Аннотация. Проведённое исследование позволило расширить представление о влиянии на растительные организмы импульсных электромагнитных полей (ЭМП) как фактора, вызывающего неспецифическую реакцию – развитие положительного стресса (эустресса). Полученные результаты обработки растений слабыми импульсными ЭМП по выраженному количественному и качественному эффекту подтвердили возможность использования данной технологии для повышения урожайности зерна на больших площадях, улучшения количественных показателей посевного материала после обработки в поле по сравнению с предпосевной обработкой (в мешках). В то же время обработка семян ярового ячменя перед посевом позволила снизить процент белка в зерне более чем на 22 % по сравнению с контролем (в котором обработка ЭМП не проводилась), приблизив его к пивоваренным стандартам. Технология дистанционной обработки ЭМП позволяет улучшить агротехнические показатели зерновых культур, а именно повысить урожайность на 7–48 %, а также снизить содержание микотоксинов в зерне. Полученные результаты свидетельствуют о высокой перспективности применения дистанционной электромагнитной технологии «ТОР» для повышения климатической устойчивости зерновых культур в различных сельскохозяйственных зонах.

Ключевые слова: дистанционное электромагнитное воздействие, электромагнитные поля (ЭМП), эустресс, злаки, урожай, агротехнические показатели, частота.

Известно, что электромагнитные поля, особенно низкочастотные, могут влиять на устойчивость растений к неблагоприятным факторам. ЭМП в низкочастотном диапазоне возникают в природе за счёт так называемых резонансов Шумана, возбуждаемых грозовыми разрядами. N.S. Mshenskaya и др. показали влияние воздействия магнитного поля (14,3 Гц, что соответствует второй гармонике Шумана) на транспирацию и фотосинтез пшеницы, возделываемой в условиях засухи. Наряду с постоянным геомагнитным полем (так называемым главным геомагнитным полем) на представителей биоты воздействуют переменные электромагнитные поля в разном диапазоне волновых и частотных характеристик. Ряд исследований подтвердили влияние ЭМП на важнейшие физиологические процессы, включая митоз, антиоксидантный статус и др. Показано, что переменные ЭМП приводят к изменению метаболизма этилена у растений томата. Воздействие в течение 5–15 мин. на плоды томата ЭМП частотой 9,3 ГГц приводит к снижению экспрессии генов, связанных с этиленсинтазой и синтазой аминоциклопропан-1-карбоновой кислоты. На основании полученных результатов авторами был сделан вывод, что микроволновое воздействие после сбора урожая можно применять для продления срока хранения плодов томатов.

В неблагоприятных условиях абиотического стресса, таких, как засуха, засоление почвы и её загрязнение тяжёлыми металлами, ЭМП уменьшают воздействие стресса, индуцируя синтез антиоксидантов и снижая окислительный стресс у растений. Замедление роста растений при различных световых и температурных условиях можно преодолеть воздействием ЭМП, вызывающих эустресс. При применении электромагнитных технологий на растения происходит прямое воздействие на ионы кальция Са2+. Значимость ЭМП в развитии растений, их росте и урожайности подчёркивается исследованиями биологической активности, инициируемой слабыми импульсными ЭМП. Однако многочисленные эксперименты с проростками различных видов растений, обработанными ЭМП, показали, что рост их первичных корней на ранних стадиях прорастания угнетается по сравнению с контролем. Под действием слабых ЭМП в меристеме корней растений снижаются пролиферативная активность, функциональная активность генома и размножение клеток, происходит перенасыщение Са2+ во всех органеллах и в цитоплазме, в отличие от контрольных растений. Представленные данные позволяют предположить, что длительное воздействие ЭМП на растения может вызывать различные биологические эффекты на клеточном, тканевом и органномa уровнях. В ходе эволюции растения, как и любой другой организм, приспособились к существующему электромагнитному фону, и изменения этого фона могут нарушать гомеостаз организма растений, приводя к разнообразным реакциям. В данном исследовании дана оценка влияния дистанционной электромагнитной обработки семян на основные зерновые культуры – озимую пшеницу и яровой ячмень. Оценена эффективная дальность действия электромагнитной технологии «ТОР», которая в полевых экспериментах составляла 100 м и более.

