RU2781897C1 - Method for suppression of phytopathogens - Google Patents

Method for suppression of phytopathogens Download PDF

Info

Publication number
RU2781897C1
RU2781897C1 RU2021118919A RU2021118919A RU2781897C1 RU 2781897 C1 RU2781897 C1 RU 2781897C1 RU 2021118919 A RU2021118919 A RU 2021118919A RU 2021118919 A RU2021118919 A RU 2021118919A RU 2781897 C1 RU2781897 C1 RU 2781897C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
seeds
phytopathogens
frequency
frequencies
low
Prior art date
Application number
RU2021118919A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Иванович Пахомов
Виктор Иванович Пахомов
Original Assignee
Федеральное Государственное Бюджетное Научное Учреждение "Аграрный Научный Центр "Донской"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Бюджетное Научное Учреждение "Аграрный Научный Центр "Донской" filed Critical Федеральное Государственное Бюджетное Научное Учреждение "Аграрный Научный Центр "Донской"
Application granted granted Critical
Publication of RU2781897C1 publication Critical patent/RU2781897C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: agriculture.
SUBSTANCE: invention relates to agriculture. A method for suppressing phytopathogens in the processing of seeds of agricultural crops is proposed. At the same time, the seeds are exposed to a low-frequency field in the range of 0.3-1 kHz, falling on the natural frequencies of hydrated ions of phytopathogen cell media, with a magnetic induction of 20-100 mTl for 2-5 s.
EFFECT: invention provides the destruction of fungi and bacteria by an environmentally friendly method.
1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к сельскому хозяйству, пищевой промышленности, экологии.The invention relates to agriculture, food industry, ecology.

Известно множество способов обеззараживания зерна, семян и других продуктов с помощью электромагнитной энергии. Подавление фитопатогенов при этом основано на нагреве или нетепловых эффектах СВЧ, КВЧ, ИК, УФ или еще более высокочастотных излучений.There are many ways to disinfect grain, seeds and other products using electromagnetic energy. The suppression of phytopathogens in this case is based on heating or non-thermal effects of microwave, EHF, IR, UV or even higher frequency radiation.

В способе обеззараживания зерен ячменя (RU 2378814 С1 А01С, опубл. 20.01.10) обрабатываемое зерно помещают на расстоянии 12-18 см от инфракрасного облучателя с длиной волны 1,2-1,8 мкм и выдерживают в течение 15-50 с. In the method for disinfecting barley grains (RU 2378814 C1 A01C, publ. 20.01.10), the treated grain is placed at a distance of 12-18 cm from an infrared irradiator with a wavelength of 1.2-1.8 μm and kept for 15-50 s.

В способе быстрой одновременной стерилизации, дезинфекции и дезинсекции пищевых продуктов (RU 2677783 С2 A23L 3/01, опубл. 21.01.2019) используют СВЧ облучение 2,45 ГГц в течение 2 мин при плотности потока мощности 170 мВт/см2.In the method for rapid simultaneous sterilization, disinfection and disinfestation of food products (RU 2677783 C2 A23L 3/01, publ. 01/21/2019), microwave irradiation of 2.45 GHz is used for 2 min at a power flux density of 170 mW/cm 2 .

Также известен способ подавления фитопатогенов, основанный на облучении подлежащего обработке объекта КВЧ полем частотой 20-95 ГГц, плотностью потока мощности не более 10 мкВт/см2 и экспозицией не менее 20 минут (RU 2398 877 С1 C12N 13/00, опубл. 10.09.2010).Also known is a method for suppressing phytopathogens based on irradiating an object to be processed with an EHF field with a frequency of 20-95 GHz, a power flux density of not more than 10 μW / cm 2 and an exposure of at least 20 minutes (RU 2398 877 C1 C12N 13/00, publ. 10.09. 2010).

