Помощь студентам в учебе
МЕТОД И СРЕДСТВО КОНТРОЛЯ МЕМБРАННОГО ПОТЕНЦИАЛА ЗЕРЕН ПШЕНИЦЫ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ ДЛЯ ОЦЕНКИ ВСХОЖЕСТИ
|
ВВЕДЕНИЕ 4
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 11
1.1 Роль всхожести в определении посевного качества семян пшеницы 11
1.2 Методика расчета нормы высева 12
1.3 Обзор методов и средств оценки всхожести зерен пшеницы 13
1.3.1 Метод лабораторной оценки всхожести согласно ГОСТ 12038-84
13
1.3.2 Методы оценки жизнеспособности семян пшеницы 16
1.3.3 Метод оценки всхожести зерна пшеницы по изменению
потенциала действия 20
1.4 Особенности строения зерновки пшеницы 22
1.5 Особенности изменения мембранного потенциала у растений 23
1.5.1 Потенциал покоя 25
1.5.2 Потенциал действия 30
1.6 Анализ применения мембранного потенциала в качестве параметра
контроля всхожести семян пшеницы, выбор уравнения изменения мембранного потенциала 38
Выводы 47
2 РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ КОНТРОЛЯ МЕМБРАННОГО ПОТЕНЦИАЛА .. 48
Выводы 52
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 53
3.1 Описание средства контроля мембранного потенциала зерен пшеницы,
как показателя их всхожести 53
3.2 Методика проведения экспериментального исследования 58
3.3 Статистический анализ полученных экспериментальных данных 68
3.4 Результаты экспериментального исследования изменения мембранного
потенциала семян пшеницы с использованием уравнения Гольдмана- Ходжкина-Катца 74
3.5 Результаты экспериментальных исследований изменения мембранных
потенциалов, полученных при проращивании зерен пшеницы с использованием растворов KCl различной концентрации 80
3.6 Сравнение теоретических заключений и экспериментальных
результатов 89
Выводы 91
4 МЕТОД КОНТРОЛЯ МЕМБРАННОГО ПОТЕНЦИАЛА ЗЕРЕН ПШЕНИЦЫ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ ДЛЯ ОЦЕНКИ ВСХОЖЕСТИ 93
4.1 Подготовка семян пшеницы к проведению исследований 93
4.2 Измерение мембранного потенциала и статистическая обработка
результатов 95
4.3 Контроль мембранного потенциала семян пшеницы, пророщенных с
использованием дистиллированной воды, и оценка их всхожести 96
4.4 Контроль мембранного потенциала семян пшеницы, пророщенных с
использованием раствора KCl, и оценка их всхожести 98
Выводы 100
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 101
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 103
Приложение А. Условия проращивания семян сельскохозяйственных
культур 114
Приложение Б. Акты внедрения 115
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 11
1.1 Роль всхожести в определении посевного качества семян пшеницы 11
1.2 Методика расчета нормы высева 12
1.3 Обзор методов и средств оценки всхожести зерен пшеницы 13
1.3.1 Метод лабораторной оценки всхожести согласно ГОСТ 12038-84
13
1.3.2 Методы оценки жизнеспособности семян пшеницы 16
1.3.3 Метод оценки всхожести зерна пшеницы по изменению
потенциала действия 20
1.4 Особенности строения зерновки пшеницы 22
1.5 Особенности изменения мембранного потенциала у растений 23
1.5.1 Потенциал покоя 25
1.5.2 Потенциал действия 30
1.6 Анализ применения мембранного потенциала в качестве параметра
контроля всхожести семян пшеницы, выбор уравнения изменения мембранного потенциала 38
Выводы 47
2 РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ КОНТРОЛЯ МЕМБРАННОГО ПОТЕНЦИАЛА .. 48
Выводы 52
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 53
3.1 Описание средства контроля мембранного потенциала зерен пшеницы,
как показателя их всхожести 53
3.2 Методика проведения экспериментального исследования 58
3.3 Статистический анализ полученных экспериментальных данных 68
3.4 Результаты экспериментального исследования изменения мембранного
