Цель работы : изучить влияние предпосевной ультразвуковой обработки семян фасоли на их всхожесть, выживаемость и урожайность, а также сравнить эффективность данного метода в условиях закрытого (горшки) и открытого грунта для определения оптимального времени воздействия.

Задачи исследования :

1. Провести теоретический анализ механизма воздействия ультразвука на семена (явление кавитации, активация ферментов, эффект гормезиса).

2. Экспериментально оценить влияние различной длительности ультразвуковой обработки (5 и 10 минут) на всхожесть семян и выживаемость растений в условиях закрытого и открытого грунта.

3. Сравнить урожайность и репродуктивную эффективность (количество цветков, стручков, семян) растений, выращенных в условиях ограниченного объема почвы (горшки) и в открытом грунте.

4. Выявить оптимальную продолжительность ультразвукового воздействия для максимизации урожайности фасоли обыкновенной.

5. Дать физиологическое обоснование полученным результатам на основе принципа «источник-потребитель» и влияния стрессовых факторов на развитие растений.

Предпосевная ультразвуковая обработка семян фасоли оказала стимулирующее действие на прорастание и начальный рост растений [1, 3]. Ультразвук вызывает в воде микроколебания и кавитационные эффекты, за счёт чего:

— повышается проницаемость семенной кожуры [3];

— семена быстрее набухают и активнее поглощают воду [3];

— усиливается газообмен зародыша;

— активируются ферменты, участвующие в прорастании, например, амилазы и протеазы [2];

— быстрее расходуются запасные питательные вещества семядолей;

— может снижаться заражённость поверхности семян грибами и бактериями.

То есть ультразвуковая обработка работает как своеобразное «физическое пробуждение» семян. Однако у такого воздействия есть оптимальная доза (мощность и время). При конкретной вводимой в зону обработки мощности слишком короткая обработка может быть слабой, а слишком длительная — стрессовой: возможно повреждение клеточных мембран, усиление окислительного стресса, травмирование зародыша. Поэтому часто наблюдается эффект гормезиса: умеренное воздействие стимулирует, а чрезмерное уже угнетает [5].

В данном опыте наиболее удачным вариантом в открытом грунте оказалась обработка 5 минут.

Обоснование результатов — рост фасоли в горшках

В горшках было посажено по 3 семени в каждой группе. Выживаемость растений фасоли представлена в таблице 1.

Таблица 1

Выживаемость растений фасоли в закрытом грунте

Ультразвуковая обработка повысила выживаемость растений. Это можно объяснить ускоренным набуханием семян и более дружным прорастанием. Особенно заметен эффект при 10 мин: выжили все 3 растения.

Но в горшечном опыте есть важный момент: чем больше растений выжило в одном ограниченном объёме почвы, тем сильнее они конкурировали между собой за воду, минеральное питание и место для корней. Поэтому высокая выживаемость не всегда приводит к высокому урожаю.

Цветение и образование стручков

В горшках растения цвели достаточно активно, результаты представлены в таблице 2.

Таблица 2

Результаты цветения фасоли в закрытом грунте

УЗ 5 мин и УЗ 10 мин дали больше цветков по сравнению с контролем. Это связано с тем, что растений в этих вариантах было больше, а также с возможным стимулирующим действием ультразвука на раннее развитие.

Однако если пересчитать на одно растение, картина становится иной:

— контроль: 13 цветков на 1 растение;

— УЗ 5 мин: 30 цветков на 2 растения = 15 цветков на растение;

— УЗ 10 мин: 30 цветков на 3 растения = 10 цветков на растение.

То есть при УЗ 10 мин общее число цветков было высоким, но на одно растение цветков приходилось меньше. Это может быть связано с конкуренцией растений в горшке.

Почему не все стручки дозрели?

В таблице 3 представлены итоги полученного урожая.

