СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ СОЛЕУСТОЙЧИВОСТИ РАСТЕНИЙ (ВАРИАНТЫ)
METHOD OF INCREASING SALT TOLERANCE OF PLANTS (VERSIONS)

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к способам повышения солеустойчивости растений, и может быть использовано при выращивании культурных растений на засоленных почвах.
Большинство сельскохозяйственных растений чрезвычайно чувствительны к засолению почвы, что вызывает существенные потери урожая.
На территории Российской Федерации засоленные почвы составляют 15% сельскохозяйственных угодий, в том числе 11% пахотных земель. По данным ООН около 70% земель сельхозназначения в мире подвержены засолению. Площади засоления и степень засоленности продолжают увеличиваться. Наиболее распространенной составляющей в процентном отношении считается засоление почв хлористыми и сернокислыми солями натрия, более всего - хлористым натрием.
Проблема использования засоленных почв под сельскохозяйственные культуры является предельно актуальной.
Предлагаются различные пути решения этой проблемы.
Разрабатываются способы восстановления лесорастительных свойств засоленных почвогрунтов (RU 2388201, A01B 79/00, 10.05.2010), способы выращивания определенных растений при освоении засоленных земель, вышедших из сельхозоборота (RU 2253221, A01G 1/00, A01G 25/00, 10.06.2005), создаются новые сорта культурных растений, устойчивых к засолению почвы, методами селекции (RU 2138156, A01H 1/04, A01H 1/02, 27.09.1999) и методами генной инженерии (RU 2378379, A01H 1/04, 10.01.2010).
Известны способы защиты растений от солевого стресса, заключающиеся в применении различных препаратов-солепротекторов для предпосевной обработки семян.
Например, семена риса предложено протравливать водным раствором двойного сополимера амида акриловой кислоты и триакрилоилгексагидро-1,3,5-триазина (RU 2197804, A01C 1/00, A01G 16/00, A01N 25/00, 10.02.2003). Препарат токсичен и плохо разлагается в почве. Известен способ повышения солеустойчивости сельскохозяйственных культур путем замачивания семян в растворе, содержащем композицию очень сложного состава. Одна из составляющих - экстракт галофитов (RU 2259702, A01C 1/00, 10.09.2005). Многокомпонентность и сложность получения композиции усложняет и удорожает данный известный способ.
Наиболее близким к заявляемому способу повышения солеустойчивости растений является способ, описанный в патенте RU 2209537, A01C 1/00, A01G 7/00, 10.08.2003 (прототип), в котором предлагается предпосевное замачивание семян в течение часа в теплом (30-35°C) 10%-ном водном растворе аминокислоты пролина в термостате при температуре 30°C с последующим промыванием в проточной холодной водопроводной воде и подсушиванием на фильтровальной бумаге. Затем семена проращивают и взошедшие растения обрабатывают с помощью опрыскивателя сложным водным раствором, приготовленным из расчета 15 г пролина, 10 г сахарозы на 100 мл воды. Обработку повторяют через 10-12 суток.
Способ-прототип основан на известной информации о том, что аминокислота пролин и сахароза являются эффективными солепротекторами. Пролин сочетает в себе солезащитные свойства со способностью накапливаться в больших количествах эндогенно или экзогенно в вегетативных органах растений в условиях стресса, причем накопление пролина усиливается на фоне повышенного содержания в тканях углеводов (Физиология и биохимия сельскохозяйственных растений. Под ред. Н.Н.Третьякова. - М.: Колос, 1998, с.545; Савицкая И.Н. О физиологической роли пролина в растениях // Науч. доклады Высшей школы, 1976, №2, с.55; Диагностика устойчивости растений к стрессовым воздействиям. Под ред. Л.В.Удовенко.  Л.: ВИР. 1998, с.96).
Существенным недостатком способа-прототипа является длительность и высокая трудоемкость обработки. Это значительно удорожает известный способ, так как внекорневая обработка сложнее и дороже обработки лишь семян. Недостатком является также высокая стоимость и сложность химического процесса получения компонентов используемого препарата.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка эффективного и простого в применении способа повышения солеустойчивости растений, в котором используются экологически чистые, доступные и низкие по цене средства.
