КОМПЛЕКСНЫЙ ПРЕПАРАТ ДЛЯ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ НА ОСНОВЕ ГИББЕРЕЛЛИНОВ, ПОЛИЭТИЛЕНГЛИКОЛЯ И САХАРОЗЫ
COMPLEX PREPARATION FOR PRE-SOWING TREATMENT OF SPRING WHEAT SEEDS BASED ON GIBBERELLINS, POLYETHYLENE GLYCOL AND SUCROSE

Область техники
Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к разработке препаратов-стимуляторов роста растений для предпосевной обработки семян яровой пшеницы. Предпосевная обработка семян - один из важнейших элементов технологии выращивания агрокультур, позволяющий повышать их всхожесть и устойчивость к вредителям. Кроме того, она предупреждает появление и распространение ряда заболеваний в период роста и развития растений.
Уровень техники
Из уровня техники известны применения отдельных компонентов или их композиций, используемых для получения заявляемого комплексного препарата в качестве стимуляторов роста растений и/или семян.
Так, например, известно, что для повышения энергии прорастания хорошие результаты дает обработка семян полиэтиленгликолем (ПЭГ) с молекулярной массой 6000 (ПЭГ 6000). (З.В. Редькина и др.). Как правило, рекомендуют следующий способ обработки: семена промывают слабым раствором КМnO4 и замачивают в растворе ПЭГ 6000 на несколько суток.
Известны комплексные препараты на основе ПЭГ для предпосевной обработки семян и посадочного материала растений, содержащие, например, компоненты в следующих соотношениях, мас. %: фурацилин - 0,45-0,9, катапол - 0,45-0,9, полиэтиленгликоль-400 (ПЭГ-400) - 89,0, диметилсульфоксид (ДМСО) - 0,9, вода - остальное (патент РФ №2565291). Такой состав обеспечивает стабильность в процессе длительного хранения, повышение бактерицидной и фунгицидной активности, однако неприменим в промышленных масштабах.
Известен СТИМУЛЯТОР РОСТА РАСТЕНИЙ МУВЕР (https://dolina.ua/ru/catalogue-exclusivnie-produkti/-76.html), также изготовленный на основе ПЭГ и представляющий собой комплексный природно-синтетический препарат контактно-системного действия для обработки семян и вегетирующих растений. ПЭГ легко проникает в ткани, выполняя функцию транспортного агента для всех препаратов, применяемых совместно со стимулятором роста МУВЕР. Также ПЭГ структурирует свободную внутриклеточную воду, повышая ее биологическую активность, ускоряет процессы роста и фотосинтеза. МУВЕР регулирует транспирацию и интенсивность минерального питания. Продукты распада ПЭГ - этаноламины являются элементами питания растительной клетки. Отмытые соли гуминовых кислот усиливают корнеобразование и улучшают питание, что способствует активизации роста надземной части растений.
Основным недостатком перечисленных препаратов - стимуляторов роста является низкая эффективность стимуляции, а также невоспроизводимость получаемых положительных результатов в промышленных масштабах.
Вместе с тем, в качестве препаратов-стимуляторов для предпосевной обработки семян известны растворы гуматов (Христева Л.А., Галушка A.M. Эффективность применения физиологически активных гумусовых веществ для предпосевной обработки семян / Теория и практика предпосевной обработки семян. Сборник научных трудов. К.: ЮО ВАСХНИЛ, 1984. - с. 16-20.), а также препараты на основе автолизата пивных дрожжей (АПД) (УДК 631.811; 631.417.1 РАЗРАБОТКА СТИМУЛЯТОРА ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ПОСЕВНЫХ КАЧЕСТВ СЕМЯН НА ОСНОВЕ АВТОЛИЗАТА ДРОЖЖЕЙ* Г.Н. Федотов, С.А. Шоба, М.Ф. Федотова).
Из публикации Николаева М.Г., Разумова М.В., Гладкова В.Н. Справочник по проращиванию покоящихся семян. Л.: Наука, 1985. - 506 с. известен способ предпосевной обработки семян растворами гиббереллинов.
