Предпосевное облучение семян овощей защищенного грунта

Свежие томаты и огурцы с открытого грунта поступают  в течение трех месяцев, а с  защищенного - в пределах 9-10. По количеству получаемой овощной продукции один гектар остекленных теплиц соответствует 20-30 га овощей открытого грунта, а  по стоимости овощной продукции  эквивалентен 100 гектарам.

В настоящее время тепличный  комплекс Республики включает 27 тепличных  комбинатов с общей площадью 210 га. В прошлом году было введено 40 га энергосберегающих теплиц. Ежегодно в остекленных теплицах республики производится 20-25 процентов овощей от общего объема их производства в  общественном секторе.

За последние 10 лет валовой  сбор тепличных овощей возрос с 34 тыс. тонн в 1996 году до 62 тыс. тонн в 2006 году. Производство тепличных овощей в  расчете на одного жителя республики увеличилось почти в 2 раза. 
Ряд остекленных теплиц в Республике имеют высокую степень износа и используются более 25-30 лет. В этой связи ведется оценка их состояния и планируется с учетом степени их износа, имеющих высокие энергозатраты и низкую рентабельность, вывести из режима круглогодичного использования. 
С учетом введенных новых энергосберегающих теплиц в текущем году планируется произвести более 80 тыс. тонн овощной продукции, а к 2012 году этот показатель должен составить более 100 тыс. тонн. Это позволит выйти на потребление тепличных овощей согласно научно-обоснованным медицинским нормам. 
Планируется продолжить строительство новых теплиц преимущественно на базе крупных тепличных комбинатов, имеющих инженерные сети, инфраструктуру и кадры. Основное строительство новых теплиц намечается осуществить в г. Минске и южных регионах страны. 
 
Для дальнейшего строительства в республике современных энергосберегающих остекленных теплиц разрабатывается проект повторного применения с максимальным замещением импортных комплектующих изделиями отечественного производства для последующего использования тепличными комбинатами. 
В теплицах, пригодных для дальнейшей эффективной эксплуатации, будет завершена реконструкция, включая организацию подачи СО₂ для подкормки растений, обеспечивающую повышение урожайности томатов - до 10%, огурцов - до 15-20%, контурный обогрев теплиц, досвечивание энергосберегающими светильниками. 
Для функционирования теплиц необходимо более 50 видов материалов и оборудования. По всей номенклатуре для выращивания овощных культур определены предприятия-изготовители. 
Предусматривается полное обеспечение комбинатов торфяными субстратами, произведенными на торфопредприятиях республики под полную потребность.

С учетом того, что в ряде европейских стран применяются  теплицы с двойным пленочным  укрытием, что обеспечивает снижение теплозатрат на 25-30% и уменьшение стоимости строительства - в 1,5-2 раза. Программой предусматривается строительство  теплиц с таким типом укрытия  на базе РУП «Институт овощеводства»  для проведения оценки их эксплуатации в весенне-осеннем и круглогодовом  режимах в условиях республики. 
 
Учеными РУП «Институт овощеводства» совместно со специалистами КУСП «ТК «Берестье» создана принципиально новая бессубстратная технология возделывания овощных культур в остекленных теплицах. Она обеспечивает: снижение материальных затрат на производство в сумме $30-32 тыс. или на 35-40%, исключает необходимость импортной закупки минеральной ваты и последующей ее утилизации, обеспечивает получение урожайности томатов 43-45 и огурцов 47-49 кг/м2 и более. Повышается содержание витамина С и растворимых Сахаров, сокращается ряд технологических операций, исключается дренаж питательного раствора. 
Бессубстратная технология начала осваиваться в КСУП «ТК «Берестье» с 2002 года. Так, при выращивании тепличных овощей на различных технологиях в 2001 году было получено валовой продукции 3933 тонн. При внедрении разработанной технологии с комплексом других мероприятий по энергосбережению уже в 2005 г. объем производства овощей составил 6231 тонну, а в 2006 - 6630 тонн и в 2007 году планируется довести этот показатель до 7500 тонн или увеличение составит 1,9 раза. Балансовая прибыль возросла с 453 до 1872 млн дол. США. Рентабельность составит в текущем году более 40%. Данная технология освоена на всей площади в этом комбинате. В настоящее время в республике ведется ее совершенствование и подготовительные работы по централизованному производству всей технологической системы для хозяйств, планирующих освоение новой технологии. Мы готовы также рассматривать вопрос о внедрении данной технологии в тепличных хозяйствах России. 
В настоящее время разрабатывается совместно с российскими предприятиями организационная структура производства и строительства энергосберегающих остекленных теплиц. 
Также для увеличения объемов производства огурцов, томатов и отдельных зеленных культур в весенне-осенний периоды планируется организовать производство их в открытом грунте при тепличных комбинатах, имеющих материальную возможность производить рассаду указанных культур, а также необходимые трудовые и материальные ресурсы. 
 

