Acta Agrophysica, 213, 2(2), 415-425 WPYW PRZEDSIEWNEJ STYMULACJI MAGNETYCZNEJ NA KIEKOWANIE ZIARNIAKÓW RÓNYCH ODMIAN PSZENICY JAREJ Stanisaw Pietruszewsi 1, Przemysaw Szymon Szecówa 2, Konrad Kania 1 1 Katedra Fizyi, Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie, ul. Aademica 13, 2-95 Lublin e-mail: stanislaw.pietruszewsi@up.lublin.pl 2 Zaad Rolin Zboowych, Instytut Hodowli i Alimatyzacji Rolin Pastwowy Instytut Badawczy ul. Zawia 4, 3-423 Kraów Streszczenie. Pi odmian pszenicy jarej (Banti, agwa, Parabola, Hewilla i ura) poddano przedsiewnemu oddziaywaniu zmiennego pola magnetycznego. Zastosowano dwie dawi espozycyjne D1 = 21,5 Jm -3 s (3 mt, 3 s) oraz D2 7,16 Jm -3 s (3 mt, 1 s). Kinety ieowania mierzono co 1 godzin za pomoc eletronicznego ieownia opracowanego i wyonanego w Katedrze Fizyi Uniwersytetu Przyrodniczego w Lublinie. Nastpnie opisano je za pomoc funcji logistycznej. Dane dowiadczalne pozwoliy stwierdzi, e ziarniai adej odmiany pszenicy reaguj indywidualnie na zastosowane pole magnetyczne. Na obie dawi espozycyjne pozytywnie reagoway ziarniai dwóch odmian (Banti i agwa). Dla pozostaych ziarniaów (odmiany: Hewilla, Parabola i ura) wpyw pozytywny by tylo dla dawi D1. Najlepiej pozytywnie na pole magnetyczne reagoway ziarniai odmiany Banti, a najgorzej ziarniai odmiany Hewilla i Parabola. Wynii inetyi ieowania potwierdziy obliczone dla poszczególnych odmian parametry rzywej logistycznej. S o w a l u c z o w e : pole magnetyczne, inetya ieowania, rzywa logistyczna, pszenica WSTP Pszenica naley do tych rolin zboowych, dla tórych czsto stosowano pole magnetyczne w przedsiewnej stymulacji nasion. Do niemal lasycznych bada naley praca Pitmana (1967), w tórej autor wyaza, e ziarniai pszenicy odmiany Kharov 22MC w sabym polu magnetycznym ( 1 Oe,1 T ) ieuj wczeniej ni ontrolne. W olejnej pracy autorzy (Pitman i Ormrod 197) wyazali, e ziarna pszenicy poddane dziaaniu pola magnetycznego H =18 Oe (,18 T) maj inny wspóczynni oddychania ni nasiona ontrolne.
416 S. PIETRUSZEWSKI i in. Zmienne pole magnetyczne 5 Hz, 3 mt powoduje szybszy wzrost orzeni i ieów pszenicy w stosunu do próby ontrolnej (Asenov i in. 21). Badania laboratoryjne (próby ieowania) oraz polowe wyazay, e dla dwóch odmian pszenicy jarej (Jara i Henia) pole magnetyczne 5 Hz, 3 mt powoduje szybsze ieowanie ni dla nasion próby ontrolnej oraz wysze plony (Pietruszewsi 1993, 1996, 1999). Jednoczenie autor ten zaproponowa, aby do prawidowej oceny wpywu pola magnetycznego na ieowanie, wzrost i plony rolin stosowa pojcie dawi espozycyjnej, tóra orela energi oddziaywujcego pola magnetycznego oraz czas espozycji. Wpyw staego pola magnetycznego na wzrost pszenicy orelili Martinez i in. (22). Oddziaywania pola magnetycznego na wzrost i wielo plonów pszenicy jarej odmiany Igna zostao przedstawione w pracy Kordasa (22). Autor stwierdzi, e zastosowane pole magnetyczne nie spowodowao wzrostu systemu orzeniowego, czci zielonej i plonów rolin stymulowanych przedsiewnie w stosunu do próby ontrolnej. Badacz ten do stymulacji uywa magnesów staych. Poda ich typ, ale nie oreli wieloci pola magnetycznego. Std te jego wynii, cho interesujce, s nieompletne. Wpyw zmiennego pola magnetycznego 16 Hz i 5 Hz na polow zdolno wschodów, wzrost i plony pszenicy jarej odmiany Jota i Sigma oraz pszenyta jarego odmiany Jago badaa Rochalsa (22). Rochalsa i in. (211) wyazali, e pole magnetyczne 16 Hz, 5 mt