Основным недостатком перечисленных препаратов - стимуляторов роста является низкая эффективность стимуляции, а также невоспроизводимость получаемых положительных результатов в промышленных масштабах.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является комплексный препарат, раскрытый в патенте РФ №2728686, и включающий в свой состав компоненты в следующей концентрации: соли гиббереллиновых кислот 35-45 мг/л, гумат 8-12 г/л, кальциевый бентонит 35-45 г/л, автолизат пивных дрожжей 10-14 г/л, полиэтиленгликоль 250-350 мг/л.
Основным недостатком описанного выше препарата также является недостаточная эффективность действия стимулятора.
Связано это с тем, что при создании комплексного препарата необходимо не просто учитывать суммарный эффект от каждого из стимулирующих компонентов, а обеспечить наличие в препарате компонентов в определенных концентрациях, обеспечивающих определенный компонентный баланс, что способствует кратному увеличению стимулирующей способности в реальных почвах.
Раскрытие сущности изобретения
Техническая проблема, решаемая посредством заявляемого изобретения, заключается в преодолении недостатков, присущих аналогам и прототипу, за счет создания комплексного препарата, обеспечивающего повышение стимулирующего действия недостающего в семенах гиббереллина при предпосевной обработке семян яровой пшеницы за счет снижения поступления аллелотоксинов из почв в семена, уменьшения ингибирования почвенными аллелотоксинами прорастания семян, а также создании благоприятных условия для развития стимулирующих растения микроорганизмов.
С одной стороны, известно независимое влияние солей гиббереллиновых кислот, а также полиэтиленгликоля на рост семян, а также влияние сахаров на развитие микроорганизмов, с другой стороны, использование указанных активных веществ в комбинации в качестве стимуляторов роста в результате снижения поступления аллелотоксинов из почвы при обработке семян в промышленных масштабах (полусухим способом) не дает ожидаемого эффекта.
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого изобретения, заключается в повышении стимулирующей способности препаратов для предпосевной обработки семян полусухим способом, что находит свое отражение в ускорении прорастания семян яровой пшеницы и развития их проростков.
Технический результат достигается тем, что комплексный препарат для предпосевной обработки семян яровой пшеницы полусухим способом, включающий кальциевый бентонит, гумат калия или натрия, автолизат пивных дрожжей и соли гиббереллиновых кислот, согласно техническому решению, дополнительно содержит сахарозу, и представляет собой бентонито-гуматовый комплекс с гиббереллином, включающий указанные компоненты в следующей концентрации:
кальциевый бентонит 35-45 г/л,
гумат 8-12 г/л,
водная суспензия полиэтиленгликоля 250-350 мг/л,
автолизат пивных дрожжей 10-14 г/л,
сахароза 6-16 г/л,
водная суспензия солей гиббереллиновых кислот 250-350 мг/л.
Техническая сущность изобретения заключается в том, что препарат, характеризующийся заявленными диапазонами концентраций, представляет собой сорбционный комплекс с высокой удельной поверхностью, обеспечиваемой наличием в составе препарата бентонита кальция, гумата и полиэтиленгликоля, поглощающий аллелотоксины, на котором также происходит закрепление гиббереллина, способствующего активации биохимических процессов в прорастающих семенах, АПД и сахарозы, которые способствуют созданию благоприятных условий для развития микроорганизмов, стимулирующих растения. АПД при создании заявляемого комплекса действует не как инертное вещество, заполняющее активные центры сорбента, а играет более активную роль, которая заключается в том, что при закреплении аллелотоксинов на сорбенте (бентонито-гуматовом комплексе), он стимулирует развитие почвенных микроорганизмов, которые могут использовать аллелотоксины в качестве источников углерода. Это приводит к уменьшению концентрации аллелотоксинов в почве. Поскольку таким образом проявился микробиологический аспект действия препарата, возникла необходимость стимулировать микробиологические процессы, протекающие на сорбенте. Для этого в состав была добавлена сахароза, которая увеличивает скорость роста микроорганизмов, что хорошо известно в прикладной микробиологии. Как правило, питательные среды для питания микроорганизмов содержат сахарозу.
