Картофель – одна из самых популярных сельскохозяйственных культур, используемая как в свежем виде, так и для переработки. Суммарный годовой урожай картофеля в России 37 млн.т. В настоящее время насчитывается около 30 наиболее распространенных болезней, ежегодные потери урожая от которых составляют от 10 до 60 % [1]. Для сохранения сельскохозяйственной продукции используются различные химические средства, опасные для здоровья человека и окружающей среды. Фунгицидная обработка овощей и фруктов эффективна и увеличивает сроки их хранения. Однако такая обработка становится со временем менее действенной, так как патогены приобретают иммунитет к ней. В связи с этим нами были исследованы возможности разработки экологически чистых технологий, использующих физические факторы, а именно – ионизирующее излучение и электромагнитные излучения УФ- и СВЧ-диапазонов. 

Методика: В качестве источников бактерицидного ультрафиолетового излучения использовались безозоновые лампы низкого давления фирмы Philips типа TUV-75, излучающие ультрафиолет С с максимумом на 254 нм, бактерицидный поток одной лампы – 20 Вт. Количество ламп – 20 шт. Облучение происходило на расстоянии 0,2 м, при расчетной плотности потока мощности облучения по центру ~ 148 Вт/м², по краю ~ 76 Вт/м². Равномерность облучения всей поверхности клубня обеспечивалась роликовым транспортером, на котором была смонтирована УФ-камера. Диаметр ролика транспортера –50 мм, скорость движения регулируется от 1 до 20 см/сек, рабочая длина стола –2200 мм, ширина –1070 мм [2].

Общий вид УФ-установки для облучения семенного картофеля перед посадкой и закладкой на хранение представлен на рис. 1 а). Исходя из технических характеристик стола, на нем была установлена облучательная ультрафиолетовая камера длиной2 ми шириной 1,2 м. Для получения равномерного облучения на эту длину был произведен расчет для определения облученности на поверхности роликового транспортера.

а)

б)

Рисунок 1 Установка для облучения с/х продукции: а) общий вид, б) вид СВЧ излучателя

а)

б)

Рисунок 2. Фотографии сделанные тепловизором   SDS HotFind-LT

а) инфракрасный спектр  б) видимый спектр.

Для обработки клубней электромагнитным СВЧ полем в качестве источника использовались два СВЧ генератора немодулированного микроволнового излучения частотой 2,45 ГГц мощностью 0,4 – 2 кВт на базе магнетрона ОМ-75 с рупорными излучателями, разработанными специально для данного опыта. Расчетная плотность потока мощности СВЧ излучения по оси излучателя ~ 100 мВт/см²  Высота рупора над роликовым транспортером – 0,5 м. Равномерность облучения картофеля СВЧ полем контролировалась с помощью тепловизора SDS HotFind-LT (рис 2).

Обработка клубней картофеля гамма-излучением производилась на гамма-установке радиационного облучения (ГУР-120), заряженной источниками ионизирующего излучения кобальт-60 типа ГИК-7-4. Экспозиционная доза измерялась прибором ДКС-101. Величина дозы варьировалась расстоянием до источника.

В экспериментах использовались клубни картофеля сорта «Сантэ», которые  отбирали согласно ГОСТ 7001-66 по массе от 35 до 100 г(стандарт 1 класса). Перед посадкой клубни картофеля были рассортированы по поражению фитопатогенами: паршой обыкновенной, паршой серебристой и кольцевой гнилью, для посадки отбирались клубни со степенью поражения 4-6 баллов по шкале Эббота. Изучение влияния предпосевного ЭМИ на рост, развитие, зараженность фитопатогенами и урожайность проводили в условиях мелкоделяночного полевого эксперимента на опытном поле ФГБНУ ВНИИ РАЭ. Агротехника возделывания картофеля – общепринятая для данного региона, без внесения органических удобрений. Урожай учитывали на каждой делянке. После уборки полученного урожая анализ клубней на пораженность фитопатогенами проводили в всероссийском НИИ картофельного хозяйства имени А.Г. Лорха.

Результаты и обсуждение: Результат воздействие предпосевного ЭМИ на картофель зависит как от характера облучения (УФ, СВЧ, гамма), так и от вида фитопатогена.

 а)       б)

Рисунок 3. Распространенность пораженных кольцевой гнилью клубней после уборки урожая: а) в 2012 году, б) в 2013 году.

Пораженность клубней картофеля кольцевой гнилью после уборки урожая представлена на Рисунке 3. Предпосевное СВЧ-облучение клубней в дозе 10 кДж/м² достоверно (p<0,05) снизило на 35% распространенность кольцевой гнили в урожае 2012 года (Рис. 3а). Для проверки зависимости от мощности дозы в 2013 году были выбраны другие уровни СВЧ-облучения. После уборки урожая в варианте с облучением мощностью 15 кДж/м² достоверно (p<0,05) снизилась на 80% распространенность кольцевой гнили (Рис. 3б), а в варианте с облучением мощностью 6 кДж/м² изменений не произошло, что дает основание предположить, что пик максимального эффекта может приходиться на большие экспозиционные дозы. Это, возможно, обусловливается меньшей стойкостью патогена к самому физическому воздействию СВЧ-обрабоки либо ингибировние развития кольцевой гнили подвержено больше тепловому влиянию от ЭМИ. Достоверного влияния предпосевного гамма-облучения на пораженность клубней картофеля кольцевой гнилью не было выявлено.

