Современное состояние и открытые вопросы праймирования семян лука репчатого

Актуальность. В контексте изменения климата при выращивании лука репчатого необходимы инновационные решения, которые послужат основой для поддержки селекционеров и семеноводов и фермеров, в частности, касающиеся с важнейшего вопроса качества семян. Одним из методов, способствующим улучшению жизнеспособности семян, является праймирование, что приводит к быстрому и равномерному прорастанию и появлению всходов лука репчатого.
Результаты. Праймирование семян лука репчатого может улучшить жизнеспособность, особенно в неблагоприятных условиях, таких как низкие/высокие температуры, недостаточное количество влаги, засоление. Это простое, недорогое и низкорисковое вмешательство, которое может стать полезной технологией для производителей лука репчатого и оказать положительное влияние за счет увеличения сроков прорастания семян, увеличения темпов развития растений, сокращения продолжительности уборки урожая и повышения урожайности. Данный метод распространен для семян редиса, томата, моркови и капусты и менее популярен для лука репчатого. В представленном обзоре приводится информация современных научно-технических достижений, которые на сегодняшний день способствовали повышению всхожести семян и увеличению силы роста растений лука репчатого. Для крупномасштабного коммерческого использования оптимальные методы и условия праймирования, адаптированные для различных сортов или партий семян, потребуют дальнейшей обширной экспериментальной деятельности. Не следует отрицать, что технология праймирования семян отличается простотой в эксплуатации, низкой стоимостью и высокой практической ценностью в промышленном и рыночном контексте. Можно предвидеть, что данная технология в будущем будет иметь более широкие перспективы в сельскохозяйственном производстве и экологическом строительстве. Кроме того, праймирование семян может эффективно восстанавливать или повышать их жизнеспособность, обеспечивать успешное сохранение ресурсов зародышевой плазмы и последующее развитие, особенно для семян лука репчатого, которые быстро теряют всхожесть. 

1. FAOSTAT. Onion Production, Area and Productivity. 2021. Available online: http://www.fao.org/faostat/en/#data/QC (accessed on 12 May 2024).

2. Lyngkhoi F., Saini N., Gaikwad A.B., Thirunavukkarasu N., Verma P., Silvar C., Yadav S., Khar A. Genetic diversity and population structure in onion (Allium cepa L.) accessions based on morphological and molecular approaches. Physiol. Mol. Biol. Plants. 2021;(27):2517–2532. https://doi.org/10.1007/s12298-021-01101-3

3. Соловьева О.А. Технология возделывания репчатого лука при капельном орошении. Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. 2022;1(65):171-179. https://doi.org/10.32786/2071-9485-2022-01-16 https://elibrary.ru/jtiqry

4. Villano C., Esposito S., Carucci F., Iorizzo M., Frusciante L., Carputo D., Aversano R. High-throughput genotyping in onion reveals structure of genetic diversity and informative SNPs useful for molecular breeding. Mol. Breed. 2019;(39):5. https://doi.org/10.1007/s11032-018-0912-0

5. Ren F., Zhou S. Phenolic components and health beneficial properties of onions. Agriculture. 2021;(11):872. https://doi.org/10.3390/agriculture11090872

6. Padula G., Xia X.Z., Hołubowicz R. Welsh onion (Allium fistulosum L.) seed physiology, breeding, production and trade. Plants. 2022;(11):343. https://doi.org/10.3390/plants11030343

7. FAO. Seed and Seed Quality: Technical Information for FAO Emergency Staff; FAO Seed and Plant Genetic Resources Service: Rome, Italy, 2006.

8. Khan M.. Javed Iqbal M., Abbas M., Raza H., Waseem R., Arshad A. Loss of vigour and viability in aged onion (Allium cepa L.) seeds. Int. J. Agric. Biol. 2004;(6):708–771.

