Получение и применение агрохимической композиции на основе полидисперсного хитозана
PRODUCTION AND APPLICATION OF AGROCHEMICAL COMPOSITION BASED ON POLYDISPERSE CHITOSAN

Уровень техники
Хитозан является полисахаридом, получаемым деацетилированием хитина и состоящий из остатков D-глюкозамина (основной компонент) и N-ацетил-D-глюкозамина (минорный компонент), связанных β-(1→4)гликозидными связями. Хитозан имеет широкую область практического использования, например, для обработки сточных вод, производства бумаги и полимерных материалов, в медицине и косметике, биотехнологии и производстве пищевых продуктов.
Давно известно сельскохозяйственное применение композиций на основе хитозана и органических кислот в качестве регуляторов роста растений и стимуляторов защитных реакций растений [US 20040011101, US 20070275859, US 6413910, US 5733851, WO 8901288, ЕР 243695, ЕР 1211939, JP 133909]. Механизм действия хитозана на растения определяется теорией сигнальных систем запуска природных защитных и ростактивирующих механизмов. Рострегулирующая и адаптогенная активности хитозана выражаются как в прямом ростактивирующем действии, так и в опосредованном, основанном на повышении иммунитета растений.
В настоящем изобретении композиция на основе хитозана используется для обработки семян, листьев, овощей или фруктов в агрохимическом производстве для увеличения выхода растительных продуктов, стимуляции роста и/или защитных реакций растений, защиты агрокультур от микроорганизмов и насекомых. Важной особенностью использования композиций на основе хитозана является их экологическая безопасность, поскольку хитозан характеризуется низкой токсичностью для теплокровных и после применения быстро подвергается биодеградации. Описанные в упомянутых выше публикациях композиции содержат в качестве действующего компонента хитозан с добавлением одной, или более органических кислот (т.к. молочная, янтарная, глутаминовая и др.). При этом, в качестве регулятора роста растений и для повышения устойчивости к болезням и вредителям применяются композиции на основе хитозана с различными характеристиками, с соотношением аминогрупп хитозана и карбоксильных групп кислот от 1:1 до 1:5, рН композиции от 6,5 до 3.
Известно, что биологический эффект композиций на основе хитозана сильно зависит от молекулярных характеристик использованного для их приготовления хитозана. Такими характеристиками являются, например, степень ацетилирования, а также молекулярная масса хитозана, причем последний показатель оказывает существенное влияние как на эффективность сельскохозяйственного применения, так и на общий спектр биологической активности композиций. В вышеперечисленных публикациях описано агрохимическое применение композиций на основе органических кислот и хитозана с молекулярной массой в диапазоне 10000-300000 Да в качестве регуляторов роста растений, стимуляторов иммунитета и т.д., однако сфера применения этих композиций ограничена, а эффект нестабилен. В патенте JP 2003342105 раскрыто, что композиция на основе смеси двух различных хитозанов, например, с молекулярными массами 16000 и 40000 Да более эффективна в качестве регулятора роста растений и защиты от патогенных микроорганизмов, в сравнении с аналогичными композициями, приготовленными при использовании только одного типа хитозана.
Описание изобретения
В настоящем изобретении для защиты растений от болезней и вредителей, стимуляции их роста, повышения урожайности агрокультур, заявляются новые, более эффективные, чем ранее известные композиции на основе хитозана с широкой дисперсией молекулярной массы (полидисперсного хитозана), методы их получения и практического использования. В отличие от ранее известных изобретений, основой для заявляемой в настоящем изобретении композиции является полидисперсный хитозан, имеющий широкий диапазон молекулярных масс (от ~300000 Да до ~1000 Да), полученный постепенной (градиентной) деполимеризацией коммерчески доступного хитозана с большей молекулярной массой и, как правило, с узкой дисперсией молекулярной массы (монодисперсный хитозан). Использование такой полифракционной композиции, состоящей из большого набора молекул хитозана с различной длиной полимерной цепи, более эффективно (по сравнению с композициями на основе обычного, коммерчески производимого монодисперсного хитозана) повышает устойчивость растений к болезням или вредителям и расширяет ее спектр бактерицидного и фунгицидного действия, благодаря чему достигается эффект значительного повышения иммунитета и скорости роста растений. Предлагаемая агрохимическая композиция на основе полидисперсного хитозана может применяться практически для всего перечня агрокультур, включая овощи, фрукты, зерновые, масленичные растения, ягоды, цветы, деревья и др. Важным достоинством изобретения является сочетание эффективности и экологической безопасности применяемой композиции, поскольку хитозан, входящий в ее состав, нетоксичен для млекопитающих и после агрохимического применения подвергается быстрой и полной биодеградации.
Таким образом, предметом настоящего изобретения является новая агрохимическая композиция для защиты растений на основе полидисперсного хитозана с широкой дисперсией молекулярной массы, а также метод ее получения и агрохимического использования. Такие композиции в отличие от большинства традиционных средств защиты растений экологически безопасны и превосходят другие композиции на основе хитозана по эффективности повышения урожайности, выживаемости и сопротивляемости растений при атаке патогенов или в условиях стресса. Принципиальным отличием настоящего изобретения от ранее известных является использование для создания агрохимических композиций в качестве обязательного компонента полидисперсного хитозана, который можно считать смесью хитозанов с молекулярными массами широкого диапазона от 1000 до 300000 Да, более предпочтительно от 2000 до 200000 Да, еще более предпочтительно от 2000 до 110000 Да. Очевидно, что создать заявленные в настоящем изобретении композиции можно различными методами, некоторые из них, описанные ниже, лишь иллюстрируют возможные способы их получения. Так, например, менее предпочтительным вариантом реализации изобретения является смешение большого числа хитозанов, имеющих различную молекулярную массу в указанном интервале. Более предпочтительны способы получения полифракционного хитозана, основанные на использовании градиентной деполимеризации хитозана с молекулярной массой большей или равной верхней границе дисперсии. Для создания заявляемых в изобретении агрохимических композиций на основе полидисперсного хитозана для деполимеризации можно использовать промышленно производимый монодисперсный хитозан, получаемый деацетилированием хитина со средневзвешенной молекулярной массой от 10000 до 300000 Да, более предпочтительно от 20000 до 250000 Да, еще более предпочтительно от 30000 до 110000 Да. Исходный хитозан, используемый для деполимеризации, может иметь степень деацетилирования от 65% до 98%, более предпочтительно в пределах от 75% до 95%.
