Портал AgroXXI.ru ознакомился со статьей команды исследователей из Сельскохозяйственного университет Шаньси, Информационного колледжа Цзиньчжун и Лаборатории ключевых технологий и оборудования для засушливых земель в Шаньси, в которой предложен новый подход для защиты тепличных культур от опасных почвенных патогенов.
Почему технология импульсного электрического поля перспективна в защите растений
В 2021 году площадь тепличных земель для выращивания овощей в Китае достигла 2,48 млн кв. м2. Тепличное производство обходит сезонные ограничения, создавая оптимальную среду для выращивания сельскохозяйственных культур и обеспечивая круглогодичное производство овощей. Однако возникают фитосанитарные проблемы из-за таких факторов, как повышенная влажность, недостаточное освещение, недостаточная вентиляция и плотное непрерывное выращивание в теплицах, что приводит к проявлению болезней, передающихся через почву.
В настоящее время стратегии устранения патогенных микроорганизмов, ответственных за почвенные заболевания, охватывают различные подходы, включая биологический контроль, агрохимические подходы и физические методы, среди прочих.
Биологический контроль, характеризующийся своей экологически чистой природой, задействует ресурсы микроорганизмов биологического контроля для ограничения распространения патогенов в почвенной матрице. Тем не менее, этот метод демонстрирует относительно медленное начало эффективности и ограниченный спектр микроорганизмов, доступных для контроля, что приводит к незначительному подавлению патогенов.
Напротив, агрохимические методы просты и целесообразны. Однако длительная зависимость от химических агентов может привести к накоплению остатков пестицидов в почве, способствуя устойчивости патогенов к активным веществам препаратов.
Физические методы, такие как высокотемпературная пропарка и высокотемпературное пламя, включают сложные процессы обработки. Следовательно, поиск эффективной, экологически чистой технологии уничтожения патогенных микроорганизмов имеет первостепенное значение для обеспечения устойчивого использования тепличных почв.
Технология импульсного электрического поля (ИЭП), отличающаяся своими экологически чистыми и не загрязняющими окружающую среду характеристиками, широко применяется в таких областях, как стерилизация пищевых продуктов, обработка шлама и деградация соединений, включая опухоли в медицине человека.
Как работает метод ИЭП
Как новый метод нетермической стерилизации, ИЭП эффективно инактивирует микроорганизмы, кратковременно изменяя их электрофизиологические и биохимические состояния, вызывая разрыв клеточной мембраны и внутренние структурные повреждения.
Механизм стерилизации включает электропорацию, которая относится к временным изменениям проницаемости клеточной мембраны, вызванным влиянием высокой напряженности электрического поля. Это приводит к образованию пор, которые позволяют веществам обмениваться между внутренней и внешней частью клетки. Фосфолипидный бислой клеточной мембраны, обладающий емкостными свойствами, может генерировать электрические силы, которые ослабляют и повреждают мембрану, что приводит к электрическому пробою мембраны.
Внешнее электрическое поле накладывает боковые сжимающие силы на клеточную мембрану, создавая механическое напряжение, которое может еще больше нарушить целостность мембраны. Обычно это происходит при применении высокоинтенсивного ИЭП, когда короткая длительность импульсов вызывает кратковременные изменения электрофизиологического и биохимического состояния клеточной мембраны, что приводит к гибели микроорганизмов.
Однако использование технологии ИЭП для стерилизации почвы, особенно для устранения патогенов, передающихся через почву, все еще несколько ограничено. Основным препятствием является склонность почвы к диэлектрическому пробою при воздействии на нее слишком сильного внешнего электрического поля, что затрудняет постоянное применение высокой напряженности электрического поля. Этот пробой вызывает ионизацию почвы, превращая ее из изолятора в проводник, процесс, известный как диэлектрический пробой почвы.
Порог, при котором происходит пробой почвы, зависит от нескольких факторов, включая влажность почвы, объемную плотность и тип почвы. Модулируя параметры электрического поля и характеристики почвы, можно преодолеть эти ограничения и расширить применение технологии для тепличного растениеводства.
Исследование и выводы
Таким образом, исследование представляет собой новаторское исследование использования технологии импульсного электрического поля для стерилизации F. oxysporum в почвенной среде теплицы.
Исследование было методически разделено на систематический трехэтапный подход.
Первоначально оценивается стерилизующий эффект ИЭП на F. oxysporum в суспензиях для изучения осуществимости и эффективности технологии, а также для определения разумного и эффективного диапазона параметров стерилизации. Установление связи между параметрами ИЭП и фунгицидной эффективностью в контролируемой среде имеет решающее значение для последующих экспериментов в более сложной почвенной среде.
Впоследствии это исследование углубляется во взаимодействие между параметрами ИЭП и свойствами почвы с целью определения эффективного диапазона параметров ИЭП, особенно максимальной напряженности электрического поля, которая может быть безопасно и эффективно использована для обработки в различных почвенных условиях.
Наконец, основываясь на результатах первых двух этапов, это исследование применяет обработку ИЭП к образцам почвы для оценки ее фунгицидного эффекта на F. oxysporum, анализ RSM использовался для оптимизации комбинации параметров технологии.
С помощью экспериментальных этапов это исследование пытается преодолеть существующий исследовательский пробел, относящийся к применению технологии импульсного электрического поля в области стерилизации почвы.
В целом, оно призвано установить теоретическую основу и предложить существенные технические основы для разработки оборудования для стерилизации почвы, основанного на принципах ИЭП. Более того, разработчики технологии выступают за устойчивость и сохранение здоровья почвы с помощью физических методологий.
«Основываясь на этих результатах, образцы почвы были стерилизованы в диапазоне параметров, который охватывал напряженность электрического поля 5–9,5 кВ·см , число импульсов между 100–500 и ширину импульса 10–20 мкс. Анализ методологии поверхности отклика (RSM) дополнительно определил оптимальную комбинацию параметров: напряженность электрического поля 8,2 кВ·см, 306 импульсов и ширина импульса 15 мкс, что приводит к среднему летальному уровню 76,16% для стерилизации F. oxysporum в почве. Эти результаты предполагают потенциальное использование ИЭП против F. oxysporum и других патогенов в почвах теплиц и предоставляют теоретические основы для дальнейших экспериментов, тем самым способствуя устойчивому развитию тепличного сельского хозяйства», заключили авторы работы.
По статье группы авторов (Цзе Чен, Инцзянь Сан, Цинлян Цуй, Сяоцзюань Хао, Чжэнью Лю, Гуан Ли), опубликованной в журнале Agriculture 2024 на портале www.mdpi.com.
Заглавное фото: Медведева Анна, AgroXXI.ru.
