Influence of Laser Radiation Treatment of Sugar Beet Seeds on Productivity, Technological Quality and Safety of Beet Roots

Background: In modern intensive technologies for the cultivation of sugar beet, only coated seeds with a complex of pesticides in the coating mass are used. Young seedlings of sugar beet are highly susceptible to pathogenic microflora and weather conditions. Therefore, during this period of plant development, it is important to protect them from harmful factors and accelerate growth and development. An alternative method for solving these problems is the use of low-intensity coherent radiation. Previous studies on many crops confirm the stimulating effect of laser exposure on the initial growth and development of plants. However, the further effect of photoactivation has been little studied. Regarding sugar beet, there are isolated studies.
Purpose: Comprehensive study of the effect of pre-sowing laser irradiation of seeds on further plant growth, technological indicators of root crops and its aftereffect on the safety of sugar beets.
Materials and methods: The study was carried out in the department of seed production and seed science of sugar beet and the laboratory for the storage and processing of raw materials of the Federal State Budgetary Scientific Institution “VNIISS named after A.L. Mazlumov" (Voronezh region) in 2019 - 2022. Coated seeds of the domestic sugar beet hybrid RMS 127 were taken as materials for research. The LOS-25A unit with a power density of 3.185 W/m2 served as a source of low-intensity coherent radiation (LCI). The laser treatment exposures were 5, 10 and 15 minutes. Seeds without laser treatment served as control. Results. At the time of harvesting, in the variants with NCI, an increase in the average weight of the root crop by 4.5 - 15.9%, a decrease in the average weight of tops from the plot by 3.2 - 7.5%, an increase in the biological yield of root crops by 9.6 - 42.0 %, a lower indicator of the ratio of the mass of tops to the mass of root crops (0.157 - 0.193) was determined in comparison with the control.
An increase relative to the control of sugar content in variants with the use of laser seed treatment by 0.11 - 0.60 abs. %, the share of sucrose in the mass of dry matter of root crops by 1.54 - 2.78 abs. %, a decrease in the amount of all non-sugars, an increase in the predicted yield of sugar by 0.28 - 0.87 abs. % and sucrose recovery factor by 0.92 - 2.03 abs. %. After 65 days of storage in variants with pre-sowing irradiation of sugar beet seeds (relative to control), a decrease in the total and average daily weight loss of root crops was found by 13.4–27.7% and by 13.2–28.1%, respectively. The largest number of healthy root crops (88.39 - 91.32% by weight of beets) with normal turgor and with the best technological indicators was noted. The most effective exposure of NCI seed treatment was determined - 10 minutes.
Conclusion: The data obtained make it possible to recommend a technology based on the use of low-intensity coherent radiation for coated sugar beet seeds in order to reduce the period of reaching the biological and technological ripeness of the crop, increase productivity, technological quality and keeping quality of root crops.

1. Барштейн, Л.А. & Гизбулин, Н.Г. (1986). Методика исследований по сахарной свёкле. Киев: ВНИС, 263.

2. Белозёрский, М.П. & Золотарёва, Т.А. (1981). Лазерная обработка семян. Сахарная свёкла, 1, 32-33.

3. Бельский, А.И. & Бельский, И.А. (1994). Повышение товарных качеств плодов косточковых пород с помощью светолазерной и электромагнитной защиты растений. Лазеры в технологических системах. М.: МГАПП, 26-29.

4. Брижанский, Л.В. (2015). Обоснование параметров стратификации дражированных семян сахарной свёклы низкоинтенсивным лазерным излучением: Автореф. дисс. канд. техн. наук. Мичуринск – Наукоград, 18.

5. Будаговский, А.В. & Будаговская, О.Н. (2008). Разработка технологии лазерного облучения плодов и ягод в послеуборочный период. Лазерные технологии в сельском хозяйстве. М.: Техносфера, 165-190.

6. Гниломедов, В.П. & Калугина, Н.В. (1984). О высеве замоченных семян сахарной свёклы. Сахарная свёкла, 2, 15-18.

7. Грицунов, М.Я. & Брижанский, А.В. (1978). Повышение урожая и сахаристости свёклы предпосевным фотоактивированием семян. Проблемы фотоэнергетики растений. Львов, 5, 240-249.

8. Даваян, Н.И., Тырков, В.С. & Суханов, В.М. (1972). Сравнительное изучение продолжительности митотического цикла у гаплоидов, диплоидов и тетраплоидов кукурузы. Цитология и генетика. 3, 59-63.

