WPŁYW PROMIENIOWANIA MIKROFALOWEGO NA KINETYKĘ KIEŁKOWANIA NASION ŁUBINU BIAŁEGO I GROCHU KONSUMPCYJNEGO. Stanisław Pietruszewski, Konrad Kania

Transkrypt

1 Acta Agrophysica, 211, 18(1), WPŁYW PROMIENIOWANIA MIKROFALOWEGO NA KINETYKĘ KIEŁKOWANIA NASION ŁUBINU BIAŁEGO I GROCHU KONSUMPCYJNEGO Stanisław Pietruszewsi, Konrad Kania Katedra Fizyi, Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie ul. Aademica 13, 2-95 Lublin stanislaw.pietruszewsi@up.lublin.pl S t r e s z c z e n i e. W pracy przedstawiono wpływ promieniowania mirofalowego na inetyę iełowania łubinu białego i grochu onsumpcyjnego. Krzywe iełowania otrzymano za pomocą eletronicznego iełownia opracowanego i wyonanego w Katedrze Fizyi Uniwersytetu Przyrodniczego w Lublinie. Następnie opisano je za pomocą funcji logistycznej i wyznaczono jej parametry. Dane doświadczalne pozwoliły stwierdzić, Ŝe 5 seundowa espozycja promieniowania mirofalowego przyspiesza iełowanie w stosunu do ontroli, zaś 1 seundowa powoduje opóźnione iełowanie. Postawiono hipotezę, Ŝe moŝe to być spowodowane zbytnią absorpcją energii promieniowania, a tym samym szodliwym ogrzaniem nasion. S ło wa l u c z o we: promieniowanie mirofalowe, inetya iełowania, rzywa logistyczna, łubin biały, groch onsumpcyjny WSTĘP Promieniowanie mirofalowe jest tym czynniiem fizycznym, tóry bardzo rzado jest wyorzystywany w przedsiewnej stymulacji nasion. Jest to przede wszystim uwarunowane przez absorpcję energii promieniowania mirofal, tóra prowadzi do wzrostu temperatury materiału biologicznego. Niemniej w literaturze moŝna spotać publiacje dotyczące zastosowania promieniowania mirofalowego w przedsiewnej obróbce nasion. Promieniowanie mirofalowe zostało zastosowane do poprawy zdolności iełowania nasion lnu (Olchowi i Gawda 22). Nasiona poddano działaniu mirofal w zaresie częstotliwości 37,5-54,4 GHz. W oparciu o uzysane dane stwierdzono, Ŝe promieniowanie mirofalowe o częstotliwościach 42,15 i 53,57 GHz i czasie es-