przy czasie espozycji 2 h oddziaujc na nasiona pszenicy ozimej odmiany Jasna, najlepiej wpywao na ieowanie nasion, za iei miay równie najlepsze waciwoci biofizyczne. Badania polowe dotyczce wpywu zmiennego pola magnetycznego na plonowanie i jao technologiczn plonów pszenicy ozimej i jarej byy obietem pracy Bujaa i Franta (29, 21). Wyazali oni, e stosowane pole magnetyczne do przedsiewnej stymulacji nie miao znaczcego wpywu na uzysane plony. Interesujca jest równie praca z wyorzystaniem magnesów staych Aliamanglu i Sen ( 211). Ziarna pszenicy umieszczane byy na tamocigu, tóry porusza si z szyboci 1 m s -1. Nad tamocigiem umieszczono zestaw staych magnesów, dzii tórym mona byo uzysa pole magnetyczne w granicach 2,9-4,8 mt. Obietem bada bya pszenica odmiany Flamura-85. Autorzy stwierdzili, e stosowane pola magnetyczne spowodowao wzrost chlorofili a i b, biaa caowitego oraz zawartoci miroelementów w stosunu do próby ontrolnej. Przeprowadzone w Katedrze Fizyi Uniwersytetu Przyrodniczego w Lublinie badania wyazay, e wpyw pola magnetycznego na nasiona najlepiej mona oceni za pomoc magnetycznej dawi espozycyjnej (Pietruszewsi i Kania 21). Obietem bada bya jedna odmiana pszenicy jarej poddana przedsiewnemu oddziaywaniu dwóch dawe espozycyjnych uzysanych rónymi sposobami. Kinety ieowania rejestrowano eletronicznym ieowniiem (Kania i in. 27, Patent PL 378397). W tracie ieowania utrzymywano sta temperatur 2 o C.
WPYW PRZEDSIEWNEJ STYMULACJI MAGNETYCZNEJ 417 Celem przeprowadzonych bada byo orelenie wpywu dwóch magnetycznych dawe espozycyjnych na inety ieowania piciu odmian pszenicy jarej oraz opisanie tych inety za pomoc funcji logistycznej Malthusa-Verhulsta ja te orelenie parametrów tej funcji dla poszczególnych odmian. MATERIA I METODA Materiaem dowiadczalnym byy ziarniai piciu odmian pszenicy jarej (Banti, agwa, Parabola, Hewilla i ura) pochodzce z Instytut Hodowli i Alimatyzacji Rolin w Radziowie. Kad z odmian poddano oddziaywaniu dwóch dawe espozycyjnych o wartociach D1 = 21,5 J m -3 s oraz D2 7,16 J m -3 s. Kinety ieowania rejestrowano w trzech powtórzeniach cznie z próbami ontrolnymi dla adej odmiany w iloci 1 nasion dla próby. Rejestracji doonano za pomoc eletronicznego ieownia (Kania i in. 27, Patent PL 378397) co 1 h. W tracie pomiarów utrzymywano sta temperatur 2 o C. Eletroniczny ieowni jest urzdzeniem opracowanym i wyonanym w Katedrze Fizyi Uniwersytetu Przyrodniczego w Lublinie. Nasiona umieszcza si pojedynczo w odpowiednich omorach nasiennych majcych bezporedni dostp do wody poprzez warstw bibuy filtracyjnej. Wyrastajcy iee rozcza odpowiedni uad eletroniczny, tóry jest rejestrowany przez omputer. Zebrane dane mogy by przedstawione w postaci odpowiednich tabel lub bezporednio przez wyresy rzywych inetyi ieowania. W oparciu o dane z 3 powtórze zostay wyrelone równania inetyi ieowania, a nastpnie dopasowane rzywe logistyczne w oparciu o równanie Malthusa-Verhulsta (Pietruszewsi 21): N( t) 1 N N 1exp N t t (1) gdzie: N(t) liczba wyieowanych ziarniaów w czasie t, N ocowa liczba wyieowanych ziarniaów, wspóczynni szyboci ieowania, t czas wyieowania pierwszego ziarniaa. W oparciu o rzyw logistyczn orelono równie szybo ieowania: v dn( t) N( t) N N( t) (2) dt gdzie: v szybo ieowania. Zarówno rzywa logistyczna, ja i rzywa szyboci ieowania bardzo dobrze modeluj proces ieowania nasion stymulowanych, a bdy dopasowa-
