Способ подавления фитопатогенов - RU2781897C1

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 F_рез=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 A_max (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