2 122 S. PIETRUSZEWSKI, K. KANIA pozycji poniŝej 1 minuty znacznie poprawia iełowanie. Mirofale o częstotliwościach 38,46, 42,13, 48,38 oraz 53,57 Hz zostały wyorzystane do przedsiewnej stymulacji nasion buraa curowego dwóch odmian: Colobri i Maria (Wójci i in. 24). Wpływ promieniowania mirofalowego oreślono w oparciu o badania polowe. Uzysane dane doświadczalne pozwoliły stwierdzić dodatni wpływ mirofal na plony i jaość technologiczną orzeni dla obu odmian. Wpływ promieniowania mirofalowego na iełowanie ziarniaów pszenicy oraz właściwości biofizyczne siewe były badane przez Hamada (27). Badania Jaubowsiego (21c) dotyczyły między innymi wpływu przedsiewnej stymulacji sadzeniaów ziemniaa na wzrost i późniejsze plonowanie. Mirofale były równieŝ wyorzystywane do oreślenia cech przechowalniczych bulw ziemniaczanych (Mars i Jaubowsi 26, Jaubowsi 21a i 21b). Te ostatnie prace są jednymi z najbardziej omplesowych esperymentów, jaie moŝna spotać w literaturze nauowej. Analizując mechanizm oddziaływania promieniowania mirofalowego na materiał biologiczny naleŝy brać pod uwagę jego uwodnienie. Inaczej będą oddziaływać mirofale na nasiona roślin o małej wilgotności (nasiona lnu, buraa curowego, pszenicy), a inaczej na sadzeniai ziemniaów. Uwzględniając wszystie te aspety w Katedrze Fizyi Uniwersytetu Przyrodniczego w Lublinie zostały przeprowadzone badania wpływu promieniowania mirofalowego o oreślonej częstotliwości i mocy źródła promieniowania na inetyę iełowania nasion grochu onsumpcyjnego i łubinu białego. MATERIAŁ I METODA Materiałem doświadczalnym były nasiona grochu onsumpcyjnego oraz łubinu białego. Nasiona pochodziły z Centrali Nasiennej. Losowo wybrano 15 nasion bez uszodzeń zewnętrznych i podzielono na 3 grupy. Jedną grupę stanowiły nasiona ontrolne, a dwie pozostałe poddano działaniu promieniowania mirofalowego. Nasiona napromieniowano mirofalami o częstotliwości 2,45 GHz i mocy źródła 1W. Czas espozycji promieniowania mirofalowego wynosił odpowiednio 5 i 1 seund. Przed wysiewem nasiona poddano leŝaowaniu a następnie w partiach po 1 sztu (5 powtórzeń) przeprowadzono rejestrację inetyi iełowania w eletronicznym iełowniu (Kania i inni 27, Patent PL ). W tracie iełowania utrzymywano stałą temperaturę 2 o C. Eletroniczny iełowni jest urządzeniem opracowanym i wyonanym w Katedrze Fizyi Uniwersytetu Przyrodniczego w Lublinie. Nasiona są umieszczane pojedynczo w odpowiednich omorach nasiennych mających bezpośredni dostęp do wody poprzez warstwę bibuły filtracyjnej. Wyrastający iełe rozłącza odpowiedni uład eletroniczny, tóry jest rejestrowany przez omputer. Liczba

3 WPŁYW PROMIENIOWANIA MIKROFALOWEGO NA KINETYKĘ 123 wyiełowanych nasion była rejestrowana co 3 godziny. Zebrane dane mogły być przedstawione w postaci odpowiednich tabel lub bezpośrednio przez wyresy rzywych inetyi iełowania. W oparciu o dane z 5 powtórzeń zostały wyreślone równania inetyi iełowania, a następnie dopasowane rzywe logistyczne w oparciu o równanie: N( t) = 1+ N ( N 1) exp[ αn ( t t )] gdzie: N(t) liczba wyiełowanych nasion w czasie t, N ońcowa liczba wyiełowanych nasion, α współczynni szybości iełowania, t czas wyiełowania pierwszego nasiona. W oparciu o rzywą logistyczną oreślono równieŝ szybość iełowania (Pietruszewsi 22): v dn( t) = = N( t) α [ N N( t) ] (2) dt gdzie: v szybość iełowania. Zarówno rzywa logistyczna, ja i rzywa szybości iełowania bardzo dobrze modelują proces iełowania nasion stymulowanych, a błędy dopasowania rzywych nie przeraczają 8%. RóŜniczując równanie (4) i przyrównując je do zera otrzymamy moŝliwość oreślenia estremum (masimum) szybości iełowania i czasu, w tórym to nastąpiło: 2 d N ( t) = α N ( t) [ N N ( t) ] [ N 2N ( t) ] 2 (3) dt Oraz t = t max dla N = 2N(t) i wówczas mamy: t = ln ( N 1) (1) max (4) α N WYNIKI Wynii badań doświadczalnych otrzymanych za pomocą eletronicznego iełownia zostały przedstawione w postaci rzywych inetyi iełowania z dopasowaniem odpowiedniej funcji logistycznej, rysuni 1-6. Następnie obliczono w oparciu o równania (2) i (4) czas, masymalnego iełowania oraz od-

4 124 S. PIETRUSZEWSKI, K. KANIA powiadające jemu masymalne wartości szybości iełowania (tab.1). Dla parametrów uzysanych w oparciu o równanie rzywej logistycznej została przeprowadzona analiza niepewności w celu wyznaczenia odchyleń standardowych. 1 Zdolność iełowania - Germination capacity (%) Dane doświadczalne,"experiment" Krzywa logistyczna,"logistic curve" Czas iełowania (h), próba ontrolna - Time of germination (h), control Rys. 1. Krzywa inetyi iełowania dla grochu onsumpcyjnego (próba ontrolna) Fig 1. Curve of inetic germination for consumptive pea (control) Zdolność iełowania - Germination capacity (%) Dane doświadczalne,"experiment" Krzywa logistyczna,"logistic curve" Czas iełowania (h), 5 s czas espozycji - Time of germination (h), 5 s exposure time Rys. 2. Krzywa inetyi iełowania dla grochu onsumpcyjnego (5 s czas espozycji) Fig 2. Curve of inetic germination for consumptive pea (5 s exposure time)