418 S. PIETRUSZEWSKI i in. nia rzywych nie przeraczaj 8% (Muszysi 28). Róniczujc równanie (4) i przyrównujc je do zera otrzymamy moliwo orelenia estremum (masimum) szyboci ieowania i czasu, w tórym to nastpio: 2 d N ( t) 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 + t max o (4) N WYNIKI Wynii bada dowiadczalnych zostay przedstawione w postaci rzywych inetyi ieowania dla poszczególnych odmian na olejnych rysunach (rysuni 1-5). Z przedstawionych rzywych wida wyranie, e pole magnetyczne oddziauje rónie na poszczególne odmiany. Dla odmian Banti i agwa wpyw pozytywny w stosunu do próby ontrolnej wystpuje dla obu dawe espozycyjnych, dla pozostaych tylo dla dawi D. Kinetyi ieowania dla ziarniaów pszenicy wszystich badanych odmian oraz dawi espozycyjnej D1 s poazane na rysunu 6. Kinetyi ieowania dla tych samych ziarniaów i dawi D2 prezentuje rysune 7. Zdolno ieowania, Germination capacity (%) 12 1 8 6 4 2 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 Czas ieowania, Time of germination (h) ontrola control D1 D2 Rys. 1. Krzywa inetyi ieowania dla odmiany Banti oraz dawe espozycyjnych D1 i D2 Fig 1. Curve of germination inetics for Banti variety and exposure doses D1 and D2
WPYW PRZEDSIEWNEJ STYMULACJI MAGNETYCZNEJ 419 Zdolno ieowania, Germination capacity (%) 12 1 8 6 4 2 24 26 28 3 32 34 36 38 4 42 44 46 48 5 Czas ieowania, Time of germination (h) ontrola, control D1 D2 Rys.2. Krzywa inetyi ieowania dla odmiany Hewilla oraz dawe espozycyjnych D1 i D2 Fig 2. Curve of germination inetics for Hewilla variety and exposure doses D1 and D2 12 Zdolno ieowania, Germination capacity (%) 1 8 6 4 2 24 26 28 3 32 34 36 38 4 42 44 46 48 5 Czas ieowania, Time of germination (h) ontrola, control D1 D2 Rys. 3. Krzywa inetyi ieowania dla odmiany agwa oraz dawe espozycyjnych D1 i D2 Fig. 3. Curve of germination inetics for agwa variety and exposure doses D1 and D2
42 S. PIETRUSZEWSKI i in. Zdolno ieowania, Germination capacity (%) 12 1 8 6 4 2 24 26 28 3 32 34 36 38 4 42 44 46 48 5 Czas ieowania, Time of germination (h) ontrola, control D1 D2 Rys.4. Krzywa inetyi ieowania dla odmiany Parabola oraz dawe espozycyjnych D1 i D2 Fig. 4. Curve of germination inetics for Parabola variety and exposure doses D1 and D2 Zdolno ieowania, germination capacity (%) 12 1 8 6 4 2 ontrola control D1 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 D2 Czas ieowania, Time of germination (h), Rys. 5. Krzywa inetyi ieowania dla odmiany ura oraz dawe espozycyjnych D1 i D2 Fig. 5. Curve of germination inetics for ura variety and exposure doses D1 and D2
WPYW PRZEDSIEWNEJ STYMULACJI MAGNETYCZNEJ 421 Zdolno ieowania, Germination capacity (%) 12 1 8 6 4 2 ura agwa Banti Hewilla Parabola 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 Czas ieowania, Time of germination (h) Rys. 6. Krzywe inetyi ieowania dla ziarniaów pszenicy i dawi espozycyjnej D1 Fig. 6. Curve of germination inetics for wheat ernels and exposure dose D1 Zdolno ieowania, Germination capacity (%) 12 1 8 6 4 2 ura agwa Banti Hewilla Parabola 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 Czas ieowania, Time of germination (h) Rys. 7. Krzywe inetyi ieowania dla ziarniaów pszenicy i dawi espozycyjnej D2 Fig. 7. Curve of germination inetics for wheat ernels and exposure dose D2 Z przedstawionych wyresów wida, e ziarniai poszczególnych odmian pszenicy rónie reaguj na przedsiewn stymulacj magnetyczn. Dla odmiany Banti obserwujemy najwczeniejsze ieowanie, tóre o ila godzin wyprzedza
