РЕГУЛЯТОР РОСТА РАСТЕНИЙ
PLANT GROWTH REGULATOR

Изобретение относится к области биологии и сельского хозяйства и касается нового регулятора роста растений на основе янтарной кислоты, который может быть использован для увеличения энергии прорастания и урожайности сельскохозяйственных растений.
Из научно-технической литературы известно, что янтарная кислота является кристаллическим органическим соединением, кристаллы которого могут иметь триклинную, моноклинную, призматическую формы (Свойства органических соединений, Ленинград, «Химия», 1984, стр. 134). Кристаллы традиционной янтарной кислоты являются достаточно крупными и различимы невооруженным глазом. Методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) было показано, что размер кристаллов традиционной янтарной кислоты составляет 1-2 мм. Аморфная форма янтарной кислоты в научно-технической литературе не описана.
Известен регулятор роста растений - янтарная кислота, которая была использована для предпосевной обработки семян томатов путем их замачивания в течение суток в водном растворе янтарной кислоты в концентрации 0,017 г на 1 л воды (Пестова Л.А. Методы повышения жизненности тепличных сортов томатов. Автореферат диссертационной работы, представленной на соискание ученой степени кандидата биологических наук: Всесоюзная ордена Ленина Академия сельскохозяйственных наук им. Ленина, Ленинград, 1955. - стр. 7). Данный регулятор роста повышал урожай тепличных томатов за весь вегетационный период на 6,4% (в летне-осенней культуре - на 17,4%).
Вышеописанный регулятор роста содержит существенный признак, совпадающий с существенным признаком предлагаемого технического решения, такой как наличие в нем янтарной кислоты.
Известен регулятор роста растений, представляющий собой янтарную кислоту, которую используют для приготовления 0,4-0,6%-ного водного раствора с последующим замачиванием в нем семян яровой пшеницы (Калинин Ф.Л., Биологически активные вещества в растениеводстве, Киев, Наукова думка, 1984 - 318 с.).
Вышеописанный регулятор роста содержит существенный признак, совпадающий с существенным признаком предлагаемого технического решения, такой как наличие в нем янтарной кислоты.
Известен регулятор роста растений - янтарная кислота, которую использовали для приготовления 0,093 - 0,1%-ного водного раствора с последующим замачиванием в нем семян озимой пшеницы (патент СССР 1060163 A01N 37/06, см. описание). Применение данного регулятора роста давало прирост урожайности озимой пшеницы от 2,7% (предшественник - пар) до 5,7% (беспарье).
Вышеописанный регулятор роста содержит существенный признак, совпадающий с существенным признаком предлагаемого технического решения, такой как наличие в нем янтарной кислоты.
Известен регулятор (стимулятор) роста растений, представляющий собой кристаллическую янтарную кислоту (RU №2328854 С2, A01N 47/44 (2006.01) - см. описание). Данный регулятор роста растений используют для приготовления водного раствора янтарной кислоты с последующим замачиванием в нем семян яровой пшеницы и кукурузы.
Вышеописанный регулятор роста содержит существенный признак, совпадающий с существенным признаком предлагаемого технического решения, такой как наличие в нем янтарной кислоты.
Недостатками известного регулятора являются его относительно невысокая эффективность. Так, использование данного регулятора повышает полевую всхожесть семян пшеницы на 6% и повышает урожайность пшеницы на 9% по сравнению с необработанными семенами пшеницы.
Наиболее близким к заявляемому является известный регулятор (стимулятор) роста растений, представляющий собой кристаллическую янтарную кислоту (Воронкова Н.А., Волкова В.А., Цыганова Н.А., Балабанова Н.Ф., Дороненко Н.Ф. Применение янтарной кислоты и хелата меди в агротехнологии яровой мягкой пшеницы. Аграрные ландшафты, их устойчивость и особенности развития // Сборник научных трудов по материалам Международной научной экологической конференции, Издательство: Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина (Краснодар), 2020, с. 411-414) - прототип.
-3
Данный регулятор роста растений был использован для приготовления водного раствора янтарной кислоты концентрации 10 М с последующим замачиванием в нем семян яровой пшеницы (с расходом 70 л раствора на 1 т семян) и просушиванием семян.
Вышеописанный регулятор роста содержит существенный признак, совпадающий с существенным признаком предлагаемого технического решения, такой как наличие в нем янтарной кислоты.
Недостатком известного регулятора является его относительно невысокая эффективность. Так, использование данного регулятора повышало урожайность яровой пшеницы на 5,1% (с 2,97 до 3,12 т/га) в варианте без применения удобрений и на 8,9% (с 3,27 до 3,56 т/га) в варианте с применением удобрений (аммиачной селитры и аммофоса).