Термин "градиентная деполимеризация" в настоящем изобретении означает постепенное введение исходного полимера (хитозана) в условия, в которых происходит деградация полимера с образованием цепей меньшего размера. Очевидно, что молекулы полимера (хитозана), введенные в условия деполимеризации раньше, подвергаются большей степени деградации, чем молекулы полимера (хитозана), введенные в условия деполимеризации позднее, и таким образом, после завершения прибавления всего исходного полимера (хитозана), образуется полифракционный хитозан с широкой дисперсией молекулярной массы (с высоким индексом полидисперсности). Полученный таким образом полидисперсный хитозан может быть использован для создания агрохимических композиций, являющихся предметом настоящего изобретения. Для проведения деполимеризации с целью получения полидисперсного хитозана с широким диапазоном молекулярной массы для настоящего изобретения можно применять различные методы и условия, хорошо известные из уровня техники, включая без ограничения перечисленными: кислотный гидролиз, ферментативную деградацию, деполимеризацию в присутствии окислителей или нитрозирущих агентов, обработку излучениями различной частоты [K.A. Ibrahim etal. Mar. Drugs, 2016, 14, 43; H.K. No etal. J. Appl. Polymer Sci., 2003, 87, 1890; US 3922260; S. Mao, etal. Int. J. Pharm. 2004, 281, 45; A.B. Vishu Kumar etal. Carbohydrate Pol., 2004, 58, 215; X. Jiang etal. Carbohydrate Res, 2012, 355, 40; F. Tian etal J. Mat. Sci., 2003, 38, 4709].
В предпочтительных вариантах изобретения проведение градиентной деполимеризации хитозана, используемого для создания заявленной агрохимической композиции, проводится гидролизом аминоглюкана в присутствии кислот. В этом случае метод сводится к постепенному введению хитозана в водный раствор минеральной или органической кислоты, взятой в количестве, близком к эквивалентному или большем, чем эквивалентному количестве при температуре от 50°С до 140°С, более предпочтительно от 80°С до 120°С, еще боле предпочтительно от 85°С до 105°С. Время введения хитозана в условия, приводящие к деполимеризации, может варьироваться от 30 мин до 10 ч, более предпочтительно от 1 ч до 3 ч и зависит как от условий проведения реакции, так и кислотных свойств используемой кислоты и степени полимеризации исходного хитозана. Примеры кислот, используемых для кислотной деполимеризации, включают без ограничения перечисленным: соляную, серную, фосфорную, уксусную, муравьиную, янтарную, молочную, щавелевую, адипиновую, лимонную кислоты и др., а также их любые смеси. Мольные соотношения хитозана и кислоты, используемые для гидролиза, зависят от основности и силы кислот и могут варьироваться в диапазоне от 0,3 до 3, более предпочтительно от 0,6 до 2, еще более предпочтительно от 1,0 до 1,5. В процессе проведения градиентной деполимеризации можно варьировать как скорость подачи хитозана, так и температуру процесса, а также вводить в реакционную массу дополнительное количество кислоты, катализирующей деградацию, что позволяет влиять на индекс дисперсности полученного полифракционного хитозана.
В других, менее предпочтительных вариантах, проведение градиентной деполимеризации хитозана может быть осуществлено постепенным введением хитозана в раствор окислителей, азотистой кислоты, ее солей или эфиров, органических или неорганических пероксидов, галогенов при рН от 1 до 12 и температуре от 20 до 70°С. Кроме того, градиентная деполимеризация хитозана может быть осуществлена ферментативным расщеплением полисахаридной цепи, путем постепенного введения хитозана в раствор фермента при оптимальных (для данного фермента) условиях, таких как рН, температура, наличие минеральных или органических солей или добавок, более предпочтительно, при рН от 2 до 7, и температуре от 30 до 70°С. В этом варианте изобретения для деполимеризации хитозана может быть использован широкий перечень гидролаз и оксидаз, относящихся к третьему и первому классам по международной классификации ферментов, различной субстратной специфичности и источников выделения, например, гликозидаз, пептидаз, оксидаз.
Другим предметом настоящего изобретения является стабильная жидкая композиция, пригодная для агрохимического применения, характеризующаяся наличием в ее составе от 0,001 до 20% полидисперсного хитозана с широкой дисперсией молекулярной массы, приготовленного приведенными выше или другими методами. К таким композициям относятся любые водные составы, характеризующиеся содержанием от 0,5% до 20% полидисперсного хитозана, более предпочтительно от 1% до 8%, приготовленные растворением, переосаждением, нейтрализацией или ионным обменом и характеризующиеся наличием одной или нескольких органических или неорганических кислот, без ограничения перечисленными: соляной, серной, фосфорной, уксусной, муравьиной, щавелевой, малоновой, янтарной, молочной, адипиновой, лимонной кислот с массовым соотношением к количеству хитозана от 0,1:1 до 3:1, более предпочтительно от 0,3:1 до 2:1. Оптимальное значение рН для таких водных композиций от 3,0 до 7,0, более предпочтительно от 5,0 до 6,5, которое может поддерживаться введением в их состав неорганических или органических оснований или буферных растворов, типично содержащих ионы калия, натрия или аммония. Другим типом подобных композиций могут являться концентрированные или сухие композиции, характеризующиеся содержанием от 20% до 70% полидисперсного хитозана, полученные концентрированием водных композиций, содержащих полидисперсный хитозан, сушкой, лиофилизацией или другими методами, используемыми в химической технологии для получения концентрированных растворов или твердых субстанций.
