Способ улучшения роста и развития сельскохозяйственных растений
METHOD FOR IMPROVING GROWTH AND DEVELOPMENT OF AGRICULTURAL PLANTS

Изобретение относится к области растениеводства и сельского хозяйства, в частности к стимуляторам роста и развития растений, предназначенным для обработки семян сельскохозяйственных культур для ускорения ранних стадий развития растений и повышения их продуктивности.
Потребность в экологически безопасных биодеградируемых препаратах комплексного положительного действия на растения делает актуальным поиск и разработку новых их форм, обеспечивающих направленную регуляцию процессов роста и развития, транспортировку в растения макро- и микроэлементов и физиологически активных соединений, обладающих свойствами адаптогенов и протекторов растений.
Стимуляторы и регуляторы роста, применяемые в сельском хозяйстве, можно разделить на две группы - препараты природного и синтетического происхождения. К препаратам растительного происхождения относятся ауксины, цитокинины, брассины (брассиностероиды), гиббереллины и некоторые виды витаминов. Препаратов синтетического происхождения известно огромное множество, среди которых различные органические соединения, синтетические аналоги фитогормонов. Особую популярность получили препараты, содержащие смесь природных и синтетических веществ и/или смесь различных видов синтетических веществ. Известны препараты на основе гидрохлорида полигексаметиленгуанидина с различными добавками [Патенты WO 2014/062079 (24.04.2014); 2329647 (от 27.07.2008); 2362303 от 27.07.2009; 2328854 от 20.07.2008 и др.], гуминовых кислот с различными добавками (борная кислота, микроэлементы и др.) [Патенты РФ 2542128 (опубл. 20.02.2015); 2352115 (20.04.2009); 2321253 (опубл. 10.04.2008)]; соединений мочевины (производных мочевины с различными добавками) [Патент РФ 2582358 (опубл. 27.04.2016; Патент РФ 2492651 (опубл. 20.09.2013); А.с. SU №1052204 (опубл. 07.11.1983); патент РФ 2179806 (опубл. 27.02. 2002)], пероксисоединений (перекись водорода, пероксисольваты и др.) [Патент РФ 2253235 (опубл. 10.06.2005); Патент РФ 2142707 (опубл. 20.12.1999); Патент РФ 2305404 (опубл. 10.09.2007)], кремнийорганических соединений, в частности на основе силатранов - мивал, мигуген [Патент РФ 2085076 (опубл. 27.07.1997); Воронков М.Г., Кузнецов И.Г., Дьяков В.М. Новый биостимулятор мивал в сельском хозяйстве. - М.: Наука, 1982, с. 87-99; Патент РФ 2316163 (опубл. 10.02.2008); Патент РФ 2122790 (опубл. 10.12.1998)], карбоновых и/или аминокислот с различными добавками [Патент РФ 2076598 (опубл. 10.04.1997); 2674618 (опубл. 11.12.2018); 2193313 (опубл. 27.11.2002) и др.], а также различных органических веществ - замещенных сиднониминов [Патент РФ 2656212(опубл. 01.06.2018)]; аценафтена [Патент РФ 2088084 (опубл. 27.08.1997)], стриголактамовых производных [Патент ЕА 023571 (опубл. 30.06.2016); ЕА 030062 (опубл. 29.06.2018); ЕА 026480 (опубл. 28.04.2017)]; индолинона и его производных [Патент ЕА 012602 (опубл. 30.10.2009)]; производных малеимида [Патент ЕА 012601 (опубл. 30.10.2009)], соединений, содержащих бензимидазольный и бензоксазольный фрагменты [Патент РФ 2468580 (опубл. 27.08.2012)] и др.
К основным недостатками представленных выше препаратов следует отнести их недостаточную эффективность и, как следствие, необходимость применения целого комплекса веществ для поддержания необходимого ростостимулирующего действия, что сказывается на стоимости препаратов, а также токсичность некоторых органических веществ, особенно на основе соединений мочевины.