Недостатками известных способов является значительное время воздействия (экспозиция), не позволяющее получить высокую производительность процесса обеззараживания. При этом электромагнитная энергия действует не только на фитопатогены, но и поглощается всем продуктом, что ведет к непроизводительным энергозатратам, изменению биологических качеств продукта, например, всхожести семян, ослаблению обеззараживающего эффекта, что вынуждает увеличивать экспозицию. Кроме того, микроволновые и оптические излучения небезопасны для человека.The disadvantages of the known methods is a significant exposure time (exposure), which does not allow to obtain high performance of the disinfection process. At the same time, electromagnetic energy acts not only on phytopathogens, but is also absorbed by the entire product, which leads to unproductive energy consumption, changes in the biological qualities of the product, for example, seed germination, weakening of the disinfecting effect, which forces an increase in exposure. In addition, microwave and optical radiation are not safe for humans.

По совокупности существенных признаков в части нетеплового избирательного воздействия на микроорганизмы прототипом предлагаемого изобретения является способ дезинфекции без нагрева (RU 2675 696 С2 A61L 2/08, опубл. 24.12.2018). Он включает воздействие на объект электромагнитного поля сверхвысокой частоты. Воздействие осуществляется частотой, резонансной крутильным колебаниям ДНК микроорганизмов и вычисленной по формуле W=21, 75 / (ВР)^0,5 ТГц, где BP - число пар нуклеотидов, при нетепловом уровне плотности потока мощности электромагнитного поля сверхвысокой частоты 2,5 мВт/см2 в течение 6Т времени облучения, где Т - время деления микроорганизмов.According to the combination of essential features in terms of non-thermal selective effects on microorganisms, the prototype of the present invention is a method of disinfection without heating (RU 2675 696 C2 A61L 2/08, publ. 24.12.2018). It includes the impact on the object of the electromagnetic field of ultrahigh frequency. The impact is carried out by a frequency resonant to the torsional vibrations of the DNA of microorganisms and calculated by the formula W = 21.75 / (BP) ^ 0.5 THz, where BP is the number of nucleotide pairs, at a non-thermal power flux density level of the microwave electromagnetic field of 2.5 mW / cm 2 for 6T exposure time, where T is the time of division of microorganisms.

К недостаткам прототипа относится длительное время облучения, достигающее 3 часов, что относит данный способ к низкопроизводительным. Предлагаемое воздействие специфично, поскольку касается только тех фитопатогенов, в клетках которых собственные частоты крутильных колебаний ДНК совпадают с частотой воздействующего поля. Остальной видовой состав грибков и бактерий не будет подавлен, так как имеет отличающийся геном (число пар нуклеотидов) и соответственно другие частоты W. Кроме того, генерация терагерцовых волн требует специального оборудования, а сами волны обладают малой проникающей способностью, не достигая внутренних слоев продукта, снижая тем самым равномерность и качество обеззараживания.The disadvantages of the prototype include a long exposure time, up to 3 hours, which refers this method to low-performance. The proposed effect is specific, since it concerns only those phytopathogens, in the cells of which the natural frequencies of DNA torsional vibrations coincide with the frequency of the acting field. The rest of the species composition of fungi and bacteria will not be suppressed, since it has a different genome (number of base pairs) and, accordingly, different W frequencies. In addition, the generation of terahertz waves requires special equipment, and the waves themselves have low penetrating power, not reaching the inner layers of the product, thereby reducing the uniformity and quality of disinfection.

Задачей настоящего изобретения является повышение производительности и качества подавления фитопатогенов при обработке семян сельскохозяйственных культур.The objective of the present invention is to improve the productivity and quality of the suppression of phytopathogens in the treatment of crop seeds.

Поставленная задача решена воздействием на семена сельскохозяйственных культур низкочастотным электромагнитным полем диапазона 0,3-1 кГц, приходящимся на собственные частоты гидратированных ионов клеточных сред фитопатогенов, с магнитной индукцией 20-100 мТл в течение 2-5 с.The task was solved by exposing the seeds of agricultural crops to a low-frequency electromagnetic field in the range of 0.3-1 kHz, which falls on the natural frequencies of hydrated ions of the cell media of phytopathogens, with a magnetic induction of 20-100 mT for 2-5 s.