потенциала семян пшеницы с использованием уравнения Гольдмана- Ходжкина-Катца 74
3.5 Результаты экспериментальных исследований изменения мембранных
потенциалов, полученных при проращивании зерен пшеницы с использованием растворов KCl различной концентрации 80
3.6 Сравнение теоретических заключений и экспериментальных
результатов 89
Выводы 91
4 МЕТОД КОНТРОЛЯ МЕМБРАННОГО ПОТЕНЦИАЛА ЗЕРЕН ПШЕНИЦЫ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ ДЛЯ ОЦЕНКИ ВСХОЖЕСТИ 93
4.1 Подготовка семян пшеницы к проведению исследований 93
4.2 Измерение мембранного потенциала и статистическая обработка
результатов 95
4.3 Контроль мембранного потенциала семян пшеницы, пророщенных с
использованием дистиллированной воды, и оценка их всхожести 96
4.4 Контроль мембранного потенциала семян пшеницы, пророщенных с
использованием раствора KCl, и оценка их всхожести 98
Выводы 100
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 101
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 103
Приложение А. Условия проращивания семян сельскохозяйственных
культур 114
Приложение Б. Акты внедрения 115
Актуальность исследования. Одной из важных гарантий продовольственной безопасности нашей страны является стабильное производство достаточного количества высококачественного зерна. Посевные качества зерна пшеницы - это одна из самых важных составляющих его потребительской стоимости, его конкурентоспособности и сельскохозяйственной производительности.
Всхожесть семян пшеницы является основным показателем, который определяет посевные качества семян, их пригодность для посева, норму высева.
В производстве сельскохозяйственной продукции в предпосевной период играет ключевую роль оценка посевных качеств семян пшеницы. Зачастую семена, не прошедшие дозревания после уборки урожая, при лабораторном анализе отличаются пониженной всхожестью, поэтому необходимо проводить дополнительную экспресс-оценку всхожести непосредственно перед высевом семян.
Современный метод оценки всхожести представляет собой лабораторный анализ, который включает в себя несколько продолжительных по времени этапов: выведение семян из состояния покоя (4-7 дней), проращивание семян (7 дней). Затем подсчитывают нормально проросшие зерна из четырех проб по 100 штук в каждой и оценивают процент всхожести. Этот метод является трудоемким, отличается длительным процессом подготовки к исследованию, поэтому для экспресс-оценки всхожести в сжатые сроки не подходит.
Оценка всхожести семян пшеницы в максимально сжатые сроки во время предпосевного периода является актуальной задачей. В настоящее время предпосевной анализ всхожести семян пшеницы занимает от 10 до 14 дней по ГОСТ 12038-84.
На сегодняшний день существует метод и средство контроля всхожести семян пшеницы по изменению потенциала действия [105], который позволяет значительно сократить срок контроля всхожести, а именно на 7 - 10 суток, по сравнению с используемым методом. Однако разработанные метод и средство обладают низкой достоверностью данных о всхожести семян пшеницы. Метод основан на графоаналитической модели, которая, во-первых, не учитывает воздействие температуры на изменение мембранного потенциала, во-вторых, не позволяет оценить воздействие солевых растворов разной концентрации на изменение мембранного потенциала, так как при проращивании семян пшеницы используют только дистиллированную воду.
Поэтому разработка метода и средства контроля мембранного потенциала зерен пшеницы с учетом температуры и солевых растворов при проращивании дает возможность осуществлять оценку всхожести семян пшеницы с более высокой степенью достоверности и является актуальной задачей, которая представляет, как теоретический, так и практический интерес.