Материал и методы. В исследованиях были выбраны семена озимой пшеницы сорта Ермоловка и ярового ячменя сорта Новониколаевский. Полученные данные были обработаны стандартными статистическими методами.

1.1 Первая серия экспериментов. Перед посевом семена подвергались дистанционной обработке ЭМП аппаратом «ТОР» в течение 10 мин. с частотой импульсов 125 Гц. Показатели периодического магнитного поля на расстоянии 10 см от излучателя прибора «ТОР» не превышали 1,5 мкТл с точностью 0,22 мкТл, электрическая компонента не превышала 214 В/м с точностью 32 В/м. м, плотность мощности излучения на частоте 2,45 ГГц не превышала 36 мкВт/см2. Для изучения влияния суточной изменчивости растений, обусловленной циркадными механизмами, обработку ЭМП проводили в период с 05:00 до 13:00. Семена озимой пшеницы и ярового ячменя обрабатывали двумя способами: сухие семена и семена в почве, оба варианта по 10 мин. Для каждого варианта опыта (5 повторностей) было взято по 50 семян. Растения проращивали в течение 10 дн. в климатической камере «Фитотрон» (условия освещения 16 × 8, фитолампы, влажность – 60 %) на дерново-подзолистой почве: рН – 5,5; гидролитическая кислотность – 1,53 ммоль/100 г; подвижный фосфор – 906,5 мг/ кг; подвижные соединения цинка – 9,90 мг/кг, подвижные соединения марганца – 5,12 мг/кг, подвижные соединения меди – 2,86 мг/кг, подвижные соединения серы – 15,3 мг/кг, подвижные соединения калия – 71,7 мг/кг; обменный кальций – 12,0 мг/кг, обменный магний – 6,50 мг/кг, азот щелочногидролизуемый – 151 мг/кг.

Учитывали рост растений (надземную и корневую части) и массу растений.

1.2 Вторая серия экспериментов. Исследования проводились в Волгоградской области, в лаборатории селекции, семеноводства и питомниководства Федерального научного центра агроэкологии РАН (лабораторные) и на земельном участке Федерального научного центра агроэкологии им. Российской академии наук, Камышинский р-н, пос. Госселектстанция (полевые). Объектом исследования были семена ярового ячменя. Обработку семян проводили на аппарате «ТОР»: экспозиция обработки – 15 мин. каждый вариант, повторность – 4 раза. Были проведены следующие варианты обработки: 1. Контроль – без обработки; 2. Обработка семян перед посевом; 3. Обработка после посева в почву.

Результаты и обсуждение. Циркадный ритм растительных организмов включает 24-часовой цикл с 16-часовым световым периодом и 8-часовым ночным периодом. Различия в действии абиотических и биотических факторов среды в разные дни суток оптимизируют эффективность адаптивных реакций на стрессовые факторы, изменение активности и содержания гормонов в тканях, морфогенеза и активности метаболических процессов. Нашей команде было чрезвычайно важно определить реакцию изучаемых растений на действие импульсного ЭМП в зависимости от суточного цикла.

2.1 Первая серия экспериментов. В первой серии опытов оценивали зависимость показателей роста растений от обработки ЭМП предпосевных семян в разное время суток. Как видно по таблице 1, наибольшие значения изучаемых показателей после воздействия ЭМП выявлены в период с 07:00 до 11:00. Для минимизации влияния суточной изменчивости растений, обусловленной механизмами циркадности, на величины реакции растительных организмов на электромагнитное воздействие обработку проводили с 09:00 до 10:00. В этом эксперименте для каждой культуры было проведено 5 повторностей. Как видно по данным таблицы 2, обработки ЭМП приводят к достоверному увеличению длины листьев как у пшеницы, так и у ячменя (P < 0,05) при их обработке in-situ (обработка семян в почве).

Таблица 1

1. Характеристики фенологических и биометрических показателей после обработки аппаратом «ТОР» семян ярового ячменя в разное время суток

Таблица 2

2. Биометрические показатели после обработки ЭМП семян озимой пшеницы и ярового ячменя аппаратом «ТОР»

Сложность определения длины корней не позволяет сделать однозначные выводы о влиянии ЭМП на эту часть растений. Однако весовые показатели свидетельствуют о том, что средняя масса растений (рис. 1) значительно выше у обработанных растений пшеницы и ячменя (P < 0,05). Обработка семян ярового ячменя аппаратом «ТОР» с разной продолжительностью экспозиции (табл. 3) показала, что лучший результат по всхожести наблюдался при длительной обработке семян – 30 мин., тогда как лучшие показатели длины растений характерны при кратковременной экспозиции – 5 мин. Наилучшее развитие корневой системы растений отмечалось при среднем времени экспозиции 10 – 15 мин.

