Способ подавления фитопатогенов

Код документа: RU2781897C1_20221019

Чертежи

Описание

Изобретение относится к сельскому хозяйству, пищевой промышленности, экологии.

Известно множество способов обеззараживания зерна, семян и других продуктов с помощью электромагнитной энергии. Подавление фитопатогенов при этом основано на нагреве или нетепловых эффектах СВЧ, КВЧ, ИК, УФ или еще более высокочастотных излучений.

В способе обеззараживания зерен ячменя (RU 2378814 С1 А01С, опубл. 20.01.10) обрабатываемое зерно помещают на расстоянии 12-18 см от инфракрасного облучателя с длиной волны 1,2-1,8 мкм и выдерживают в течение 15-50 с.

В способе быстрой одновременной стерилизации, дезинфекции и дезинсекции пищевых продуктов (RU 2677783 С2 A23L 3/01, опубл. 21.01.2019) используют СВЧ облучение 2,45 ГГц в течение 2 мин при плотности потока мощности 170 мВт/см2.

Также известен способ подавления фитопатогенов, основанный на облучении подлежащего обработке объекта КВЧ полем частотой 20-95 ГГц, плотностью потока мощности не более 10 мкВт/см2 и экспозицией не менее 20 минут (RU 2398 877 С1 C12N 13/00, опубл. 10.09.2010).

Недостатками известных способов является значительное время воздействия (экспозиция), не позволяющее получить высокую производительность процесса обеззараживания. При этом электромагнитная энергия действует не только на фитопатогены, но и поглощается всем продуктом, что ведет к непроизводительным энергозатратам, изменению биологических качеств продукта, например, всхожести семян, ослаблению обеззараживающего эффекта, что вынуждает увеличивать экспозицию. Кроме того, микроволновые и оптические излучения небезопасны для человека.

По совокупности существенных признаков в части нетеплового избирательного воздействия на микроорганизмы прототипом предлагаемого изобретения является способ дезинфекции без нагрева (RU 2675 696 С2 A61L 2/08, опубл. 24.12.2018). Он включает воздействие на объект электромагнитного поля сверхвысокой частоты. Воздействие осуществляется частотой, резонансной крутильным колебаниям ДНК микроорганизмов и вычисленной по формуле W=21, 75 / (ВР)^0,5 ТГц, где BP - число пар нуклеотидов, при нетепловом уровне плотности потока мощности электромагнитного поля сверхвысокой частоты 2,5 мВт/см2 в течение 6Т времени облучения, где Т - время деления микроорганизмов.

К недостаткам прототипа относится длительное время облучения, достигающее 3 часов, что относит данный способ к низкопроизводительным. Предлагаемое воздействие специфично, поскольку касается только тех фитопатогенов, в клетках которых собственные частоты крутильных колебаний ДНК совпадают с частотой воздействующего поля. Остальной видовой состав грибков и бактерий не будет подавлен, так как имеет отличающийся геном (число пар нуклеотидов) и соответственно другие частоты W. Кроме того, генерация терагерцовых волн требует специального оборудования, а сами волны обладают малой проникающей способностью, не достигая внутренних слоев продукта, снижая тем самым равномерность и качество обеззараживания.

Задачей настоящего изобретения является повышение производительности и качества подавления фитопатогенов при обработке семян сельскохозяйственных культур.

Поставленная задача решена воздействием на семена сельскохозяйственных культур низкочастотным электромагнитным полем диапазона 0,3-1 кГц, приходящимся на собственные частоты гидратированных ионов клеточных сред фитопатогенов, с магнитной индукцией 20-100 мТл в течение 2-5 с.

Суть изобретения поясняется следующими иллюстрациями:

- фиг. 1 - гидратированный ион как колебательная система;

- фиг. 2 - резонансы гидратированных ионов и возбуждающие частоты;

- фиг. 3 - результаты обеззараживания (таблица).

Из биологии известно, что клеточная жизнедеятельность осуществляются посредством гидратированных ионов, каждый из которых представляет собой колебательную систему с собственной резонансной частотой (фиг. 1). Наличие собственных частот гидратированных ионов подтверждается научными данными, согласно которым ионы натрия, калия, хлора в химических растворах осциллируют на частотах в единицы килогерц (Килимник А.Б., Слобина Е.С. Резонансные частоты колебаний гидратированных ионов натрия, калия и хлора в смесях растворов хлоридов калия и натрия// Вестник Тамбовского государственного технического университета. 2015. Т. 21. №4. С. 624-629). В клеточных биосредах частота собственных колебаний гидратированных ионов уменьшается за счет меньшей ионной концентрации и большей вязкости цитозоля и внеклеточного матрикса. Оба указанных фактора среды, действуя однонаправленно, существенно понижают резонансные частоты биологических гидратированных ионов до области менее 1 кГц.

Согласно настоящим теоретическим представлениям изобретение осуществляется подачей на семена сельскохозяйственных культур низкочастотного поля 0,3-1 кГц от электрического генератора и электромагнитного индуктора. Воздействующие частоты внешнего поля приходятся на собственные частоты гидратированных ионов К+, Na+, Cl- и др. микробных клеточных сред (фиг. 2). При подаче, например, частоты 600 Гц, гидратированный ион с Fрез=600 Гц войдет в высокоамплитудные колебания (фиг. 1) и совершит 600 таких колебаний за 1 с. За счет интенсивного механического "встряхивания" слабосвязанные молекулы воды отрываются от центрального иона, происходит его принудительная дегидратация.