Основываясь на уравнение Гольдмана-Ходжкина-Катца, предлагается модель контроля мембранного потенциала зерен пшеницы, которая позволяет учесть воздействие температуры, определить зависимость мембранного потенциала от изменения концентрации ионов К+, N а+, С 1 _на внешней стороне оболочки зерна пшеницы с помощью солевых растворов, что, в результате, дает высокую достоверность оценки всхожести семян пшеницы.
Актуальность работы подтверждается участием в программе «У.М.Н.И.К.», организованной Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере при поддержке Федерального агентства по науке и инновациям и Федерального агентства по образованию. С января 2012 года по декабрь 2013 года выполнялся государственный контракт на реализацию проекта на тему «Метод и средство контроля всхожести семян пшеницы по изменению потенциала действия», договор № 12/нр на выполнение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ сроком на 2 года.
Целью диссертационной работы является разработка метода и средства контроля мембранного потенциала зерен пшеницы с учетом температуры и растворов KCl разной концентрации при проращивании семян для повышения достоверности оценки всхожести зерен пшеницы.
Основные задачи диссертационной работы.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе были сформированы следующие задачи:
- провести аналитический обзор существующих методов оценки всхожести семян пшеницы;
- на основе уравнения Гольдмана-Ходжкина-Катца разработать модель контроля мембранного потенциала зерен пшеницы, как показателя их всхожести;
- разработать экспериментальную установку для исследования изменения мембранного потенциала в зависимости от всхожести, температуры и растворов KCl различной концентрации;
- исследовать изменения мембранного потенциала в зависимости от известной всхожести семян пшеницы, температуры и солевых растворов KCl различной концентрации при проращивании;
- разработать метод контроля мембранного потенциала зерен пшеницы, как показателя их всхожести, с учетом температуры и концентрации растворов KCl при проращивании.
Объектом исследования является мембранный потенциал зерен пшеницы разной всхожести.
Предметом исследования является метод контроля мембранного потенциала зерен пшеницы, как показателя их всхожести, который основан на зависимости мембранного потенциала зерен пшеницы от их всхожести, температуры, концентрации раствора KCl на внешней оболочке зерен, используемого при проращивании семян.
Методы исследования.
Для решения поставленных задач в диссертационной работе были использованы методы экспериментального исследования, методы статистической обработки экспериментальных данных и методы математического моделирования.
Достоверность.
Достоверность полученных результатов основывается на использовании семян пшеницы с известной всхожестью, полученных в Барнаульском филиале ФГУ «Россельхозцентр» по Алтайскому краю, как эталонных, на высоком коэффициенте детерминации при определении зависимости мембранного потенциала от всхожести, температуры, концентрации растворов KCl.
Результаты аналитических исследований подтверждаются результатами проведенных экспериментов и не противоречат фундаментальным исследованиям.
На защиту выносятся:
1. Обоснование необходимости разработки метода контроля мембранного потенциала семян пшеницы, как показателя их всхожести, с учетом воздействия температуры, солевых растворов разной концентрации при проращивании.
2. Модифицированное уравнение Гольдмана-Ходжкина-Катца, на основании которого разработана модель контроля мембранного потенциала семян пшеницы, как показателя их всхожести.
3. Результаты исследований изменения мембранного потенциала семян пшеницы в зависимости от температуры, концентрации растворов KCl при проращивании семян пшеницы.
4. Расчет абсолютных значений коэффициентов проницаемости оболочки семян пшеницы, а также внутренней концентрации ионов К+, N а+, СГ.
5. Алгоритм контроля мембранного потенциала семян пшеницы и его применение для оценки всхожести.
Научная новизна работы заключается в следующем.
В диссертационной работе представлено новое решение актуальной научно-практической задачи контроля мембранного потенциала семян пшеницы, как показателя их всхожести. Разработанные метод и средство позволяют повысить достоверность данных о всхожести семян пшеницы.
Впервые модифицировано уравнение Гольдмана-Ходжкина-Катца, которое позволяет определять концентрации ионов К+, N а+, С 1 _на внутренней стороне оболочки и ее коэффициенты проницаемости. На основании полученного уравнения, можно разрабатывать новые методы контроля, изменяя внешние параметры - температуру, концентрацию, использовать другие растворы.