Техническая задача изобретения заключается в разработке регулятора роста растений на основе янтарной кислоты, лишенного вышеуказанного недостатка.
Технический результат изобретения состоит в повышении энергии прорастания семян и урожайности растений после обработки их семян водным раствором предлагаемого регулятора роста.
Предварительно были проведены эксперименты с различными регуляторами роста растений на основе янтарной кислоты, которые показали, что указанный технический результат достигается в том случае, когда регулятор роста растений, представляющий собой кристаллическую янтарную кислоту, содержит кристаллы с размером 0,11-70 микрометров, полученные путем растворения янтарной кислоты в воде и замораживания полученного раствора с последующей лиофильной сушкой замороженного раствора в вакууме.
Предлагаемое техническое решение является новым и не описано в патентной и научно-технической литературе.
Известно, что янтарная кислота может существовать в различных кристаллических формах, например, в таких как α и β формы (Quisho Yu, Leping Dang, Simon Black, Hongyuan Wei. Crystallization of the polymorphs of succinic acid via sublimation at different temperatures in the presence or absence of water and isopropanol vapor. Journal of Crystal Growth 340 (2012), pp. 209-2015), однако влияние различных кристаллических форм янтарной кислоты и размера ее кристаллов при использовании их в качестве регулятора роста растений в научно-технической литературе не описано.
Предлагаемый регулятор роста и развития растений может быть использован для увеличения энергии прорастания семян и повышения урожайности различных растений, например, таких как пшеница, салат, томаты и т.д.
При получении предложенного регулятор роста растений концентрация водного раствора янтарной кислоты перед его замораживанием может быть различна и составлять, например, 7-68 г/л. Лиофильную сушку водного раствора янтарной кислоты можно осуществлять различными способами. Можно, например, распылять раствор янтарной кислоты над парами криогенной жидкости - например, жидкого азота (-196°С) с использованием криогранулятора, представляющего собой диспергирующее устройство с трубопроводом, присоединенным к системе подачи раствора. При этом капли раствора проходят над парами жидкого азота, попадают на его поверхность, замерзают и оседают на дно емкости с жидким азотом, и после испарения жидкого азота образовавшиеся капли замерзшего раствора собирают на съемных ситах. Затем отделенные замерзшие капли раствора подвергают лиофильной сушке в вакууме, для получения которого используют традиционные методы. После сушки получают агломераты кристаллов янтарной кислоты, близкие к шарообразной форме.
Можно также осуществлять традиционную лиофильную сушку замороженного раствора янтарной кислоты в вакууме.
Методом дифференциальной сканирующей калориметрии было показано, что температура плавления полученного продукта составляет 184,3°С. При этом следует отметить, что температура плавления традиционной кристаллической янтарной кислоты составляет 188°С (Свойства органических соединений, Ленинград, «Химия», 1984, стр. 134).
Методом СЭМ было показано, что размер кристаллов полученной янтарной кислоты составляет 0,11-70 мкм. Следует также отметить, что методом рентгенофазного анализа было показано, что полученные кристаллы янтарной кислоты имеют отличия положения дифракционных пиков от положения известных дифракционных пиков традиционной янтарной кислоты.
Приведенные данные показывают, что в качестве регулятора роста растений в предлагаемом техническом решении используется янтарная кислота, физико-химические характеристики которой существенно отличаются от характеристик традиционной янтарной кислоты с размером кристаллов 1-2 мм.
Перед применением предлагаемый регулятор роста растений растворяют в воде. При этом концентрация используемых в дальнейшем водных растворов может быть различна и составляет, например, 0,0001-0,01 г/л. Полученные растворы могут быть использованы для замачивания семян различных растений. При этом следует отметить, что для замачивания могут быть использованы растворы полученной янтарной кислоты как не содержащие добавок, так и содержащие различные добавки, например, протравливатели семян. При этом продолжительность замачивания семян может варьироваться и составлять, например, 1-24 ч. Для посева можно использовать как отделенные от раствора обработанные семена, так и применять дисперсию семян в вышеуказанном растворе.
Энергию прорастания находили путем определения сроков появления всходов и их развития.
Урожайность растений определяли путем взвешивания.
Для сравнения использовали семена, обработанные водой или водным раствором протравливателя, не содержащими янтарной кислоты и содержащими традиционную янтарную кислоту.
Преимущество предложенного регулятора роста растений иллюстрируют следующие примеры.
Пример 1.