Также известны бактериальные стимуляторы роста на основе различных штаммов микроорганизмов, например, дрожжей Nadsoniella nigra, Exophiala nigrum A-26, бактерий Bacillus megaterium OPP-31, Azotobacter vinelandii ИБ-1, Bacillus spp. KR-083 и др. [Патент РФ 2675932 (опубл. 25.12.2018); 2103872 (опубл. 10.02.1998); 2690420 (опубл. 03.06.2019); 2224791 (опубл. 27.02.2004); 2295562 (опубл. 20.03.2007)]. Однако препараты на основе микроорганизмов вследствие способности живого материала при попадании в окружающую среду терять или снижать свою функциональную активность, значительных колебаний количественного состава, и, соответственно, концентрации выделяемых ими полезных ингредиентов, часто имеют нестабильный характер положительного действия на посевы сельскохозяйственных культур, что ограничивает их практическое применение в различных условиях и на различных культурах.
Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности (прототипом) является стимулятор роста и развития растений синтетический аналог природного фитогормона - крезацин. Трис(2-гидроксиэтил)аммониевая соль 2-метилфеноксиуксусной кислоты, известная как крезацин, относится к экологически безопасным биостимуляторам для сельского хозяйства и является значительно более активным росторе-гулирующим средством, чем исходная кислота. Крезацин внесен в Государственный каталог пестицидов и агрохимикатов, разрешенных к применению на территории РФ в 2009 г. [Список пестицидов и агрохимикатов, разрешенных к применению на территории Российской Федерации / М., 2004. 575 с.]. В растениях препарат способствует усилению биосинтеза белков и нуклеиновых кислот, повышает активность ферментов. Крезацин рекомендован для предпосевной, корневой и внекорневой обработки зерновых и овощных культур, плодовых и декоративных деревьев и кустарников с целью повышения всхожести семян и корнеобразования, устойчивости к грибковым и инфекционным заболеваниям, повышения холодостойкости, ускорения роста и накопления биомассы [Острошенко В.В., Острошенко Л.Ю., Острошенко В.Ю. // Вестник КрасГАУ. 2015. Т. 5. С. 184]. Известно применение крезацина для стимуляции роста и развития растений в виде смеси с различными соединениями, например, известны составы на основе водных растворов крезацина и мивала [Патент РФ 2116728 (опубл. 10.08.1998)], водных растворов крезацина, мивала и удобрения «Растворин» [Патент РФ 2427134 (опубл. 27.08.2011)], водных растворов крезацина, мивала и удобрения «Акварин» [Патент РФ 2701646 (опубл. 30.09.2019)], водных растворов крезацина и дифенилмочевины [Патент РФ 2326521 (опубл. 20.06.2008)].
Необходимость применения многокомпонентных составов указывает на недостаточную эффективность крезацина для стимуляции роста и развития растений.
Задачей заявляемого изобретения является создание эффективных средств, применяемых в качестве стимуляторов роста и развития растений.
Сущность заявленного технического решения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для решения указанной заявителем технической проблемы и получения обеспечиваемого изобретением технического результата.
2
2
3
6
5
6
5
2
Согласно изобретению способ улучшения роста и развития сельскохозяйственных растений, включающий использование стимулятора роста и развития растений, отличающийся тем, что в качестве стимулятора роста и развития растений используют раствор, выбранный из растворов трис(2-гидроксиэтил)аммониевых солей биологически активных карбоновых кислот общей формулы [NH(CHCHOH)][R-COO], где R=СН-, СНСНСН-, НООССН), которые получают в результате взаимодействия трис(2-гидроксиэтил)амина с соответствующими карбоновыми кислотами в среде полярного растворителя, после чего водным раствором полученных веществ обрабатывают семена сельскохозяйственных растений перед посевом.
Заявленная совокупность существенных признаков обеспечивает достижение технического результата, который заключается в том, что заявленный стимулятор роста и развития растений, способен стимулировать прорастание семян и ростовые характеристики проростков на примере тестовой культуры кресс-салата сорта Ажур (Lepidium sativum L.).
Получение нового стимулятора роста соединений и оценка их ростостимулирующей активности иллюстрируются следующими примерами.
пл.