При взаимодействии гумусовых веществ (гуматы) с бентонитом образуются бентонито-гуматовые комплексы, обладающие значительно большей сорбционной способностью по отношению к органическим веществам (например, пестицидам), которые закрепляют аллелотоксины из почв, не позволяя им поступать в семена и ингибировать их развитие. То есть, введение в состав препарата кальциевого бентонита значительно усиливает поглощение препаратом аллелотоксинов из почв, снижая их количество, поступающее в семена. Еще больше эффект поглощения аллелотоксинов возрастает при введении в препарат неионогенного поверхностно-активного вещества -ПЭГ, который дезагрегирует частицы монтмориллонита, содержащиеся в бентоните и увеличивает их активную поверхность и сорбционную способность. Это снижает ингибирующее действие аллелотоксинов на семена и позволяет лучше проявиться стимулирующей способности гиббереллина. Введение в препарат АПД и сахарозы приводит к активации развития микроорганизмов, оказывающих стимулирующее влияние на растения. Таким образом, подход к оценке механизма действия АПД был пересмотрен.
Препарат, выбранный в качестве прототипа, обеспечивает повышение эффективности стимуляции до 41%. Установлено, что при увеличении концентрации гиббереллина в препарате до 300 мг/л, эффективность стимуляции возрастает до 50% при расходе препарата 60 л/т семян, то есть не пропорционально увеличению концентрации, а лишь с небольшим процентным увеличением эффективности.
Вместе с тем, выявлено, что существующие исследования влияния Сахаров на всхожесть семян (https://research-iournal.org/biology/vlivanie-fruktozv-na-prorastanie-semyan-i-razvitie-prorostkov-fagopyrum-esculentum/) показывают эффективность стимуляции семян растворами Сахаров (в частности, фруктозы) не более 3-5%.
Очевидно, что модификация препарата, выбранного в качестве прототипа, посредством добавления определенного количества Сахаров и увеличения концентрации гиббереллинов, должна обеспечить невысокий суммарный эффект. Однако, в результате многочисленных экспериментов, основанных на пересмотре механизма влияния АПД в сочетании с сахарозой (в порошке) на стимуляцию роста растений (появление микробиологического эффекта), выведено сбалансированное сочетание концентраций действующих элементов, обеспечивающие появление синергетического эффекта, проявляющегося в повышении степени эффективности стимуляции роста растений заявляемым препаратом до 80%.
Все это позволило получить высокую эффективность стимуляции развития семян яровой пшеницы при их обработке полусухим способом (http://amtsibir.ru/sposoby-obrabotki-semyan/), что недостижимо при известных применениях гиббереллиновых препаратов и растворов сахарозы. В реальных же производственных условиях применения стимуляторов развития семян зерновых культур альтернативы полусухой обработке семян не существует из-за отсутствия других средств, обладающих такой же высокой производительностью - полусухой способ позволяет за короткий посевной период провести обработку большого количества семян для посева на больших площадях.
Подобраны интервалы концентраций, в которых препарат действует наиболее эффективно. Выявлено, что при определенных соотношениях «бентонит кальция - гумат», возникает бентонито-гуматовый комплекс, обладающий максимальной сорбционной способностью по отношению к органическим веществам (аллелотоксинам).
Для обеспечения сбалансированного количества бентонито-гуматового комплекса в препарате эмпирическим путем определены и проверены границы интервала его концентрации. Значение нижних границ интервалов кальциевого бентонита и гумата обусловлены способностью бентонито-гуматового комплекса эффективно поглощать и закреплять аллелотоксины, поступающие в семена из почв, а верхняя граница обусловлена тем, что количество биологически активных веществ из почв, способных стимулировать развитие семян, закрепляется на сорбенте в минимальной степени.
