Прорастание семян – это сложный процесс, влияющий на все последующие этапы развития растений. Стимулирование качественного прорастания семян является залогом хорошего урожая.
Ученые разных стран ищут новые способы активизации этих процессов. Например, в Институте металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) используют нанопорошки железа и других металлов.
В растительных клетках железо стимулирует физико-химические процессы на атомном уровне. Ключевая роль железа заключается в участии образования фотосинтетического зелёного пигмента – хлорофилла. При недостатке этого элемента растение теряет рост и зеленый окрас.
Наножелезо содержит свободные активные электроны и активизирует процессы прорастания семян. Оно служит дополнительным источником энергии, необходимой для осуществления процесса "дыхания" растений. Зародыши семян первоначально получают энергию за счет поглощения кислорода и выделения углекислого газа. Только после появления у проростков зеленых листьев они сами начинают синтезировать вещества, необходимые для жизнедеятельности. Таким образом, на начальном этапе развития растения роль железа очень велика.
Для ускорения роста семян их можно обработать наночастицами железа перед посевом. Наночастицы в силу своих ультрамалых размеров легко проникают в растительные клетки через их мембраны. Обладая большой поверхностной энергией, они активизируют внутреннюю биологическую деятельность клетки и ускоряют в ней обмен веществ.
За счет мобилизации и повышения активности клеток происходит ускоренное развитие растений, усиливается их иммунитет, стрессоустойчивость, защита от неблагоприятных воздействий окружающей среды. Такие растения дают повышенный урожай, лучше переносят засуху, недостаток микроэлементов в почве, другие негативные явления.
Для обработки семян можно использовать суспензию наноразмерного железа. Определенное количество нанопорошка смешивают с водой при помощи ультразвуковой ванны, а затем полученную густую суспензию разводят до нужной концентрации.
Например, суспензия с концентрацией наноразмерного железа 0,001% положительно влияет как на энергию прорастания, так и на всхожесть семян яровой пшеницы. Наножелезо также улучшает всхожесть томатов и перца. В случае увлажнения этих семян оптимальной концентрацией наноразмерного железа на 10-й день развития у них в 2 раза увеличивается соотношение наземной части к корневой.
Увлажнение семян хлопчатника перед посевом суспензией наноразмерного железа с концентрацией 0,003% повышает всхожесть этих семян в полевых условиях в среднем на 5-7%. Обработанные клубни картофеля также развиваются активнее. Растения картофеля, обработанного наноразмерным железом с концентрацией 0,004%, цветут полностью (100 %), хотя в контрольном варианте фаза цветения отмечается лишь у 62% кустов.
Таким образом, предпосевная обработка семян различных растений наножелезом является весьма эффективным способом его применения в сельском хозяйстве. При этом научные исследования показывают, что эффект дает не только железо, но и другие микроэлементы: Cu, Co, Mo, Mn.
Разные нанопорошки по-разному влияют на сельскохозяйственные культуры. В общем случае можно говорить, что обработка семян сельскохозяйственных растений наноматериалами дает следующие результаты.
По пшенице: рост урожайности на 12-20% и увеличение клейковины зерна на 24%. По подсолнечнику: рост урожайности на 15-20% и увеличение содержания масла в семенах на 10%. По кукурузе: рост урожайности на 20-25% и увеличение содержание аминокислот в листостебельной массе на 20% и на 7,6% - в початках. По хлопчатнику: рост урожайности на 15-17%. По сахарной свекле: рост урожайности на 20-30% и увеличение доли сахара в свекле до 20%. По картофелю: рост урожайности на 20-30% и увеличение товарности картофеля, его “лёжкости” на 4-10%.
В последние годы становится перспективным выращивание ростков пшеницы и других зерновых культур. Молодые зеленые побеги пшеницы (wheatgrass) используют как продукты питания для здорового образа жизни. Свежий сок из ростков пшеницы обладает целым комплексом витаминов, макро- и микроэлементов, аминокислот, необходимых человеку. Он не содержит глютена, хорошо усваивается организмом, повышает уровень гемоглобина в крови, ускоряет детоксикацию.
Объемы производства ростков пшеницы Витграсс увеличиваются из года в год. В настоящее время их производят в закрытых помещениях с использованием гидропоники. В качестве конечной продукции выступают ростки пшеницы, свежие и замороженные соки из них, а также сухие порошки.
В лаборатории №24 ИМЕТ РАН проводилось изучение влияния различных наноматериалов на выращивание ростков пшеницы. В процессе опытов применялись регуляторы биологического роста на основе порошков и коллоидных растворов наноразмерных частиц металлов и неметаллов. Исследовались биологически активные добавки разных элементов (серебро, кальций, фосфор, железо, медь, селен, кремний и др.).
В гидропонных установках проводили выращивание отборной пшеницы марки Vitavim Био с использованием разных методов обработки семян: замачивания семян в суспензии, добавление наноэлементов в гидропонный раствор и др. В ходе исследований изучалось влияние наноэлементов на развитие микрозелени, ее продуктивность и качество, рассчитывалась экономическая эффективность каждого вида испытуемого наноэлемента, каждой применяемой технологии.
Как показали опыты, наибольшую перспективу в применении нанопрепаратов для выращивания ростков пшеницы имеют коллоидные растворы серебра, трикальцийфосфата, селена, кремния и железа. Замачивание и опрыскивание такими растворами зерна отборной пшеницы за 7 дней дает прирост зеленной массы на 12-40%. Применение коллоидных наноэлементов дает увеличение всхожести семян на 12-25%, прироста массы корней на 15-25%.
В случае недостатка влаги и ограничения поступления воды преимущества растений из зерна, обработанного нанорастворами, становятся еще выше. Прирост зеленой массы достигает 70% от контрольного варианта, что хорошо видно на рисунке ниже. Таким образом, предпосевная обработка зерна пшеницы наноматериалами может найти широкое применение при посевах пшеницы в жарких, засушливых регионах России и других стран мира.
Можно отметить также перспективность применения коллоидных растворов при выращивании микрозелени в теплицах (шпинат, базилик, редис, рукола, горох). Обработка такими растворами, например, семян базилика на 30-80% ускоряет их прорастание и набор зеленой массы. Разница прорастающих листьев обработанных и необработанных семян базилика наглядно видна на рисунке ниже.
Предпосевная обработка семян комплексом наноэлементов (Ag, Fe, P, Ca, Zn, Si) позволяет снижать заболеваемость проростков различным бактериями и гнилями, дополнительно обогащать ростки минералами. Это дает возможность выращивать специальную микрозелень с повышенным количеством необходимых человеку или животным тех или иных микроэлементов.
Перешедшие из питательного раствора в растения минеральные вещества при переработке остаются в соке или сухом экстракте зелени после сушки, поэтому обогащенный субстрат может использоваться как сухое сырье для производства таблеток или капсул биоактивных добавок (БАДов).
Проведенный расчет экономической эффективности выращивания обогащенной микрозелени показал, что на 1 рубль, вложенный в покупку наностимуляторов роста, можно получать до 10-15 рублей чистой прибыли.
Подробнее по теме использования коллоидных наноматериалов можно посмотреть по ссылке: https://colbis.ru