5 WPŁYW PROMIENIOWANIA MIKROFALOWEGO NA KINETYKĘ 125 Zdolność iełowania - Germination capacity (%) Dane doświadczalne, "Experiment" Krzywa logistyczna, "Logistic curve" Czas iełowaniam (h), 1 s czas espozycji - Time of germination (h), 1 s exposure time Rys. 3. Krzywa inetyi iełowania dla grochu onsumpcyjnego (1 s czas espozycji) Fig 3. Curve of inetic germination for consumptive pea (1 s exposure time) 1 Zdolność iełowania - Germination capacity (%) Dane doświadczalne, "Experiment" Krzywa logistyczna, "Logistic curve" Czas iełowania (h), ontrola - Time of germination (h), control Rys. 4. Krzywa inetyi iełowania dla łubinu białego (próba ontrolna) Fig 4. Curve of inetic germination for white lupine (control)

6 126 S. PIETRUSZEWSKI, K. KANIA Zdolność iełowania - Germination capacity (%) Dane doświadczalne, "Experiment" Krzywa logistyczna, "Logistic curve" Czas iełowania (h), 5 s czas espozycji - Time of germination (h), 5 s exposure time Rys. 5. Krzywa inetyi iełowania dla łubinu białego (5 s czas espozycji) Fig. 5. Curve of inetic germination for white lupine (5 s exposure time) 1 Zdolność iełowania - Germination capacity (%) Dane doświadczalne, "Experiment" Krzywa logistyczna, "Logistic curve" Czas iełowania (h), 1 s czas espozycji - Time of germination (h), 1 s exposure time Rys. 6. Krzywa inetyi iełowania dla łubinu białego (1 s czas espozycji) Fig. 6. Curve of inetic germination for white lupine (1 s exposure time)

7 WPŁYW PROMIENIOWANIA MIKROFALOWEGO NA KINETYKĘ 127 Tabela 1. Parametry rzywej logistycznej Table 1. Parameters of logistic curve Dawa N * (%) t (h) 1 6 α [1/(% h) -1 ] t max (h) V max (% h -1 ) Groch onsumpcyjny Consumptive pea K ,±1,3 5,5±,8 5s ,±1,3 4,1±,8 1s ,2±1,3 4,5±,8 Łubin biały White lupine K ,±1,3 5,4±,8 5s ,±1,3 4,5±,8 1s ,9±1,3 4,5±,8 *Objaśnienia podano w rozdziale Materiał i Metody For explanations see Materials and Methods. PODSUMOWANIE Promieniowanie mirofalowe o częstotliwości 2,45 GHz zastosowane do przedsiewnej stymulacji nasion grochu onsumpcyjnego i łubinu białego ma wpływ na inetyę iełowania. Czas espozycji mirofal wynoszący 5 seund wyraźnie przyspiesza począte iełowania dla obu roślin, przy czym jest to wyraźnie widoczne w przypadu grochu. Czas masymalnego iełowania jest równieŝ wcześniejszy. Nasiona ontrolne zaczynają iełować później, ale ich masymalna szybość iełowania jest więsza. Natomiast mirofale nie mają wpływu na ońcowa liczbę wyiełowanych nasion. RóŜnice w parametrach rzywej logistycznej dla obu czasów espozycji moŝna tłumaczyć róŝnicą w zaabsorbowaniu energii promieniowania mirofalowego. WydłuŜenie czasu oddziaływania promieniowania eletromagnetycznego powoduje, Ŝe nasiona absorbują więszą energię mirofal, tóra moŝe nieznacznie podwyŝszyć temperaturę nasion Stres temperaturowy i tóra miałaby w tym przypadu wpływ negatywny na iełowanie. Jaubowsi w swoich pracach (29, 21a i 21b) wyazał, Ŝe mirofale wpływają wyraźnie na cechy przechowalnicze bulw ziemniaa. NaleŜy jedna pamiętać, Ŝe budowa anatomiczna ziemniaów i uŝytych w badaniach nasion znacznie się róŝni. Stosowane w badaniach źródło promieniowania mirofalowego miało stosunowo duŝą moc, 1W. W tym przypadu energia promieniowania była równieŝ duŝa. Tym naleŝy tłumaczyć, Ŝe nawet przy ta rótich czasach espozycji moŝna było zaobserwować róŝnice w ich oddziaływaniu. Uzysane wynii są na tyle interesujące, Ŝe planowane jest ich ontynuowanie. Łatwość uzysania danych