Суть изобретения поясняется следующими иллюстрациями:The essence of the invention is illustrated by the following illustrations:

- фиг. 1 - гидратированный ион как колебательная система;- fig. 1 - hydrated ion as an oscillatory system;

- фиг. 2 - резонансы гидратированных ионов и возбуждающие частоты;- fig. 2 - resonances of hydrated ions and exciting frequencies;

- фиг. 3 - результаты обеззараживания (таблица).- fig. 3 - results of disinfection (table).

Из биологии известно, что клеточная жизнедеятельность осуществляются посредством гидратированных ионов, каждый из которых представляет собой колебательную систему с собственной резонансной частотой (фиг. 1). Наличие собственных частот гидратированных ионов подтверждается научными данными, согласно которым ионы натрия, калия, хлора в химических растворах осциллируют на частотах в единицы килогерц (Килимник А.Б., Слобина Е.С. Резонансные частоты колебаний гидратированных ионов натрия, калия и хлора в смесях растворов хлоридов калия и натрия// Вестник Тамбовского государственного технического университета. 2015. Т. 21. №4. С. 624-629). В клеточных биосредах частота собственных колебаний гидратированных ионов уменьшается за счет меньшей ионной концентрации и большей вязкости цитозоля и внеклеточного матрикса. Оба указанных фактора среды, действуя однонаправленно, существенно понижают резонансные частоты биологических гидратированных ионов до области менее 1 кГц.It is known from biology that cellular vital activity is carried out by means of hydrated ions, each of which is an oscillatory system with its own resonant frequency (Fig. 1). The presence of natural frequencies of hydrated ions is confirmed by scientific data, according to which sodium, potassium, chlorine ions in chemical solutions oscillate at frequencies of units of kilohertz (Kilimnik A.B., Slobina E.S. Resonance frequencies of oscillations of hydrated sodium, potassium and chlorine ions in mixtures solutions of potassium and sodium chlorides // Bulletin of the Tambov State Technical University, 2015, vol. 21, no. 4, pp. 624-629). In cellular biological media, the frequency of natural oscillations of hydrated ions decreases due to the lower ionic concentration and higher viscosity of the cytosol and extracellular matrix. Both of these environmental factors, acting unidirectionally, significantly reduce the resonant frequencies of biological hydrated ions to a region of less than 1 kHz.

Согласно настоящим теоретическим представлениям изобретение осуществляется подачей на семена сельскохозяйственных культур низкочастотного поля 0,3-1 кГц от электрического генератора и электромагнитного индуктора. Воздействующие частоты внешнего поля приходятся на собственные частоты гидратированных ионов К+, Na+, Cl- и др. микробных клеточных сред (фиг. 2). При подаче, например, частоты 600 Гц, гидратированный ион с Fрез=600 Гц войдет в высокоамплитудные колебания (фиг. 1) и совершит 600 таких колебаний за 1 с. За счет интенсивного механического "встряхивания" слабосвязанные молекулы воды отрываются от центрального иона, происходит его принудительная дегидратация.According to the present theoretical concepts, the invention is carried out by applying to the seeds of agricultural crops a low-frequency field of 0.3-1 kHz from an electric generator and an electromagnetic inductor. The influencing frequencies of the external field fall on the natural frequencies of hydrated ions K + , Na + , Cl - and other microbial cellular environments (Fig. 2). When applying, for example, a frequency of 600 Hz, a hydrated ion with F res =600 Hz will enter into high-amplitude oscillations (Fig. 1) and make 600 such oscillations in 1 s. Due to intense mechanical "shaking" weakly bound water molecules break away from the central ion, its forced dehydration occurs.