9. Borowski E., Michałek S. The effect of seed conditioning on the emergence and early growth of onion and carrot seedlings. Ann. Univ. Mariae Curie-Skłodowska Setio EEE. 2006;(16):119–129.

10. Brar N.S., Kaushik P., Dudi B.S. Assessment of natural ageing related physio-biochemical changes in onion seed. Agriculture. 2019;(9):163. https://doi.org/10.3390/agriculture9080163

11. Hourston J.E., Pérez M., Gawthrop F., Richards M., Steinbrecher T., Leubner-Metzger G. The effects of high oxygen partial pressure on vegetable Allium seeds with a short shelf-life. Planta. 2020;(251):105. https://doi.org/10.1007/s00425-020-03398-y

12. Heydecker W., Higgins J., Gulliver R.L. Accelerated germination by osmotic seed treatment. Nature. 1973;(246):42–44.

13. Heydecker W., Gibbins B.M. The ‘priming’ of seeds. Acta Hortic. 1978;(83):213–215.

14. Waterworth W.M., Bray C.M., West C. E. Seeds and the art of genome maintenance. Front. Plant Sci. 2019;(10):706. https://doi.org/10.3389/fpls.2019.00706

15. Harris D., Pathan A.K., Gothkar P, Joshi A., Chivasa W., Nyamudeza P. On-farm seed priming: Using participatory methods to revive and refine a key technology. Agric. Syst. 2021;(69):151–164. https://doi.org/10.1016/S0308-521X(01)00023-3

16. Paul S., Dey S., Kundu R. Seed priming: An emerging tool towards sustainable agriculture. Plant Growth Regul. 2022;(97):215–234. https://doi.org/10.1007/s10725-021-00761-1

17. Pagano A., Macovei A., Xia X., Padula G., Hołubowicz R., Balestrazzi A. Seed Priming Applied to Onion-Like Crops: State of the Art and Open Questions. Agronomy. 2023;(13):288. https://doi.org/10.3390/agronomy13020288

18. Bray C.M. Biochemical processes during the osmopriming of seeds. In Seed Development and Germination; Kigel, J., Galili, G., Eds.; Dekker, M. Inc.: New York, NY, USA, 1995; pp. 767–789.

19. Paparella S., Araujo S.S., Rossi G., Wijayasinghe M., Carbonera D., Balestrazzi A. Seed priming: State of the art and new perspectives. Plant Cell Rep. 2015;(34):1281–1293. https://doi.org/10.1007/s00299-0151784-y

20. Янченко А.В., Бухаров А.Ф., Федосов А.Ю. Прайминг – инновационное развитие методологии подготовки семян к посеву (обзор). Овощи России. 2023;(5):28-36. https://doi.org/10.18619/2072-9146-2023-05-2836 https://elibrary.ru/rgdvqz

21. Farooq M., Usman M., Nadeem F., Rehman H., Wahid A., Basra S.M.A., Siddique K.H.M. Seed priming in field crops: Potential benefits, adoption and challenges. Crop Pasture Sci. 2019;(70):731–771. https://doi.org/10.1071/CP18604

22. Sarkar D., Singh S., Parihar M., Rakshit A. Seed bio-priming with microbial inoculants: A tailored approach towards improved crop performance, nutritional security, and agricultural sustainability for smallholder farmers. Curr. Res. Environ. Sustain. 2021;(3):100093. https://doi.org/10.1016/j.crsust.2021.100093

23. Madsen M.D., Svejcar L., Radke J., Hulet A. Inducing rapid seed germination of native cool season grasses with solid matrix priming and seed extrusion technology. PLoS ONE. 2018;(13):e0204380. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0204380

24. Rhaman M.S., Imran S., Rauf F., Khatun M., Baskin C.C., Murata Y., Hasanuzzaman M. Seed priming with phytohormones: An effective approach for the mitigation of abiotic stress. Plants. 2021;(10):37. https://doi.org/10.3390/plants10010037

