Candidate of Biological Sciences
кандидат биологических наук
student
студент
Candidate of Biological Sciences, Deputy Dean of the Faculty “Agribusiness”, Senior Researcher of the Center for Agrobioengineering of Essential Oil and Medicinal Plants, Associate Professor of the Department “Technologies and Equipment for Processing Agricultural Products”
канд. биол. наук, заместитель декана факультета «Агропромышленный», старший научный сотрудник Центра агробиоинженерии эфиромасличных и лекарственных растений, доцент кафедры «Технологии и оборудование переработки продукции агропромышленного комплекса»
Candidate of Technical Sciences, Deputy Head of the Development center of the territorial cluster “Dolina Dona”, Deputy Dean for Strategic and Digital Development of the Faculty “Agribusiness”, Associate Professor of the Department “Technologies and Equipment for Processing Agricultural Products”
канд. техн. наук, заместитель декана по стратегическому и цифровому развитию факультета «Агропромышленный», заместитель руководителя Центра развития территориального кластера «Долина Дона» Донского государственного технического университета, доцент кафедры «Технологии и оборудование переработки продукции агропромышленного комплекса»
Associate Professor of the department «Equipment and technologies of food production», PhD
доцент кафедры «Техника и технологии пищевых производств», кандидат технических наук
PhD in Engineering, Associate Professor, Head of the PCM-STAR Research Laboratory
кандидат технических наук, доцент, заведующий научно-исследовательской лабораторией «PCM-STAR»
Junior Researcher at the Center for the Development of the Don Valley Territorial Cluster, Senior Lecturer at the Department of Technologies and Equipment for Processing Agricultural Products
младший научный сотрудник Центра развития территориального кластера «Долина Дона», старший преподаватель кафедры «Технологии и оборудование переработки продукции агропромышленного комплекса»
Background. The study aimed to investigate the species-specific effects of deuterium-depleted water (Larsen D100, <100 ppm D) on seed germination and early seedling growth parameters of key agricultural crops (barley, wheat, rapeseed, and lentil) under controlled in vitro conditions. Seeds were germinated in Petri dishes on a fabric material moistened with either distilled water (control) or Larsen D100. The experiment was set up in a completely randomized design (CRD) with several biological replications. After 10 days, the following key parameters were assessed: germination rate, seedling length, and fresh biomass. Data were statistically processed using Student’s t-test or the Mann-Whitney U-test (p<0.05). Treatment with deuterium-depleted water had a pronounced and species-specific influence. A significant stimulatory effect was recorded in barley: germination increased by 20%, seedling length by 72%, and biomass by 17% compared to the control. Lentil showed a sharp increase in length (222%) and biomass (64%) of seedlings, although germination rate remained unchanged. In contrast, rapeseed exhibited inhibition of biomass accumulation (a 38% reduction), while wheat parameters did not change. Deuterium-depleted water acts as a powerful metabolic modulator, but its effects are strictly species-specific-ranging from significant stimulation to inhibition. The obtained data highlight the potential for its use in pre-sowing seed treatment for crops such as barley and lentil but strongly caution against universal application without mandatory prior species and cultivar testing. The observed effects are associated with isotope-mediated changes in the kinetics of key enzymatic and osmotic processes in the early stages of plant development.
Purpose. Of the study was to evaluate the effect of deuterium-depleted water (Larsen D100) on germination efficiency (germination rate) and initial growth vigor (length and fresh weight) of seedlings in four economically important species of agricultural crops representing cereals (barley, wheat), oilseeds (rapeseed), and legumes (lentil).
Materials and methods. Seeds of spring barley (Hordeum vulgare L.), soft wheat
Results. The application of Larsen D100 water led to a complex, species-specific response. For barley, significant stimulation was found for all parameters. Germination rate increased by 20%, seedling length by 72%, and fresh weight by 17%. For lentil, no effect on germination rate (~97%) was characteristic, but a sharp increase in length (222%) and fresh weight (64%) of seedlings was observed. Data analysis for rapeseed showed no significant effect on germination and length, but a substantial reduction (38%) in seedling fresh weight. No statistically significant effect on any of the measured parameters of wheat was found.
Conclusion. Deuterium-depleted water Larsen D100 is not a universal biostimulant but represents a powerful species-specific modulator of germination and early growth processes. It significantly enhances the initial growth vigor in barley and lentil but inhibits biomass accumulation in rapeseed, while wheat demonstrates a neutral response. This specificity underscores the critical importance of mandatory preliminary testing on each target crop and cultivar before considering any agronomic application. The detected effects are likely rooted in isotope-induced modifications of the kinetics of metabolic reactions, energy metabolism, and osmotic processes.
