ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ВНЕШНИХ ФАКТОРОВ СРЕДЫ НА ВСХОЖЕСТЬ СЕМЯН РАСТЕНИЙ, ПРОИЗРАСТАЮЩИХ В СУРОВЫХ ПРИРОДНЫХ УСЛОВИЯХ

АННОТАЦИЯ

Целью настоящего исследования была оценка влияния УФ-лучей и электромагнитного импульса на прорастание перспективных лекарственных и эфиромасличных растений шалфея (Salvia officinalis L.), лаванды (Lavandula angustifolia L.) и календулы (Сalendula officinalis L.). Семена S. officinalis L. подвергались воздействию ультрафиолетовых лучей (УФ) и электромагнитного импульса (ЭМИ) по отдельности и в сочетании (УФ + ЭМИ), наибольшая эффективность УФ + ЭМИ (81 %) и УФ (77 %) была достигнута на опытном поле в Муйнакском районе Республики Каракалпакстан. При обработке семян L. angustifolia L. ультрафиолетовыми лучами (УФ) и электромагнитным импульсом (ЭМИ) по отдельности и в сочетании (УФ + ЭМИ) выявлены различные показатели прорастания. Однако у лаванды самая высокая всхожесть семян была получена при УФ + ЭМИ (80 %) и УФ (78 %). При обработке семян Calendula officinalis L. их наибольшая всхожесть наблюдалась при воздействии УФ+ЭМИ (84 %) и УФ (80 %).

ABSTRACT

The aim of this study was to evaluate the effect of UV rays and electromagnetic pulse on the germination of promising medicinal and essential oil plants sage (Salvia officinalis L.), lavender (Lavandula angustifolia L.) and calendula (Сalendula officinalis L.). The seeds of S. officinalis L. were exposed to ultraviolet rays (UV) and electromagnetic pulse (EMP) separately and in combination (UBN + EMP), the highest efficiency of UV + EMP (81 %) and UV (77 %) was achieved in the experimental field in the Muynak district of the Republic of Karakalpakstan. When treating L. angustifolia L. seeds with ultraviolet rays (UV) and electromagnetic pulse (EMP) separately and in combination (UV + EMP), different germination rates were revealed. However, the highest seed germination of lavender was obtained with UBN + EMP (80 %) and UV (78 %). When treating Calendula officinalis L. seeds, the highest seed germination was observed under exposure to UV+EMR (84 %) and UV (80 %).

Ключевые слова: эфирное масло, лекарственный шалфей, семена, всхожесть, электромагнитное поле, ультрафиолетовые лучи, метод, прорастание.

Keywords: Sage (S. officinalis L.), lavender (L. angustifolia L.), essential oil, medicinal use, UV rays, electromagnetic field, seed germination.

Введение. В эпоху передовых технологий ультрафиолетовые лучи, электромагнитные волны и ультразвуковые волны широко используются в медицине, передовых отраслях биологии, в фармацевтике, при производстве лекарств, в различных отраслях сельского хозяйства. Ультразвуковые волны широко применяются в медицине не только в диагностических, но и в лечебных целях, причем ключевую роль в этом играет их воздействие на ферментную систему [13]. В то же время проводится много исследований по использованию ультрафиолетовых и электромагнитных лучей не только в медицине, но и в сельском хозяйстве для повышения всхожести семян и повышения их приспособленности к неблагоприятным условиям [12]. И всвязи с этим к числу актуальных задач относятся научное изучение, анализ и выращивание эфиромасличных растений, произрастающих в естественных условиях, а также в суровых природных. При этом основное внимание уделяется получению из растений лекарственных средств, используемых в медицинской сфере, и сохранению их натуральности [11].

В последние годы в большинстве стран мира, в том числе и в Республике Узбекистан, проводятся последовательные реформы по охране и переработке эфиромасличных растений, а также созданию плантаций, на которых эти растения культивируются [1]. Технология выращивания лекарственных растений в специализированных хозяйствах и лесохозяйственных предприятиях нашей страны до конца не разработана, уход за ними внедряеться практически без научной основы. Поэтому разработка рекомендаций по выращиванию эфиромасличных растений в различных почвенно-экологических условиях, повышению всхожести семян, улучшению показателей всхожести с помощью обработки семян ультрафиолетовыми лучами и электромагнитом, подбор солеустойчивых видов растений имеет большое научное и практическое значение.