25. Mahakham W., Sarmah A.K., Maensiri S., Theerakulpisut P. Nanopriming technology for enhancing germination and starch metabolism of aged rice seeds using phytosynthesized silver nanoparticles. Sci. Rep. 2017;(7):8263. https://doi.org/10.1038/s41598-017-08669-5

26. El-Badri A.M.A., Batool M., Mohamed I.A.A., Khatab A., Sherif A., Wang Z.K., Salah A., Nishawy E., Ayaad M., Kuai J., et al. Modulation of salinity impact on early seedling stage via nano-priming application of zinc oxide on rape seed (Brassica napus L.). Plant Physiol. Biochem. 2021;(166):376–392. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2021.05.040.

27. Shelar A., Singh A.V., Maharjan R.S., Laux P., Luch A., Gemmati D., Tisato V., Singh S.P., Santilli M.F., Shelar A., et al. Sustainable Agriculture through Multidisciplinary Seed Nanopriming: Prospects of Opportunities and Challenges. Cells. 2021;(10):2428. https://doi.org/10.3390/cells10092428

28. Amritha M.S., Sridharan K., Puthur J.T., Dhankher O.M. Priming with nanoscale materials for boosting abiotic stress tolerance in crop plants. J. Agric. Food Chem. 2021;(69):10017–10035. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.1c03673

29. Белова С.В., Янченко А.В. Эффективность праймирования семян моркови (Daucus carota L.) с применением нанокомпозитов металлополимеров в неводных растворителях. Труды Кубанского государственного аграрного университета. 2023;(106):197-202. https://doi.org/10.21515/1999-1703-106-197-202 https://elibrary.ru/crdvkr

30. Araújo S.S., Paparella S., Dondi D., Bentivoglio A., Carbonera D., Balestrazzi A. Physical methods for seed invigoration: Advantages and challenges in seed technology. Front. Plant Sci. 2016;(7):646. https://doi.org/10.3389/fpls.2016.00646

31. Козлов И.И., Кунавин Г.А. Применение биологически активных веществ при выращивании лука репчатого. Аграрный вестник Урала. 2011;3(82):69-70. https://elibrary.ru/pajrnf

32. Ellis R.H., Butcher P.D. The effects of priming and ‘natural’ differences in quality amongst onion seed lots on the response of the rate of germination to temperature and the identification of the characteristics under genotypic control. J. Exp. Bot. 1988;(39):935–950.

33. Murray G.A., Swensen J.B., Beaver G. Emergence of springand summer-planted onions following osmotic priming. Hortscience. 1992;(27):409–410.

34. Bujalski W., Nienow A.W. Large-scale osmotic priming of onion seeds: A comparison of different strategies for oxygenation. Sci. Hortic. 1991;(46):13–24.

35. Edelstein M., Welbaum G.E. Seed O2 uptake and germination of coldtolerant and cold-intolerant cultivars of muskmelon. Crop Sci. 2011;(51):810–817.

36. Horita M., Saruyama H. Acceleration of germination of onion seeds by priming treatment with trehalose and raffinose. Hortic. Res. 2006;(5):75–78.

37. Saranya N., Renugadevi J., Raja K., Rajashree V., Hemalatha G. Seed priming studies for vigour enhancement in onion CO onion (5). J. Pharm. Phytochem. 2017;(6):77–82.

38. Veena M., Puthur J.T. Seed nutripriming with zinc is an apt tool to alleviate malnutrition. Environ. Geochem. Health. 2022;(44):2355–2373. https://doi.org/10.1007/s10653-021-01054-2

39. Thejeshwini B., Manohar Rao A., Hanuman Nayak M., Sultana R. Effect of seed priming on plant growth and bulb yield in onion (Allium cepa L.). Int. J. Curr. Microbiol. Appl. Sci. 2019;(8):1242–1249. https://doi.org/10.20546/ijcmas.2019.801.131

40. Khan M.N., Khan Z., Luo T., Liu J., Rizwan M., Zhang J., Xu Z.; Wu H., Liyong Hu L. Seed priming with gibberellic acid and melatonin in rapeseed: Consequences for improving yield and seed quality under drought and nonstress conditions. Ind. Crops Prod. 2020;(156):112850. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2020.112850

41. Caseiro R., Bennet M.A., Marcos-Filho J. Comparison of three priming techniques for onion seed lots differing in initial seed quality. Seed Sci. Technol. 2004;(32):365–375.

