ПРИМЕНЕНИЕ ПРОЛИНОВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ РОСТА И/ИЛИ УРОЖАЯ
APPLICATION OF PROLINES FOR INCREASE OF GROWTH AND/OR HARVEST

Данное изобретение было сделано с правительственной поддержкой согласно контракту № W-7405-ENG-36, представленному министерством энергетики США. Правительство имеет определенные права в изобретении.
Данное изобретение в целом относится к выбранным пролинсодержащим композициям и применению таких пролинсодержащих композиций для повышения роста растений, для улучшения прорастания семян, для защиты растений против выбранных стрессовых условий и тому подобного.
Многие сельскохозяйственные действия являются высокочувствительными ко времени c точки зрения затрат и прибылей, зависящих от быстрого товарооборота культур или от того, чтобы быть первыми на рынке. Поэтому быстрый рост растений представляет собой экономически важную цель для многих сельскохозяйственных работ, посредством которых выращиваются высокоценные культуры, такие как овощи, груши, бананы, а также для тепличного производства и промышленных питомников. Важность улучшенных технологий для производства культур повысилась, так как наблюдения показали, что урожаи многих хорошо разработанных культур в недавние годы имели тенденцию к выходу на стабилизационный уровень. К задаче быстрого роста растений обратились в различных исследованиях регуляторных механизмов растения, которые остаются не полностью выясненными. В частности, не достигнуто полного понимания по регуляторным механизмам растения, которые координируют метаболизм углерода и азота, который должен оказывать основное влияние на рост и развитие растения.
Также кроме желания быстрого роста растения важными для сельскохозяйственной отрасли являются другие показатели растения, включающие показатели, такие как длительность периода до прорастания семян, равномерность прорастания, т.е. почти одновременное прорастание, урожай и коэффициент общего прорастания семян.
Патент США № 5922649 при авторстве Pehu et al. иллюстрирует применение композиции, конкретно композиции бетаина глицина, для повышения урожая растений.
Патент США № 6831040 при авторстве Unkefer et al. иллюстрирует применение пролинов, таких как 2-гидрокси-5-оксопролин, 5-оксопролин (2-пирролидон-5-карбоновая кислота), и их смесей, для растений, с возможностью ускорения роста. Поддержание эффективной концентрации либо одного либо обоих, 2-оксоглутарамата и пироглутамата, в растении очень желательно. Повышение концентрации 2-оксоглутарамата дает увеличенную продуктивность, качественные признаки и другие выгоды. Обработка растений 2-оксоглутараматом или пироглутаматом может обеспечить эти преимущества. До сих пор способы, нацеленные на получение максимальных выгод от пироглутамата, обычно требовали регулярных, частых обработок, чтобы поддерживать требуемые уровни соединения.
Авторы данного изобретения провели интенсивное исследование композиций, включающих L и D изомеры пироглутамата в различных соотношениях, и эффективности таких композиций в стимулировании прорастания семян, роста растений и урожая. Изобретатели обнаружили предпочтительные или оптимальные композиции для стимулирования такого роста и урожая.
В соответствии с целями данного изобретения, воплощенного и широко представленного в данном описании, данное изобретение включает композицию, содержащую смесь L- и D-стереоизомеров полиглутамата в соотношении L к D от примерно 80:20 до примерно 97:3; и среду-носитель для применения указанных L- и D-стереоизомеров полиглутамата на целевом растении.
Данное изобретение также включает способ повышения роста или урожая целевого растения обработкой целевого растения композицией, содержащей смесь L- и D-стереоизомеров полиглутамата в соотношении L к D от примерно 80:20 до примерно 97:3; и среду-носитель для указанных L- и D-стереоизомеров полиглутамата.
Данное изобретение также включает способ обработки семян перед посевом, состоящий в замачивании семян непосредственно в растворе композиции, включающей смесь L- и D-стереоизомеров полиглутамата в соотношении L к D от примерно 80:20 до примерно 97:3.