8 128 S. PIETRUSZEWSKI, K. KANIA doświadczalnych dzięi wyorzystaniu eletronicznego iełownia jest w tym przypadu dodatowym plusem. WNIOSKI W oparciu o uzysane wynii moŝna sformułować następujące wniosi: 1. Zastosowanie promieniowania mirofalowego o częstotliwości 2,45 GHz miało wpływ na inetyę iełowania nasion grochu onsumpcyjnego i łubinu białego. 2. Dla obu rodzajów nasion czas espozycji 5 seund powodował wcześniejsze iełowanie. 3. Kinetyę iełowania moŝna dobrze opisać za pomocą rzywej logistycznej. 4. Przedsiewna stymulacja promieniowaniem mirofalowym nie miała wpływu na ońcowa liczbę wyiełowanych nasion. PIŚMIENNICTWO Hamada E., 27. Effect of microwave treatment on growth, photosynthetic pigments and some matabolites of wheat. Biologia Plantarum, 51(2), Jaubowsi T.,29. Efet cieplny mirofalowego ogrzewania bulw ziemniaa. Acta Agrophysica,14, 2, Jaubowsi T., 21a.. Wpływ przechowywania na ubyte masy bulw ziemniaa napromieniowanych mirofalami. Acta Agrophysica,15, 2, Jaubowsi T., 21b. Wpływ promieniowania mirofalowego na stopień poraŝenia przechowywanych bulw ziemniaa przez Rhizoctonia solami Kühn. Acta Agrophysica, 16, 1, Jaubowsi T., 21c. Wpływ terminu stymulacji mirofalami sadzeniaów na wzrost i plonowanie roślin ziemniaa (Solanum tuberosum L.). Acta Agrophysica, 16, 2, Kania K., Pietruszewsi S., Kornarzyńsi K., 27. Urządzenie do oznaczania zdolności iełowania nasion. Patent, PL Mars N., Jaubowsi T., 26. Wpływ promieniowania mirofalowego na trwałość przechowalniczą bulw ziemniaa, InŜ. Roln. 6, Olchowi G., Gawda H., 22. Influence of microwave radiation on germination capacity of flex seeds. Acta Agrophysica, 62, Pietruszewsi St., 22. Wpływ pól magnetycznych i eletrycznych na iełowanie wybranych roślin uprawnych. Acta Scietiarum Polonorum Technica Agraria, 1(1), Wójci S., Dziamba M., Pietruszewsi S., 24. Wpływ promieniowania mirofalowego na plonowanie i jaość technologiczna orzeni buraa curowego. Acta Agrophysica, 3(3),

9 WPŁYW PROMIENIOWANIA MIKROFALOWEGO NA KINETYKĘ 129 MICROWAVE EFFECT ON THE GERMINATION KINETICS OF SEEDS OF WHITE LUPINE AND CONSUMPTIVE PEA Stanisław Pietruszewsi, Konrad Kania Department of Physics, University of Life Science in Lublin ul. Aademica 13, 2-95 Lublin A b s t r a c t. The paper shows the influence of microwave radiation on the inetics of germination of white lupine and consumptive pea seeds. Germination curves were obtained using an electronic germination apparatus designed and constructed in the Department of Physics, University of Life Sciences in Lublin. Obtained curves were described with the logistic function which parameters were also determined. Experimental data revealed that 5 sec long exposure to microwave radiation accelerated germination, while 1 sec long exposure resulted in delaying the germination, when compared to the non-exposed control seeds. A hypothesis has been put forward that it may be caused by excessive absorption of radiation leading to harmful warming of seeds. K e y wo r d s : microwave, inetic of germination, logistic curve, white lupine, consumptive pea