Еще одним предметом настоящего изобретения является композиция, содержащая полидисперсный хитозан и характеризующаяся наличием органических или неорганических соединений от 0,001 до 20%, способствующих увеличению их эффективности или функциональных характеристик, т.к. стабильность композиции, увеличение сроков хранения, адсорбционные свойства, проникновение в ткани растений и т.д. Этими компонентами композиции могут являться, без ограничения перечисленным, любые нефитотоксичные органические растворители (т.к. диметилсульфоксид, спирты), природные или синтетические антиоксиданты, консерванты, поверхностно-активные вещества, эмульгаторы (т.к. аскорбиновая кислота, сорбиновая кислота, бензойная кислота, парабены, насыщенные или ненасыщенные жирные кислоты, холевая кислота, лецитин, четвертичные аммонийные соли, алкилсульфаты, алкилсульфоновые или арилсульфоновые кислоты или их соли, полиэтиленгликоль или его производные и т.п.).
Другим воплощением настоящего изобретения является любая композиция, содержащая полидисперсный хитозан и характеризующаяся наличием от 0,001 до 5% соединений, используемых в сельском хозяйстве в качестве удобрений или микронутриентов, влияющих на рост или урожайность растений т.к. соединения магния, кальция, марганца, меди, кобальта, молибдена, серебра, алюминия, фосфора, бора, серы, селена, кремния и т.д. Этими соединениями могут быть как органические или неорганические соли, так и хелатные комплексы.
Также, настоящее изобретение включает композиции, содержащие полидисперсный хитозан и характеризующиеся наличием от 0,001 до 5% других биологически активных веществ, используемых в качестве средств защиты растений. Такими компонентами композиций могут являться как синтетические, так и природные биологически активные вещества, а также экстракты, продукты метаболизма, лизаты растений или микроорганизмов, пригодные для использования в сельском хозяйстве в качестве активаторов защитных реакций растений, элиситоры, промоторы роста растений и т.п. Так, в состав таких композиций дополнительно могут входить, без ограничения перечисленным, D-глюкозамин, N-ацетил-D-глюкозамин, хитин, коммерчески производимый монодисперсный хитозан, полученный деацетилированием хитина со средневзвешенной молекулярной массой от 1000 до 300000 Да, (индолил-3-)уксусная кислота, 4-(индолил-3)масляная кислота, салициловая кислота, метионин, гуминовые кислоты и т.п. или их соли.
Агрохимическая композиция, являющаяся предметом настоящего изобретения, содержащая полидисперсный хитозан, может быть использована для защиты растений от болезней и вредителей, включая вирусные, бактериальные или грибковые болезни, для стимуляции роста растений, повышения урожайности агрокультур, повышения выживаемости растений в условиях стресса, например при пересадке или засухе, обработке почвы, а также для снижения пестицидной нагрузки, в процессе культивирования растений. Композиции, являющиеся предметом настоящего изобретения, соответствуют стандартам экологически безопасного биопестицида, обладающего инсектицидным, фунгицидным и бактерицидным действием. Они могут быть использованы для широкого перечня культивируемых растений и безопасны для окружающей среды, животных и людей. Благодаря высокой степени биодеградации и природному происхождению основного компонента композиций, являющихся предметом настоящего изобретения, их агрохимическое использование не вызывает загрязнения окружающей среды. В случае отсутствия в составе заявляемых композиций дополнительных средств защиты растений, например, промоторов роста, элиситоров или пестицидов, растения и фрукты могут быть безопасно использованы через несколько дней после обработки растений композициями на основе полидисперсного хитозана.
Агрохимические композиции, являющиеся предметом настоящего изобретения, могут быть использованы в жидкой форме, в виде порошка или гранул, а также в виде смеси с подходящими носителями или добавками. В наиболее предпочтительном варианте используют раствор, который может быть приготовлен разбавлением концентрата или сухой композиции водой до содержания хитозана от 0,001% до 0,5%, более предпочтительно от 0,01% до 0,2%. При этом, для настоящего изобретения не существенен порядок и способ смешения концентрата композиции и растворителя при условии, что в конечном итоге получается стабильный раствор. Полученный таким образом рабочий раствор может быть использован для обработки вегетативной системы растений, а также семян, клубней, корней, рассады, черенков или другого посадочного материала методами полива, распыления или замачивания, а также в технологии удобрительного полива или фертигации.
Заявленная агрохимическая композиция на основе полидисперсного хитозана, являющаяся предметом настоящего изобретения, может быть использована для обработки любых видов культивируемых растений, деревьев, кустарников, трав, цветов, овощей, ягод, твердых и мягких фруктов, зерновых масленичных и прядильных культур, включая, без ограничения перечисленным: картофель, огурцы, томаты, виноград, подсолнечник, свеклу, капусту, салатные овощные культуры, цитрусовые, бобовые, чай, кофе, табак, орехи и др. сельскохозяйственные культуры.
Приведенные ниже примеры иллюстрируют способ получения и применение агрохимических композиций на основе полидисперсного хитозана, являющихся предметом настоящего изобретения, но не ограничивают объем притязаний.
ПРИМЕР 1. Получение агрохимической композиции на основе лактата полидисперсного хитозана деполимеризацией монодисперсного хитозана кислотным гидролизом (композиция 1).