Впервые определены концентрации ионов на внутренней стороне оболочки и ее коэффициенты проницаемости для семян пшеницы мягких сортов с различной всхожестью, которые могут выступать в виде сравнительной оценки для семян других сортов.
Практическая ценность работы.
Разработанные метод и средство контроля, в основе которого лежит модель контроля мембранного потенциала семян пшеницы, как показателя их всхожести, могут быть использованы сельскохозяйственными предприятиями и частными фермерами для оценки всхожести семян пшеницы в сжатые сроки.
Разработанное средство контроля мембранного потенциала семян пшеницы позволяет исключить температурное воздействие и повысить точность измерения.
Предложенная модификация уравнения Гольдмана-Ходжкина-Катца и математический алгоритм могут быть использованы для расчета концентраций ионов К+, Na+, СП на внутренней стороне оболочки и ее коэффициентов проницаемости для зерен пшеницы любых сортов, что позволяет разрабатывать новые методы контроля.
Модифицированное уравнение позволяет исследовать влияние той или иной почвы на изменение мембранного потенциала семян пшеницы и, как следствие, всхожесть в конкретной почве.
На основе уравнения Гольдмана-Ходжкина-Катца и экспериментальных исследований научно доказано, что проращивание семян пшеницы при температуре 20°С обеспечивает достоверную всхожесть семян. Полученный результат не противоречит диапазону температур, рекомендуемому ГОСТ 12038-84.
Апробация и реализация результатов работы.
Результаты диссертационной работы внедрены в Барнаульский филиал ФГУ «Россельхозцентр» по Алтайскому краю, в ФГБОУ ВО «Алтайский государственный аграрный университет» на кафедре «Сельскохозяйственные машины ИФ» и использованы при чтении лекций, курсовом и дипломном проектировании на кафедре «Информационные технологии» Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова.
Основные результаты диссертации докладывались на науч.-практич. конф. «Виртуальные и интеллектуальные системы», г. Барнаул, 2010, 2011, 2012, 2013гг.; на всероссийской молодежной конференции «Методы компьютерной диагностики в биологии и медицине», г. Саратов, 2011, 2012гг.; на XL научно-технической конференции по итогам работы профессорско- преподавательского состава СевКавГТУ за 2010 год, г. Ставрополь, 2011 г.; на IX Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и молодежь», г.Барнаул, 2012 г.
Публикация результатов исследования.
По теме диссертационной работы опубликовано 14 научных работ, в том числе 4 статьи в ведущих рецензируемых научных журналах, входящих в Перечень ВАК.
Личный вклад автора заключается в разработке и испытании экспериментальной установки для контроля мембранного потенциала зерен пшеницы, в экспериментальных исследованиях зависимости изменения мембранного потенциала от всхожести семян, от температуры и растворов KCL при проращивании семян, на основании которых был разработан новый метод контроля, позволяющий повысить достоверность данных о всхожести семян пшеницы.
Структура и объем диссертации.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений, изложенных на 116 страницах машинописного текста, комментируется 30 рисунками, 9 таблицами. Список литературы включает 119 наименований.
В диссертационной работе обобщены результаты исследований, проведенных автором с 2010 по 2015 гг.
Всхожесть семян пшеницы является основным показателем, который определяет посевные качества семян, их пригодность для посева, норму высева.
В производстве сельскохозяйственной продукции в предпосевной период играет ключевую роль оценка посевных качеств семян пшеницы. Зачастую семена, не прошедшие дозревания после уборки урожая, при лабораторном анализе отличаются пониженной всхожестью, поэтому необходимо проводить дополнительную экспресс-оценку всхожести непосредственно перед высевом семян.