Ученые зарубежных стран и нашей Республики проводят научные исследования в различных направлениях по высадке сельскохозяйственных растений с высокими лечебными свойствами и повышению индекса всхожести. Например, С.Н. Кудряшов (1937) в своей монографии «Эфиромасличные растения и их выращивание в Средней Азии» представил анализ результатов интродукционных опытов 23 видов эфиромасличных растений с учетом их роста и особенностей в географических условиях. Он доказал, что интродукция многолетних растений из Средиземного моря, Южной Европы, Северной Африки, Азии, Ирана, Афганистана, Атлантических районов Северной Америки, субтропического Китая и Японии, а также однолетних лекарственных растений из Индии и Цейлона в различных почвах и климатических условиях Узбекистана дают эффективные результаты, на основании этих данных разработал рекомендации по их выращиванию [4].

В настоящее время для обеспечения быстрого произрастания семян растений, посаженных в сельском хозяйстве высокими темпами, проводится значительная работа по стимуляции клеток растений и повышению их энергоемкости путем воздействия на их клетки ультрафиолетовыми лучами и электромагнитными импульсами.

По данным А. Мухамадиева и других [6], благодаря обработке семян сельскохозяйственных культур ультрафиолетовыми (УФ) лучами ускоряется прорастание семян, улучшаются физиологические показатели, в результате чего растения, выращенные из облученных семян, быстро растут.  Жизнеспособность семян повышается под влиянием УФ. По результатам исследования пропускание длинноволновых ультрафиолетовых лучей составило от 4 % до 10 % в зависимости от вида растения и строения семян. Коротковолновые ультрафиолетовые лучи практически полностью поглощаются семенной кожурой сельскохозяйственных культур. В этих случаях коэффициент пропускания семян невысокий, поскольку пропускание коротковолновых ультрафиолетовых лучей составляет около 300 нм. По M.R. Davey, P. Lynch, A.  Goldsworth, при воздействии на семена растений ультрафиолетовых лучей наблюдаются изменения в проницаемости биологических мембран клеток, уровень окисления липидов рН и аденозинтрифосфата (АТФ), что усиливает биоэнергетические и биосинтетические процессы и увеличивает энергетический потенциал семян. В семенах ультрафиолет мобилизует скрытые ресурсы, которые идут на усиление роста и развития растений [21]. В связи с этим изучение влияния УФ на генетический аппарат семян и сельскохозяйственных культур является актуальной задачей электробиологической науки [10].

Влияние электромагнитных лучей на биологические процессы изучают со второй половины XX века. Многие годы учёные считали, что электромагнитные поля оказывают на организм лишь тепловое воздействие. В настоящее время исследования показали, что электромагнитные лучи воздействуют на организмы на разных уровнях [3; 15].

В настоящее время отечественными и зарубежными учеными проводятся научные исследования по изучению и научному обоснованию процессов, наблюдаемых в семенах растений вследствие воздействия на семена растений слабых и очень низкочастотных электромагнитных импульсов. Свою научную деятельность они в основном сосредоточили на изучении биоэффекта магнитного поля, полезного для растений [6; 8].

А. Мухаммадиев [7] и М. Исмаилов [2] отметили, что различные физические факторы по-своему влияют на процесс прорастания семян.

В работах А.М. Мухаммадиева, Н.Г. Джабарова, А.М. Денмухаммадиева [2] приведены данные о влиянии электромагнитного поля на семяна растений, в результате их обработки электромагнитным полем обнаружено ускорение обмена веществ, активности ферментов и различных биохимических процессов в них. В результате воздействия этих процессов, несмотря на низкую температуру, сеянцы проросли на 2–3 дня раньше контроля, а также была определена их устойчивость к почвенным болезням.

По данным Х.Б. Мирзоахмедова было обнаружено, что растения высокочувствительны к электромагнитным импульсам на разных стадиях своего развития [5].

Принимая во внимание вышеизложенное, наши научные исследования были направлены на совершенствовании технологий выращивания эфиромасличных растений, произрастающих в районе Мойнак в республике Каракалпакиста.

