Применение микроволнового излучения для предпосевной обработки семян (обзор)
https://doi.org/10.32786/2071-9485-2023-03-51
Аннотация
Актуальность. Одним из эффективных физических способов предпосевной обработки семян является воздействие микроволнового электромагнитного излучения.
Цель исследования – обзор и критический анализ научных публикаций, посвященных применению микроволнового излучения для предпосевной обработки семян с целью определения перспектив его использования в сельском хозяйстве.
Материалы и методы. Выполнен обзор научной литературы по заявленной теме за 2013-2023 гг. Выполнение исследования состояло из следующих этапов: поиск научной литературы, ее оценка и отбор, синтез данных и их анализ.
Результаты и обсуждение. Установлено, что, хотя интенсивная обработка семян микроволновым излучением вызывает стресс, его применение в малых дозах мощности или в течение краткого времени вызывает эффект стимулирования прорастания. Предпосевная обработка микроволновым излучением улучшает всхожесть семян, энергию прорастания и рост проростков. Действие микроволнового излучения изменяет химический состав семян растений, активирует в них синтез ферментов, способствуя их лучшему прорастанию.
Выводы. Наиболее перспективным направлением исследований предпосевной обработки семян микроволновым излучением является экспериментальное определение таких параметров, которые одновременно обеспечат как стимулирование их прорастания, так и обеззараживание, а возможно, и последующую устойчивость сельскохозяйственных растений к абиогенным стрессам.
Об авторах
О. Н. БахчевниковРоссия
Бахчевников Олег Николаевич, кандидат технических наук, старший научный сотрудник отдела переработки продукции растениеводства
РФ, 347740, Ростовская область, г. Зерноград, ул. Ленина, д. 14
А. В. Брагинец
Россия
Брагинец Андрей Валерьевич, кандидат технических наук, научный сотрудник отдела переработки продукции растениеводства
РФ, 347740, Ростовская область, г. Зерноград, ул. Ленина, д. 14
Список литературы
1. Гаврилова А. А., Филатов Д. А., Казаков А. В. Влияние СВЧ облучения на прорастание семян ячменя // Сельский механизатор. 2020. № 4. С. 18-19.
2. Моисеева К. В., Сафонова Л. А. Эффективность предпосевного обеззараживания семян яровой пшеницы // Агропродовольственная политика России. 2017. № 9. С. 56-59.
3. Шамгунов И. И., Степура А. В. Исследование влияния предпосевного СВЧ воздействия на морфологические показатели прорастающих семян яровой пшеницы // Инженерный вестник Дона. 2017. № 2. С. 85-91.
4. Abu-Elsaoud A. M. Effect of microwave electromagnetic radio frequency on germination and seedling growth consequences of six wheat Triticum aestivum L. cultivars // Advances in Environmental Biology. 2015. Vol. 9. No 24. Pp. 270-280.
5. Aladjadjiyan A. Influence of microwave irradiation on some vitality indices and electroconductivity of ornamental perennial crops // Journal of Central European Agriculture. 2002. Vol. 3. No 4. Pp. 271-276.
6. Anand A., Nagarajan S., Joshi D. K., Verma A. P. S., Kar A. Microwave seed treatment reduces hardseededness in Stylosanthes seabrana and promotes redistribution of cellular water as studied by NMR relaxation measurements // Seed Science and Technology. 2009. Vol. 37. Pp. 88-97.
7. Araujo S. D. S., Paparella S., Dondi D. Physical methods for seed invigoration: advantages and challenges in seed technology // Frontiers in Plant Science. 2016. Vol. 7. P. 646.
8. Atmaca S., Akdag Z., Dasdag S., Celik S. Effect of microwaves on survival of some bacterial strains // Acta Microbiologica et Immunologica Hungarica. 1995. Vol. 43. No 4. Pp. 371-378.
9. Banik S. Bandyopadhyay S., Ganguly S. Bioeffects of microwave – a brief review // Bioresource Technology. 2003. Vol. 87. No 2. Pp. 155-159.
10. Bera K., Dutta P., Sadhukhan S. Seed priming with non-ionizing physical agents: Plant responses and underlying physiological mechanisms // Plant Cell Reports. 2022. Vol. 41. No 1. Pp. 53-73.