Решение поставленной задачи достигается предлагаемым способом повышения солеустойчивости растений путем обработки водным раствором биологически активного вещества, в котором обработке водным раствором биологически активного вещества подвергают семена перед посевом, для чего семена обрабатывают полусухим методом 10-20%-ным водным раствором окисленного крахмалсодержащего продукта (ОКР), полученного окислением крахмалсодержащего сырья кислородом или воздухом в щелочном растворе в присутствии медного катализатора, и подсушивают до сыпучего состояния.
Обработку семян 10-20%-ным водным раствором ОКР полусухим методом можно проводить при следующем соотношении: на 100 г семян берут 15-20 мл раствора.
-4
-2
-2
-1
Решение поставленной задачи достигается также предлагаемым способом повышения солеустойчивости растений путем обработки водными растворами биологически активных веществ. Обработке водными растворами биологически активных веществ подвергают семена перед посевом, причем обработку осуществляют последовательно в два этапа - сначала семена замачивают в водном растворе пероксида водорода (ПВ) в концентрации 5·10-1·10 М (1,7·10-3,4·10 г/л) с последующим подсушиванием, затем семена обрабатывают полусухим методом 10-20%-ным водным раствором ОКР, полученного окислением крахмалсодержащего сырья кислородом или воздухом в щелочном растворе в присутствии медного катализатора, и подсушивают до сыпучего состояния.
Обработку семян 10-20%-ным водным раствором ОКР полусухим методом можно проводить при следующем соотношении: на 100 г семян берут 15-20 мл раствора.
В первом варианте предлагаемого способа в качестве биологически активного вещества используют экологически безопасный водорастворимый окисленный крахмалсодержащий продукт (ОКР), получаемый окислением крахмалсодержащего сырья, обладающий прекрасными клеящими свойствами и высокой адгезией к поверхности семян растений (RU 2017750, C08B 30/18, C09J 103/02, 15.08.1994).
Солепротекторные свойства ОКР до настоящего времени не исследовались. Учитывая химический состав крахмалсодержащего сырья, богатого углеводами, белками и др., из которого получают ОКР, и известную информацию о солепротекторных свойствах пролина и сахарозы, используемых в способе-прототипе, испытать солезащитное действие ОКР представлялось весьма целесообразным.
Во втором варианте предлагаемого способа применяют последовательную двухэтапную обработку семян водными растворами двух биологически активных веществ - сначала семена замачивают в водном растворе ПВ с последующим подсушиванием, затем обрабатывают водным раствором ОКР полусухим методом. Известно, что ПВ является нетоксичным, экологически безопасным и уникальным по многим свойствам регулятором роста растений (Корзинников Ю.С. Экологически безопасные средства защиты растений. Вестник РАСХН. 1997, №2, с.44-47; Апашева Л.М., Комиссаров Г.Г. Влияние пероксида водорода на развитие растений. Изв. РАН, сер. биол. 1996, №5, с.621-623; RU 2142707, A01N 59/00, 20.12.1999; RU 2172099, A01G 1/00, 20.08.2001).
В заявленном способе (в обоих вариантах) используют 10-20%-ный водный раствор ОКР, который готовят разбавлением водного раствора исходного водорастворимого продукта, получаемого окислением крахмалсодержащего сырья кислородом или воздухом в щелочном растворе в присутствии медного катализатора по известному способу, описанному в упомянутом выше патенте РФ №2017750, C08B 30/18, C09J 103/02, 15.08.1994.
Предлагаемый способ (варианты) был испытан в лаборатории в жестких условиях эксперимента. Жесткие условия выращивания растений в условиях солевого стресса создавали путем однократного полива среды культивирования раствором хлористого натрия. Основой среды культивирования был промытый песок. Песок и увлажнитель брали в пропорции: 100 мл песка + 40 мл увлажнителя - раствора хлористого натрия. На этой среде растения подращивали в лабораторных условиях в течение 20-30 суток при температуре 18-20°C до их частичной или полной гибели. При тестировании учитывали рост и степень развития растений по морфологическим признакам и количество выживших растений к концу эксперимента. Растворы хлористого натрия готовили разведением NaCl в дистиллированной воде. В опытах, где среду увлажняли растворами хлористого натрия в концентрации 9 г/л, прорастание и рост растений блокировались сразу. Для тестирования предлагаемого способа использовали растворы NaCl в концентрации от 4,5 до 7 г/л.