422 S. PIETRUSZEWSKI i in. ieowanie ziarniaów odmiany Hewilla dla dawi D2. Róna jest równie szybo ieowania dla ziarniaów poszczególnych odmian. Ziarniai odmiany Banti i dawi D1 ieoway najwczeniej (t = 22 godziny) sporód wszystich badanych odmian i osigay najwczeniej masymaln szybo ieowania obliczon w oparciu o równania (1), (2) i (4). Tabela 1. Parametry rzywej logistycznej Table 1. Parameters of logistic curve Odmiana Variety N (%) t o (h) 1-6 (1(% h) -1 ) t max (h) v max (% h -1 ) Banti K 94 24 597 321 12,7,9 D1 99 22 784 281 18,9,8 D2 99 23 555 311 13,5,9 Hewilla K 1 3 625 371 15,,9 D1 1 28 735 341 18,3,8 D2 99 3 495 391 11,9,9 agwa K 98 29 676 361 21,4,7 D1 1 26 166 31 26,6,7 D2 99 27 56 351 13,7,9 Parabola K 1 28 685 351 17,1,8 D1 99 27 665 341 16,3,8 D2 1 27 485 361 12,,9 ura K 1 3 776 361 18,8,8 D1 1 24 66 321 14,5,9 D2 98 28 59 361 14,,9 Warto wspóczynnia szyboci ieowania () zmieniaa si w duym zaresie od 485 1-6 dla ziarniaów odmiany Parabola i dawi D2 do 166 1-6
WPYW PRZEDSIEWNEJ STYMULACJI MAGNETYCZNEJ 423 dla ziarniaów odmiany agwa i dawi D1. Potwierdziy to wyliczone dla tych przypadów masymalne szyboci ieowania, tóre wynosiy odpowiednie 12,,9 % h -1 i 26,6,7 % h -1. Porównanie przytoczonych wyresów i zamieszczone w tabeli 1 parametry rzywej logistycznej daj nam bogaty materia porównawczy. Wida wyranie, e wpyw oddziaywania pola magnetycznego zaley nie tylo od zastosowanej dawi espozycyjnej, ale równie od odmiany pszenicy. WNIOSKI Przeprowadzone badania laboratoryjne oraz analiza otrzymanych wyniów pozwolia na sformuowanie nastpujcych wniosów: 1. Uzysanie danych, potrzebnych do wyznaczenia inetyi ieowania, byo moliwe dzii wyorzystaniu eletronicznego ieownia. Urzdzenie to pozwolio na rejestracj, co godzin, wyieowanych nasion bez subietywnego udziau czowiea, a tym samym eliminowao popenienie niedoadnoci przy wyznaczaniu zdolnoci ieowania tradycyjnymi metodami. 2. Kinetya ieowania ziarniaów pszenicy badanych odmian zaley od stosowanej przedsiewnej dawi espozycyjnej: a) ziarniai odmiany Banti i agwa ieoway szybciej ni próba ontrolna dla obu zastosowanych dawe espozycyjnych. b) zastosowanie dawi espozycyjnej D1 powodowao lepsze ieowanie w stosunu do próby ontrolnej dla ziarniaów wszystich badanych odmian pszenicy. 3. Najwisz szybo ieowania (26,6,7% h -1 ) zanotowano dla ziarniaów odmiany agwa oraz dawi D1, a najmniejsz (12,,9% h -1 ) dla ziarniaów odmiany Parabola i dawi D2. 4. Ziarniai odmiany Banti ieoway najszybciej dla obu zastosowany dawe espozycyjnych w stosunu do ziarniaów pozostaych odmian. PIMIENNICTWO Asenov S.I., Gruzina T.I., Goriachev S.N., 21. Characteristics of low frequency magnetic field effect on swelling of wheat seeds at various stages. Biofizia, 46, 1127-1132. Aliamanglu S., Sen A., 211. Stimulation of growth and some biochemical parameters by magnetic field in wheat (Triticum aestivum L.) tissue cultures. African J. of Biotechnol., 1 (53), 1957-1963. Buja K., Frant M., 29. Wpyw przedsiewnej stymulacji zmiennym polem magnetycznym na plon pszenicy jarej. Acta Agrophysica, 14 (1), 19-29. Buja K., Frant M., 21. Wpyw przedsiewnej stymulacji nasion zmiennym polem magnetycznym na plonowanie i jao technologiczn pszenicy ozimej. Acta Agrophysica, 15 (2), 233-245. Kania K., Pietruszewsi S., Kornarzysi K., 27. Urzdzenie do oznaczania zdolnoci ieowania nasion. Patent, PL 378397.