2.2 Вторая серия экспериментов. В следующей серии опытов оценивали влияние ЭМП аппарата «ТОР» на урожайность и качество зерна ярового ячменя при различных вариантах обработки семян и посевов. В полевых условиях количество всходов в контрольном варианте находилось в пределах 81 %, тогда как семена, обработанные ЭМП, улучшили результаты на 5 – 17 %. Максимальное увеличение полевой всхожести по сравнению с контролем, а также таких показателей, как коэффициент кущения, длина корня и высота растений, наблюдалось при обработке семян In-Situ после посева (табл. 4). В полевом опыте также выявлена разница в урожайности зерна ярового ячменя между вариантами при обработке аппаратом «ТОР». Вариант предпосевной обработки семян продемонстрировал более интенсивное развитие ассимиляции. В дальнейшем в фазу восковой спелости и подсчёта продуктивных стеблей лучший результат урожайности по сравнению с контрольным вариантом (без обработки – 2,29 т/га) установлен на варианте обработки семян аппаратом «ТОР» в почве после посева (4,61 т/га), что превышало контрольный вариант на 48 % (табл. 5). В зависимости от вариантов обработки наблюдалось снижение содержания белка в зерне, что является положительным показателем ячменя для пивоваренных стандартов. Наименьшее содержание белка отмечено на варианте обработки семян ячменя аппаратом «ТОР» перед посевом. В таблице 6 представлен анализ качества зерна при различных вариантах обработки. После обработки происходило явное снижение содержания такого микотоксина, как зеараленон – продукта гриба рода Fusarium graminearum. Зеараленон часто является причиной эстрогенных реакций у животных при использовании контаминированного этим возбудителем кормового зерна. Содержание других микотоксинов в зерне было достоверно ниже, чем на контрольном варианте. Эти результаты показывают, что обработка ЭМП может привести к снижению содержания фитотоксинов в продуктах.

Весовые показатели растений после обработки ЭМП

Таблица 3

3. Зависимость биометрических показателей ярового ячменя после обработки семян аппаратом «ТОР» от продолжительности экспозиции

Таблица 4

4. Структура ярового ячменя после обработки аппаратом «ТОР» в поле при подборе растений на 1 м2 в фазу продуктивного кущения

Таблица 5

5. Качественные показатели зерна ярового ячменя в зависимости
   от варианта обработки аппаратом «ТОР», %

Таблица 6

Влияние электромагнитной обработки на содержание микотоксинов в зерне ячменя

Выводы. Проведённые исследования позволили расширить представление о механизмах действия слабых импульсных электромагнитных полей (ЭМП) на растительные организмы как фактора, вызывающего развитие неспецифической реакции – эустресса. Эти результаты подтверждают возможность повышения урожайности сельскохозяйственных культур путём обработки ЭМП больших площадей сельскохозяйственных угодий на разных стадиях вегетации. У семян, обработанных ЭМП, увеличивается скорость прорастания, повышаются всхожесть и показатели морфологии растений Обработка ЭМП в большей степени стимулировала ростовые показатели посевных семян, обработанных непосредственно в поле. Вариант обработки семян перед посевом (непосредственно в мешках) снизил содержание белка в зерне более чем на 22 % по сравнению с контрольным вариантом (без обработки ЭМП), приблизив его к пивоваренным стандартам. Такое снижение, по мнению авторов, произошло из-за возбуждения семян и резкого потребления влаги и запасов питательных веществ. Следует отметить, что технология обработки семян аппаратом «ТОР» позволяет обеспечить устойчивость растений к факторам окружающей среды, в результате чего на высоко засушливых землях (Волгоградская область, Россия) повышается урожайность на 48 %, а также снижается содержание микотоксинов в зерне. Полученные результаты показывают высокие перспективы использования технологии обработки семян аппаратом «ТОР» для увеличения урожаев зерновых в районах с засушливым климатом.

Смотреть оригинал.