течение первой фазы прорастания (фазы I). Таким образом, может быть полезно аэрировать водный раствор во время стадии погружения. Кроме того, аэрация может способствовать облегчению диффузии различных веществ во время стадии погружения и более равномерному поглощению воды семенами.
После стадии инкубации праймированное семя может быть посажено. Однако более часто содержание воды в праймированном семени снижают после стадии инкубации для того, чтобы обеспечить хранение и транспорт праймированного семени. Дегидратация семян, то есть снижение содержания воды, может осуществляться путем сушки воздухом. Относительная влажность воздуха должна быть низкой, такой как ≤40% или как около 25%. Далее, сушка может проводиться при немного повышенной температуре, такой как температура между 25 и 35°С. Содержание воды в семенах предпочтительно сокращается до того же уровня, которых наблюдался до погружения.
С помощью раскрытого в настоящей заявке способа можно осуществлять праймирование различных типов семян. Способ особенно подходит для праймирования семян видов, имеющих эндосперм, таких как табак, томат, перец, клещевина, лук, пшеница; видов голосеменных растений, таких как сосна, ель, гинкго билоба; и семени видов, обладающих периспермом с/без перикарпа, таких как сахарная свекла.
Другой вариант реализации настоящего изобретения относится к праймированному семени, которое получают с помощью раскрытого в настоящей заявке способа. Такие семена имеют сниженное среднее время прорастания, увеличенную способность к прорастанию и/или улучшенное прорастание в открытом грунте и полевые качества. Следующий вариант реализации относится к растению, полученному при выращивании праймированного семени, которое может быть получено согласно раскрытому в настоящей заявке способу.
Без дальнейших уточнений считается, что специалист в области техники может использовать настоящее изобретение во всей его полноте, пользуясь описанием выше. Предпочтительные конкретные варианты реализации, описанные в настоящей заявке, следовательно, составлены как исключительно описательные и никаким образом не ограничивающие остальное описание. Далее, хотя настоящее изобретение описано выше со ссылкой на конкретные варианты реализации, не подразумевается ограничение изобретения конкретными формами, описанными в настоящей заявке. Предпочтительнее изобретение ограничено исключительно приложенной формулой изобретения и другие варианты реализации, отличные от описанных выше конкретных вариантов реализации, являются равно возможными в рамках данной приложенной формулы изобретения, например, отличные от описанных выше.
В формуле изобретения термин «включает/включающий» не исключает наличия других элементов или стадий. К тому же хотя индивидуальные признаки могут быть включены в разные пункты формулы, они могут быть выгодно скомбинированы и их включение в разные пункты формулы не означает что сочетание признаков не является реальным и/или полезным.
К тому же употребление единственного числа не исключает множественное число. Термины «первый» и «второй» не исключают множественное число.
Следующие примеры являются лишь примерами и не должны толковаться как ограничивающие рамки изобретения. Предпочтительнее изобретение ограничено только приложенной формулой изобретения.
Определение времени погружения
Время погружения было определено с помощью установления содержания влаги согласно стандарту ISTA (International Seed Test Association, Международная Ассоциация по Контролю Качества Семян, Определение содержания влаги в семенах согласно международному стандарту для проверки качества семян) как интервал, после которого не происходит дальнейшего увеличения содержания влаги. Для мятлика лугового увеличение содержания влаги прекращалось после 135 минут. Следовательно, время погружения составило 135 минут. После погружения можно также определить содержание влаги, которая для мятлика лугового составила 50%.
Определение времени инкубации
Время, необходимое семени для прорастания после насыщения водой, определяли с помощью инкубации семени без уменьшения содержания в них воды. Для мятлика лугового время, необходимое для прорастания семени после насыщения водой, составило 84 часа.
Семена (паприка 200 г, пшеница 500 г, сосна 100 г, мятлик луговой 400 г) погружали в ведро с водой (в пять раз больше воды, чем семян, по объему), периодически переворачивая вручную с аэрированием пузырьками свежего воздуха на предварительно определенное время погружения (см. выше), например, 135 минут для мятлика лугового.
Промежуточное сокращение содержания воды
Влажность семян уменьшали с помощью центрифугирования в течение 6 минут при rcf = 500 и сушки в условиях 35% относительной влажности до содержания влажности, соответствующей влажности насыщенных водой семян с вычетом пяти процентов. Например, до 45% для мятлика лугового.
После уменьшения влажности семена помещали в устройство для переворачивания (см. приложенную фигуру) и инкубировали в атмосферном воздухе с относительной влажностью 95% в течение определенного времени инкубации (см. выше), такого как 84 часа для мятлика лугового.