Предусматривается также  постоянно осуществлять научно-инновационное  и кадровое обеспечение тепличного овощеводства на базе РУП «Институт  овощеводства», РУП «Институт защиты растений», «Центр аграрной экономики», «Института экономики» НАН Беларуси, ГУ «Главная государственная инспекция  по испытанию и охране сортов растений», организовать системное информационное обеспечение специалистов тепличных  комбинатов по новым гибридам и сортам овощных культур, технологиям возделывания и защиты, агрохимическое обеспечение  тепличных комбинатов, маркетинговые  исследования на поставляемые для тепличного овощеводства материалы, оборудование и комплектующие изделия; экономический  анализ деятельности комбинатов, направленный на снижение энергозатрат и себестоимости  продукции. 
 
На базе республиканской лаборатории биологического метода защиты растений ГУ «Главной государственной инспекции по семеноводству, карантину и защите растений» планируется организовать диагностику и анализ растений на заболеваемость в период их вегетации и обеспечить методическими рекомендациями по защите растений биологическими методами. 
 
На базе высших учебных заведений: Белорусская государственная орденов Октябрьской революции и Трудового Красного знамени сельскохозяйственная академия, Белорусский государственный аграрный технический университет, Гродненский государственный аграрный университет и колледжей организовать подготовку специалистов по овощеводству, агрохимии, защите растений и инженерно-технического обеспечения со специализацией для тепличного овощеводства.

2. Применение ионизирующего излучения для предпосевной обработки семян.

Из технологий, основанных на явлении радиационного стимулирования, наибольшее применение в растениеводстве  нашло предпосевное облучение семян  и посадочного материала.

Использование ионизирующей радиации с целью повышения урожая сельскохозяйственных растений привлекает внимание многих исследователей. Вместе с тем в литературе высказываются  противоположные мнения относительно выявления эффекта и применения ионизирующей радиации в сельском хозяйстве.

В основе повышения продуктивности сельскохозяйственных растений с помощью ионизирующих излучений лежит явление радиационного гормезиса, то есть «благоприятный эффект, который выражается в стимулирующем действии на организм малых доз радиации». К малым дозам принято относить дозы порядка 10 Гр. Однако хозяйственно-полезный эффект вызывается облучением в дозах 5-50 Гр. Если принять, что за счет естественной радиации семена за год хранения могут получить максимум 0,2-0,3 Гр, то получается, что стимулирующие дозы в сотни тысяч раз превышают естественную облученность. Поэтому, говоря о предпосевном облучении семян, неправильно использовать термин «малые дозы» и строить теорию воздействия этих доз исходя из предположений об усилении необходимого для жизнедеятельности семян естественного фона облучения.

Гормезис относится к  эффектам, которые не всегда воспроизводятся  на одних и тех же объектах исследования. Причины этой невоспроизводимости  до сих пор не установлены. Кроме  того, гормезис, радиостимуляция охватывают далеко не все функции организма, а преимущественно те, которые  причастны к накоплению биомассы растений и животных и увеличению их плодовитости, что не означает пользу для организма. Поэтому некоторые  исследователи (Ивановский Ю.А. и др.) рассматривают гормезис не как благоприятный  эффект, а как класс событий, в  которых при действии ионизирующего  излучения наблюдается превышение каких-либо жизненных функций, процессов  или физиологических параметров над биологической или физиологической  нормой, результат «гипервосстановления»  от лучевого повреждения.