В реактор из нержавеющей стали, снабженный лопастной мешалкой, конденсатором и шнековым дозатором, помещают воду (400 л) и концентрированную соляную кислоту (1,5 л). К перемешиваемому раствору при 85°С прибавляют в течении 2 ч соляную кислоту HCl (5,0 л) и хитозан (10 кг, степень деацетилирования 86%, средний молекулярный вес 110000 Да) постепенно в течение этого времени повышая температуру перемешиваемой смеси до 95°С. После прибавления всего количества хитозана смесь дополнительно перемешивают 20 мин, охлаждают до 85°С, и в течение 15 мин прибавляют буферный раствор, полученный нейтрализацией раствора молочной кислоты (7,5 л, 80%) в воде (40 л) раствором гидроксида калия (6,0 кг) в воде (20 л). Смесь перемешивают 15 мин, охлаждают, фильтруют через сито из нержавеющей стали 40 меш, объем раствора доводят водой до 500 л и тщательно перемешивают. Получают 500 л композиции 1 с содержанием хитозана около 2% и вязкостью раствора около 45 сПз.
ПРИМЕР 2. Получение жидких агрохимических композиций на основе лактата полидисперсного хитозана (композиции 2-9).
Вариацией методики, описанной в примере 1, может быть получен широкий спектр агрохимических композиций на основе полидисперсного хитозана. Так, прибавлением к раствору полидисперсного хитозана, полученному после деполимеризации коммерчески доступного хитозана, раствора лактата калия, содержащего дополнительно биологически активные или вспомогательные органические вещества, используемые в качестве компонентов в средствах защиты растений, получены композиции 2-9, содержание вспомогательных компонентов в которых приведено в таблице 1.
ПРИМЕР 3. Получение агрохимической композиции на основе лактата полидисперсного хитозана деполимеризацией монодисперсного хитозана кислотным гидролизом (композиция 10).
К перемешиваемому водному раствору серной кислоты (40 мл) в воде (4,0 л) при 75°С прибавляют хитозан (100 г, степень деацетилирования 86%, средний молекулярный вес 110000 Да) в течении 1 ч, постепенно в течение этого времени повышая температуру смеси до 93°С. После прибавления всего количества хитозана смесь дополнительно перемешивают 20 мин, охлаждают до 85°С, и в течение 15 мин прибавляют буферный раствор, полученный нейтрализацией раствора молочной кислоты (75 мл, 80%) в воде (400 мл) раствором гидроксида калия (60 г) в воде (200 мл). Смесь перемешивают 15 мин, охлаждают, фильтруют, объем раствора доводят водой до 5 л и тщательно перемешивают. Получают 5 л композиции 10 с содержанием хитозана около 2% и вязкостью раствора около 49 сПз.
ПРИМЕР 4. Получение композиций на основе солей полидисперсного хитозана и органических кислот (композиции 11-16).
Композиции 11-16 с вязкостью раствора 40-56 сПз получены способом, аналогичным, описанному в примере 1 из хитозана со степенью деацетилирования 86% и средним молекулярным весом 110 кДа, путем замены на стадии ионного обмена молочной кислоты на органические кислоты, количество которых приведено в таблице 2.
ПРИМЕР 5. Получение агрохимической композиции на основе ацетата полидисперсного хитозана деполимеризацией монодисперсного хитозана при окислении азотистой кислотой (композиция 17).
Перемешивают смесь хитозана (100 г, степень деацетилирования 89%, молекулярный вес 75000 Да) и уксусной кислоты (200 мл) в воде (4,0 л) при 75°С в течении 2 ч. Растворяют нитрит натрия (7,5 г) в воде (200 мл), 40 мл полученного раствора вносят в реактор и к перемешиваемому раствору в течении 1 ч прибавляют одновременно приготовленный раствор хитозана и оставшийся раствор нитрита натрия. После смешения растворов смесь дополнительно перемешивают 20 мин, после чего к интенсивно перемешиваемой смеси в течение 20 мин прибавляют раствор гидроксида калия (50 г) в воде (300 мл). Смесь перемешивают 30 мин, постепенно нагревая до 95°С, перемешивают 10 мин, охлаждают, фильтруют, объем раствора доводят водой до 5,0 л и тщательно перемешивают. Получают 5 л композиции 17 с содержанием хитозана около 2% и вязкостью раствора около 55 сПз.
ПРИМЕР 6. Получение агрохимической композиции на основе ацетата полидисперсного хитозана деполимеризацией монодисперсного хитозана ферментативным гидролизом (композиция 18).
Перемешивают смесь хитозана (10 г, степень деацетилирования 90%, средний молекулярный вес 85000 Да) и уксусной кислоты (10 мл) в воде (400 мл) при 75°С в течении 2 ч, к раствору при перемешивании прибавляют 1% раствор гидроксида калия до рН=5,0, и охлаждают смесь. Полученный раствор прибавляют при интенсивном перемешивании в течение 3 ч к раствору пепсина (0,5 г, Sigma-Aldrich) в воде (50 мл) при 45°С. Смесь дополнительно перемешивают 1 ч, нагревают до 95°С, перемешивают 10 мин, охлаждают, фильтруют, объем раствора доводят водой до 0,5 л и тщательно перемешивают. Получают 0,5 л композиции 18 с содержанием хитозана около 2% и вязкостью раствора около 91 сПз.
ПРИМЕР 7. Получение агрохимической композиции на основе гидрохлорида полидисперсного хитозана (композиция 19).
К перемешиваемому водному раствору соляной кислоты (65 мл) в воде (4,0 л) при 85°С прибавляют в течении 1 ч хитозан (100 г, степень деацетилирования 86%, средний молекулярный вес 110000 Да), постепенно в течение этого времени повышая температуру перемешиваемой смеси до 95°С. После прибавления всего количества хитозана смесь дополнительно перемешивают 15 мин, охлаждают до 85°С, и в течение 15 мин прибавляют ортофосфат калия (2 г) в воде (50 мл). Смесь перемешивают 15 мин, охлаждают, фильтруют, объем раствора доводят водой до 5 л и тщательно перемешивают.
Получают 5 л композиции 19 с содержанием хитозана около 2% и вязкостью раствора около 42 сПз.
ПРИМЕР 8. Получение сухой агрохимической композиции на основе лактата полидисперсного хитозана (композиция 20).