Современный метод оценки всхожести представляет собой лабораторный анализ, который включает в себя несколько продолжительных по времени этапов: выведение семян из состояния покоя (4-7 дней), проращивание семян (7 дней). Затем подсчитывают нормально проросшие зерна из четырех проб по 100 штук в каждой и оценивают процент всхожести. Этот метод является трудоемким, отличается длительным процессом подготовки к исследованию, поэтому для экспресс-оценки всхожести в сжатые сроки не подходит.
Оценка всхожести семян пшеницы в максимально сжатые сроки во время предпосевного периода является актуальной задачей. В настоящее время предпосевной анализ всхожести семян пшеницы занимает от 10 до 14 дней по ГОСТ 12038-84.
На сегодняшний день существует метод и средство контроля всхожести семян пшеницы по изменению потенциала действия [105], который позволяет значительно сократить срок контроля всхожести, а именно на 7 - 10 суток, по сравнению с используемым методом. Однако разработанные метод и средство обладают низкой достоверностью данных о всхожести семян пшеницы. Метод основан на графоаналитической модели, которая, во-первых, не учитывает воздействие температуры на изменение мембранного потенциала, во-вторых, не позволяет оценить воздействие солевых растворов разной концентрации на изменение мембранного потенциала, так как при проращивании семян пшеницы используют только дистиллированную воду.
Поэтому разработка метода и средства контроля мембранного потенциала зерен пшеницы с учетом температуры и солевых растворов при проращивании дает возможность осуществлять оценку всхожести семян пшеницы с более высокой степенью достоверности и является актуальной задачей, которая представляет, как теоретический, так и практический интерес.
Основываясь на уравнение Гольдмана-Ходжкина-Катца, предлагается модель контроля мембранного потенциала зерен пшеницы, которая позволяет учесть воздействие температуры, определить зависимость мембранного потенциала от изменения концентрации ионов К+, N а+, С 1 _на внешней стороне оболочки зерна пшеницы с помощью солевых растворов, что, в результате, дает высокую достоверность оценки всхожести семян пшеницы.
Актуальность работы подтверждается участием в программе «У.М.Н.И.К.», организованной Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере при поддержке Федерального агентства по науке и инновациям и Федерального агентства по образованию. С января 2012 года по декабрь 2013 года выполнялся государственный контракт на реализацию проекта на тему «Метод и средство контроля всхожести семян пшеницы по изменению потенциала действия», договор № 12/нр на выполнение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ сроком на 2 года.
Целью диссертационной работы является разработка метода и средства контроля мембранного потенциала зерен пшеницы с учетом температуры и растворов KCl разной концентрации при проращивании семян для повышения достоверности оценки всхожести зерен пшеницы.
Основные задачи диссертационной работы.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе были сформированы следующие задачи:
- провести аналитический обзор существующих методов оценки всхожести семян пшеницы;
- на основе уравнения Гольдмана-Ходжкина-Катца разработать модель контроля мембранного потенциала зерен пшеницы, как показателя их всхожести;
- разработать экспериментальную установку для исследования изменения мембранного потенциала в зависимости от всхожести, температуры и растворов KCl различной концентрации;
- исследовать изменения мембранного потенциала в зависимости от известной всхожести семян пшеницы, температуры и солевых растворов KCl различной концентрации при проращивании;
- разработать метод контроля мембранного потенциала зерен пшеницы, как показателя их всхожести, с учетом температуры и концентрации растворов KCl при проращивании.
Объектом исследования является мембранный потенциал зерен пшеницы разной всхожести.
Предметом исследования является метод контроля мембранного потенциала зерен пшеницы, как показателя их всхожести, который основан на зависимости мембранного потенциала зерен пшеницы от их всхожести, температуры, концентрации раствора KCl на внешней оболочке зерен, используемого при проращивании семян.
Методы исследования.
Для решения поставленных задач в диссертационной работе были использованы методы экспериментального исследования, методы статистической обработки экспериментальных данных и методы математического моделирования.
Достоверность.
