СРЕДСТВО ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН ПШЕНИЦЫ
AGENT FOR PRE-SOWING TREATMENT OF WHEAT SEEDS

Изобретение относится к созданию новых ростстимулирующих соединений бензимидазольного и бензоксазольного рядов, близких по строению с природными фитогормонами, которые могут быть использованы в сельском хозяйстве для улучшения посевных качеств семян пшеницы.
Известна рострегулирующая активность таких синтетических стимуляторов роста и развития растений, как соединения тиазолидинового ряда - 5-замещенных 2-тиотиазолидин-4-онов на растениях подсолнечника и пшеницы по длине проростка (Гинак А.И., Сулейманкадиев С.Э., Сулейманкадиева А.Э. Рострегулирующая активность 5-замещенных 2-тиатиозолидин-4-онов // Агрохимия. 2007. №5. С.49-52). Из протестированных соединений только два показали среднюю активность, остальные вещества ей практически не обладали, что не может говорить о перспективности данного класса соединений.
Среди производных мочевины также известны вещества, проявляющие рострегулирующую активность. Например, тидиазурон (N-фенил-N'-1,2,3-тиадиазол-5-илмочевина) демонстрирует уникальное сочетание свойств, характерных для ауксина и цитокинина (Murthy B.N.S., Murch S.J., Saxena P.K. Thidiazuron: A Potent regulator of in vitro plant morphogenesis // In Vitro Cell. Dev. Biol.-Plant. 1998. V.34. P.267-275). Однако в некоторых случаях он может индуцировать ингибирование ферментов растений и, тем самым, давать обратный эффект, а также при повышенном содержании тяжелых металлов в почве он способствует накоплению их в тканях растений.
Отмечено, что пирролидоны и амиды карбоновых кислот представляют интерес как физиологически активные вещества (Музыченко Г.Ф., Ненько Н.И., Бурлака С.Д., Сибирякова М.А., Копань А.С.Эффективность новых производных 4-N-X-аминопирролидонов-2, обладающих рострегулирующей и антистрессовой активностью // Агрохимия. 2005. №5. С.71-75). Возможно использование 1-(4-нитрофенил)-4-N-этиламинопирролидона-2 и 1-(4-нитрофенил)-4-N-бутиламинопирролидона-2 в качестве регуляторов роста для улучшения посевных качеств семян озимой пшеницы сорта Победа-50, а также N-фениламида 3-N-фениламино-4-амино-(4-нитрофенил)-бутановой кислоты для активации прорастания семян озимой пшеницы сорта Ника Кубани и увеличения продуктивности растений. Однако данные соединения по строению далеки от природных фитогормонов и к тому же обладают невысокой растворимостью в воде, что ограничивает их применение.
Наиболее близким по структуре и действию веществом является 6-сульфофенил-4-оксо-3-окса-6-азабицикло [3.1.0] гексан (Тюхтенева З.И., Бадовская Л.А., Ненько Н.И. / Патент РФ №2409580), однако наряду с ограниченной растворимостью в воде он показывает недостаточную активность, не превышающую 14,3%.
Задача изобретения заключается в создании на основе легкодоступных исходных соединений ряда ростстимулирующих средств.
Технический результат заключается в повышении продуктивности сельскохозяйственных культур за счет увеличения скорости роста корней и колеоптилей семян пшеницы.
Заявленный технический результат достигается за счет использования вещества, близкого по структуре к природным фитогормонам ауксинового ряда, включающего бензимидазольный или бензоксазольный фрагмент и имеющего структуру
,
где 1: R=Ph, X=NH, или
2: R=Tol, X=NH, или
3: R=Ph, X=O, или
4: R=Tol, X=O,
для предпосевной обработки семян пшеницы.
За основу были взяты 4-оксоалкановые кислоты и ароматические бинуклеофилы - 1,2-фенилендиамин (Acros Orgauics, Belgium) и 2-аминофенол (Merck, Germany). Реакция проводилась в среде апротонных растворителей (бензол или толуол) с непрерывной азеотропной отгонкой выделяющейся воды.
Получение новых соединений и их лабораторные испытания рострегулирующей активности иллюстрируются следующими примерами.
Пример 1. Одностадийный синтез 3а-фенил-2,3,3а,4-тетрагидро-1H-бензо[d]пирроло[1,2-a]имидазол-1-она 1:
пл
3
2
2
2
16
14
2
-1
1
2 г (11 ммоль) β-бензоилпропионовой кислоты и 1,2 г (11 ммоль) 1,2-фенилендиамина нагревали в 30 мл абсолютного бензола с непрерывной азеотропной отгонкой выделяющейся воды в течение 5 часов. Выпавший осадок промывали бензолом, затем гексаном, перекристаллизовывали из ацетона. Выход 2,12 г (75%), бледно-желтые кристаллы, T 156-159°С. ИК спектр, см: 3330 (NH), 1710 (С=O, «Амид-I»), 1320 (-C-N-). Спектр ЯМР H δ, м.д.: 6,50-6,90 м (4Н, аром.), 7,25-7,60 м (5Н, Ph, аром.), 2,35-2,60 м (2Н, -CH-, пирролидин), 2,70-2,90 м (2Н, -CH-, пирролидин), 4,38 с (NH, 1H). Найдено, %: С 76,56; Н 5,73; N 11,56. CHNO. Вычислено, %: С 76,80; Н 5,60; N 11,20. Соединения 2-4 получили аналогично.