Дегидратированный ион неестественен для клетки, не распознается селективными мембранными каналами и не может быть доставлен внутрь или вне клетки по назначению. При этом, в частности, ионы Na+, К+ уже не могут осуществлять строго упорядоченный натриево-калиевый цикл, что приводит к лавинообразной деструкции всех обменных процессов. Лишенные непрерывного метаболизма, живые клетки грибков и бактерий интенсивно гибнут (Пахомов А.И. Метод резонансно-низкочастотного обеззараживания зерна: биофизическое обоснование и инновационные преимущества. // Техника и оборудование для села. 2022. №1. С. 30-34).The dehydrated ion is unnatural for the cell, is not recognized by selective membrane channels, and cannot be delivered inside or outside the cell as intended. In this case, in particular, Na + , K + ions can no longer carry out a strictly ordered sodium-potassium cycle, which leads to an avalanche-like destruction of all metabolic processes. Deprived of continuous metabolism, living cells of fungi and bacteria die intensively (Pakhomov A.I. Method of resonant low-frequency grain disinfection: biophysical rationale and innovative advantages. // Technique and equipment for the village. 2022. No. 1. P. 30-34).

Низкочастотные поля безопасны для человека, обладают высокой проникающей способностью, подавляют широкий видовой состав фитопатогенов на семенах, решая тем самым задачу эффективности изобретения. Для осуществления ингибирования заявляемым способом достаточно 2-5 с, что решает задачу изобретения по увеличению производительности, поскольку не требуется длительного стационарного воздействия (до 3-х часов у прототипа по RU 2675 696) и возможна обработка в потоке.Low-frequency fields are safe for humans, have a high penetrating ability, suppress a wide species composition of phytopathogens on seeds, thereby solving the problem of the effectiveness of the invention. To implement the inhibition by the claimed method, 2-5 s is sufficient, which solves the problem of the invention to increase productivity, since long-term stationary exposure is not required (up to 3 hours for the prototype according to RU 2675 696) and processing in the stream is possible.

Экспериментальная проверка способа проведена на семенах пшеницы при ряде частот из заявленного диапазона и магнитной индукции 40 мТл. Обработанные пробы и контроль подвергались фитосанитарному анализу на бактериоз и грибки Alternaria, Penicillium roseum, Aspergillus, Trichothecium roseum, Fusarium и др. по ГОСТ 12044-93 п. 10.5. Также определялась лабораторная всхожесть семян. Результаты представлены в таблице и графически (фиг. 3).Experimental verification of the method was carried out on wheat seeds at a number of frequencies from the stated range and a magnetic induction of 40 mT. The processed samples and controls were subjected to phytosanitary analysis for bacteriosis and fungi Alternaria, Penicillium roseum, Aspergillus, Trichothecium roseum, Fusarium, etc. according to GOST 12044-93 p. 10.5. The laboratory germination of seeds was also determined. The results are presented in the table and graphically (Fig. 3).

Figure 00000001
Figure 00000001

Фиг. 3Fig. 3

Полученные экспериментальные данные свидетельствуют, что все примененные частоты обладают ингибирующими свойствами, уменьшая общую зараженность семян (кривая 1, фиг. 3). Наибольший эффект получен на частоте 600 Гц, когда содержание фитопатогенов в семенах уменьшилось на 44% (табл.). Для сравнения: аналогичный показатель СВЧ-обеззараживания не превышает 25% (Пахомов А.И. Сравнительный анализ СВЧ-установок для обеззараживания зерна // Тракторы и сельхозмашины. 2018. №1. С. 21-26).The experimental data obtained indicate that all applied frequencies have inhibitory properties, reducing the total infection of seeds (curve 1, Fig. 3). The greatest effect was obtained at a frequency of 600 Hz, when the content of phytopathogens in seeds decreased by 44% (table). For comparison: the same indicator of microwave disinfection does not exceed 25% (Pakhomov A.I. Comparative analysis of microwave installations for grain disinfection // Tractors and agricultural machines. 2018. No. 1. P. 21-26).