Таблица 3

Урожай фасоли, полученный в горшках

Не все образовавшиеся стручки дозрели, потому что образование стручка ещё не означает полноценное формирование семян. После цветения растению нужно обеспечить завязи водой, углеводами, азотом, фосфором, калием и микроэлементами. Если ресурсов не хватает, растение сбрасывает часть цветков, молодых завязей или прекращает налив семян.

Особенно это характерно для горшечных условий. В горшке:

— ограничен объём почвы;

— корневая система не может развиваться свободно;

— быстрее пересыхает субстрат;

— сильнее колеблется температура почвы;

— растения конкурируют между собой;

— может не хватать азота, фосфора, калия, бора и молибдена;

— хуже работает клубеньковая азотфиксация, если в почве мало клубеньковых бактерий.

Фасоль может образовать много цветков и молодых стручков, но затем «оставить» только то количество плодов, которое способна выкормить. Это нормальная физиологическая реакция растения.

С физиологической точки зрения действует принцип «источник — потребитель». Листья являются источником органических веществ, а растущие стручки и семена — потребителями. Если листовой аппарат и корневая система не обеспечивают все завязи питанием, часть стручков останавливается в развитии. При стрессе в растении повышается содержание абсцизовой кислоты и этилена, что усиливает опадение цветков и завязей [2].

В варианте УЗ 10 мин выжило 3 растения, но суммарно они дали только 4 семени. Это может объясняться двумя причинами:

1. Сильная конкуренция в горшке — три растения делили один ограниченный объём почвы.

2. Возможный стресс от более длительной ультразвуковой обработки — 10 минут могли стимулировать прорастание, но частично ослабить дальнейшую репродуктивную функцию растений [5].

Поэтому в горшках лучшим по семенной продуктивности оказался вариант УЗ 5 мин: он дал 9 семян против 3 в контроле и 4 при УЗ 10 мин.

Обоснование результатов роста фасоли в открытом грунте

В открытый грунт высевали по 15 семян в каждой группе. Результаты выживаемости фасоли в открытом грунте представлены в таблице 4.

Таблица 4

Выживаемость фасоли в открытом грунте

Здесь также видно положительное влияние ультразвука на выживаемость фасоли в открытом грунте. Наиболее эффективной оказалась обработка 5 минут. Она дала 13 живых растений из 15, тогда как в контроле выжило только 8.

Это говорит о том, что умеренная ультразвуковая обработка повысила энергию прорастания и полевую всхожесть семян фасоли [4].

Урожайность после прорастания фасоли в открытом грунте представлена в таблице 5.

Таблица 5

Урожайность фасоли в открытом грунте

В открытом грунте обе ультразвуковые обработки повысили урожай фасоли по сравнению с контролем:

— УЗ 5 мин — урожай фасоли выше контроля в 2,87 раза;

— УЗ 10 мин — урожай фасоли выше контроля в 2,30 раза.

Наиболее результативным был вариант УЗ 5 мин.

Причины повышения урожайности фасоли, выращенной в открытом грунте:

1. Больше растений фасоли выжило. В варианте УЗ 5 мин растений было 13, а в контроле только 8. Чем больше сохранилось растений, тем выше общий урожай.

2. Растения были физиологически более активными. После ультразвуковой обработки семена фасоли быстрее прорастали, растения раньше начинали фотосинтезировать и могли сформировать более мощную корневую систему [2, 3].

3. Лучшие условия открытого грунта. В отличие от горшка, в открытом грунте корни имели больше пространства, растения меньше страдали от пересыхания и перегрева, лучше обеспечивались водой и минеральными веществами.

4. Более полноценный налив семян. В открытом грунте все образовавшиеся стручки фасоли дозрели. Это говорит о том, что условия питания и влагообеспечения были лучше, чем в горшках.

Интересно, что количество стручков на одно растение в открытом грунте было примерно близким:

— контроль: 38 / 8 = 4,75 стручка на растение;

— УЗ 5 мин: 60 / 13 = 4,62 стручка на растение;

— УЗ 10 мин: 54 / 10 = 5,4 стручка на растение.