Пример 2. Одностадийный синтез 3а-(4-метилфенил)-2,3,3а,4-тетрагидро-1H-бензо[d]пирроло[1,2-a]имидазол-1-она 2:
пл
3
3
2
2
2
17
16
2
-1
1
Для реакции брали 1,76 г (11 ммоль) 4-(4-метилфенил)-4-оксобутановой кислоты и 1,2 г (11 ммоль) 1,2-фенилендиамина. Выход: 1.98 г (78%), бледно-желтые кристаллы, T 158-160°С. ИК спектр, ν, см: 1330 (C-N), 1690 (C=O, «Амид-I»), 3350 (NH). Спектр ЯМР H, δ, м.д.: 2.25 с (3Н, CH), 2.40-2.55 м (2Н, CH, пирролидин), 2.50-2.70 м (2Н, CH, пирролидин), 4.35 с (NH, 1H), 6.50-6.85 м (4Н, аром.), 7.15-7.35 д.д. (4Н, аром.). Найдено, %: С 76.16; Н 6.15; N 10.10. CHNO. Вычислено. %: С 75.69; Н 6.06; N 10.61.
Пример 3. Одностадийный синтез 3а-фенил-3,3а-дигидробензо[d]пирроло[2,1-b]оксазол-1(2H)-она 3:
пл
3
2
2
2
16
13
2
-1
1
Для реакции брали 2 г (11 ммоль) (β-бензоилпропионовой кислоты и 1,2 г (11 ммоль) 2-аминофенола. Выход 1.71 г (62%), желтые кристаллы, T 153-155°С. ИК спектр, ν, см: 1326 (C-N), 1710 (С=O, «Амид-I»). Спектр ЯМР Н, δ, м.д.: 2.18-2.35 м (2Н, CH, пирролидин), 2.30-2.48 м (2Н, CH, пирролидин), 6.50-6.90 м (4Н, аром.), 7.10-7.30 м (5Н, Ph, аром.). Найдено, %: С 76.10; Н 4.98; N 5.12. CHNO. Вычислено, %: С 76.49; Н 5.18; N5.58.
Пример 4. Одностадийный синтез 3а-(4-метилфенил)-3,3а-дигидробензо [d]пирроло [2,1-b]оксазол-1 (2H)-она 4:
пл
3
2
2
2
3
17
15
2
-1
1
Для реакции брали 1,76 г (11 ммоль) 4-(4-метилфенил)-4-оксобутановой кислоты и 1,2 г (11 ммоль) 2-аминофенола. Выход 2.27 г (78%), зеленовато-желтые кристаллы, T 116-117°С. ИК спектр, ν, см: 1325 (C-N), 1700 (С=O, «Амид-I»). Спектр ЯМР Н, δ, м.д.: 2.29-2.50 м (2Н, CH, пирролидин), 2.45-2.65 м (2Н, CH, пирролидин), 2.60 с (3Н, R, CH), 6.39-6.85 м (4Н, аром.), 7.10-7.45 д.д. (4Н, аром.). Найдено, %: С 77.20; Н 5.41; N 5.09. CHNO. Вычислено, %: С 76.98; Н 5.66; N 5.28.
Пример 5. Лабораторные биологические испытания заявленных ростстимулирующих средств.
Для лабораторных экспериментов были выбраны семена мягкой яровой пшеницы Triticum aestivum L. сорта Саратовская 29 генерации 2008 года. Перед стерилизацией производили отбор полноценных, без видимых признаков каких-либо заболеваний зерновок пшеницы. Отобранные семена в течение 5-10 мин при встряхивании обрабатывали детергентом для удаления гидрофобных загрязнений, мешающих равномерному смачиванию поверхности семян изучаемыми соединениями, затем промывали дистиллированной водой. Зерновки пшеницы помещались на 1,5 часа в растворы веществ 1-4 с концентрациями, представляющими собой ряд двукратных разведений.
Сток-растворы веществ готовились следующим образом: вещества предварительно растворялись в небольшом количестве спирта, затем объем раствора доводился в мерных колбах дистиллированной водой до 100 мл. Максимальная концентрация вещества была ограничена его растворимостью в спирте, а также максимальной допустимой концентрацией самого спирта, не влияющей на рост и прорастаемость семян пшеницы (не более 2-3% спирта в воде). Далее готовились остальные растворы путем последовательного двукратного разведения сток-раствора и полученных растворов. Приготовленные концентрации веществ представлены в табл.1.