Данное изобретение также включает усовершенствование композиции для покрытия семян добавлением смеси L- и D-стереоизомеров полиглутамата в соотношении L к D от примерно 80:20 до примерно 97:3 в качестве одного компонента композиции для покрытия семян.
Пироглутамат существует в двух формах, D- и L-стереоизомеров. Каждый из данных изомеров является активным при получении желаемых преимуществ в растениях. Коммерчески доступный пироглутамат, синтезируемый способом бактериальной ферментации, имеет стереохимическое отношение L-изомера к D-изомеру приблизительно 60:40.
Данное изобретение относится к композициям, включающим L- и D-изомеры пироглутамата в различных соотношениях, и эффективности таких композиций в стимулировании прорастания семян, роста растений и урожая и устойчивости к стрессам. Предпочтительные или оптимальные композиции для стимулирования такого роста растений и урожая установлены далее. В частности, данное изобретение относится к композициям, включающим смеси L- и D-стереоизомеров пироглутамата, имеющие отношение L- к D-стереоизомеру от примерно 80:20 до примерно 97:3. Такие композиции также применяются как среды для прорастания семян и могут быть использованы в покрытии семян для усиления прорастания семян. Данное изобретение, кроме того, относится к продуктивности или эффективности композиций пироглутамата, имеющих выбранное отношение L- к D-стереоизомерам для применения в носителе к целевым растениям для cтимулирования роста растения и урожая.
Композиция данного изобретения обладает свойствами, способствующими повышению продуктивности растений. Например, от осторожного контроля L:D отношения стереоизомеров от примерно 80:20 до примерно 97:3 имеет место неожидаемое более высокое стимулирование роста растения, чем возможно при применении любого одного из стереоизомеров. Композиции могут быть также эффективными при защите растений от стрессов, таких как стрессы, полученные от преднамеренного или неосторожного применения гербицида. Кроме того, данные композиции могут быть применены в качестве среды для прорастания или использованы в композиции для покрытия семян для обеспечения усиленного прорастания семян.
В одном варианте осуществления данного изобретения, композиции, включающие смесь L-и D-стереоизомеров пироглутамата с отношением L- к D-стереоизомеру от примерно 80:20 до примерно 97:3, могут быть смешаны со средой-носителем, известной в данной области. Например, композиции могут быть в воде, включая дистиллированную и водопроводную воду, в растворе удобрения или в растворе гербицида. Гербицид может представлять собой сельскохозяйственный химикат, такой как 2,4-Д (2,4-дихлорфеноксиуксусная кислота), и тому подобное. Квалифицированный специалист в данной области должен быть знаком с различными удобрениями и гербицидными растворами, которые можно использовать. Однако пироглутаматные композиции данного изобретения наиболее просто могут быть смешаны с водой.
В другом варианте осуществления данного изобретения, композиции, включающие смесь L-и D-стереоизомеров пироглутамата с отношением L- к D-стереоизомеру от примерно 80:20 до примерно 97:3, могут быть примешаны в композицию для покрытия семян, такие композиции для покрытия семян хорошо известны в данной области. Квалифицированные специалисты в данной области знакомы с различными композициями для покрытия семян, которые могут быть использованы.
Пироглутаматные композиции данного изобретения можно просто добавлять в качестве одного компонента обычных покрытий для семян. Такие обычные покрытия для семян часто являются полимерными или глинистыми и могут применяться для защиты семян от истирания в течение хранения и стадий посева, от неблагоприятных условий окружающей среды после посева, для защиты семян от насекомых, грибов и тому подобного посредством применения добавок, таких как фунгициды и инсектициды, или для стимулирования потенциального прорастания в более желательный период, что может быть связано с температурой, влажностью и тому подобным. Покрытия семян также используются для того, чтобы обеспечить соединения, которые улучшают растение в целом или продуктивность семян. Например, полимерное покрытие может быть сделано для того, чтобы снижать предварительно отбракованные температуры или уровни влаги, посредством которых семена могут прорастать раньше времени оптимального прорастания и покрытие семян замедлит прорастание до тех пор, пока окружающие условия не станут подходящими.