Жидкую композицию (1,0 л) на основе лактата полидисперсного хитозана, описанную в примере 1 (композиция 1), высушивали на распылительной сушилке (Mini Spray Dryer В-290) при температуре 120/70°С. Получено 49 г сухой композиции на основе лактата полидисперсного хитозана (композиция 20) в виде аморфного порошка кремового цвета с характерным запахом, с содержанием хитозана 37% и остаточной влажностью 8%. Растворение полученного продукта в воде дает раствор композиции 20 с вязкостью раствора около 37 сПз при содержании хитозана 2%.
ПРИМЕР 9. Получение сухой агрохимической композиции на основе гидрохлорида полидисперсного хитозана (композиция 21).
Жидкую композицию (1,0 л) на основе гидрохлорида полидисперсного хитозана, описанную в примере 7 (композиция 19), высушивали на распылительной сушилке (Mini Spray Dryer В-290) при температуре 120/70°С. Получено 26 г сухой композиции на основе гидрохлорида полидисперсного хитозана (композиция 21) в виде аморфного порошка кремового цвета с характерным запахом, с содержанием хитозана 69% и остаточной влажностью 8%. Растворение полученного продукта в воде дает раствор композиции 21 с вязкостью раствора около 33 сПз при содержании хитозана 2%.
ПРИМЕР 10. Получение сравнительной композиции на основе монодисперсного хитозана со средней молекулярной массой (композиция 22).
Перемешивают смесь воды (4,5 л), молочной кислоты (60 мл, 80%) и хитозана (0,1 кг, степень деацетилирования 84%, средний молекулярный вес 62000 Да) 6 ч при 45°С. К полученной смеси при интенсивном перемешивании медленно прибавляют 1% раствор гидроксида калия до достижения рН 5,3-5. Смесь перемешивают 20 мин, охлаждают, фильтруют через сито из нержавеющей стали 40 меш, доводят водой до 5 л и перемешивают раствор. Получают 5 л композиции 22 с содержанием хитозана около 2% и вязкостью раствора около 58 сПз.
ПРИМЕР 11. Получение сравнительной композиции на основе монодисперсного низкомолекулярного хитозана (композиция 23).
Композиция 23 с вязкостью раствора около 20 сПз получена по методике, описанной в примере 10, из хитозана со степенью деацетилирования 91% и средним молекулярным весом 21000 Да.
ПРИМЕР 12. Получение сравнительной композиции на основе смеси монодисперсных хитозанов с низкой и средней молекулярной массой (композиция 24).
Композиция 24 с вязкостью раствора около 40 сПз получена путем смешения композиций 22 и 23 в соотношении 1:1.
ПРИМЕР 13. Получение сравнительной композиции на основе гидролизата хитозана (композиция 25).
Смесь воды (4,3 л), концентрированной соляной кислоты (65 мл) и хитозана (100 г, степень деацетилирования 94%, средний молекулярный вес 62000 Да) перемешивают 2 ч при 95°С. Смесь охлаждают до 85°С, и в течение 15 мин прибавляют буферный раствор, полученный нейтрализацией раствора молочной кислоты (100 мл, 80%) в воде (300 мл) раствором гидроксида калия (75 г) в воде (200 мл). Смесь перемешивают 15 мин, охлаждают, фильтруют через сито из нержавеющей стали 40 меш, объем раствора доводят водой до 5 л и тщательно перемешивают. Получают 5 л композиции 25 с содержанием хитозана около 2% и вязкостью раствора около 4 сПз.
ПРИМЕР 14. Сравнительное исследование агрохимических композиций для повышения урожайности картофеля.
2
Исследование влияния композиций на основе полидисперсного хитозана на повышение урожайности картофеля (раннеспелый сорт «Весна») с применением жидкой композиции 1 (пример 1), раствора сухой композиции 20 (пример 8), сравнительных композиций 22-25 (примеры 10-13) и воды в качестве контроля. Клубни картофеля за четыре дня перед посадкой предварительно обрабатывали замачиванием на 2 ч в растворе соответствующей композиции, разбавленной водопроводной водой в соотношении 1:20. Перед посадкой по 50 клубням определялось среднее число ростков в каждой группе, и клубни картофеля высаживались на полях площадью 0,1 га по схеме 70×33. Повторная обработка растений методом распыления проводилась дважды в сухую погоду (в период цветения и 2 неделями позже) раствором соответствующей композиции, разбавленной водопроводной водой в соотношении 1:50. В период уборки урожая на каждом поле было изучено по 5 произвольных участков площадью 2 м и вычислены усредненные значения средней массы клубня, общей массы клубней и общей урожайности. Учет массы урожая и его товарности проводили весовым методом. Результаты испытаний математически обработаны по Д.Н. Доспехову.
Результаты, приведенные в таблице 3, показывают, что использование композиций 1 и 20, являющихся предметом настоящего изобретения, приводит к большему росту урожайности и увеличению среднего размера клубней, чем композиций 22-25 на основе монодисперсного хитозана.
ПРИМЕР 15. Пример применения агрохимической композиции на основе полидисперсного хитозана для повышения урожайности огурца при выращивании в условиях закрытого грунта.
2
2
Исследование влияния композиции на основе полидисперсного хитозана (композиция 1) на повышение урожайности выполнено на огурце (гибрид F1 Рябинушка) при выращивании в условиях закрытого грунта в сравнении с крезацином в качестве эталонного стимулятора. Посев семян проводили в горшки 10×10 см, наполненные рассадной смесью, высадку рассады проводили через 23 дня в грунтовую пленочную теплицу с густотой посадки 4 растения на 1 м. Контрольную группу растений выращивали без обработки. В эталонной группе семена замачивали 30-40 мин перед посевом в растворе крезацина (расход препарата 1 г/кг семян, рабочего раствора 1 л/кг). В опытной группе семена замачивали в растворе композиции 1 (расход 25 мл/кг, расход рабочего раствора 1 л/кг) перед посевом в течение 12 ч. Опрыскивание растений проводили за 7 дней до высадки (расход композиции 10 л/га, рабочего раствора 300 л/га), через 7 дней после высадки в грунт и далее 3 опрыскивания с интервалом 14 дней (расход композиции 4 л/га, рабочего раствора 300 л/га). Площадь опытных делянок 10 м, повторность 3-х кратная. Учет массы урожая и его товарности проводили весовым методом. Биохимический состав продукции определяли по стандартным методикам: содержание сухого вещества - термостатно-весовым методом. Результаты испытаний математически обработаны по Д.Н. Доспехову.