42. Da Silva J.E.S.B., de Paiva E.P., Leite M.d.S., Torres S.B., de Souza Neta M.L., Guirra K.S. Salycilic acid in the physiological priming of onion seeds subjected to water and salt stress. Rev. Bras. Eng. Agric. Amb. 2019;(23):219–224.

43. Dearman J., Brocklehurst P.A., Drew R.L.K. Effects of osmotic priming and ageing on onion seed germination. Ann. Bot. 1986;(108):639–648.

44. Basra A.S., Singh B., Malik C.P. Amelioration of the effects of ageing in onion seeds by osmotic priming and associated changes in oxidative metabolism. Biol. Plant. 1994;(36):365–371.

45. Brar N.S., Kaushik P., Dudi B. Effect of seed priming treatment on the physiological quality of naturally aged onion (Allium cepa L.) seeds. Appl. Ecol. Environ. Res. 2019;(18):849–862.

46. Muruli C.N., Bhanuprakash K., Channakeshava B.C. Impact of seed priming on vigour in onion (Allium cepa L.) seeds. J. Appl. Hortic. 2016;(18):68–70. https://doi.org/10.37855/jah.2016.v18i01.15

47. Acharya P., Jayaprakasha G.K., Crosby K.M., Jifon J.L., Patil B.S. Green-synthesized nanoparticles enhanced seedling growth, yield, and quality of onion (Allium cepa L.). ACS Sustain. Chem. Eng. 2019;(7):14580–14590. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.9b02180

48. Коцарева Н.В., Шабетя О.Н., Ореховская Т.А. Влияние предпосевной обработки семян на структуру урожая лука репчатого. Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2018;(4):54-58. https://elibrary.ru/uqkita

49. Morillo-Coronado A.C., Martinez-Anzola H.G., Velandia-Diaz J.D., Morillo-Coronado Y. Effects of static magnetic fields on onion (Allium cepa L.) seed germination and early seedling growth. Rev. Ciencia Agric. 2022;(39):30–41. https://doi.org/10.22267//rcia.223901.169

50. Hołubowicz R., Kubisz L., Gauza M., Tong Y., Hojan-Jezierska D. Effect of low frequency magnetic field (LFMF) on the germination of seeds and selected useful characteristics of onion (Allium cepa L.). Not. Bot. Hortic. Agrobot. 2014;(42):168–172. https://doi.org/10.15835/nbha4219131

51. Хныкина А.Г., Рубцова Е.И. Зависимость посевных качеств овощных культур от чистоты следования импульсов при их предпосевной обработке импульсным электрическим полем / Новые технологии в сельском хозяйстве и пищевой промышленности с использованием электрофизических факторов и озона: сб. науч. тр. по материалам VII Всероссийской науч.-практ. конф. Ставрополь, 2012. С.115-123.

52. Оськин С.В., Хныкина А.Г., Рубцова Е.И. Необходимость повышения посевных качеств мелкосеменных овощных культур ИЭП. Университет. Наука. Идеи и решения. 2010;(1):3. https://elibrary.ru/tyllxv

53. Ливинский С.А., Стародубцева Г.П., Афанасьев М.А. Преобразователь напряжения для установки предпосевной обработки семян. Вестник АПК Ставрополья. 2016;4(24):35-39. https://elibrary.ru/xwyxjx

54. https://www.incotec.com/ Available online (accessed on 12 May 2024)

55. https://www.bejo.com/ Available online (accessed on 12 May 2024)