В отличие от альфа- и бета-излучения гамма-фотоны не имеют заряда и не обладают непосредственным ионизирующим действием. Основными механизмами взаимодействия гамма-излучения с веществом являются:  

1. Фото-эффект. Гамма-квант  (при низкой энергии излучения  до 0,05МэВ), взаимодействуя с орбитальным  электроном внутренней оболочки  атома, полностью передает ему свою энергию, выбивая электрон из электронной орбиты. 

2. Эффект Комптона или  комптоновское рассеяние. Это  эффект упругого столкновения  гамма-фотонов со слабо связанными  орбитальными электронами. Он  состоит в том, что гамма-квант  (при средних энергиях облучения  более 0,2МэВ) передает орбитальному  электрону только лишь часть  своей энергии, превращается в  гамма-квант с меньшей энергией  и отклоняется от своего первоначального  пути. 

3. Образование электрон-позитронных  пар. 

4.Ядерный эффект. 

При облучении семян наблюдаются  первые два эффекта, для 3 и 4 энергии  гамма-квантов недостаточно. 

Теория свободных радикалов  объясняет радиобиологический эффект не столько прямым действием поглощенной  энергии (как в теории мишени), сколько  косвенным, или вторичным, действием  высокореакционных продуктов радиолиза  веществ, составляющих клетку, и прежде всего, радиолиза воды. Свободные  радикалы существуют довольно долго  при отсутствии свободной воды, трудности  доступа кислорода и температурных воздействий. При набухании облученных семян и начале прорастания происходят многочисленные повреждения внутренних структур, поверхностей раздела фаз, оболочек и мембран, активируется ряд ферментов, (усиливаются окислительные ферментативные процессы, начинается более быстрая мобилизация питательных веществ семени, что и приводит к лучшему прорастанию облученных семян, к ускорению развития проростков и лучшему их укоренению. (рис. 1) [3] 

Рис. 1. Схема ведущих процессов  в предпосевном облучении семян 

CP — свободные  радикалы; ПР — перекисные радикалы; БАВХП -— биологически активныевещества  хиноидной природы; МСФ — мембрано-связанные  ферменты; П — полифенолоксидазы;  Г— гилролазы; Л — липазы; Пр  — протеиназы; ЗВЭ — запасные  вещества эндосперма; РБВ — рост боковых ветвей; УГО — увеличение генеративных органов; УЦ — ускорение цветения; Ф — усиление фотосинтеза; ПЭ — природные эффекторы (фитогормоны, ростовые факторы).  

В определенном диапазоне  доз ядерные излучения обладают стимулирующим действием. Такая  стимуляция обнаруживается у всех биологических  объектов, начиная с одноклеточных  и кончая высокоорганизованными  растениями и животными. Впервые  эффект радиационной стимуляции был  получен на растениях и описан М. Мальдинеем и К. Тувиненом в 1989 г., т. е. всего лишь через 3 года после  открытия рентгеновских лучей. Ускорение  прорастания семян, облученных рентгеновскими лучами, привлекло внимание многих исследователей, работавших с ионизирующими  излучениями. В последующие годы появилось большое количество работ, посвященных радиационной стимуляции растений. Среди них предпосевное гамма-облучение семян сельскохозяйственных растений, овощных культур, кормовых трав с целью повышения урожая и улучшения качества продукции. Так, семена салата имеют всхожесть 25...35 %. При гамма-облучении их всхожесть  увеличивается до 65 %. Семена лаванды при облучении дозой 10 Гр на 30-й день повышают всхожесть с 7 до 28 %. В Болгарии внедрен в практику метод предпосевного гамма-облучения семян томатов, выращиваемых в условиях закрытого грунта. Метод позволяет ускорить сбор урожая на 10... 12 дней.