Предпосевная обработка семян огурца раствором композиции 1 оказывает стимулирующее действие на рост и развитие рассады и ускоряет сроки прохождения фенофаз огурца на 2-4 дня по сравнению с контролем и обеспечивает достижение фазы массового созревания плодов на 4 дня раньше, чем в контроле. Различия с эталоном составляют 1-2 дня.
2
2
Результат учета урожая показывает, что применение композиции на основе полидисперсного хитозана (композиции 1) обеспечивает повышение урожайности на 2,7 кг/м, увеличивает количество ранней продукции, а также снижает выход нестандартной продукции и уменьшает потери урожая от белой гнили (таблица 4). Урожайность за первый месяц плодоношения превышала контроль на 2 кг/м при снижении выхода нестандартной продукции. К концу вегетационного периода растения в теплице были в значительной степени поражены болезнями, что увеличило выход нестандартных плодов в контрольной группе. Изучение биохимического состава плодов огурца показало, что при обработке композицией на основе полидисперсного хитозана повышается процентное содержание сухого вещества, по сравнению с контролем и эталоном, в то время как содержание сахара и витамина С практически не изменяется.
Таким образом, результаты экспериментов показывают, что применение композиции, являющейся предметом настоящего изобретения, вызывает стимулирование роста и развития огурца, ускорение плодообразования, увеличение урожайности и повышение качества продукции, а также толерантности растений к заболеваниям при выращивании в условиях закрытого грунта.
ПРИМЕР 16. Пример применения агрохимической композиции на основе полидисперсного хитозана для повышения урожайности огурца.
2
Исследование влияния композиции на основе полидисперсного хитозана (композиция 2) на повышение урожайности выполнено на огурце (позднеспелый сорт Феникс) при выращивании в условиях открытого грунта в сравнении с крезацином в качестве эталонного стимулятора. Посев семян проводили в горшки 10×10 см, наполненные рассадной смесью, высадку рассады проводили через 25 дней в открытый грунт. Контрольную группу растений выращивали без обработки. В эталонной группе семена замачивали на 30-40 мин перед посевом в растворе крезацина (расход препарата 1 г/кг семян, рабочего раствора 1 л/кг). Двукратное опрыскивание растений проводили в фазу 2-4 настоящих листа и в фазе бутонизации с расходом препарата 15 г/га (расход рабочего раствора 300 л/га). В опытной группе семена замачивали в растворе композиции 2 (расход 25 мл/кг, расход рабочего раствора 1 л/кг) перед посевом в течение 12 ч. Опрыскивание растений проводили за 7 дней до высадки (расход композиции 10 л/га, рабочего раствора 300 л/га), через 7 дней после высадки в грунт и далее 3 опрыскивания с интервалом в 21 день (расход композиции 4 л/га, рабочего раствора 300 л/га). Площадь опытных делянок 20 м, повторность 4х кратная. Учет массы урожая и его товарности проводили весовым методом. Биохимический состав продукции определяли по стандартным методикам: содержание сухого вещества - термостатно-весовым методом. Результаты испытаний математически обработаны по Д.Н. Доспехову.
Из данных таблицы 5 видно, что применение агрохимической композиции на основе полидисперсного хитозана для обработки семян и растений значительно повышает общую урожайность огурца (на 54%) и особенно в течение первого месяца плодоношения (ранний урожай) 83%, а также несколько увеличивают массу плода и по активности превосходит эталон крезацин. Композиция на основе хитозана и эталон крезацин практически не влияют на качества урожая (содержание сахара, витамина С, вкусовые качества, запах).
Таким образом, результаты экспериментов показывают, что применение композиции, являющейся предметом настоящего изобретения, вызывает стимулирование роста и развития растения огурца, ускорение плодообразования, увеличение урожайности и повышение качества продукции.
ПРИМЕР 17. Пример применения композиции на основе полидисперсного хитозана для повышения урожайности томата.
2
Исследование влияния композиции на основе полидисперсного хитозана (композиция 2) на повышение урожайности выполнено на томате (полуиндетерминантный среднеранний сорт Дар Заволжья) при выращивании в условиях открытого грунта в сравнении с крезацином в качестве эталонного стимулятора. Посев семян проводили в горшки 10×10 см, наполненные рассадной смесью, высадку рассады проводили через 28 дней в открытый грунт по схеме 60×40. Контрольную группу растений выращивали без обработки. В эталонной группе семена замачивали на 30-40 мин перед посевом в растворе крезацина (расход препарата 1 г/кг семян, рабочего раствора 1 л/кг). Двукратное опрыскивание растений проводили в фазу 2-4 настоящих листа и в фазе бутонизации с расходом препарата 15 г/га (расход рабочего раствора 300 л/га). В опытной группе семена замачивали в растворе композиции 2 (расход 25 мл/кг, расход рабочего раствора 1 л/кг) перед посевом в течение 12 ч. Опрыскивание растений проводили за 7 дней до высадки (расход композиции 10 л/га, рабочего раствора 300 л/га), через 7 дней после высадки в грунт и далее 3 опрыскивания с интервалом в 21 день (расход композиции 4 л/га, рабочего раствора 300 л/га). Площадь опытных делянок 20 м, повторность 4х кратная. Учет массы урожая и его товарности проводили весовым методом. Биохимический состав продукции определяли по стандартным методикам: содержание сухого вещества - термостатно-весовым методом. Результаты испытаний математически обработаны по Д.Н. Доспехову.