Для АПД и сахарозы выбранные концентрации обеспечивают максимальную скорость роста микроорганизмов, стимулирующих развитие семян.
Для ПЭГ, который является неионогенным поверхностно-активным веществом, нижняя граница значений концентраций характеризует начало процессов усиления распада частиц монтмориллонита, содержащегося в бентоните, увеличения его сорбционной способности и возникновения бентонито-гуматовых комплексов, которые лучше закрепляют аллелотоксины и предотвращают проникновение аллелотоксинов из почв в семена. Верхняя граница концентрации обусловлена снижением эффективности действия ПЭГ в составе препарата, что, по-видимому, связано с его влиянием на биохимические процессы в живых организмах.
Для гиббереллина, который является гормоном роста растений, выбранные границы значений обусловлены наличием оптимальных сбалансированных концентраций в семенах (растениях), при которых биохимические реакции проходят с максимальной скоростью с учетом того, что часть гиббереллина закрепится на бентонито-гуматовом комплексе при приготовлении заявляемого препарата. Причем на некоторых сортах семян яровой пшеницы гиббереллин, входящий в состав разработанного препарата, отдельно от остальной части препарата не оказывает стимулирующего действия. Для эффективной стимуляции необходимо, чтобы гиббереллин находился в определенном соотношении с остальными компонентами смеси.
Осуществление изобретения
Дальнейшее описание сущности изобретения выполнено с использованием примеров конкретного выполнения.
Опыты проводили на семенах яровой пшеницы сорта «Лиза» на дерново-подзолистой почве из окрестностей поймы реки Яхрома влажностью 18,1%.
Для оценки эффективности того или иного препарата использовали методику, основанную на существовании линейной зависимости между длиной проростков больших массивов семян и их насыпным объемом в воде, раскрытую, например, в патенте РФ №2683504. Известный способ оценки стимулирующей активности препаратов-стимуляторов позволяет обрабатывать большие партии семян за короткое время, что делает его применимым в промышленных масштабах. Суммарная длина проростков семян определяет их насыпной объем. Чем больше длина проростков, тем больше насыпной объем проросших семян. Таким образом, изменение насыпного объема проросших семян характеризует общую длину их проростков и дает возможность сравнивать проросшие семена, обработанные стимулятором с контрольными необработанными образцами.
Для оценки длины проростков для каждой опытной партии семян выполняли следующие действия. На дно чашки диаметром 95 мм помещали 30 г почвы, затем ровным слоем размещали 7,5 г семян (необработанных, контрольных, или обработанных с использованием модифицированного препарата), а сверху - 30 г почвы. После этого в чашку равномерно добавляли из мерной пипетки воду. Использовали шестикратную повторность с последующей статистической обработкой результатов.
Проросшие в почве семена отмывали от субстрата и помещали порциями в мерный цилиндр на 100 мл с водой, размещенный на вибростоле, колеблющемся с частотой 50 Гц. После помещения в цилиндр каждой порции проросших семян, которые создавали ажурную пористую структуру, на них на 15-20 секунд помещали небольшой грузик массой 8 г, например, в виде резиновой пробки, что приводило к уплотнению структуры. После помещения всех проросших семян в цилиндр на них ставили грузик и проводили дополнительное уплотнение структуры легкими постукиваниями (30-40 раз) цилиндра с семенами о стол. Эти операции позволяли создать достаточно однородную структуру, а нижняя граница груза позволяла определять насыпной объем с точностью до 0,5 мл.
Перед проведением опытов по определению стимуляции развития семян препаратами определяли оптимальную исходную влажность почвы, при которой и проводили испытания. Для этого по описанной выше методике определяли количество добавляемой к почве воды, которое обеспечит максимальную суммарную длину проростков необработанных семян за 2 суток. Оптимальная величина навески добавляемой к почве воды составила 9 г.
Для подтверждения эффективности заявляемого препарата подготовили несколько групп контрольных и исследуемых образцов препаратов, которыми обрабатывали соответствующие навески семян и определяли в каждом случае длину проростков указанным выше методом. Проращивание семян во всех случаях вели в течение 2 суток при идентичных условиях.