424 S. PIETRUSZEWSKI i in. Kordas L., 22. The effect of magnetic field on growth, development and the field of spring wheat. Polish J. of Environmental Studies, 1(5), 527-53. Mahajan T.S., Pandey O.P., 211. Reformulation of Malthus-Verhulst equation for blac gram seeds pretreated with magnetic field. Int. Agrophysics, 25, 355-359. Martinez E., Carbonell M.V., Flórez M., 22. Magnetic biostimulation of initial growth stopes of wheat (Triticum aestivum L.). Electromagnetobiol. Med., 21 (1), 43-53. Muszysi S., 28. Modelowanie inetyi ieowania wybranych nasion w zmiennych warunach fizycznych i termodynamicznych. Praca dotorsa. WIP, AR Lublin. Pietruszewsi S., 21. Modelowanie rzyw logistyczn ieowania nasion pszenicy odmiany Henia w polu magnetycznym. Acta Agrophysica, 58, 143-151. Pietruszewsi S., 1993. Effect of magnetic seed treatment on yield of wheat. Seed Sci. & Technol., 21, 621-626. Pietruszewsi S., 1996. Effect of magnetic biostimulation of wheat seeds on germination, yield and proteins. Int. Agrophysics, 1, 51-55. Pietruszewsi S., 1999. Magnetyczna biostymulacja materiau siewnego pszenicy jarej. Rozprawy Nauowe AR Lublin. Pietruszewsi S., Kania K., 21. Effect of magnetic field on germination and yield of wheat. Int. Agrophysics, 24, 275-32. Pitman U.J., 1967. Biomagnetic Responses in Kharov 22 MC Winter Wheat. Can. J. Plant Sci., 47, 389-393. Pitman U.J., Ormrod D.P., 197. Physiological and Chemical Features of Magnetically Treated Winter Wheat Seed and Resultant Seedling. Can.J. Plant Sci. 5, 211-217. Rochalsa M., 22. Poprawa materiau siewnego za pomoc zmiennego pola magnetycznego. Do- wiadczenia polowe. Acta Agrophysica, 62, 113-126. Rochalsa M., Grabowsa-Topczewsa K., Maciewicz A., 211. Influence of alternating low frequency magnetic field on improvement of seed quality. Int. Agrophysics, 25, 265-269. EFFECT OF PRE-SOWING MAGNETIC STIMULATION ON GERMINATION OF KERNELS OF VARIOUS SPRING WHEAT VARIETIES Stanisaw Pietruszewsi 1, Przemysaw Szymon Szecówa 2, Konrad Kania 1 1 Department of Physics, University of Life Science in Lublin ul. Aademica 13, 2-95 Lublin e-mail: stanislaw.pietruszewsi@up.lublin.pl 2 Department of Cereals, Institute of Plant Breeding and Acclimatization, State Research Institute ul. Zawia 4, 3-423 Kraów A b s t r a c t. Kernels of five varieties of spring wheat (Banti, agwa, Parabola, Hewilla and ura) were exposed to pre-sowing alternating magnetic field. In the performed experiment two doses of magnetic field were applied: D1 = 21,5 J m -3 s (3 mt, 3 s) and D2 = 7,16 J -3 s (3 mt, 1 s). The germination inetics was measured every hour by means of an electronic seed germinator which was developed and built in the Department of Physics at the University of Life Sciences in Lublin. The germination process was modelled using the logistic curve and the parameters of that curve were calcu-
WPYW PRZEDSIEWNEJ STYMULACJI MAGNETYCZNEJ 425 lated. The experiment data established that wheat varieties react individually to magnetic field. A positive influence of the magnetic field was noted in Banti and agwa wheat varieties. For Hewilla, Parabola and ura varieties a positive influence was observed only for dose D1. Among all tested varieties, the highest positive influence of magnetic field was noted in Banti. On the other hand, the lowest positive influence of magnetic field was noted in Hewilla and Parabola. The germination inetics results confirm the logistic curves parameters calculated for each of the wheat varieties tested. K e y w o r d s : magnetic field, germination inetics, logistic curve, wheat