Из представленных в таблице 6 данных видно, что процесс плодообразования с применением в технологии возделывания томата агрохимической композиции на основе хитозана протекает более интенсивно. Хотя плоды по размеру существенно не отличаются от плодов контрольной делянки, но за счет значительного повышения числа плодов на кусте урожайность при обработке растений композицией на основе хитозана существенно возрастает. Прибавка урожая при применении композиции на основе хитозана достигает 16,7% по сравнению с контролем, в то время как при применении крезацина урожайность увеличилась на 9,5%. Также применение композиции улучшает качество плодов за счет повышения содержания сухого вещества, в то время как коэффициент сахаристости плодов и кислотность не отличаются от контроля.
Таким образом, результаты показывают, что применение композиции, являющейся предметом настоящего изобретения, вызывает стимулирование роста и развития растения томат, увеличение урожайности и повышение качества продукции.
ПРИМЕР 18. Пример применения агрохимической композиции на основе полидисперсного хитозана для повышения урожайности сахарной свеклы.
2
Исследование влияния композиции на основе полидисперсного хитозана (композиция 2) на повышение урожайности выполнено на сахарной свекле (раннеспелый сорт Орикс) в сравнении с новосилом в качестве эталонного стимулятора. Посев семян проводили в открытый грунт на глубину 2-3 см, ширина междурядий 45 см. Контрольную группу растений выращивали без обработки. В эталонной группе проводили двукратное опрыскивание растений новосилом в фазу 8-10 настоящих листьев и через 15 дней после первого, с расходом композиции 30 мл/га (расход рабочего раствора 300 л/га). В опытной группе опрыскивание растений проводили в фазу 2-4 настоящих листьев и через 30 дней после обработки (расход композиции 10 л/га, рабочего раствора 300 л/га), через 7 дней после высадки в грунт и далее 3 опрыскивания с интервалом в 21 день (расход композиции 10 л/га, рабочего раствора 300 л/га). Площадь опытных делянок 20 м, повторность 4х кратная. При уборке проводился биометрический анализ урожая (определяли размеры и массу корнеплода), показатели качества корнеплодов (содержание в них сахара, выход сахара с 1 га). Результаты испытаний математически обработаны по Д.Н. Доспехову.
Как видно из данных таблицы 7, двукратная обработка растений сахарной свеклы композицией 2 на основе полидисперсного хитозана стимулирует процесс нарастания корнеплода и жизнеспособность листового аппарата, что дает существенную прибавку урожая (28,9%), а также повышает сахаристость корнеплода и значительно повышает сбор сахара. Расчетная величина сбора сахара с гектара, при применении хитозана повышается на 43,1% по отношению к контролю, в то время как при применении новосила - 34,8%.
Таким образом, результаты показывают, что применение композиции, являющейся предметом настоящего изобретения, вызывает стимулирование роста и развития растения сахарная свекла, увеличение урожайности и повышение качества продукции.
ПРИМЕР 19. Пример применения агрохимической композиции на основе полидисперсного хитозана для повышения урожайности подсолнечника.
2
Исследование влияния композиции на основе полидисперсного хитозана (композиция 2) на повышение урожайности выполнено на подсолнечнике (гибридный среднеранний высокомасличный сорт Сигнал F1) в сравнении с лариксином в качестве эталонного стимулятора. Посев семян проводили в открытый грунт на глубину 3-4 см, ширина междурядий 50 см. Контрольную группу растений выращивали без обработки. В эталонной группе семена обрабатывали перед посевом в растворе лариксина (расход препарата 100 мл/т семян, рабочего раствора 10 л/т) и в фазе массового цветения с расходом препарата 10 мл/га (расход рабочего раствора 300 л/га). В опытной группе семена обрабатывали раствором композиции 2 (расход 2 л/т, расход рабочего раствора 10 л/т) перед посевом с последующей обработкой растений в фазе 2-4 листьев (расход композиции 10 л/га, рабочего раствора 300 л/га), через 7 дней после высадки в грунт и далее 3 опрыскивания с интервалом в 21 день (расход композиции - 5 л/га, рабочего раствора 300 л/га). Площадь опытных делянок 25 м, повторность 4х кратная. При уборке проводился биометрический анализ урожая, показатели качества (натуру, масличность) и урожайность с 1 га. Результаты испытаний математически обработаны по Д.Н. Доспехову.
Обработка семян и растений композицией на основе хитозана усилила ростовые процессы и способствовала формированию большого числа выполненных семян. Данные таблицы 8 указывают на то, что обработка семян композицией 2 способствует формированию более крупных и тяжелых корзинок (диаметр 19 см, вес 202 г), чем в контроле и при применении лариксина. Это обеспечивает значительную прибавку урожая (3,2 ц/га или 16%), а также повышает качество семян. Существенные увеличение отмечено и в значениях показателей натуры, массе 1000 семян и масличности.
Таким образом, результаты показывают, что применение композиции, являющейся предметом настоящего изобретения, вызывает стимулирование роста и развития подсолнечника, увеличение урожайности и повышение качества продукции.
ПРИМЕР 20. Пример применения агрохимической композиции на основе полидисперсного хитозана для повышения урожайности винограда.
2
Исследование влияния композиции на основе полидисперсного хитозана (композиция 2) на повышение урожайности выполнено на винограде (средне-поздний сорт Дойна) в сравнении с цирконом в качестве эталонного стимулятора. Контрольную группу растений выращивали без обработки. В эталонной группе растения обрабатывали в фазе массового цветения и повторно через 14 дней с расходом препарата 200 мл/га (расход рабочего раствора 800 л/га). В опытной группе растения обрабатывали раствором композиции 2, начиная с фазы появления первых листьев, и далее с интервалом в 15 дней до созревания урожая (восьмикратно, расход композиции 10 л/га, рабочего раствора 800 л/га). Площадь опытных делянок 25 м, повторность 4х кратная. При уборке проводился биометрический анализ урожая (определяя массу грозди, число ягод в грозди), показателей качества (содержание в ягодах сахара) и урожайности с 1 га. Результаты испытаний математически обработаны по Д.Н. Доспехову.