Группа 1 - семена без обработки (за двое суток суммарная длина проростков составляла 6000 мм). Данная группа семян взята за основной объем, относительно которого оценивалось процентное изменение объема проростков.
Группа 2 - семена, обработанные водным раствором препарата «Бутон», произведенного ООО «ПСК Техноэкспорт» (Россия), содержащего натриевые соли гиббереллиновых кислот в количестве 20 г/кг. Концентрация раствора составила 35 мг/л. Обрабатывали семена раствором препарата полусухим способом с расходом раствора 20 и 60 литров на тонну семян.
Группа 3 - семена, обработанные комплексным препаратом, изготовленным в соответствии с патентом №2728686, включающим соли гиббереллиновых кислот 40 мг/л, гумат 10 г/л, кальциевый бентонит 35-45 г/л, автолизат пивных дрожжей 10-14 г/л, полиэтиленгликоль 250 мг/л.
Группа 4 - семена, обработанные раствором сахарозы при различных концентрациях и расходе 60 л/т.
Группа 5 - семена, обработанные препаратами заявляемого состава.
Для получения заявляемого состава использовали (указанные компоненты могут быть использованы и другого производителя):
гумат калия (натрия), произведенный, например, ООО НВЦ «Агротехнологии» из бурого угля, представляющий собой готовый жидкий концентрат;
кальциевый бентонит по ОСТ 18-49-71;
автолизат пивных дрожжей (АПД), выпускаемый промышленностью для применения в качестве добавки к корму скота, произведенный, например, ООО «Биотех плюс» (Россия), представленный в форме мелкодисперсного порошка кремового цвета с приятным дрожжевым (хлебным) запахом, массовая доля влаги не более 10%.;
гиббереллин 90%, например, произведенный в Китае;
полиэтиленгликоль с молекулярной массой 200 (ПЭГ-200) или 400 (ПЭГ-400), или 600 (ПЭГ-600);
сахароза, произведенная по ГОСТ 5833-75, представляющий собой белый мелкокристаллический порошок.
Предварительно готовили водные суспензии полиэтиленгликоля и гиббереллина, для чего к необходимым навескам указанных сухих препаратов добавляли воду, с получением водных суспензий полиэтиленгликоля (концентрацией 1-4 г/л, предпочтительно 2-3 г/л, наиболее предпочтительно 2 г/л) и гиббереллина (концентрацией 1-4 г/л, предпочтительно 2-3 г/л, наиболее предпочтительно 2 г/л).
Из полученных водных суспензий указанных компонентов, а также остальных компонентов в результате простого перемешивания готовили заявляемый препарат с содержанием исходных компонентов в заявленных диапазонах.
Обрабатывали приготовленными растворами (суспензиями) семена пшеницы полусухим способом с расходом раствора препарата 60 л на тонну семян.
Величину стимуляции при обработке семян препаратами также определяли по длине проростков, выросших за 2 суток, в сравнении с необработанными семенами, выражая увеличение длины проростков в процентах.
Из полученных данных видно (таблица 1), что оптимальными параметрами обработки являются: суспензия с концентрациями гумата 8-12 г/л, бентонита 35-45 г/л, автолизата пивных дрожжей 10-14 г/л, гиббереллина 250-350 мг/л, полиэтиленгликоля 250-350 мг/л, сахарозы 4-12 г/л.
Из таблицы следует, что состав с приведенными концентрациями входящих компонентов (с учетом их вариативности в рамках заявленных концентраций) обеспечивает заметное увеличение длины проростков семян по отношению к необработанным семенам группы 1, что свидетельствует об эффективности стимуляции в соответствии с выбранной методикой оценки. Выход за границы заявленных концентрационных интервалов компонентов суспензии приводит к снижению эффективности применения препаратов.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет значительно повысить эффективность стимулирующей обработки семян яровой пшеницы с 41 до 80%.