М. М. Нафиков¹⁾, Р. Р. Хузина¹⁾, Ман. Мак. Нафиков¹⁾, С. Г. Смирнов²⁾, Л. Г. Шашкаров³

¹⁾Казанский (Приволжский) федеральный университет

420008, Казань, Российская Федерация

²⁾Татарский институт переподготовки кадров агробизнеса

 420059, Казань, Российская Федерация

³⁾Чувашский государственный аграрный университет

428003, Чебоксары, Российская Федерация

холодная плазма, защита растений, энергия прорастания, всхожесть, сохранность, растения.

В настоящее время однозначно не все методы ведения сельскохозяйственного производства являются устойчивыми, в частности, борьба с вредоносными патогенами на семенах сельскохозяйственных культур. Применяемые в большинстве случаев химические инсектициды оказывают негативное влияние на окружающую среду и человека. Замена инсектицидного метода обработки на обработку семян холодной атмосферной плазмой должна стать экологически чистой альтернативой в растениеводстве. Несмотря на многочисленные успешные результаты обработки семян плазмой, о которых сообщается в литературе, существует большой пробел в нашем понимании того, как холодная атмосферная обработка плазмой влияет на семена, особенно из-за множества физических, химических и биологических переменных. Это исследование раскрывает сущность и действие плазмы на биологические объекты (семена). Результаты наших исследований показывают, что время обработки плазмой является параметром, который может активировать различные пути защиты растений. Обработка семян гороха напряжением 15 кВ в течение 30 секунд является оптимальным, при этом наблюдается наибольшая энергия прорастания – 87.1, всхожесть – 91.8 % и другие параметры. Обработка семян яровой пшеницы напряжением 5 кВ является оптимальным в течение 15 секунд, при этом наблюдается наибольшая энергия прорастания – 99.4, всхожесть – 97.8 % и т.д. На окончательном этапе мы получаем обеззараженное, с высокой энергией прорастания и всхожестью высококачественные семена. Похоже, что плазма также вызывает защитную реакцию семени к различным макро- и микротравмам. Это говорит о том, что плазменная обработка потенциально может быть применена в сельском хозяйстве для защиты растений от абиотических и биотических стрессов без выброса остатков в окружающую среду. Полученные данные позволяют сделать выводы о том, что холодная плазма стимулирует прорастания семян в лаборатории. Необходимо продолжить исследование с закладкой полевых опытов с целью выявления перспективности метода.

Currently, it is clear that not all agricultural practices are sustainable, in particular, the control of harmful pathogens on crop seeds. Used in most cases, chemical insecticides have a negative impact on the environment and humans. The replacement of the insecticidal method of treatment with the treatment of seeds with cold atmospheric plasma should become an environmentally friendly alternative in crop production. Despite the many successful results of seed treatment with plasma reported in the literature, there is a large gap in our understanding of how cold atmospheric plasma treatment affects seeds, especially due to the many physical, chemical and biological variables. This study reveals the essence and effect of plasma on biological objects (seeds). The results of our studies show that plasma treatment time is a parameter that can activate various plant defense pathways. Treatment of pea seeds with a voltage of 15 kV for 30 seconds is optimal, while the highest germination energy is observed – 87.1, germination – 91.8% and other parameters. Treatment of spring wheat seeds with a voltage of 5 kV is optimal for 15 seconds, while the highest germination energy is observed – 99.4, germination – 97.8%, etc. At the final stage, we get disinfected, high-quality seeds with high germination energy and germination. It seems that the plasma also causes a protective reaction of the seed to various macro- and microtraumas. This suggests that plasma treatment could potentially be applied in agriculture to protect plants from abiotic and biotic stresses without releasing residues into the environment. The data obtained allow us to conclude that cold plasma stimulates seed germination in the laboratory. It is necessary to continue the study with the laying of field experiments in order to identify the prospects of the method.

1. Влияние плазменной обработки семян сои на их качество и развитие проростков / В. Т. Синеговская, Л. А. Каманина, М. М. Васильев, О. Ф. Петров // Российская сельскохозяйственная наука. – 2018. – № 6. – С. 18–20.


2. Гордеев, Ю. А. Методологические и агробиологические основы предпосевной биоактивации семян сельскохозяйственных культур потоком низкотемпературной плазмы: автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук / Гордеев Ю. А. – Смоленск : Агрофизический научно-исследовательский институт, 2012.


3. Гордеев, Ю. А. Плазменные технологии в сельском хозяйстве – основа рационального природопользования / Ю. А. Гордеев, Р. З. Юлдашев // Вестник Таджикского технического университета. – 2011. – № 3. – С. 57–62.


4. Острошенко, В. В. Влияние предпосевной обработки семян стимуляторами роста наих посевные качества / В. В. Острошенко, Л. Ю. Острошенко // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. – 2011. – № 5. – С. 12–15.


5. Патент. RU2781971C1 Устройство для обеззараживания семян холодной атмосферной воздушной плазмой и способ его работы / Н. Ф. Кашапов, М. М. Нафиков, С. Г. Смирнов, Ман. Мак Нафиков.


6. Предпосевная обработка семян низкотемпературной атмосферной воздушной плазмой / Р. Н. Кашапов, Мак. М. Нафиков, Р. Р. Хузина, [и др.] // Низкотемпературная плазма в процессах нанесения функциональных покрытий : сборник статей XIII Международной научно-технической конференции (Казань, 2–4 ноября 2021 г.). – Казань : Издательство Казанского университета, 2022. – С. 111-114.


7. Смирнов, С. Г. Урожайность семян сои в лесостепи Поволжья при разных приёмах возделывания / С. Г. Смирнов, М. М. Нафиков, В. Н. Фомин // Кормопроизводство. – 2014. –№ 1. – С. 17–19.


8. Юлдашев, Р. З. Влияние УФ - излучений в борьбе с семенной инфекцией хлопчатника / Р. З. Юлдашев, М. Х. Султанова // Kishovarz. – 2011. – № 1. – С. 14а. –16.


9. Maxime Bafoil. Effects of dielectric barrier ambient air plasma on two brassicaceae seeds: Arabidopsis thaliana and Camelina sativa /Mohammed Yousfi, Christophe Dunand, Nofel Merbahi // Int. J. Mol. Sci. 2021, 22, 9923.


10. Filatova I. I. Effect of rf plasma treatment on the germination and phytosanitary state of seeds / V. V. Azharonok, S. V. Goncharik, V. A. Lushkevich, A. G. Zhukovsky, G. I. Gadzhieva // Journal of Applied Spectroscopy, Vol. 81, No. 2, May, 2014.


11. Waskow A. RNA sequencing of Arabidopsis thaliana seedlings after non-thermal plasma-seed treatment reveals upregulation in plant stress and defense pathways / Guihur, A., Howling, A., Furno, I // Int. J. Mol. Sci. 2022, 23, 3070.