Бактерицидное воздействие УФ на паршу серебристую и паршу обыкновенную заметно при анализе полученных результатов за 2012 – 2013гг. (Рис. 4). Причем, если ингибирование распространения и развития парши обыкновенной происходит при 10  кДж/м²  на 28% и 62% соответственно (Рис. 4 а), то для парши серебристой для эффективного воздействия требуется большая доза – 15 кДж/м² (Рис. 4 б), при которой происходит снижение на 22% распространения и на 46% развития болезни. Возможно, это обусловливается более глубоким нахождением спор парши серебристо. При воздействии УФ излучения в дозе 15 кДж/м² на картофель, зараженный паршой обыкновенной, распространенность болезни снизилась на 25% а степень развития на 56%. Но дальнейшее увеличение мощности дозы может привести к нарушению баланса взаимодействия двух процессов – подавления микроорганизмов при облучении и снижение естественной устойчивости клубней, что может спровоцировать развитие как парши, так и других болезней [3] при дальнейшем механическом воздействии на клубни.

а)     б)

Рисунок 4. Распространенность и степень развития парши обыкновенной после уборки урожая: а) в 2012 году, б) в 2013 году.

При анализе клубней картофеля урожая 2012 года, подвергнутых предпосевному СВЧ воздействию, было выявлена резистивность парши обыкновенной к выбранным экспозиционным дозам в размере 5 и 10 кДж/м² (Рис. 4а). В следующем году экспозиционная доза в 6 кДж/м² (Рис 4б) также не оказала заметного влияния, что подтвердило резистивность парши обыкновенной к данному дозовому диапазону СВЧ воздействия. Но доза в 1 кДж/м² (Рис 4б) оказала сильное ингибирующее воздействие на паршу обыкновенную, снизив на 30% распространенность и на 40% степень развития болезни, что, возможно, объясняется стимулированием защитных процессов небольшими дозами и подтверждается при таком же дозовом СВЧ воздействии на паршу серебристую. Так же при небольших дозах, как показали опыты по СВЧ воздействию при хранении, происходит стимуляция ростовых процессов клубней и ростки картофеля развиваются быстрее поразившей клубень грибницы, что приводит к уменьшению дальнейшего заражения новых клубней.

 а)       б)

Рисунок 5. Распространенность и степень развития парши серебристой после уборки урожая: а) в 2012 году, б) в 2013 году.

После предпосевного СВЧ воздействия на клубни, парша серебристая также как и парша обыкновенная резистивно отозвалась на дозу в 5 кДж/м², но доза в 10 кДж/м² оказала ингибирующее воздействие, снизив распространенность болезни на 13% (Рис. 5а), поэтому увеличение дозы, возможно, даст более эффективное воздействие [4]. В последующей серии опыта при воздействии дозы в 6 кДж/м² подтвердилось отсутствие заметного влияния на развитие парши. Доза в 1 кДж/м² оказала ингибирующее воздействие на паршу серебристую как в развитии (на 11%), так и в распространении (на 28%) – (Рис 5б).

Рисунок 6. Вес клубней с одного куста после уборки урожая в 2012 году.

Исследования действия ЭМИ на урожайность и степень зараженности фитопатогенами показали, что на формирование конечной урожайности картофеля  в 2012 году (Рис 6) достоверное влияние (p<0,05) оказало только предпосевное гамма-облучение зараженных кольцевой гнилью клубней в дозе 50 Гр,  урожайность при этом уменьшилась на 13%.

Рисунок 7. Вес клубней с одного куста после уборки урожая в 2013 году.

Предпосевное ЭМИ облучение клубней картофеля, пораженного различными фитопатогенами, не сказалось отрицательно на  урожайности картофеля в опыте 2013 года (рис 7).

Выводы:

1. Предпосевная СВЧ обработка показала свою эффективность для парши обыкновенной и для парши серебристой в малых экспозиционных дозах (1 кДж/м²), а для кольцевой гнили эффект ингибирования происходил при больших дозах (15 кДж/м²), но  максимальный эффект  по воздействию на кольцевую гниль в клубне возможен при еще больших значениях экспозиционных доз при СВЧ обработки.

2. Воздействие УФ на паршу серебристую и паршу обыкновенную эффективно  и максимального эффекта также нужно искать в дозах более 15 кДж/м².

3. Предпосевное ЭМИ облучение клубней картофеля, пораженного различными фитопатогенами, не сказалось отрицательно на общей урожайности. Достоверное снижение урожайности произошло только при предпосевном гамма облучении зараженных кольцевой гнилью клубней в дозе 50 Гр.

1. Защита картофеля от болезней, вредителей и сорняков/ Б.В. Анисимов, Г.Л. Белов, В.Н.Зейрук и др., М.: Картофелевод, 2007, 272 с.
2. Использование ультрафиолетового излучения для обработки клубней картофеля // Зейналов А.А., Ипатова А.Г., Летова А.Н., Глухов А.П. Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. 2005. № 2.
3. Лукьянов А. А. Влияние СВЧ- и КВЧ-излучения на гетеротрофных и фототрофных партнеров смешанных культур микроорганизмов. Автореферат диссер. на соискание уч. степени канд. биологических наук. Москва 2007, 24 с.
4. Юсупова Г. Г. Обеспечение микробиологической  стабильности и  безопасности зерна, продуктов его переработки и хлеба. Автореф. диссер. на соискание уч. степени доктора сельскохоз. наук. Москва,  2008, 36 с.

Все статьи автора «Иванов Игорь Анатольевич»