Результаты эксперимента, представленные в таблице 9, показывают, что обработка растений винограда композицией на основе хитозана стимулирует формирование более крупных по размеру и массе гроздей. Значительное увеличение массы грозди приводит к повышению урожайности. Величина прибавки урожая (26,9%) при применении композиции 2 превосходит эталонный препарат циркон. Кроме того, обработка растений винограда хитозаном приводит к повышению содержания сахара.
Таким образом, результаты эксперимента показывают, что применение композиции, являющейся предметом настоящего изобретения, вызывает увеличение урожайности винограда и повышение качества продукции.
ПРИМЕР 21. Пример применения агрохимической композиции на основе полидисперсного хитозана для повышения стрессо- и болезнеустойчивости при хранении рассады земляники садовой в осенне-зимний период.
Исследование влияния композиций полидисперсного хитозанана стимуляцию стрессо- и болезнеустойчивости растений применительно к технологии «фриго» для хранения рассады земляники садовой (Fragaria ananassa) в осенне-зимний период. Для экспериментов использованы розетки земляники (сорт Хоней), полученные на мульче. Розетки отсоединяли от маточного растения, обрабатывали тестируемыми растворами, помещали в полиэтиленовые пакеты и хранили в холодильнике при температуре -2°С. Контрольную группу растений обрабатывали водой, а экспериментальную группу - рабочим раствором композиции 2 (25 мл/л).
В первом эксперименте исследовано влияние композиции на основе полидисперсного хитозанана на динамику хранения рассады. Результаты показывают, что применение агрохимической композиции, являющейся предметом настоящего изобретения существенно увеличивает срок хранения рассады «фриго» (таблица 10).
45
45
45
Во втором эксперименте рассаду «фриго» после 50 суток хранения при температуре -2°С укореняли в закрытом грунте. Для укоренения в опыте использован грунт из верхового торфа, перлита и вермикулита в объемном соотношении 5:4:1 с содержанием питательных элементов NPK. Контейнеры наполняли грунтом, укореняли розетки на глубину 1,5 см, и выдерживали растения в оптимальных для корнеобразования условиях: влажность воздуха 90%, температура воздуха 22°С, температура субстрата 23°С. В условиях для укоренения розетки часто поражаются корневыми гнилями и сапротрофными грибами. Без применения фунгицидов поражение розеток быстро распространяется по контейнеру и количество пораженных розеток может достигать более 60%. В контрольной группе растений розетки обрабатывали водой. В эталонной группе растения обрабатывали раствором фунгицида балейтоном (рабочий раствор 1 г/л). В экспериментальных группах проводили обработку розеток перед укоренением рабочими растворами композиций 2 и 7 (25 мл/л).
Полученные результаты показывают, что обработка розеток земляники агрохимическими композициями на основе полидисперсного хитозана увеличивает укоренение рассады на 12-23%, значительно стимулирует корнеобразование, и превосходит по эффективности применение фунгицида балейтон, использованного в эталонной группе растений (таблица 11).
Таким образом, результаты, представленные в таблицах 10 и 11, показывают, что обработка розеток агрохимическими композициями на основе полидисперсного хитозана способствует увеличению сроков хранения рассады «фриго», а также значительно стимулирует укоренение и корнеобразование у пересаживаемых растений.
ПРИМЕР 22. Пример применения композиции на основе полидисперсного хитозана для укореняемости и развития черенков.
Возможность использования заявленных композиций в качестве стимуляторов корнеобразования и развития при предпосадочной обработке зеленых черенков исследовано на крыжовнике (трудноукореняемый универсальный сорт Красная заря). Для черенкования использованы веточки первого порядка длиной около 20 см с 8-10 узлами. В контрольной группе для стимуляции корнеобразования нарезанные черенки погружали на 16 ч в раствор (30 мг/л) индолилмасляной кислоты. В экспериментальных группах черенки погружали на 1 ч в рабочий раствор композиций 2 или 8 (25 мл/л). Повторность опытов двукратная, в повторностях по 50 черенков. Черенки высаживали в субстрат с заглублением на два сантиметра, смешанный из перлита и торфа (2:1) с использованием кассет с диаметром ячеек 5 см. Укоренение черенков проводили в теплице с туманообразующей установкой и высаживали в грунт на доращивание.
Полученные результаты, представленные в таблице 12, показывают, что обработка зеленых черенков композициями на основе полидисперсного хитозана увеличивает укореняемость черенков крыжовника на 26-38%, значительно стимулирует корнеобразование и превосходит по эффективности применение индолилмасляной кислоты, используемой в контрольной группе растений.
Осенью все укорененные черенки с неповрежденным комом были высажены в открытый грунт. Перезимовка и доращивание саженцев показали существенное влияние полидисперсного хитозана на иммунную систему исследуемых растений и их антистрессовую устойчивость к неблагоприятным внешним воздействиям.
Саженцы опытных групп по всем показателям превышали контрольную группу (таблица 13). При перезимовке полностью (100%) сохранились черенки, обработанные заявленными композициями, что на 40% превосходит показатель в контроле. Доращивание саженцев, также показало преимущество композиций (доля саженцев с сильным развитием 80-85% против 60% в контроле). Наиболее значимый эффект при обработке композициями на основе полидисперсного хитозана проявился на развитии корней саженцев и зеленой части растений.
Очевидно, что композиции на основе полидисперсного хитозана повышают укореняемость и оказывают адаптогенное действие на молодые растения, что способствует их приживаемости особенно при сложных условиях пересадки и укоренения.