11. Bezpalko V. V., Zhukova L. V., Stankevych S. V. Ecologically safe methods for presowing treatment of cereal seeds // Ukrainian Journal of Ecology. 2019. Vol. 9. No 3. Pp. 189-197.
12. Brodie G., Ryan C., Lancaster C. The effect of microwave radiation on prickly paddy melon (Cucumis myriocarpus) // International Journal of Agronomy. 2012. Vol. 10. P. 287608.
13. Carrera-Castano G., Calleja-Cabrera J., Pernas M. An updated overview on the regulation of seed germination // Plants. 2020. Vol. 9. No 6. P. 703.
14. Chen Y. P., Jia J. F., Han X. L. Weak microwave can alleviate water deficit induced by osmotic stress in wheat seedlings // Planta. 2009. Vol. 229. Pp. 291-298.
15. Cretescu I., Caprita R. Response of barley seedlings to microwaves at 2.45 GHz // Scientific Papers: Animal Science & Biotechnologies. 2013. Vol. 46. No 1. Pp. 185-191.
16. Dalmoro A. On the relevance of thermophysical characterization in the microwave treatment of legumes // Food & Function. 2018. Vol. 9. No 3. Pp. 1816-1828.
17. Gaurilcikiene I. The effect of strong microwave electric field radiation on: (2) wheat (Triticum aestivum L.) seed germination and sanitation // Zemdirbyste-Agriculture. 2013. Vol. 100. Pp. 185-190.
18. Gunasekaran S., Yang H. Effect of experimental parameters on temperature distribution during continuous and pulsed microwave heating // Journal of Food Engineering. 2007. Vol. 78. Pp. 1452-1456.
19. Guo Q. Microwave processing techniques and their recent applications in the food industry // Trends in Food Science & Technology. 2017. Vol. 67. Pp. 236-247.
20. Hamada E. A. M. Effects of microwave treatment on growth, photosynthetic pigments and some metabolites of wheat // Biologia Plantarum. 2007. Vol. 51. Pp. 343-345.
21. Haque N., Agrawal A., Pati A. K. A Mini Review on effects of Microwave on Seed Germination // Research Journal of Pharmacognosy and Phytochemistry. 2023. Vol. 15. No 1. Pp. 82-86.
22. Huang H.-H., Wang S.-R. The effects of inverter magnetic fields on early seed germination of mung beans // Bioelectromagnetics. 2008. Vol. 29. Pp. 649-657.
23. Iuliana C. Response of barley seedlings to microwaves at 2.45 GHz // Scientific Papers: Animal Science & Biotechnologies. 2013. Vol. 46. No 1. Pp. 185-191.
24. Impact of controlled microwave radiation in enhancing the productivity of Abelmoschus esculentus seedlings (L.) Moench / E. Iwuala [et al.] // Journal of Plant Interactions. 2021. Vol. 16. No 1. Pp. 179-186.
25. Jakubowski T. The impact of microwave radiation at different frequencies on the weight of seed potato germs and crop of potato tubers // Agricultural Engineering. 2010. Vol. 6. No 124. Pp. 57-64.
26. Jakubowski T. Evaluation of the impact of pre-sowing microwave stimulation of bean seeds on the germination process // Agricultural Engineering. 2015. Vol. 19. No 2. Pp. 45-56.
27. Jiao S., Zhong Y., Deng Y. Hot air-assisted radio frequency heating effects on wheat and corn seeds: quality change and fungi inhibition // Journal of Stored Products Research. 2016. Vol. 69. Pp. 265-271.
28. Knox O. G., McHugh M., Fountaine J. M., Havis N. D. Effects of microwaves on fungal pathogens of wheat seed // Crop Protection. 2013. Vol. 50. Pp. 12–16.
29. Kouchebagh S. B., Rasouli P., Babaiy A. H., Reza A. Seed germination of pot marigold (Calendula officinalis L.) as affected by physical priming techniques // International Journal of Biosciences. 2015. Vol. 6. Pp. 49-54.
30. Lazim S. K., Ramadhan M. N. Effect of microwave and UV-C radiation on some germination parameters of barley seed using mathematical models of Gompertz and logistic: Analysis study // Basrah Journal of Agricultural Sciences. 2020. Vol. 33. No 2. Pp. 28-41.