То есть главное преимущество УЗ 5 мин заключалось не только в большем числе стручков фасоли на растение, а прежде всего в лучшей выживаемости растений и большей общей массе урожая.

Почему вариант обработки УЗ 5 мин оказался лучше УЗ 10 мин?

Результаты показывают, что обработка семян фасоли 5 минут была оптимальной. Она дала:

— максимальную выживаемость в открытом грунте;

— наибольшее число стручков;

— наибольшее число семян;

— максимальную массу урожая.

Обработка 10 минут тоже была лучше контроля, но уступила варианту 5 минут. Вероятная причина — более длительное ультразвуковое воздействие частично перешло из стимулирующего в стрессовое [5]. При длительной обработке возможны:

— микроповреждения семенной кожуры фасоли [3, 5];

— повреждение клеточных мембран зародыша фасоли [2, 5];

— нарушение обмена веществ [5];

— усиление образования активных форм кислорода;

— снижение жизнеспособности части семян фасоли.

Поэтому 10 минут обеспечили хороший эффект, но не максимальный. Для данных условий 5 минут можно считать наиболее благоприятной продолжительностью ультразвуковой обработки.

Рис. 1. Образцы полученных зерен фасоли, выращенной в открытом грунте

Выводы

Ультразвуковая обработка семян фасоли оказала положительное влияние на прорастание, выживаемость и урожайность растений. Рис. 1 показывает, что семена, подверженные ультразвуковой обработке, более крупные и одинаковы по размерам, без резкого градиента от крупных к мелким. Наиболее эффективной оказалась обработка в течение 5 минут. Она обеспечила лучшую выживаемость растений и самый высокий урожай в открытом грунте — 270 г, что составляет 287 % относительно контроля.

В горшках ультразвук также повысил выживаемость и количество цветков, но ограниченный объём почвы не позволил всем стручкам дозреть. Часть стручков не дала семян из-за нехватки питания, воды, ограниченного развития корней и конкуренции растений. Поэтому для оценки урожайности фасоли более показательны данные открытого грунта, где растения находились в условиях, более близких к естественным.

Литература:

1. Песецкий, И. С. Ритмы звука и рост фасоли: эксперимент с ультразвуковыми волнами / И. С. Песецкий, Р. В. Антипенко, Т. П. Усова, В. Н. Сакевич. — Текст: непосредственный // Юный ученый. — 2026. — № 5 (101). — С. 203–210. — URL: https://moluch.ru/young/archive/101/5535.

2. Тарасов, С. С. Влияние ультразвука на морфофизиологические показатели прорастания семян гороха (Pisum sativum L.) / С. С. Тарасов // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. — 2018. — № 8. — С. 45–49. — URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-ultrazvuka-na-morfofiziologicheskie-pokazateli-prorastaniya-semyan-goroha-pisum-sativum-l.

3. Агафонов, В. П. Кавитационное проращивание семян для ускоренного получения продукции / В. П. Агафонов // Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве: материалы междунар. науч.-практ. конф. — 2016. — С. 3–7. — URL: https://cyberleninka.ru/article/n/kavitatsionnoe-proraschivanie-semyan-yachmenya-dlya-uskorennogo-polucheniya-soloda.

4. Шушарин, А. В. Использование ультразвуковой обработки семян и субстрата при производстве зеленого корма / А. В. Шушарин // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. — 2013. — № 3. — С. 15–18. — URL: https://cyberleninka.ru/article/n/ispolzovanie-ultrazvukovoy-obrabotki-semyan-i-substrata-pri-proizvodstve-zelenogo-korma.

5. Новиков, А. А. Влияние ультразвукового излучения на скорость прорастания семян / А. А. Новиков // Фундаментальные исследования. — 2015. — № 2–6. — С. 1234–1238. — URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vliyaniya-ultrazvukovogo-izlucheniya-na-skorost-prorastaniya-semyan-tomatov.