Методика. В исследованиях использовали эфирномасличные и лекарственные растения, такие как шалфей – Salvia officinalis L., лаванда – Lavandula angustifolia L и ноготки – Сalendula officinalis L. Утром 4 апреля 2019 года и 11 апреля 2019 года семена отборных растений были подвергнуты УФ-облучению в диапазоне 340 нм излучения и обработке электромагнитным полем при низких частотах 4 Гц в лаборатории Министерства сельского хозяйства Республики Узбекистан акционерном обществе «БМКБ-Агромаш». Облучение растений проводились по методу А.М. Мухаммадиева и А.К. Тонких [7; 9].  В ходе исследования были использованы методы наблюдения и анализа при изучении плодородия растений в полевых условиях.

Результаты исследования. Исследования проводились на лекарственном шалфеи (Salvia officinalis L.) лаванде (Lavandula angustifolia L.) и календуле (Сalendula officinalis L.). Обработку отборных семян эфиромасличных растений УФ и электромагнитным импульсом (ЭМИ) проводили в 3 этапа (табл. 1).

Таблица 1.

Вид и время обработки семян Salvia officinalis L. разными методами

На первом этапе семена обрабатывали УФ, на втором этапе – ЭМИ, на третьем этапе – УФ+ЭМИ, с каждого вида растений было собрано по 300 семян (для каждого этапа по 100 семян), а для контроля было отобрано по 100 семян. Семена сортировали методом определения качества семян растений.

Обработанные семена высевали в тот же день с интервалом 3–5 часов в полевых условиях. Если обработанные семена высеять позже, показатели продуктивности плодородия снизятся и процессы, влияющие на семена, уменьшатся. Поскольку эффективность использования УФ-излучения и ЭМИ во многом зависит от равномерности облучения семян и количества поглощаемой ими энергии, то для каждого вида семян существует оптимальное количество поглощаемой УФ и ЭМИ энергии, дающее максимальный эффект [14].

Для посева семян использовался традиционный метод посадки. Междурядье и расстояние были рассчитаны и посадка произведена согласно плану.

На первом этапе семена Salvia officinalis L., Lavandula angustifolia L. и Сalendula officinalis L. облучали УФ лучами и анализировали показатели всхожести (рис. 1).

Семена облученных растений высеивали в обычном порядке, т. е. семена высеивали на глубину 2–3 см, на расстоянии 20–25 см друг от друга и междурядье составило 50–60 см.

Результаты исследования показали, что показатель всхожести семян Salvia officinalis L., облученных 3 разными уровнями УФ, был различным. Наилучшие результаты наблюдались у семян, обработанных в течение 20 минут. Семена, обработанные УФ-излучением, имели высокую всхожесть –77 %, по сравнению с контрольными семенами – на 15 % выше, эти результаты являются хорошим показателем для территории с умеренным засолением почвы и суровыми климатическими условиями.

Скорость прорастания семян лаванды, облученных УФ на трех разных уровнях, дала разные результаты, среди которых семена, обработанные в течение 25 минут, дали относительно лучшие показатели. По сравнению с контрольными семенами, семена, обработанные УФ-излучением, имели в среднем 78 % всхожести и на 18 % выше, чем контрольные семена. Эти результаты явились хорошим показателем для территории с тяжелыми почвенно-климатическими условиями (рис. 1).

Рисунок 1. Всхожесть семян Salvia officinalis L., Lavandula angustifolia L. и Сalendula officinalis L. из необработанных семян и семян обработанных УФ-лучами (Муйнак, 2021-2023 гг.)

После облучения семян Calendula officinalis L. всожесть обработанных семян повысилось на 16 %, по сравнению с контрольными семенами и составило 80 % при обработке 20 минут. Полученные нами результаты исследований подтверждают результаты других ученых в этой области [18]. При использовании ультрафиолетового излучения при предпосевной подготовке семян активизируется процесс прорастания, повышается энергия прорастания и всхожесть, что положительно сказывается на урожайности и качестве продукции [18]. Кроме того, под энергетическим воздействием фотонов изменяется проницаемость биологических мембран клеток, изменяется уровень окисления липидов, рН и АТФ, что приводит к усилению биоэнергетических и биосинтетических процессов, которые приводят к повышению энергетического потенциала семян [18]. В семенах ультрафиолет мобилизует генетически заложенные резервы роста, скрытые ресурсы, которые используются для усиления роста и развития растений. Данные результаты являются хорошим показателем для территории с умеренной засоленностью почв и суровыми климатическими условиями.