31. Lew A., Krutzik P. O., Hart M. E., Chamberlin A. R. Increasing rates of reaction: microwave-assisted organic synthesis for combinatorial chemistry // Journal of Combinatorial Chemistry. 2002. Vol. 4. No 2. Pp. 95-105.
32. Manickavasagan A., Jayas D. S., White N. D. G. Germination of wheat grains from uneven microwave heating in an industrial microwave dryer // Canadian Biosystems Engineering. 2007. Vol. 49. P. 3.
33. Maswada H. F., Sunoj V. S. J., Prasad P. V. V. A comparative study on the effect of seed pre-sowing treatments with microwave radiation and salicylic acid in alleviating the drought-induced damage in wheat // Journal of Plant Growth Regulation. 2021. Vol. 40. Pp. 48-66.
34. Mattson M. P. Hormesis defined // Ageing Research Reviews. 2008. Vol. 7. No 1. P. 1-7.
35. Nalwa C., Seth M. Physiology of Seed Dormancy and Germination - A Review // Journal of Pharmaceutical Research International. 2021. Vol. 33. No 58A. Pp. 557-562.
36. Paparella S., Araújo S. S., Rossi G. Seed priming: state of the art and new perspectives // Plant Cell Reports. 2015. Vol. 34. Pp. 1281-1293.
37. Qiu Z. B., Guo J. L. Nitric oxide acts as a signal molecule in microwave pretreatment induced cadmium tolerance in wheat seedlings // Acta Physiologiae Plantarum. 2013. Vol. 35. P. 65-73.
38. Qiu Z. B., Zhang M. M., Guo J. L., Lei M. Y. Role of nitric oxide in improving cadmium tolerance of microwave-pretreated wheat seedlings // Chinese Journal of Ecology (Sheng Tai Xue Za Zhi). 2013. Vol. 32. Pp. 1794-1799.
39. Radzevičius A. The effect of strong microwave electric field radiation on: (1) vegetable seed germination and seedling growth rate // Zemdirbyste-Agriculture. 2013. Vol. 100. Pp. 179-184.
40. Reddy M. V. B., Raghavan G. S. V., Kushalappa A. C., Paulitz T. C. Effect of microwave treatment on quality of wheat seedsi with Fusarium graminearum // Journal of Agricultural Engineering Research. 1998. Vol. 71. No 2. Pp. 113-117.
41. Rifna E. J., Ramanan K. R., Mahendran R. Emerging technology applications for improving seed germination // Trends in Food Science & Technology. 2019. Vol. 86. Pp. 95-108.
42. Romero-Galindo R. Biophysical methods used to generate tolerance to drought stress in seeds and plants: a review // International Agrophysics. 2022. Vol. 35. No. 4. Pp. 389-410.
43. Sahin H. Effects of microwaves on the germination of weed seeds // Journal of Biosystems Engineering. 2014. Vol. 39. Pp. 304-309.
44. Scialabba A., Tamburello C. Microwave effects on germination and growth of radish (Raphanus sativus L.) seedlings // Acta Botanica Gallica. 2002. Vol. 149. No 2. Pp. 113-123.
45. Schmidt M., Zannini E., Arendt E. Recent advances in physical post-harvest treatments for shelf-life extension of cereal crops // Foods. 2018. Vol. 7. P. 45.
46. Sirohi R., Tarafdar A. Technologies for disinfection of food grains: Advances and way forward // Food Research International. 2021. Vol. 145. P. 110396.
47. Shashurin M. M. Physiological responses of Plantago media to electromagnetic field of power-line frequency (50 Hz) // Russian Journal of Plant Physiology. 2014. Vol. 61. No 4. P. 484-488.
48. Snyder H. Literature review as a research methodology: An overview and guidelines // Journal of Business Research. 2019. Vol. 104. Pp. 333-339.
49. Sukiasyan A., Mikaelyan Y., Ayrapetyan S. Comparative study of non-ionizing and ionizing radiation effect on hydration of winter wheat seeds in metabolic active and inactive states // The Environmentalist. 2012. Vol. 32. No 2. Pp. 188-192.
50. Taheri S., Brodie G., Jacob M. V., Antunes E. Dielectric properties of chickpea, red and green lentil in the microwave frequency range as a function of temperature and moisture content // Journal of Microwave Power and Electromagnetic Energy. 2018. Vol. 52. No 3. Pp. 198-214.