Были испытаны растения, имеющие определенную практическую значимость в сельском хозяйстве и относящиеся к разным семействам с различным типом прорастания и развития. Для каждого вида испытаний и контроля в опытах брали не менее 100 семян.
Объектами испытаний были следующие растения:
Beta vulgaris - свекла, семейство маревые, сорт Кормовая, урожай 2004 г., корнеплод, техническая кормовая культура;
Brassica napus - рапс яровой, семейство крестоцветные, сорт Яровой, урожай 2004 г., техническая масличная культура;
Carthamus tinctorius - сафлор, семейство сложноцветные, сорт Красильный, урожай 2008 г., масличная, кормовая культура;
Sorghum - сорго, семейство злаковые, сорт Перспективное, урожай 2005 г., кормовая, пищевая культура.
Приводим примеры испытаний.
Пример 1
-3
-2
-3
Семена рапса высевали на среду, однократно увлажненную раствором NaCl в концентрации 6 г/л. Виды контроля: К1 - высевали семена без обработки; К2 - высевали семена после замачивания в течение 10 часов в воде. Опыты: ПВ - семена перед посевом замачивали в течение 10 часов в растворе ПВ, концентрация 1·10 моль/л (3,4·10 г/л); ОКР - сухие семена обрабатывали 10%-ным раствором ОКР; ПВ+ОКР - семена сначала замачивали в течение 10 часов в растворе ПВ (концентрация 1·10 моль/л), подсушивали и обрабатывали 10%-ным раствором ОКР с последующим подсушиванием до сыпучего состояния.
На 10 сутки учитывали количество живых растений и количество растений с семядольным листом. На 20 сутки - количество выживших растений. Результаты приведены в таблице 1.
Таблица 1
Испытание солеустойчивости растений рапса
Вид испытаний
Количество растений, %
10-е сутки
20-е сутки
живые
с семядольным листом
живые
К1
10
нет
нет
К2
15
нет
нет
ПВ
25
5
13
ОКР
20
3
12
ПВ+ОКР
40
9
23
Пример 2
-2
-1
-3
-2
-2
-3
Семена свеклы высевали на среду, однократно увлажненную раствором NaCl в концентрации 5,5 г/л. Виды испытаний: К - контроль, семена в течение 10 часов замачивали в воде; опыты: ПВ1 - семена перед посевом замачивали в течение 10 часов в растворе ПВ в концентрации 1·10 моль/л (3,4·10 г/л); ПВ2 - семена перед посевом замачивали в течение 10 часов в растворе ПВ в концентрации 1·10 моль/л (3,4·10 г/л); ОКР - сухие семена обрабатывали 15%-ным раствором ОКР; ПВ1+ОКР - семена сначала замачивали в течение 10 часов в растворе ПВ в концентрации 1·10 моль/л, подсушивали и обрабатывали 15%-ным раствором ОКР с последующим подсушиванием до сыпучего состояния; ПВ2+ОКР - семена сначала замачивали в течение 10 часов в растворе ПВ в концентрации 1·10 моль/л, подсушивали и обрабатывали 15%-ным раствором ОКР с последующим подсушиванием до сыпучего состояния.
На 6-е сутки вели учет растений с высотой не менее 2-3 см, на 9-е сутки - с высотой не менее 4 см, на 14-е сутки - с высотой не менее 7 см, на 20-е сутки - количество всех живых растений. Результаты приведены в таблице 2.
Таблица 2
Испытание солеустойчивости растений свеклы
Вид испытаний
Количество растений, %
6-е сутки
9-е сутки
14-е сутки
20-е сутки
Высота 2-3 см
Высота 4 см
Высота 7 см
Живые
К
10
12
20
23
ПВ1
14
14
23
27
ПВ2
12
11
22
25
ОКР
12
12
20
30
ПВ1+ОКР
18
20
40
50
ПВ2+ОКР
20
28
45
66
Пример 3
Семена сорго высевали на среду, увлажненную раствором NaCl в концентрации 6 г/л. Виды испытаний аналогичны примеру 1. Учет количества выживших растений вели на 20-е сутки, замеряли их высоту и рассчитывали среднее значение. Результаты приведены в таблице 3.