На следующем этапе исследований семена изучаемых растений обрабатывали ЭМИ. На этом этапе отбирали по 100 семян из каждого растения и обрабатывали ЭМИ в течение 15, 20, 25 минут (рис. 2).

Семена лекарственного шалфея обработанные ЭМИ, дали лучшие результаты по показателю всхожести по сравнению с семенами лекарственного шалфея, чем необработанные образцы. Скорость прорастания семян, обработанных в течение 20 и 25 минут, была одинаковой. Семена, обработанные ЭMИ, показали на 14 % более высокую всхожесть по сравнению с контрольными семенами, и в среднем составила 76 %.

Показатель всхожести семян, обработанных ЭМИ, по сравнению с необработанными контрольными семенами Lavandula angustifolia L. дал лучшие результаты. Всхожесть семян составила 70 % при обработке ЭМИ в течение 25 минут. По сравнению с контрольными семенами всхожесть была выше на 12 % (рис. 2).

Рисунок 2. Всхожесть семян Salvia officinalis L., Lavandula angustifolia L. и Сalendula officinalis L. из необработанных семян и семян обработанных ЭМИ (Муйнак, 2021-2023 гг.)

Всхожесть семян календулы лекарственной, обработанный ЭМИ в течение 20 минут, составила 78 %, что было на 14 % выше, чем необработанные. Обработка семян электромагнитными волнами позволяет ускорить процесс прорастания семян и свести потери семенного материала к минимуму, увеличить энергию роста семян в три раза, провести профилактику от патогенной микрофлоры и повысить жизнеспособность растений в условиях нестабильного климата за счет интенсивного роста корневой системы. Аналогичные результаты получены в работах А.Н. Пожирицкой [19], изучавшей прорастание семян зерновых культур. Кроме этого, воздействие ЭМИ на семена вызывает изменение ионной силы и рН в мембранном слое с последующим их влиянием на выход белков из мембран связанного состояния. Это активирует ферменты эстеразы и изменяет рН, которые в свою очередь благотворно влияют на рост корней и проростков из семян [16]. Переход семян из состояния покоя к прорастанию на первых этапах происходит в одном направлении – к выходу различных структур (белков) из связанного состояния. Появление уже сформированных корней и проростков из семян, начинается заметно раньше и в них принимают участие определенные белки, исходно присутствующие в семенах в связанном состоянии. В ходе процесса набухания они высвобождаются из такого состояния, и обработка семян ЭПИ ускорят рассматриваемый процесс. Наряду с ними высвобождаются и другие структуры, влияющие на восстановление барьерной функции мембран, что в целом при воздействии на стадии формирования корней приводит к увеличению числа семян с корнями. Причем существует определенная последовательность развития – сначала происходит образование корней и только затем формируются проростки.

На следующем этапе исследований семена изучаемых растений Salvia officinalis L. Lavandula angustifolia L. и Сalendula officinalis L. одновременно обрабатывали ультрафиолетовыми лучами и электромагнитным импульсом (УФ+ЭМИ).

Различные показатели были получены по показателям всхожести семян, обработанных одновременным воздействием ультрафиолетовых лучей и электромагнитного импульса (УФ+ЭМИ). Среди них семена, обработанные УФ+ЭМИ в течение 20 минут показали наибольшую всхожесть.

В целом семена, обработанные УФ+ЭМИ-излучением, имели значительно лучшую всхожесть, чем семена контрольного посева, со средней всхожестью 81 %. По сравнению с контрольными семенами всхожесть была на 19 % выше (рис. 3).

Рисунок 3. Всхожесть семян Salvia officinalis L., Lavandula angustifolia L. и Сalendula officinalis L. из необработанных семян и семян обработанных УФ+ЭМИ (Муйнак, 2021–2023 гг.)

Семена растения Lavandula angustifolia L. после одновременно воздействия ультрафиолетовыми лучами и электромагнитным импульсом (УФ+ЭМИ) показали различные результаты и семена, обработанные в течение 25 минут показали хорошую всхожесть (рис. 3).