Достоверность полученных результатов основывается на использовании семян пшеницы с известной всхожестью, полученных в Барнаульском филиале ФГУ «Россельхозцентр» по Алтайскому краю, как эталонных, на высоком коэффициенте детерминации при определении зависимости мембранного потенциала от всхожести, температуры, концентрации растворов KCl.
Результаты аналитических исследований подтверждаются результатами проведенных экспериментов и не противоречат фундаментальным исследованиям.
На защиту выносятся:
1. Обоснование необходимости разработки метода контроля мембранного потенциала семян пшеницы, как показателя их всхожести, с учетом воздействия температуры, солевых растворов разной концентрации при проращивании.
2. Модифицированное уравнение Гольдмана-Ходжкина-Катца, на основании которого разработана модель контроля мембранного потенциала семян пшеницы, как показателя их всхожести.
3. Результаты исследований изменения мембранного потенциала семян пшеницы в зависимости от температуры, концентрации растворов KCl при проращивании семян пшеницы.
4. Расчет абсолютных значений коэффициентов проницаемости оболочки семян пшеницы, а также внутренней концентрации ионов К+, N а+, СГ.
5. Алгоритм контроля мембранного потенциала семян пшеницы и его применение для оценки всхожести.
Научная новизна работы заключается в следующем.
В диссертационной работе представлено новое решение актуальной научно-практической задачи контроля мембранного потенциала семян пшеницы, как показателя их всхожести. Разработанные метод и средство позволяют повысить достоверность данных о всхожести семян пшеницы.
Впервые модифицировано уравнение Гольдмана-Ходжкина-Катца, которое позволяет определять концентрации ионов К+, N а+, С 1 _на внутренней стороне оболочки и ее коэффициенты проницаемости. На основании полученного уравнения, можно разрабатывать новые методы контроля, изменяя внешние параметры - температуру, концентрацию, использовать другие растворы.
Впервые определены концентрации ионов на внутренней стороне оболочки и ее коэффициенты проницаемости для семян пшеницы мягких сортов с различной всхожестью, которые могут выступать в виде сравнительной оценки для семян других сортов.
Практическая ценность работы.
Разработанные метод и средство контроля, в основе которого лежит модель контроля мембранного потенциала семян пшеницы, как показателя их всхожести, могут быть использованы сельскохозяйственными предприятиями и частными фермерами для оценки всхожести семян пшеницы в сжатые сроки.
Разработанное средство контроля мембранного потенциала семян пшеницы позволяет исключить температурное воздействие и повысить точность измерения.
Предложенная модификация уравнения Гольдмана-Ходжкина-Катца и математический алгоритм могут быть использованы для расчета концентраций ионов К+, Na+, СП на внутренней стороне оболочки и ее коэффициентов проницаемости для зерен пшеницы любых сортов, что позволяет разрабатывать новые методы контроля.
Модифицированное уравнение позволяет исследовать влияние той или иной почвы на изменение мембранного потенциала семян пшеницы и, как следствие, всхожесть в конкретной почве.
На основе уравнения Гольдмана-Ходжкина-Катца и экспериментальных исследований научно доказано, что проращивание семян пшеницы при температуре 20°С обеспечивает достоверную всхожесть семян. Полученный результат не противоречит диапазону температур, рекомендуемому ГОСТ 12038-84.
Апробация и реализация результатов работы.
Результаты диссертационной работы внедрены в Барнаульский филиал ФГУ «Россельхозцентр» по Алтайскому краю, в ФГБОУ ВО «Алтайский государственный аграрный университет» на кафедре «Сельскохозяйственные машины ИФ» и использованы при чтении лекций, курсовом и дипломном проектировании на кафедре «Информационные технологии» Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова.
Основные результаты диссертации докладывались на науч.-практич. конф. «Виртуальные и интеллектуальные системы», г. Барнаул, 2010, 2011, 2012, 2013гг.; на всероссийской молодежной конференции «Методы компьютерной диагностики в биологии и медицине», г. Саратов, 2011, 2012гг.; на XL научно-технической конференции по итогам работы профессорско- преподавательского состава СевКавГТУ за 2010 год, г. Ставрополь, 2011 г.; на IX Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и молодежь», г.Барнаул, 2012 г.