После инкубации семена высушивали при условиях с 30% относительной влажностью и 30°С до тех пор, пока содержание влаги в семенах не сокращалось до соответствующего содержания, которое наблюдалось до погружения, например 8,9% для мятлика лугового.
Праймирование проводили в соответствии с описанным выше способом для четырех видов (паприки, пшеницы, сосны и мятлика лугового). Время инкубации, содержание влаги (СВ) при инкубации, содержание влаги (СВ) сухих семян и время погружения определены согласно описанным выше способам и изложены в таблице 1.
*СВ = содержание влаги
Влияние праймирования на снижение среднего времени прорастания (СВП), увеличение способности к прорастанию (СП), так же как на время появления проростков, длину проростков и сырую массу проростков различных видов растений, представлены в таблице 2. Размер проростков (длина проростков и сырая масса проростков), представленный в таблице 2, представляет собой массу различного числа проростков и длину проростков после различных периодов времени, указанных ниже:
— Паприка, длина на 16 день, масса, 30 проростков;
— Пшеница, длина на 8 день, масса, 10 проростков;
— Сосна, длина на 15 день, масса, 30 проростков; и
— Мятлик луговой, длина на 15 день, масса, 40 проростков.
Как видно из таблицы 2, настоящий метод праймирования значительно снижает СВП и улучшает способность к прорастанию (кроме пшеницы, чье СП осталось таким же, как и у непраймированных семян). Настоящий метод праймирования также значительно улучшает качество прорастания в поле, как, например, сокращение времени прорастания и увеличенный размер проростков.
1. Способ праймирования семян, включающий стадии:
— обеспечения сухого семени для праймирования;
— погружения указанного семени в водный раствор;
— удаления указанного семени из водного раствора после насыщения указанного семени водой, причем время погружения по меньшей мере равно времени, необходимому для того, чтобы указанное семя вступило во II фазу прорастания, но короче, чем время, необходимое для того, чтобы указанное семя вступило в III фазу прорастания;
— снижения содержания воды в указанном семени на от 1 до 10% по массе; и
— после снижения содержания воды в указанном семени инкубации указанного семени в атмосфере, имеющей относительную влажность по меньшей мере 95%, но менее чем 100%.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанное семя представляет собой семя видов, имеющих эндосперм, голосеменных растений, видов, обладающих периспермом, или семя с перикарпом.
3. Способ по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что время погружения соответствует времени, необходимому для того, чтобы указанное семя вступило во II фазу прорастания.
4. Способ по любому из пп. 1-2, отличающийся тем, что на стадии погружения водный раствор аэрируют и, необязательно, постоянно или периодически перемешивают.
5. Способ по любому из пп. 1-2, отличающийся тем, что на стадии снижения содержания воды в насыщенном водой семени содержание воды снижают на от 2 до 8% по массе.
6. Способ по любому из пп. 1-2, отличающийся тем, что указанное семя инкубируют в течение периода времени, равного или большего, чем период времени, необходимый для прорастания семени, насыщенного водой.
7. Способ по любому из пп. 1-2, отличающийся тем, что указанное семя переворачивают на стадии инкубации.
8. Способ по любому из пп. 1-2, отличающийся тем, что на стадии инкубации происходит постоянная или периодическая замена указанной атмосферы.
9. Способ по любому из пп. 1-2, дополнительно включающий стадию снижения содержания воды в указанном семени после стадии инкубации.
10. Праймированное семя, которое получают согласно способу по любому из пп. 1-9.
11. Растение, полученное путем выращивания праймированного семени по п. 10.
12. Устройство для инкубации семени в соответствии со способом согласно п. 1 в воздушной атмосфере с содержанием кислорода 21% и относительной влажностью по меньшей мере 95%, но менее чем 100%, при этом устройство содержит горизонтальный или расположенный под углом барабан для переворачивания, выполненный с возможностью вращения (1) с крышкой (4), крышка (4) нисходящим образом обеспечена приспособлениями (6, 7) для подачи воды в поток свежего воздуха через крышку (4) и барабан (1) и приспособлением (8) для удаления капелек из потока воздуха/воды, где барабан (1) снабжен выходом для газа (3), причем ось вращения барабана отклоняется от горизонтальной оси менее чем на 30°.
13. Устройство по п. 12, отличающееся тем, что крышка (4) снабжена входным отверстием для свежего воздуха (5), губчатым фильтром (7), насыщенным водой, и полупроницаемой мембраной (8) для удаления капелек воды из потока воздуха/воды.
14. Устройство по п. 12, отличающееся тем, что барабан (1) вращается посредством валов (11), приводимых в движение мотором (12).