9. Доспехов, Б.А. (1985). Методика полевого опыта. М.: Агропромиздат, 351.

10. Инструкция по химико-техническому контролю и учету свеклосахарного производства. (1983). ВНИИСП: Киев, 476.

11. Кособоков, Г.И. & Петров, Е.П. (1978). Лазерная обработка семян при выращивании томата в открытом грунте. Проблемы фотоэнеогетики растений. Алма-Ата, 5, 234-239.

12. «ЛазерИнформ». (2011). 1-2 (448-449), 4-7. [Электронный ресурс] //http:// agropraktik.ru/ blog /147…(дата обращения: 12.02.2022).

13. Менщиков, В.П. (2008). Влияние лазерного облучения на естественную убыль яблок в предрелизационный период. Лазерные технологии в сельском хозяйстве. М.: Техносфера, 190-193.

14. Москвин, С.В. (2008). К вопросу о механизмах терапевтического действия низкоинтенсивного лазерного излучения (НИЛ). Лазерные технологии в сельском хозяйстве. М.: Техносфера, 29-48.

15. Плохих, В.Б. & Мацуцина, Л.Б. (1985). Лазер в селекции и семеноводстве. Сахарная свёкла, 4, 29-31.

16. Подвигина, О.А., Бартенев, И.И., Гаврин, С.Д. & Нечаева, О.М. (2019). Воздействие лазерной обработки семян сахарной свёклы на их посевные качества. Сахарная свёкла, 5, 15-17.

17. Поединок, Н.Л., Потемкина, Ж.В., Бухало, А.С., Негрийко, А.М. & Михайлова, О.Б. (2003). Использование лазерного излучения при культивировании некоторых видов съедобных базидиомицетов. Биотехнология, 2, 59-64.

18. Путилина, Л.Н., Подвигина, О.А. & Лазутина, Н.А. (2020). Влияние светолазерной фотоактивации семян сахарной свёклы на технологическое качество корнеплодов. Сахар, 3, 52-56.

19. Сащенко, С.В. (2009). Влияние способов уборки и хранения маточных корнеплодов на продуктивность семенных растений сахарной свёклы: Автореф. дисс. канд. с.-х. наук. Рамонь, 22.

20. Ткачук, В.Н. & Боковой, В.Н. (1984). Оценка влияния лазерной биостимуляции семян сахарной свёклы на их качество и урожайность. Теория и практика предпосевной обработки семян. Тезисы докладов. Киев, 97-101.

21. Хелемский, М.З. (1964). Хранение сахарной свеклы. М.: Пищевая промышленность, 471.

22. Шпаар, Д., Дрегер, Д. & Захаренко, А. (2004). Сахарная свёкла (Выращивание, уборка, хранение). Мн.: ЧУП «Орех», 326.

23. Jamil, Y. (2013). He-Ne laser induced changes in germination, thermodynamic parameters, internal energy and enzyme activities of wheat during germination and early growth physiological attributes. Laser Physics Letters, 10(4).

24. Karfalov, Р., Tscholakov, D. & Aleksiev, N. (1988). Ausdewahlte ergebnisse von versuchen mit tomatensaafgut, das mit laserstrahlen behandelt wurde. Akad. Landwirtschaftswiss. DDR, 262, 251-255.

25. Koper, R. (1995). Wlasciwosci mechaniczne owocow pomidorow zmodyfikowane pizedsiewna laserowa biostymulacja nasion. Technical and organizanion progress in Polish agriculture. Zawoia, 129-136.

26. Koper, R., Wojcik, S., Kornas-Czuszwar, B. & Bojarska, U. (1996). Effect the laser exposure of seeds on the yield and chemical composition of sugar beet roots. Int. Agrophysics, 10, 103-108.

27. Krousky, Y. & Rumj, M. (1990). Theinf luence of stimulation of sugar beet on seedings, growth and yielding (in Czech). Plant Production, 36, 1, 89-98.

28. Podlesna, A. (2015). Changes in the germination process and growth of pea in effect of laser seed irradiation. Int. Agrophysics, 29, 485-492.

29. Rubinski, W. & Garczynski, S. (2004). Influence of laser light on leaf area and parameters of photosynthetic activityin DH lines of spring barley (Hordeumvulgare L.). Int. Agrophysics, 18, 261-267.

30. Starzycki, M., Rybiński, W., Starzycka, E. & Pszczoła, J. (2005). Laser light as a physical factor enhancing rapeseed resistance to blackleg disease. Acta Agrophysica, 5(2), 441-446.