Всхожесть семян, обработанных УФ+ЭМИ, составила в среднем 80 % по сравнению с контрольными семенами. Это означает, что его всхожесть на 19 % выше по сравнению с контрольными семенами.

Всхожесть семян Сalendula officinalis L., обработанных УФ+ЭМИ-излучением, имели значительно лучшую всхожесть, чем семена контрольного посева, со средней всхожестью 84 % при облучении 20 минут. По сравнению с контрольными семенами всхожесть была на 22 % выше. Использование ультрафиолетового излучения и электромагнитных полей на семенах является более совершенным методом подготовки семян к посеву, позволяющим не только вывести семена из состояния покоя, но и активизировать работу различных биологических катализаторов-ферментов, обеспечивающих быстрый рост и развитие семян [22]. УФ и ЭМИ оказывают особое действие на живые клетки, что ученые неоднократно обнаруживали в своих исследованиях [20]. Они вызывают изменения морфологических, культуральных и биохимических свойств, что в конечном итоге приводит к повышению ферментативной и синтетической активности, увеличению содержания запасных веществ, повышению выхода биомассы и устойчивости к стрессовым факторам. Полученные результаты позволяют предположить, что обработка УФ и ЭМИ приводит к стимуляции процессов в семенах, которые реализуются в повышении их всхожести и силы роста.

Полученные результаты показали, что всхожесть во всех растениях – Лаванда – Lavandula angustifolia L., Шалфей – Salvia officinalis L., календула – Calendula officinalis L. была выше в семенах растений, обработанных УФ+ЭМИ.

Выводы. Полученные результаты показывают, что по всхожести семян при воздействии на семена Salvia officinalis L. ультрафиолетовыми лучами (УФ), электромагнитного импульса (ЭМИ) и одновременного воздействия ультрафиолетовых лучей и электромагнитного импульса (УФ+ЭМИ) наибольшая эффективность на опытном поле Мойнакского района Республики Коракалпакистан было достигнуто при воздействии УФ+ЭМИ – 81 % и УФ –77 %.

При обработке семян Lavandula angustifolia L. ультрафиолетовыми лучами (УФ), электромагнитным импульсом (ЭМИ) и одновременным воздействием ультрафиолетовых лучей и электромагнитного импульса (УФ+ЭМИ) установлено, что показатели всхожести у них различны. На опытном участке Мойнакского района наибольшая всхожесть семян получена при УФ+ЭМИ – 80 %, и УФ – 78 %.

При обработке семян Calendula officinalis L. наибольшая всхожесть семян наблюдалость при воздействие УФ+ЭМИ (84 %) и УФ (80 %).

Список литературы:

1. Зиядов Ш.Р., Аллабердиев Р.Х. Роль и значение некоторых перспективных эфиромасличных лекарственных растений в здравоохранении человека и устойчивом развитии // Материалы междунар. науч.-практ. конф. «Охрана и рациональное использование природных ресурсов Южного Приаралья» (23–24 июнь 2020 г). – Нукус, 2020. – 292–295 с.
2. Исмоилов М. Электротехнология в производстве хлопка-сырца [Электроустановки для предпосевной обработки семян, для УФО вегетируюхих органов хлопчатника и уборки хлопка-сырца]: автореф.дис.д-ра техн.наук. – М.: Моск.гос.агроинж. ун-т им. В.П. Горячкина, 1997. – 8–12 c.
3. Квашук А. П. Изучение влияния электромагнитного поля бытовых приборов на прорастание семян. – Витебск, 2021. – 3–4 с.
4. Кудряшов С. Н. Эфирно–масличные растения и их культура в Средней Азии. – Ташкент: Изд.-во Комитета науки Уз ССР, 1937. – 334 с.
5. Мирзоахмедов Х.Б. Предпосевное электрообеззараживание-увлажнение семян хлопчатника в электроактивированной воде: дисс. ... канд. техн. наук. –Ташкент: САЭМИ, 1995. – 8–12 c.
6. Мухамадиев А., Туропов И., Арипов А.О., Бикпулатов Р.Г., Мухаммадиева С.А., Каримов Б.Н. Электрификация растений. – Ташкент: Наука и технология. – 2005. – С. 3–15.
7. Мухаммадиев А. и др. Электрообеззараживание-увлажнение семян хлопчатника электроактивированной водой // Аграрная наука. – М.: 1995. – № 6. – C.13.
8. Назаров Д., Сайдалиев Х. Обработка семян в электрическом поле // Хлопководство. – Ташкент, 1982. – № 4. – 29 с.
9. Солиева Д.В. Влияние условий выращивания на рост, развитие и урожайность различных сортов сои: автореф. дис. канд. биол. наук. –Ташкент, 2022. – 40–41 с.
10. Тотанов У.К. Разработки параметров электростерилизатора-измельчителя хлопчатника, зараженного гоммоз и вилтом: дисс. ... канд. техн. наук. – Ташкент: САЭМИ, 1992. – 6 c.
11. Эшонкулов О., Зиядов Ш., Аллабердиев Р. Научный анализ роли, распространения и использования некоторых перспективных видов эфиромасличных растений на земле и во флоре Республики Узбекистан // Вестник НУУз. – Ташкент, 2022. – № 3/2/1. – С.152–155.
12. Allaberdiev R., Eshonkulov O., ZiyadovSh. Processing of medicinal sage (Salvia officinalis L.) seeds using various methods and studying their germination in soils with different ecological conditions // Kokand DPI Scientific journal. – 2022. – № 4(8). – Р. 66–72.
13. Babakhanova D., Mirkhamidova P., Alimova R., Shakhmurova G., Mukhamedov G. Effects of ultrasound waves on rat liver mitochondria // BIO Web of Conferences. – 2024. – Vol. 100. – 01005. https://doi.org/10.1051/bioconf/202410001005 IFBioScFU 2024
14. Braginets A. V., Bakhchevnikov O. N., Khomenko P. A. The influence of pre-sowing seed treatment by electrophysical and chemical methods on the yield of sowing peas // Tavrichesky Bulletin of Agrarian Science. – 2024. – No. 4 (40). – Pp. 8–18. DOI 10.5281 / zenodo.14184269. (In Russian)
15. Kholikova, M., Babakhanova, D., Rakhmatullayeva, A., Khamrayev, R., Abdrashitova, E., Xojamkulova, Y., Egamberdiev, R., & Rejapova, M. Evaluation of yield and yield attributes traits of soybean (Glycine max L. Merr.) varieties in Uzbekistan // Journal of Wildlife and Biodiversity. – 2024. – № 8(2). – Pp. 260–268. https://doi.org/10.5281/zenodo.11105572
16. Kornaukhov P.D. The effects of electric fields exposure on processes inside the seed and germination of the wheats variety "KHERSONSKAYA" seeds // Modern problems of science and education. – 2020. – No. 6. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=16702 (дата обращения: 24.02.2025).
17. Levina N. S., Tertyshnaya Yu. V., Bidey I. A., Elizarova O. V. Ultraviolet radiation influence on the sowing ualities and vegetation of spring wheat and spring barley // AIC of Russia. – 2019. – Vol. 26. – No. 3. – Pp. 344–350. (In Russian)
18. Nelyubina Zh.S., Kasatkina N.I. Influence of ultraviolet irradiation of perennial grasses seeds on their sowing quality // Agrarian Science. – 2021. – Vol. 352 (9). – Pp. 97–100. (In Russian)
19. Pozhiritskaya, A. N. Vliyanie elektromagnitnogo izlucheniya na povyshenie vskhozhesti semyan [The effect of electromagnetic radiation as increasing the seed germination] // Proceedings of the Komi Science Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences. Series “Agricultural Sciences”. – 2024. – № 7 (73). – P. 99–101. (In Russian)
20. Starukhin R.S. Method of pre-sowing seed treatment using an elliptical electromagnetic field. – M.: Polzunovsky Vestnik, 2009. – 103 p.
21. Tertyshnaya Yu.V., Levina N.S., Elizarova O.V Impact of ultraviolet radiation on germination and growth processes of wheat seeds // Sel'skokhozyaystvennye mashiny i tekhnologii. – 2017. – Pp. 31–36. DOI 10.22314/2073-7599-2018-11-2-31-36. (In Russian).
22. Zankevich P.N. Effect of electromagnetic field on germination and growth dynamics of cucumber // Conference Proceedings : Young Researchers in the Service of Society and the State. Petrozavodsk. – 2023. – Pp. 225–229. (In Russian).