Публикация результатов исследования.
По теме диссертационной работы опубликовано 14 научных работ, в том числе 4 статьи в ведущих рецензируемых научных журналах, входящих в Перечень ВАК.
Личный вклад автора заключается в разработке и испытании экспериментальной установки для контроля мембранного потенциала зерен пшеницы, в экспериментальных исследованиях зависимости изменения мембранного потенциала от всхожести семян, от температуры и растворов KCL при проращивании семян, на основании которых был разработан новый метод контроля, позволяющий повысить достоверность данных о всхожести семян пшеницы.
Структура и объем диссертации.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений, изложенных на 116 страницах машинописного текста, комментируется 30 рисунками, 9 таблицами. Список литературы включает 119 наименований.
В диссертационной работе обобщены результаты исследований, проведенных автором с 2010 по 2015 гг.
1. Решена актуальная задача оценки всхожести семян пшеницы путем разработки метода и средства контроля мембранного потенциала зерен пшеницы, как показателя их всхожести, с учетом температуры и солевых растворов, что дает возможность определять всхожесть семян пшеницы в короткие сроки с более высокой степенью достоверности.
2. На основе уравнения Гольдмана-Ходжкина-Катца, разработана модель контроля мембранного потенциала семян пшеницы, которая позволяет учесть воздействие температуры, определить зависимость мембранного потенциала от изменения концентрации ионов К+, N а+, С 1 _на внешней стороне оболочки зерна пшеницы с помощью солевых растворов, что дает теоретическую основу для разработки новых методов контроля всхожести семян пшеницы.
3. Разработано средство контроля мембранного потенциала семян пшеницы, которое позволяет устанавливать начальную температуру и стабилизировать ее при проращивании семян пшеницы и измерении мембранного потенциала. Разработанная экспериментальная установка позволяет в автоматическом режиме поддерживать температуру в диапазоне от 18°С до 30°С, АТ = 0,1°С. Температура поддерживается в течение 12 часов, при этом не требуется дополнительное участие оператора системы. Диапазон измерения мембранного потенциала составляет от 20 мВ до -200 мВ, А<р = 2%. Калибровка средства контроля осуществлялась с помощью двух магазинов сопротивления Р4831 класса точности 0,02, источником напряжения выступал калибратор П320 (погрешность калибратора 0,04%).
4. Экспериментальные исследования изменений мембранного потенциала в диапазоне температур от 20°С до 25°С позволили установить следующую закономерность: при температуре от 20°С до 22°С наблюдается существенная разница значений мембранного потенциала семян пшеницы в зависимости от всхожести, при температуре 23°С и выше свойства зерен пшеницы всхожестью 97%, 93% и 87% становятся идентичными. Оценка всхожести зерен пшеницы по мембранному потенциалу при температуре свыше 23°С не дает достоверных результатов. Проведенные эксперименты с точки зрения мембранного потенциала научно обосновывают регламентируемый ГОСТ 12038-84 диапазон температур проращивания зерен пшеницы от 20°С до 22°С. Для проведения контроля мембранного потенциала семян пшеницы рекомендуется температура 20°С.
5. На основе полученных экспериментальных результатов разработан
метод контроля мембранного потенциала зерен пшеницы, как показателя их всхожести. Метод включает в себя подготовку семян к экспериментальным исследованиям путем замачивания их в течении 12 часов при температуре 20°С в дистиллированной воде, измерение начальных значений мембранного потенциала семян пшеницы, обработку полученных данных с применением статистических методов анализа, расчет всхожести по математической формуле (4.1). Для зерен пшеницы со всхожестью 97% мембранный потенциал составляет: -64 мВ, для зерен пшеницы со всхожестью 95%: -76 мВ, со всхожестью 92%: -105 мВ, со всхожестью 90%: -125 мВ, для зерен пшеницы со всхожестью 87%: -187 мВ. Погрешность разработанного метода составляет 2%.