Обоснование. Исследование направлено на изучение видоспецифичных эффектов воды с пониженным содержанием дейтерия (Larsen D100, <100 ppm D) на показатели прорастания семян и раннего роста проростков ключевых сельскохозяйственных культур (ячменя, пшеницы, рапса и чечевицы) в контролируемых условиях in vitro. Семена проращивали в чашках Петри на тканном материале, увлажненной либо дистиллированной водой (контроль), либо водой Larsen D100. Опыт был заложен в полном рандомизированном дизайне (CRD) с несколькими биологическими повторностями. Через 10 дней оценивали следующие ключевые параметры: всхожесть, длину проростка и сырую биомассу. Данные были статистически обработаны с использованием t-критерия Стьюдента или U-критерия Манна-Уитни (p<0,05). Обработка дейтерий-дефицитной водой оказывала выраженное и видоспецифичное влияние. Достоверный стимулирующий эффект был зарегистрирован у ячменя: всхожесть увеличилась на 20%, длина проростков - на 72%, а биомасса - на 17% по сравнению с контролем. У чечевицы наблюдалось резкое увеличение длины (на 222%) и биомассы (на 64%) проростков, хотя всхожесть осталась неизменной. Напротив, у рапса было выявлено ингибирование накопления биомассы (снижение на 38%), в то время как параметры пшеницы не изменились. Вода с пониженным содержанием дейтерия выступает в роли мощного метаболического модулятора, но ее эффекты строго видоспецифичны - от значительной стимуляции до ингибирования. Полученные данные подчеркивают потенциальную возможность ее использования для предпосевной обработки семян таких культур, как ячмень и чечевица, но настоятельно предостерегают от универсального применения без обязательного предварительного видового и сортового тестирования. Наблюдаемые эффекты связаны с изотоп-опосредованными изменениями кинетики ключевых ферментативных и осмотических процессов на ранних стадиях развития растения.
Цель. Цель исследования заключалась в оценке влияния воды с пониженным содержанием дейтерия (Larsen D100) на эффективность прорастания (всхожесть) и энергию начального роста (длину и сырую массу) проростков у четырех экономически важных видов сельскохозяйственных культур, представляющих злаки (ячмень, пшеница), масличные (рапс) и бобовые (чечевица).
Материалы и методы. Семена ярового ячменя (Hordeum vulgare L.), мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.), рапса (Brassica napus L.) и чечевицы (Lens culinaris Medik) проращены в чашках Петри на тканном материале, увлажненной дистиллированной водой (контроль, pH=5,8, ЭП<5 мкСм/см) или водой с пониженным содержанием дейтерия (Larsen D100, <100 ppm D). Опыт был заложен по принципу CRD с несколькими биологическими повторностями (чашки Петри). Проращивание проводили в течение 10 дней при температуре 23±1°C. Учитывали всхожесть, длину проростка и сырую массу. Статистический анализ проводили в программе Statistica 10.0 с использованием параметрического (t-критерий Стьюдента) или непараметрического (U-критерий Манна-Уитни) методов для независимых выборок при уровне значимости p<0,05.
Результаты. Применение воды Larsen D100 привело к сложному, видоспецифичному ответу. Для ячменя выявлена достоверная стимуляция по всем параметрам. Всхожесть увеличилась на 20%, длина проростков - на 72%, сырая масса - на 17%. Для чечевицы характерно отсутствие эффекта на всхожесть (~97%), но резкое увеличение длины (на 222%) и сырой массы (на 64%) проростков. Анализ данных по рапсу показал отсутствие достоверного эффекта на всхожесть и длину, но существенное снижение (на 38%) сырой массы проростков. Статистически значимого влияния на какие-либо из измеряемых параметров пшеницы не выявлено.
Заключение. Вода с пониженным содержанием дейтерия Larsen D100 не является универсальным биостимулятором, а представляет собой мощный видоспецифичный модулятор процессов прорастания и раннего роста. Она достоверно усиливает стартовую энергию роста у ячменя и чечевицы, но ингибирует накопление биомассы у рапса, в то время как пшеница демонстрирует нейтральный ответ. Эта специфичность подчеркивает критическую важность обязательного предварительного тестирования на каждой целевой культуре и сорте перед рассмотрением какой-либо агрономической аппликации. Обнаруженные эффекты, вероятно, коренятся в изотоп-индуцированных модификациях кинетики метаболических реакций, энергетического метаболизма и осмотических процессов.