Таблица 1
Обозначение вариантов испытанных концентраций веществ
В-во
Концентрации, моль/л
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
2×10<sup>-4</sup>
5×10<sup>-4</sup>
1×10<sup>-3</sup>
2×10<sup>-3</sup>
4×10<sup>-3</sup>
8×10<sup>-3</sup>
2×10<sup>-2</sup>
3×10<sup>-2</sup>
6×10<sup>-2</sup>
1×10<sup>-1</sup>
2
4×10<sup>-7</sup>
8×10<sup>-7</sup>
2×10<sup>-6</sup>
3×10<sup>-6</sup>
6×10<sup>-6</sup>
1×10<sup>-5</sup>
3×10<sup>-5</sup>
5×10<sup>-5</sup>
1×10<sup>-4</sup>
2×10<sup>-4</sup>
3
7×10<sup>-6</sup>
1×10<sup>-5</sup>
3×10<sup>-5</sup>
6×10<sup>-5</sup>
2×10<sup>-4</sup>
2×10<sup>-4</sup>
5×10<sup>-4</sup>
1×10<sup>-3</sup>
2×10<sup>-3</sup>
4×10<sup>-3</sup>
4
8×10<sup>-6</sup>
2×10<sup>-5</sup>
3×10<sup>-5</sup>
6×10<sup>-5</sup>
1×10<sup>-4</sup>
3×10<sup>-4</sup>
5×10<sup>-4</sup>
1×10<sup>-3</sup>
2×10<sup>-3</sup>
4×10<sup>-3</sup>
-3
-5
-7
Проращивание семян проводили в чашках Петри на влажной фильтровальной бумаге в течение 3 суток в темном месте при температуре 25°С. Контролем служили семена, пророщенные в дистиллированной воде, а также в растворах 3-индолилуксусной кислоты (ИУК). Концентрации ИУК составили 10, 10 и 10 г/л. В качестве стандарта использовалась ИУК фирмы Fluka чистотой >98%.
Ростстимулирующий эффект вещества оценивался по таким количественным показателям, как средняя длина корней и колеоптилей проростков по отношению к контролю, а также по общему количеству проросших семян. Каждый опыт проводили в трех повторностях, в каждой повторности по 20 семян. Результаты были подвергнуты статистической обработке. Доверительная вероятность принималась равной 0,95.
-4
-1
-3
-2
-2
Наибольшую среди исследованных нами соединений активность в стимуляции роста корней показало содержащее бензимидазольный фрагмент и фенильный заместитель в 5-ом положении соединение 1 (от 20,1% до 43,7% относительно контроля) в интервале концентраций от 2×10 до 1×10 моль/л (табл.2). Ростстимулирующая активность этого соединения наблюдается и в отношении колеоптилей пшеницы (7,9-11,7%) при тех же концентрациях (табл.3). Максимальное количество проросших семян отмечено при концентрации 1×10, а также в интервале 2×10-6×10 моль/л (табл.4).
При введении в 5-е положение 4-метилфенильного заместителя наблюдается некоторое уменьшение ростстимулирующей активности как в отношении корней, так и в отношении колеоптилей. Так, вещество 2 во всем интервале исследованных концентраций продемонстрировало более умеренную активность в стимулировании роста корней (на 9,4-23,4% относительно контроля). Одновременно с этим, соединение 2 демонстрирует положительное влияние на общую прорастаемость семян - количество проросших семян, обработанных данным веществом, выросло по сравнению с контролем (107-136%) (табл.4).
Соединение 3, кислородсодержащий структурный аналог 1, оказывало положительное влияние (12,7-25,3%) на длину корней пшеницы (табл.2). При этом отмечена стимуляция роста колеоптилей растений на уровне 11,0-19,2% по сравнению с контролем (табл.3).
Соединение 4, имеющее в своем составе 4-метилфенильный заместитель в 5-ом положении демонстрирует более умеренное стимулирующее влияние на рост корней (3,1-10,6%) и практически не влияет на рост колиоптилей.
Таблица 4
Количество проросших семян, обработанных растворами
В-во
Количество семян, %
Варианты
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
81
78
106
81
81
81
94
100
94
50
2
136
100
114
100
129
100
114
114
107
71
3
100
93
93
114
93
121
79
93
100
79
4
82
94
94
88
106
94
100
82
71
88
-5
При сравнении с контролем (водой) активности ИУК было установлено, что наиболее выраженным ростстимулирующим действием она обладает при концентрации 10 г/л. При этом увеличение длин корней составило ~21%, а колеоптилей ~16% от контроля (табл.5).
Таблица 5
Влияние различных концентраций ИУК на длины корней и колеоптилей трехсуточных проростков пшеницы в процентах относительно контроля (вода)
Вещество
Длина, % от контроля
Корни
Колеоптили
Вода
0
0
ИУК (10<sup>-3</sup> г/л)
-28,8
-6,1
ИУК (10<sup>-5</sup> г/л)
20,7
15,5
ИУК (10<sup>-7</sup> г/л)
6,1
10,9