Композиция может также включать носитель. Термином “носитель” обозначен органический или неорганический природный или синтетический продукт, с которым активный продукт, т.е. смесь L- и D-стереоизомеров пироглутамата, может быть объединен для облегчения его применения на растении, на семенах или на почве, близкой к семенам и/или к растениям. Носитель может также облегчать транспортировку или хранение семян и/или растений. Данная поддержка может быть твердой (например, глины, природные или синтетические силикаты, полимеры или воска) или жидкой (например, вода, спирты, кетоны, петролейные фракции, хлорированные углеводороды и сжиженные газы).
9
19
2
2
9
Пироглутаматные композиции данного изобретения могут также включать одно или несколько поверхностно-активных веществ, которые могут содействовать проникновению активных компонентов в растения. Такие поверхностно-активные вещества включают анионогенное, катионогенное, неионогенное и цвиттерионное поверхностно-активное вещество. Анионогенные поверхностно-активные вещества включают алкиларилэтоксилаты, этоксилаты жирных кислот, этоксилаты масел овощных семян, этоксилаты сложных сорбитановых эфиров жирных кислот или другие алкоксилаты. Подходящие поверхностно-активные вещества могут включать натрия додецилсульфат и соединение СН(фенилен)(ОСНСН)ОН, также известное как ноноксинол-9 (Nonoxynol-9™) или NP-9™.
Пироглутаматные композиции данного изобретения могут также включать одно или несколько смачивающих веществ, таких как глицерин и тому подобное.
Пироглутаматные композиции данного изобретения могут применяться преимущественно на растениях любым одним из многих способов. Например, композиции могут применяться непосредственно на корни растений, опрыскиванием листвы растений, обработкой почвы вокруг растений и тому подобное. Предпочтительно композиции можно применять опрыскиванием листвы растений.
Пироглутаматные композиции данного изобретения могут применяться на растениях для восстановления или на декоративных растениях или на культурах для восстановления или на декоративных культурах, но особенно применяются для обработки коммерческих культур. Примеры растений и культур, которые можно обрабатывать данным изобретением, включают: однодольные растения (однодольные), такие как сорго, рис, пшеница, кукуруза, ячмень, виды овса, дерн, т.е. травы; двудольные растения (двудольные), такие как розы и плодовые деревья, включающие яблони, вишни и персиковые деревья; вьющиеся растения, включающие виноградную лозу и тому подобное, овощные крестоцветные (такие как брокколи, цветная капуста, брюссельская капуста, капуста обыкновенная, капуста листовая, редис и капуста кочанная); пасленовые (виды картофеля, томаты и перцы, включающие зеленые перцы, перцы чили и тому подобное); и бобовые, такие как виды сои, виды бобов и тому подобное.
Пироглутаматные композиции и способ данного изобретения значительно улучшают рост и урожай растений, например количество и качество урожая. Пироглутаматные композиции и способ данного изобретения могут быть экономически выгодными, и повышение урожая может быть экономически полезным и значительным. Например, было показано повышение урожая овса за счет подходящего применения описанных смесей L- и D-стереоизомеров пироглутамата.
Данное изобретение более конкретно описано в следующих примерах, которые предназначены только для иллюстрации, так как различные модификации и изменения будут очевидными для специалистов в данной области.
Пример 1
Отдельные партии проростков овса обрабатывали один раз сериями смесей изомерных пироглутаматов, показанных в таблице 1. Листья считали в направлении интенсивности роста растения в течение последующих 28 суток.