51. Taheri S., Brodie G., Gupta D. Fluidisation of lentil seeds during microwave drying and disinfection could prevent detrimental impacts on their chemical and biochemical characteristics // LWT-Food Science and Technology. 2020. Vol. 129. P. 109534.
52. Taheri S., Brodie G.I., Gupta D. Microwave Heating for Grain Treatment // Agritech: Innovative Agriculture Using Microwaves and Plasmas. 2022. Springer, Singapore. Pp. 165-197.
53. Talei D., Valdiani A., Maziah M., Mohsenkhah M. Germination response of MR 219 rice variety to different exposure times and periods of 2450 MHz microwave frequency // The Scientific World Journal. 2013. P. 408026.
54. Torraco R. J. Writing integrative reviews of the literature: Methods and purposes // International Journal of Adult Vocational Education and Technology (IJAVET). 2016. Vol. 7. No 3. Pp. 62-70.
55. Tuan P. A., Kumar R., Rehal P. K., Toora P. K., Ayele B. T. Molecular mechanisms underlying abscisic acid/gibberellin balance in the control of seed dormancy and germination in cereals // Frontiers in Plant Science. 2018. Vol. 9. Pp. 668-681.
56. Vázquez-Hernández M. C., Parola-Contreras I., Montoya-Gómez L. M. Eustressors: Chemical and physical stress factors used to enhance vegetables production // Scientia Horticulturae. 2019. Vol. 250. Pp. 223-229.
57. Vian A., Roux D., Girard S. Microwave irradiation affects gene expression in plants // Plant Signaling & Behavior. 2006. Vol. 1. No 2. Pp. 67-70.
58. Vian A., Davies E., Gendraud M., Bonnet P. Plant responses to high frequency electromagnetic fields // BioMed research international. 2016. Pp. 1-13.
59. Villagómez-Aranda A. L. Activating stress memory: Eustressors as potential tools for plant breeding // Plant Cell Reports. 2022. Vol. 41. No. 7. Pp. 1481-1498.
60. Wang D. X., Liu Y. Lethal effects of microwave treatment on Sitophilus oryzae Linnaeus and germination rate of wheat // Journal of Nuclear Agricultural Sciences. 2011. Vol. 25. No 1. Pp. 105-109.
61. Wang S. M., Wang J. F., Guo Y. B. Microwave irradiation enhances the germination rate of tartary buckwheat and content of some compounds in its sprouts // Polish Journal of Food and Nutrition Sciences. 2018. Vol. 68. Pp. 195-205.
62. Wang J., Ma H., Wang S. Application of ultrasound, microwaves, and magnetic fields techniques in the germination of cereals // Food Science and Technology Research. 2019. Vol. 25. No 4. Pp. 489-497.
63. Wu X. H., Luo G. Q., Feng J. M. Effects of microwave treatment on the nitrogen metabolism of oat seedlings under Na2CO3 stress // J. Microwaves (Wei Bo Xue Bao). 2017. Vol. 33. P. 91-96.
64. Yadav D. N., Anand T., Sharma M., Gupta R. K. Microwave technology for disinfestation of cereals and pulses: An overview // Journal of Food Science and Technology. 2014. Vol. 51. Pp. 3568-3576.
65. Yanenko A. F., Matsibura A. P., Peregudov S. N., Uniyaka T. L. Impact of microwave radiation on vegetable biological objects // 14th International Crimean Conference Microwave and Telecommunication Technology. Sevastopol, 2004. Pp. 721-722.
66. Ye J., Hong T., Wu Y. Model stirrer based on a multi-material turntable for microwave processing materials // Materials. 2017. Vol. 10. No 2. P. 95.
Рецензия
Для цитирования:
Бахчевников О.Н., Брагинец А.В. Применение микроволнового излучения для предпосевной обработки семян (обзор). ИЗВЕСТИЯ НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ. 2023;(3 (71)):509-526. https://doi.org/10.32786/2071-9485-2023-03-51
For citation:
Bakhchevnikov O.N., Braginets A.V. Application of microwave radiation for seed pre-sowing treatment (review). Title in english. 2023;(3 (71)):509-526. (In Russ.) https://doi.org/10.32786/2071-9485-2023-03-51