Таблица 3
Испытание солеустойчивости растений сорго по примеру 3
Вид испытаний
Количество растений, %
Высота растений, см (средние значения)
Живые на 20-е сутки
К1 (сухие)
нет
-
К2 (вода)
14
1,5
ПВ
22
4
ОКР
18
3
ПВ+ОКР
36
7
Пример 4
Семена сорго обрабатывали по образцу примера 2. Высевали на среду, увлажненную раствором NaCl в концентрации 5 г/л. На 6-е сутки вели учет количества растений высотой не менее 1,5 см, на 10-е сутки - количество растений с отчетливым 3-м листом, на 20-е сутки - количество растений высотой не менее 10 см. Результаты приведены в таблице 4.
Таблица 4
Испытание солеустойчивости растений сорго по примеру 4
Вид испытаний
Количество растений, %
6-е сутки
10-е сутки
20-е сутки
1,5 см
3-м листом
живые
10 см
К
14
4
22
12
ПВ1
16
9
28
16
ПВ2
15
6
26
14
ОКР
16
10
26
15
ПВ1+ОКР
26
19
54
20
ПВ2+ОКР
30
26
56
40
Пример 5
-2
-3
-3
-2
-2
-3
-2
-3
Семена сафлора высевали на наиболее засоленную среду - увлажнитель брали с концентрацией NaCl 7 г/л. Виды испытаний: К - контроль, семена в течение 10 часов замачивали в воде; опыты: ПВ1+ОКР - семена сначала замачивали в течение 10 часов в растворе ПВ в концентрации 1·10 моль/л, подсушивали и обрабатывали 20%-ным раствором ОКР с последующим подсушиванием до сыпучего состояния; ПВ2+ОКР - семена сначала замачивали в течение 10 часов в растворе ПВ в концентрации 1·10 моль/л, подсушивали и обрабатывали 20%-ным раствором ОКР с последующим подсушиванием до сыпучего состояния. Во время обработки в опыте 15% семян слегка наклюнулись. Наибольшее освобождение семядольного листа - у 17% растений - наблюдали в опыте «ПВ2+ОКР» (концентрация ПВ 1·10 моль/л), в опыте «ПВ1+ОКР» (концентрация ПВ 1·10 моль/л) - у 10% растений. В контроле лишь 3% растений было с выраженным освободившимся семядольным листом. Развитие растений было подавлено. К 14-м суткам в контроле уже не было живых растений, в опыте «ПВ1+ОКР» (концентрация ПВ 1·10 моль/л) оставалось 7% живых растений, в опыте «ПВ2+ОКР» (концентрация ПВ 1·10 моль/л) - 13%. К 30-м суткам опыта погибли все растения в опыте «ПВ1+ОКР» (концентрация ПВ 1·10 моль/л). В опыте «ПВ2+ОКР» (концентрация ПВ 1·10 моль/л) осталось 10% живых, но угнетенных растений.
Пример 6
Семена сафлора обрабатывали по образцу примера 5. Высевали на среду, увлажненную раствором NaCl в концентрации 6 г/л. Учитывали на 7-е сутки количество растений с раскрытым семядольным листом и высотой 3 см, на 13-е сутки - количество растений высотой 5 см, на 20-е сутки - количество живых растений. Результаты приведены в таблице 5.
Таблица 5
Испытание солеустойчивости растений сафлора по примеру 6
Вид испытаний
Количество растений, %
7-е сутки
13-е сутки
20-е сутки
Высота 3 см
Высота 5 см
Живые
К
8
13
7
ПВ1+ОКР
5
6
10
ПВ2+ОКР
11
21
20
Таким образом, из приведенных примеров видно, что предлагаемый способ (варианты) позволяет существенно повысить солеустойчивость растений в жестких условиях выращивания. Наиболее эффективным является второй вариант заявленного способа путем предпосевной обработки семян в два этапа - сначала замачиванием в водном растворе ПВ, затем обработкой полусухим методом водным раствором ОКР, полученного окислением крахмалсодержащего сырья. Заявленный способ является универсальным, так как испытан на нескольких видах растений и в условиях разной степени засоленности. В способе используются экологически чистые, доступные и низкие по цене средства.