2
2
2
4
2
Ar
2
Ar
2
2
2
Ar
Ar
Ar
Ar
2
2
15
23
5
-1
-1
1
+
+
-
13
+
-
-
Пример 1. Синтез стимулятора роста на основе трис(2-гидроксиэтил)аммониевой соли коричной кислоты (1). 1.00 г (0.0067 моль) трис(2-гидроксиэтил)амина и 0.99 г (0.0067 моль) коричной кислоты в 20 мл метанола кипятили в течение 2 ч при постоянном перемешивании. После завершения реакции полученный раствор упаривали при пониженном давлении для удаления растворителя. Продукт реакции - трис(2-гидроксиэтил)аммоний циннамат, выделен в виде бесцветного порошка, многократно промыт диэтиловым эфиром и высушен в вакууме. Выход 95%. Т 58°С. ИК спектр (3600-1100 см), см: 3350 (уш, с), 3150 (с), 3020 (сл), 2930 (ср), 2900 (сл), 2830 (сл), 1640 (ср), 1560 (с), 1490 (ср), 1450 (ср), 1410 (с), 1320 (сл), 1290 (сл), 1250 (сл), 1190 (сл). Н ЯМР спектр (ДМСО-d6, δ, м.д., J, Гц): 2.64 т (6Н, 6.0, 6.0, HNCH), 3.46 т (6Н, 6.0, 6.0, CHOH), 4.31-4.97 м (4Н, HNCHOH), 6.52 д (1H, 16.0, OCCH=CHPh), 7.36-7.44 м (3H), 7.54 д (1Н, 16.0, -OCCH=CHPh), 7.61-7.67 м (2H). С ЯМР спектр (ДМСО-d6, δ, м.д.): 57.0 (HNCH), 58.8 (СНОН), 120.5 (PhCH=CHCO), 128.1 (CH), 128.9 (CH), 130.0 (CH), 134.5 (C), 143.0 (PhCH=CHCO), 168.1 (PhCH=CHCO). Элементный анализ, рассчитано для CHNO, %: С-60.59; Н-7.79; N-4.71; найдено, %: С-60.40; Н-8.27; N-4.90.
пл
2
2
2
4
Ar
Ar
Ar
6
2
2
Ar
Ar
Ar
Ar
2
13
21
5
-1
-1
1
+
+
13
+
-
Пример 2. Синтез стимулятора роста на основе трис(2-гидроксиэтил)аммониевой соли бензойной кислоты (2). Синтез и выделение продукта - трис(2-гидроксиэтил)аммоний бензоат - аналогично примеру 1, для реакции брали 1.10 г (0.0074 моль) трис(2-гидроксиэтил)амина и 0.90 г (0.0074 моль) бензойной кислоты. Выход 95%. Т, 92°С. ИК спектр (3600-1100 см), см: 3350 (уш, с), 3150 (ср), 3100 (уш, ср), 2930 (ср), 2900 (сл), 2860 (сл), 1600 (с), 1550 (с), 1490 (сл), 1400 (с), 1300 (сл), 1260 (сл), 1210 (сл). Н ЯМР спектр (ДМСО-d6, δ, м.д., J, Гц): 2.75 т (6Н, 6.0, 6.0, HNCH), 3.51 т (6Н, 6.0, 6.0, СНОН), 4.80-5.15 м (4Н, HNCHOH), 7.41-7.47 м (2H), 7.50-7.56 м (1H), 7.90-7.96 м (2H). С ЯМР спектр (ДМСО-d, δ, м.д.): 56.8 (HNСН), 58.3 (CHOH), 128.3 (CH), 129.3 (CH), 131.9 (CH), 133.0 (C), 168.4 (OCPh). Элементный анализ, рассчитано для CHNO, %: С-57.55; Н-7.80; N-5.16; найдено, %: С-58.71; Н-8.19; N-5.32.
Пример 3. Синтез стимулятора роста на основе трис(2-гидроксиэтил)аммониевой соли малоновой кислоты (3).