Таблица 1
Серийная композиция
Серийный номер
% L-изомера
% D-изомера
#1
0
100
#2
60
40
#3
70
30
#4
80
20
#5
90
10
#6
95
5
#7
96
4
#8
97
3
#9
98
2
#10
99
1
#11
99,6
0,4
#12
100
0
#13(пустой)
0
0
Наилучшая интенсивность роста растения, в расчете на дни с обработки в сравнении с суммарными листьями, была установлена со следующими соотношениями L/D изомера: 80/20, 90/10 и 95/5. Каждое из данных соотношений превосходило стандартный коммерчески доступный продукт, имеющий L/D соотношение, равное 60/40 (серия #2).
Пример 2
Проростки овса из примера 1 также контролировали по числу побегов с флаговыми листьями, появившимися на 28 день после обработки. Данный показатель связан с потенциалом урожая зерна. Таблица 2 содержит образовавшиеся побеги с флаговыми листьями за 28 суток для тех же самых серий изомерных смесей.
Таблица 2
Серийный номер
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Побеги с флаговыми листьями
20
24
17
34
33
37
29
31
23
22
26
24
19
Лучшее действие было установлено с соотношениями L/D изомера от 80/20 до 97/3. Каждое из данных соотношений превосходило стандартный коммерчески доступный продукт, имеющий L/D соотношение, равное 60/40 (серия #2).
Пример 3
Проростки овса обрабатывали серией смесей изомерных пироглутаматов, показанных в таблице 3. Листья считали в направлении интенсивности роста растения в течение последующих 28 суток.
Таблица 3
Серийная композиция
Серийный номер
% L-изомера
% D-изомера
#1
77,5
22,5
#2
80
20
#3
85
15
#4
90
10
#5
92,5
7,5
#6 (пустой)
0
0
Наилучшая интенсивность роста растения, в расчете на дни с обработки в сравнении с суммарными листьями в виде процента от листьев дня 1, была установлена с соотношениями L/D изомера, равными 80/20, 90/10 и 92,5/7,5.
Исследование результатов примеров 1-3 показывает, что повышенная продуктивность растения была достигнута при применении соотношений L/D изомеров между примерно 80/20 и 97/3.
Пример 4
Трехлетние семена томатов (Heinz # 9665) обрабатывали аэрированной водой (контроль) и различными растворами пироглутаматной композиции (L:D отношение изомеров 85:15). Семена замачивали (подвергали пропитке) в течение четырех часов в соответствующей жидкости и затем распределяли на бумаге для прорастания в стандартном фитолотке (при 25°С в темноте).
Начальную пироглутаматную композицию (с отношением изомеров 85:15) готовили с концентрацией 13,7 грамм на литр при рН от примерно 6,0 до 6,5. Данная композиция называется стандартным раствором. В дополнение к контролю, семена обрабатывали при следующих конечных концентрациях пироглутаматной композиции: стандартный раствор (I); 1/10 стандартный раствор (II); 1/100 стандартный раствор (III); и 1/1000 стандартный раствор (IV).
На 2 день наблюдали резко выраженное стимулирование прорастания в семенах, обработанных 1/100 стандартным раствором (III) и 1/1000 стандартным раствором (IV) в сравнении с нулевым прорастанием для контроля и для стандартного раствора (I) и 1/10 стандартного раствора (II).
Исследование различных семян, обработанных контрольным раствором, стандартным раствором (I) или 1/10 стандартным раствором (II) показало, что нулевой процент семян демонстрировал отсутствие набухания зародыша или появления зародышевых корней побегов. В сравнении, семена, обработанные либо 1/100 стандартным раствором (III) либо 1/1000 стандартным раствором (IV), показали, что примерно 25% семян имели набухший эмбрион или появление зародышевых корней побегов.
На 6 день после начальной обработки наблюдали следующие уровни прорастания: для контрольного раствора, 62% прорастания; для стандартного раствора (I), нулевой процент прорастания; для 1/10 стандартного раствора (II), 64 процента прорастания; для 1/100 стандартного раствора (III), 86 процентoв прорастания; и для 1/1000 стандартного раствора (IV), 88 процентов прорастания.