6. В результате экспериментальных исследований с растворами KCl с различной концентрацией и математического моделирования с использованием модифицированного уравнения Гольдмана-Ходжкина-Катца впервые были определены коэффициенты проницаемости оболочки зерен пшеницы мягких сортов для семян разной всхожести, а также концентрации ионов на внутренней стороне оболочки. Полученные результаты дают теоретическую базу для дальнейших разработок методов оценки качества семян как мягких, так и твердых сортов.
2. На основе уравнения Гольдмана-Ходжкина-Катца, разработана модель контроля мембранного потенциала семян пшеницы, которая позволяет учесть воздействие температуры, определить зависимость мембранного потенциала от изменения концентрации ионов К+, N а+, С 1 _на внешней стороне оболочки зерна пшеницы с помощью солевых растворов, что дает теоретическую основу для разработки новых методов контроля всхожести семян пшеницы.
3. Разработано средство контроля мембранного потенциала семян пшеницы, которое позволяет устанавливать начальную температуру и стабилизировать ее при проращивании семян пшеницы и измерении мембранного потенциала. Разработанная экспериментальная установка позволяет в автоматическом режиме поддерживать температуру в диапазоне от 18°С до 30°С, АТ = 0,1°С. Температура поддерживается в течение 12 часов, при этом не требуется дополнительное участие оператора системы. Диапазон измерения мембранного потенциала составляет от 20 мВ до -200 мВ, А<р = 2%. Калибровка средства контроля осуществлялась с помощью двух магазинов сопротивления Р4831 класса точности 0,02, источником напряжения выступал калибратор П320 (погрешность калибратора 0,04%).
4. Экспериментальные исследования изменений мембранного потенциала в диапазоне температур от 20°С до 25°С позволили установить следующую закономерность: при температуре от 20°С до 22°С наблюдается существенная разница значений мембранного потенциала семян пшеницы в зависимости от всхожести, при температуре 23°С и выше свойства зерен пшеницы всхожестью 97%, 93% и 87% становятся идентичными. Оценка всхожести зерен пшеницы по мембранному потенциалу при температуре свыше 23°С не дает достоверных результатов. Проведенные эксперименты с точки зрения мембранного потенциала научно обосновывают регламентируемый ГОСТ 12038-84 диапазон температур проращивания зерен пшеницы от 20°С до 22°С. Для проведения контроля мембранного потенциала семян пшеницы рекомендуется температура 20°С.
5. На основе полученных экспериментальных результатов разработан
метод контроля мембранного потенциала зерен пшеницы, как показателя их всхожести. Метод включает в себя подготовку семян к экспериментальным исследованиям путем замачивания их в течении 12 часов при температуре 20°С в дистиллированной воде, измерение начальных значений мембранного потенциала семян пшеницы, обработку полученных данных с применением статистических методов анализа, расчет всхожести по математической формуле (4.1). Для зерен пшеницы со всхожестью 97% мембранный потенциал составляет: -64 мВ, для зерен пшеницы со всхожестью 95%: -76 мВ, со всхожестью 92%: -105 мВ, со всхожестью 90%: -125 мВ, для зерен пшеницы со всхожестью 87%: -187 мВ. Погрешность разработанного метода составляет 2%.
6. В результате экспериментальных исследований с растворами KCl с различной концентрацией и математического моделирования с использованием модифицированного уравнения Гольдмана-Ходжкина-Катца впервые были определены коэффициенты проницаемости оболочки зерен пшеницы мягких сортов для семян разной всхожести, а также концентрации ионов на внутренней стороне оболочки. Полученные результаты дают теоретическую базу для дальнейших разработок методов оценки качества семян как мягких, так и твердых сортов.