Облучение семян в стимулирующих  дозах перед их посевом приводит не только к ускорению прорастания  семян, но и к увеличению урожая и  улучшению его качества. Хорошо известно, что семена в момент их прорастания  очень восприимчивы к действию различных  физических и химических агентов, которые  способны влиять на их развитие. Именно на этом основаны такие известные  методы их обработки, как яровизация, прогрев УВЧ, намачивание в растворах  ростовых веществ, микроэлементов, приводящих к ускорению развития и повышению  урожая.

Сравнительный анализ конечных эффектов применения всех этих методов, так же как и гамма-облучения, показывает, что они однотипны. Применение любого из этих методов при неблагоприятных  условиях увеличивает урожай на 10... 12 %. Однако метод гамма-облучения  имеет ряд преимуществ:

простота и постоянство  действия облучательных установок, для работы на которых не требуются  высококвалифицированные специалисты;

равномерность воздействия  на семена облучения;

точность дозировки при  облучении;

возможность обработки больших  объемов материала.

Изучая процесс радиационной стимуляции на молекулярно-био-химическом уровне, радиобиологи показали, что  облучение растений приводит к активации  многих процессов обмена: усиливается  синтез нуклеиновых кислот, белков, гормонов, повышается активность некоторых  ферментов, изменяется проницаемость  мембран, усиливается поступление  в растения питательных веществ. Все это приводит в итоге к  ускорению роста и развития растений. Однако пусковой момент, по мнению А.М. Кузина, — дерепрессия и активизация  под влиянием радиации определенной группы генов. Вещества, которые запускают  весь процесс активации генома, так  называемые триггер-эффекторы, могут  не только образовываться в клетке в результате измененного под  действием облучения метаболизма, но и быть привнесенными извне  — из других тканей, внешней среды.

В 1976 г. А.М. Кузин высказал гипотезу, что при лучевой стимуляции в качестве триггер-эффекторов могут  выступать хиноны, образующиеся из полифенолов в результате радиационно-химических реакций окисления и активации  полифенолоксидаз. Обнаружение этих веществ практически возможно только при больших дозах облучения, когда они образуются в высоких  концентрациях (10-3... 10-4 М), угнетающих развитие, поэтому их первоначально и назвали радиотоксинами. В малых же концентрациях (10-7... 10-8 М) эти вещества действуют стимулирующе.

Как известно, основная поглощенная  объектом энергия ионизирующего  излучения реализуется в образовании  высокореактивных свободных радикалов, что способствует усилению первичных  окислительных процессов. Свободные  радикалы в значительных количествах  образуются в белках и липидах  биомембран, что приводит к получению  липидных перекисей и активных хинонов. Происходящие при этом конформационные  сдвиги во внутренней структуре мембран  клетки изменяют не только ее проницаемость, но и активность мембранных ферментов. Одним из таких наиболее хорошо изученных  ферментов мембран является аденилатциклаза (АЦ), регулирующая уровень циклического аденозинмонофосфата (ЦАМФ) в организме. ЦАМФ влияет на скорость фосфорилирования белков, а также является посредником  в действии многих гормонов на геном  клетки. Широко известно, что ростовые гормоны, фитогормоны дерепрессируют гены в низких дозах, а в повышенных концентрациях действуют как  ингибиторы, как токсические вещества. Хиноны, воздействуя на мембраны, активируют АЦ и через ЦАМФ вызывают дерепрессию  генома. Активация генов в облученных объектах возможна и в результате непосредственного действия триггер-эффекторов на хроматин ядра. Так, еще в 1966 г. на изолированных клеточных ядрах  было показано, что ортохиноны (например, допахинон) быстро проникают в ядра, соединяются с гистонами и  тем самым снимают неспецифическую  блокаду генома этими белками. Как  следствие происходит усиленный  синтез информационных РНК, белков, ферментов  и фитогормонов, индуцирующих метаболические процессы. Это в свою очередь существенно  сокращает фазы клеточного цикла  на ранних стадиях развития. Так, например, по данным И.Н. Гудкова (1976 г.), гамма-облучение семян кукурузы в дозах от 5 до 10 Гр вызывало в клетках увеличение на 2 % митотической активности и уменьшение длительности цикла за счет G-1 и G-2 фаз с 13,8 до 10,4 ч.