Низкая итоговая зараженностью также характерна для частоты 375 Гц. Очевидно, что частоты 600 и 375 Гц наиболее точно совпадают с резонансами гидратированных ионов (фиг. 2), вызывая максимальные колебания ионных систем Amax (фиг. 1). По мере удаления от указанных частот обеззараживающий эффект снижается, но не исчезает, что имеет следующее теоретическое обоснование. Гидратированные ионы - низкодобротные колебательные системы, не имеющие острых резонансов, поэтому их возбуждение возможно при значительном отклонении вынуждающей частоты от резонансной. В этом случае амплитуда ионных осцилляций уменьшается, а значит, вызываемые ими ингибирующие явления протекают не столь интенсивно, тем не менее, сохраняют свою роль (табл., фиг. 3).Low total contamination is also typical for the frequency of 375 Hz. Obviously, the frequencies of 600 and 375 Hz coincide most closely with the resonances of hydrated ions (Fig. 2), causing the maximum oscillations of the ionic systems A max (Fig. 1). As you move away from the indicated frequencies, the disinfecting effect decreases, but does not disappear, which has the following theoretical justification. Hydrated ions are low-quality oscillatory systems that do not have sharp resonances; therefore, their excitation is possible with a significant deviation of the driving frequency from the resonant one. In this case, the amplitude of ion oscillations decreases, which means that the inhibitory phenomena caused by them are not so intense, but nevertheless retain their role (Table, Fig. 3).

К дополнительному положительному эффекту изобретения относится благоприятное воздействие используемых полей на растительные организмы. Так, на частотах 600 и 375 Гц наблюдается стимуляция семян, повышение их лабораторной всхожести соответственно на 3 и 4% (табл.). На других частотах этот эффект выражен слабее или отсутствует, что объясняется большей остаточной зараженностью (фиг. 3).An additional positive effect of the invention is the beneficial effect of the fields used on plant organisms. So, at frequencies of 600 and 375 Hz, stimulation of seeds is observed, an increase in their laboratory germination capacity by 3 and 4%, respectively (table). At other frequencies, this effect is less pronounced or absent, which is explained by the greater residual contamination (Fig. 3).

Существенным преимуществом заявленного способа является простота технической реализации, так как генерация и усиление низкочастотных синусоидальных сигналов не требует сложного оборудования.A significant advantage of the claimed method is the simplicity of technical implementation, since the generation and amplification of low-frequency sinusoidal signals does not require sophisticated equipment.

Благодаря инновационным преимуществам предлагаемый способ весьма перспективен для "зеленых" технологий. В сельском хозяйстве он позволяет создать высокопроизводительную предпосевную технологию с эффективным уничтожением грибковых и бактериальных инфекций на семенах, положительным влиянием на всхожесть и урожайность культур, отсутствием негативных последствий химического протравливания.Due to the innovative advantages, the proposed method is very promising for "green" technologies. In agriculture, it allows you to create a highly productive pre-sowing technology with the effective destruction of fungal and bacterial infections on seeds, a positive effect on the germination and yield of crops, and the absence of negative consequences of chemical dressing.

Claims (1)

Способ подавления фитопатогенов при обработке семян сельскохозяйственных культур, включающий воздействие на семена электромагнитным полем, отличающийся тем, что воздействие осуществляют низкочастотным полем диапазона 0,3-1 кГц, приходящимся на собственные частоты гидратированных ионов клеточных сред фитопатогенов, с магнитной индукцией 20-100 мТл в течение 2-5 с.A method for suppressing phytopathogens in the treatment of seeds of agricultural crops, which includes exposing the seeds to an electromagnetic field, characterized in that the effect is carried out with a low-frequency field in the range of 0.3-1 kHz, which falls on the natural frequencies of hydrated ions of the cell media of phytopathogens, with a magnetic induction of 20-100 mT per for 2-5 s.
RU2021118919A 2021-06-28 Method for suppression of phytopathogens RU2781897C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2781897C1 true RU2781897C1 (en) 2022-10-19