Из данных результатов были выявлены положительные результаты по: времени прорастания семян, т.е. скорости прорастания семян; проценту прорастания; и скорости развития сеянцев.
Пример 5
Коммерческую пшеницу, выращиваемую в поле, опрыскивали один раз пироглутаматной композицией (L:D отношение изомеров 85:15) на стадии флагового листа, используя те же самые растворы для обработок, которые описаны в других обработках растений, предпринятых авторами. Зерно убирали в стадии созревания; обработанные делянки давали на 0,65 т/гектар больше (7% увеличение) зерна, чем необработанные делянки.
Пример 6
Коммерческие посадки лозы столового винограда, выращиваемые в поле, опрыскивали дважды, первый раз при 6-12” нового прироста лозы и второе опрыскивание проводили спустя 2 месяца. Пироглутаматную композицию (L:D отношение изомеров 85:15) применяли в дозе 25 г на акр. Обработанные растения давали на 13,5% больше урожая спелого винограда (1045 стандартных ящиков), чем необработанные делянки (921 стандартных ящиков).
Пример 7
Опыт проводили для измерения снижения стресса, вызванного 2,4-Д, с помощью пироглутамата в однодольном культурном растении, в овсе.
Растущие растения овса обрабатывали смесью пироглутамата (L:D отношение изомеров 85:15) и 2,4-Д и их рост контролировали. Сеянцы овса, интенсивно растущие в теплице, обрабатывали смесью 2,4-Д и пироглутамата (13,5 г/л). 2,4-Д включали в смесь при 1/4 от рекомендованной полевой концентрации; использовали также поверхностно-активное вещество/смачивающий агент (Gly Surf F). Раствор для обработки применяли ранцевым R&D опрыскивателем, используя 2 прохода над растениями для обеспечения того, чтобы все растения получили рабочий раствор. Было установлено, что это равнозначно 1/2 концентрации полевой дозы. Данные растения сравнивали с растениями, обработанными гербицидом и поверхностно-активным веществом/смачивающим веществом, а также с контролями, обработанными только поверхностно-активным веществом/смачивающим веществом (контроли).
Было установлено, что растения, обработанные 2,4-Д в 1/4 полевой концентрации и пироглутаматом, были больше, чем растения, обработанные только 2,4-Д. Средняя масса сырого растения из группы контрольных растений составляла 10,4 г, тогда как средняя масса сырого растения из группы растений, обработанных 2,4-Д в 1/4 полевой концентрации, составляла 2,29 г, и средняя масса сырого растения из группы растений, обработанных 2,4-Д в 1/4 полевой концентрации с пироглутаматом, составляла 7,11 г. Таким образом, объединение пироглутамата с гербицидом отчетливо снижает отрицательное влияние гербицида. Возможности такого включения двоякие: (а) применение обработки растений пироглутаматом, где гербицид может быть непреднамеренно разбрызган с избытком; b) прямое применение комбинации как соответствующего гербицида, так и пироглутамата (при предварительно выбранном соотношении L:D изомеров, таком как 85:15).
Пример 8
Опыт проводили для демонстрации того, что препаративная форма гербицида (2,4-Д) с добавленным пироглутаматом (L:D отношение изомеров 85:15) не снижала эффективность гербицидного эффекта на двудольных растениях.
Два двудольных растения, белый клевер и ипомею, обрабатывали внесением концентраций, рекомендуемых производителем для поля, и измеряли процент гибели. Растущие растения ипомеи и клевера (25 для каждой обработки), обработанные либо одной 2,4-Д либо смесью 2,4-Д и пироглутамата, были уничтожены с одной и той же эффективностью, 100%.
Хотя данное изобретение было описано со ссылкой на определенные подробности, это не предназначено для того, что такие подробности следует воспринимать как ограничения объема изобретения, кроме как и в том смысле, что они включены в прилагающуюся формулу изобретения.