пл.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
9
19
7
-1
-1
1
-
+
13
-
+
-
Синтез и выделение продукта - трис(2-гидроксиэтил)аммоний гидромалонат -аналогично примеру 1, для реакции брали 1.18 г (0.0079 моль) трис(2-гидроксиэтил)амина и 0.82 г (0.0079 моль) малоновой кислоты. Выход 90%. Т 85°С. ИК спектр (3600-1100 см), см: 3360 (уш, с), 3150 (с), 3010 (сл), 2970 (сл), 2930 (ср), 2900 (сл), 2830 (сл), 1715 (ср), 1650 (уш, с), 1490 (с), 1460 (с), 1410 (с), 1360 (с), 1320 (ср), 1290 (ср), 1270 (сл), 1260 (сл), 1230 (сл), 1190 (ср), 1170 (ср). Н ЯМР спектр (ДМСО-d6, δ, м.д., J, Гц): 2.84 с (2Н, OC- CHCOH), 3.14 т (6Н, 6.3, 6.3, HNСН), 3.68 т (6Н, 6.3, 6.3, СНОН). С ЯМР спектр (ДМСО-d6, δ, м.д.): 39.6 (HOCCHCO), 55.5 (HNСН), 56.0 (CHOH), 170.8-171.1 (HOC-CHCO). Элементный анализ, рассчитано для CHNO, %: С-42.68; Н-7.56; N-5.53; найдено, %: С-42.68; Н-7.84; N-5.47.
Пример 4. Исследование ростостимулирующих свойств заявленных соединений 1-3.
Для испытаний были выбраны семена кресс-салата сорта «Ажур» (Lepidium sativum L.). Оценка биологической активности заключалась в определении влияния растворов исследуемых соединений на всхожесть семян кресс-салата, а также на рост корней и проростков в течение 7 дней после замачивания семян. Растворы исследуемых трис(2-гидроксиэтил)аммониевых солей были приготовлены в концентрациях 0.03 мг/л, 0.003 мг/л и 0.0003 мг/л. Семена кресс-салата проращивали в чашках Петри в растворах исследуемых солей (10 мл). Контрольные образцы выращивали в воде. Через 3 дня определяли энергию прорастания семян, а через 7 дней рассчитывали всхожесть семян и измеряли длину корней и ростков. Исследование проводилось в соответствии с правилами Международной ассоциации по контролю качества семян (ISTA, International Rules for Seed Testing, 2016) и общепринятыми методами [ГОСТ 12038-84. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести, Москва, 1985, 58 с]. Опыты были повторены три раза. Затем проводили статистическую обработку данных с помощью программного обеспечения MS Excel 2003, определяли средние значения изучаемых показателей и их доверительные интервалы. Достоверность различий между вариантами оценивалась при помощи методов параметрической статистики (t-критерий Стьюдента) и считались достоверными при р≤0,05.
Результаты испытаний представлены в таблице 1, в которой приведены сведения о влиянии водных растворов трис(2-гидроксиэтил)аммониевых солей карбоновых кислот (коричной (1), бензойной (2) и малоновой (3)) на ростовые характеристики семян кресс-салата сорта Ажур (Lepidium sativum L.)
Как видно из таблицы 1, исследуемые соединения 1-3 оказали положительное влияние на прорастание семян и ростовые характеристики проростков кресс-салата сорта «Ажур» (Lepidium sativum L.). Достоверные изменения значений показателей отмечается преимущественно в отношении длины корней под воздействием указанных соединений, а также энергии прорастания - в варианте обработки семян растворами трис(2-гидроксиэтил)аммониевой соли коричной кислоты (1) в концентрациях 0.03 и 0.003 мг/л. Таким образом, более значительно на обработку растворами трис(2-гидроксиэтил)аммониевых солей реагировали корни проростков. Наиболее комплексное положительное влияние на оцениваемые показатели прорастания семян и роста проростков оказала соль коричной кислоты (1) в концентрациях 0.03 и 0.003 мг/л. Отмечаемая стимуляция корней под воздействием исследуемых соединений играет положительную роль для растений, так как развитая корневая система на ранних стадиях развития растений способствует повышению их конкурентоспособности и выживаемости в среде обитания.