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2172092C1 (en) * 2000-02-28 2001-08-20 Барышев Михаил Геннадьевич Method for storing sugar beet roots
CN1207953C (en) * 2002-08-06 2005-06-29 江苏大学 Magnetic suction precision sowing method and its equipment
RU2287014C2 (en) * 2004-12-21 2006-11-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кубанский государственный университет (КубГУ) Method of changing biological activity of microorganisms
CN101755516A (en) * 2008-12-18 2010-06-30 北京玉佳明三态离子科学研究院有限公司 Method for manufacturing ultrastrong permanent magnetic field seed processor
RU182572U1 (en) * 2018-04-26 2018-08-23 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Северо-Кавказский федеральный научный центр садоводства, виноградарства, виноделия" (ФГБНУ СКФНЦСВВ) Installation for processing fruits or vegetables before storing
RU2675696C2 (en) * 2016-12-22 2018-12-24 Александр Юрьевич Ощепков Method of disinfection without heating

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2172092C1 (en) * 2000-02-28 2001-08-20 Барышев Михаил Геннадьевич Method for storing sugar beet roots
CN1207953C (en) * 2002-08-06 2005-06-29 江苏大学 Magnetic suction precision sowing method and its equipment
RU2287014C2 (en) * 2004-12-21 2006-11-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кубанский государственный университет (КубГУ) Method of changing biological activity of microorganisms
CN101755516A (en) * 2008-12-18 2010-06-30 北京玉佳明三态离子科学研究院有限公司 Method for manufacturing ultrastrong permanent magnetic field seed processor
RU2675696C2 (en) * 2016-12-22 2018-12-24 Александр Юрьевич Ощепков Method of disinfection without heating
RU182572U1 (en) * 2018-04-26 2018-08-23 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Северо-Кавказский федеральный научный центр садоводства, виноградарства, виноделия" (ФГБНУ СКФНЦСВВ) Installation for processing fruits or vegetables before storing

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Rifna et al. Emerging technology applications for improving seed germination
Lopez-Malo et al. Multifactorial fungal inactivation combining thermosonication and antimicrobials
Zhang et al. Augmentation of biocontrol agents with physical methods against postharvest diseases of fruits and vegetables
Cai et al. Biological effect of audible sound control on mung bean (Vigna radiate) sprout
ul Haq et al. Enhancement in the germination, seedling growth and yield of radish (Raphanus sativus) using seed pre-sowing magnetic field treatment
JP2007125554A5 (en)
Bevilacqua et al. Ultrasound and antimicrobial compounds: a suitable way to control Fusarium oxysporum in juices
Halpin et al. The effect of non-thermal processing technologies on microbial inactivation: An investigation into sub-lethal injury of Escherichia coli and Pseudomonas fluorescens
Mattar et al. Stimulation of Saccharomyces cerevisiae cultures by pulsed electric fields
RU2781897C1 (en) Method for suppression of phytopathogens
RU2638313C1 (en) Method of storing fresh cooled meat
US20200205446A1 (en) Device and method for treating with high-frequency acoustic waves
Djas et al. New methods for inactivation of Alicyclobacillus acidoterrestris spores in apple juice concentrate
Kanwal et al. Effect of microwave radiation on plants infected with root rot pathogens
CN105285536A (en) Sonodynamic method for inactivating food microorganisms
RU2061351C1 (en) Method and apparatus for microwave treatment of grain
RU2364074C1 (en) Method of potatoes storage
RU2364073C1 (en) Method of cabbage storage
CN107348305B (en) Method for killing staphylococcus aureus by cooperation of citrus naringenin and high-strength pulsed electric field
Samani et al. The simultaneous effect of electromagnetic and ultrasound treatments on Escherichia coli count in red grape juice
RU2371901C2 (en) Method of pre-planting seed treatment
RU2487519C1 (en) Method of presowing treatment of seed material of agricultural crops and post-harvesting treatment of harvest
Gaponenkov et al. Microwave heating in industry
RU2364075C1 (en) Method of grain crops storage
Selvamuthukumaran Effects of an Oscillating Magnetic Field on the Stability of Stored Grain Produce