Дегидратированный ион неестественен для клетки, не распознается селективными мембранными каналами и не может быть доставлен внутрь или вне клетки по назначению. При этом, в частности, ионы Na+, К+уже не могут осуществлять строго упорядоченный натриево-калиевый цикл, что приводит к лавинообразной деструкции всех обменных процессов. Лишенные непрерывного метаболизма, живые клетки грибков и бактерий интенсивно гибнут (Пахомов А.И. Метод резонансно-низкочастотного обеззараживания зерна: биофизическое обоснование и инновационные преимущества. // Техника и оборудование для села. 2022. №1. С. 30-34).

Низкочастотные поля безопасны для человека, обладают высокой проникающей способностью, подавляют широкий видовой состав фитопатогенов на семенах, решая тем самым задачу эффективности изобретения. Для осуществления ингибирования заявляемым способом достаточно 2-5 с, что решает задачу изобретения по увеличению производительности, поскольку не требуется длительного стационарного воздействия (до 3-х часов у прототипа по RU 2675 696) и возможна обработка в потоке.

Экспериментальная проверка способа проведена на семенах пшеницы при ряде частот из заявленного диапазона и магнитной индукции 40 мТл. Обработанные пробы и контроль подвергались фитосанитарному анализу на бактериоз и грибки Alternaria, Penicillium roseum, Aspergillus, Trichothecium roseum, Fusarium и др. по ГОСТ 12044-93 п. 10.5. Также определялась лабораторная всхожесть семян. Результаты представлены в таблице и графически (фиг. 3).

Фиг. 3

Полученные экспериментальные данные свидетельствуют, что все примененные частоты обладают ингибирующими свойствами, уменьшая общую зараженность семян (кривая 1, фиг. 3). Наибольший эффект получен на частоте 600 Гц, когда содержание фитопатогенов в семенах уменьшилось на 44% (табл.). Для сравнения: аналогичный показатель СВЧ-обеззараживания не превышает 25% (Пахомов А.И. Сравнительный анализ СВЧ-установок для обеззараживания зерна // Тракторы и сельхозмашины. 2018. №1. С. 21-26).

Низкая итоговая зараженностью также характерна для частоты 375 Гц. Очевидно, что частоты 600 и 375 Гц наиболее точно совпадают с резонансами гидратированных ионов (фиг. 2), вызывая максимальные колебания ионных систем Amax (фиг. 1). По мере удаления от указанных частот обеззараживающий эффект снижается, но не исчезает, что имеет следующее теоретическое обоснование. Гидратированные ионы - низкодобротные колебательные системы, не имеющие острых резонансов, поэтому их возбуждение возможно при значительном отклонении вынуждающей частоты от резонансной. В этом случае амплитуда ионных осцилляций уменьшается, а значит, вызываемые ими ингибирующие явления протекают не столь интенсивно, тем не менее, сохраняют свою роль (табл., фиг. 3).

К дополнительному положительному эффекту изобретения относится благоприятное воздействие используемых полей на растительные организмы. Так, на частотах 600 и 375 Гц наблюдается стимуляция семян, повышение их лабораторной всхожести соответственно на 3 и 4% (табл.). На других частотах этот эффект выражен слабее или отсутствует, что объясняется большей остаточной зараженностью (фиг. 3).

Существенным преимуществом заявленного способа является простота технической реализации, так как генерация и усиление низкочастотных синусоидальных сигналов не требует сложного оборудования.

Благодаря инновационным преимуществам предлагаемый способ весьма перспективен для "зеленых" технологий. В сельском хозяйстве он позволяет создать высокопроизводительную предпосевную технологию с эффективным уничтожением грибковых и бактериальных инфекций на семенах, положительным влиянием на всхожесть и урожайность культур, отсутствием негативных последствий химического протравливания.

Реферат

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Предложен способ подавления фитопатогенов при обработке семян сельскохозяйственных культур. При этом на семена осуществляют воздействие низкочастотным полем диапазона 0,3-1 кГц, приходящимся на собственные частоты гидратированных ионов клеточных сред фитопатогенов, с магнитной индукцией 20-100 мТл в течение 2-5 с. Изобретение обеспечивает уничтожение грибков и бактерий экологически чистым методом. 3 ил.

Формула

Способ подавления фитопатогенов при обработке семян сельскохозяйственных культур, включающий воздействие на семена электромагнитным полем, отличающийся тем, что воздействие осуществляют низкочастотным полем диапазона 0,3-1 кГц, приходящимся на собственные частоты гидратированных ионов клеточных сред фитопатогенов, с магнитной индукцией 20-100 мТл в течение 2-5 с.

Авторы

Патентообладатели

СПК: A01C1/06

МПК: A01C1/06

Публикация: 2022-10-19

Дата подачи заявки: 2021-06-28

0
0
0
0
Невозможно загрузить содержимое всплывающей подсказки.
Каталог Поиск по объявлениям