Предлагаемый регулятор роста получают путем растворения 50 г янтарной кислоты в 1 л воды. Полученный раствор переливают в криогранулятор и распыляют над жидким азотом. После испарения азота замороженные капли раствора отделяют на съемных ситах и подвергают лиофильной сушке в вакууме. Получают 49,5 г порошкообразного продукта. Методом СЭМ показано, что полученная янтарная кислота имеет размер кристаллов 2-10 мкм.
Навеску 0,001 г полученной янтарной кислоты растворяют в 1 л воды с получением раствора, имеющего концентрацию янтарной кислоты 0,001 г/л. В него засыпают 125 штук семян салата Lactuca sativa L. сорта «Робин», после чего семена выдерживают 1 ч в указанном растворе. Замоченные семена отделяют от раствора и осуществляют их посев в субстрат, находящийся в климатической камере.
Прорастание семян происходило на 4-е сутки, розетки образовывались из 5-6 листьев.
На 40 день было проведено взвешивание надземной части растений, при этом средняя сырая масса 1 растения составила 59,87 г, сухая - 2,88 г; содержание основных пигментов составило: хлорофилл a - 1,98 мг/ц хлорофилл b - 0,71 мг/г, каратиноиды - 0,7 мг/г.
Пример 2 (контрольный, без использования предложенного регулятора роста).
Опыт проводят аналогично примеру 1, однако замачивание семян осуществляют в воде, не содержащей предложенный регулятор роста. Прорастание семян происходило на 6 день, розетка образовывалась из 3-4 листьев.
На 40 день проведено взвешивание надземной части растений, при этом средняя сырая масса 1 растения составила 41,89 г, сухая - 1,90 г; содержание основных пигментов составило: хлорофилл a - 1,79 мг/ц хлорофилл b - 0,68 мг/г, каратиноиды - 0,7 мг/г.
Пример 3 (контрольный, по прототипу, с использованием традиционной янтарной кислоты)
Опыт проводят аналогично примеру 1, однако замачивание семян осуществляют в водном растворе традиционной янтарной кислоты с размером кристаллов 1-2 мм. Прорастание семян происходило на 5 сутки, образование розетки из 4-5 листьев. На 40 день проведено взвешивание надземной части растений, при этом средняя сырая масса 1 растения составила 44,82 г, сухая - 2,03 г; содержание основных пигментов составило: хлорофилл a - 1,8 мг/г, хлорофилл b - 0,7 мг/г, каратиноиды - 0,7 мг/г.
Сравнение результатов, описанных в примерах 1-3, показывает, что предложенный регулятор роста по сравнению с прототипом повышает энергию прорастания семян (ускоряет прорастание) салата с 5 дней до 4 дней, то есть на 20%, образование розеток листьев повышалось с 4 листьев до 5-6 листьев, то есть на 25-50%. При этом использование предложенного регулятора роста повышает урожайность надземной части листа салата с 44,82 г до 59,87 г, то есть на 33,6%, и увеличивает накопление в листьях основных пигментов.
Пример 4
Предлагаемый регулятор роста получают путем растворения 68 г янтарной кислоты в 1 л воды. Полученный раствор янтарной кислоты переливают в криогранулятор, распыляют над жидким азотом, после чего отделенные на съемных ситах замороженные капли раствора подвергают лиофильной сушке. Получают 67,5 г порошкообразного продукта. Методом СЭМ было показано, что полученная янтарная кислота имеет размер кристаллов игольчатой формы 0,11-5 мкм.
Навеску 0,00005 г полученной янтарной кислоты растворяют в 0,5 л воды с получением раствора, имеющего концентрацию 0,0001 г/л. В него засыпали 8 штук семян томатов Solarium lycopersicum L. сорта «Ляна», после чего семена выдерживали 3 ч в указанном растворе. Замоченные семена отделяли от раствора и осуществляли их посев в субстрат, находящийся в климатической камере.
Прорастание семян происходило на 4 сутки, фаза цветения первой кисти - на 42 день от начала всходов.
На 145 день было проведено взвешивание плодов, при этом средняя сырая масса плодов с 1 растения составила 3840 г, сухая - 194,3 г; содержание основных пигментов составило: хлорофилл a - 4,87 мг/г; хлорофилл b - 3,31 мг/г, каратиноиды - 1,05 мг/г.
Пример 5 (контрольный, без использования предложенного регулятор роста)
Опыт проводят аналогичным примеру 4, однако замачивание семян осуществляют в воде, не содержащей регулятора роста. Прорастание семян происходило на 6 день, фаза цветения первой кисти - на 47 день от начала всходов.
На 145 день было проведено взвешивание плодов, при этом средняя сырая масса плодов с 1 растения составила 2340 г, сухая - 97,6 г; содержание основных пигментов составило: хлорофилл a - 4,72 мг/г; хлорофилл b - 2,86 мг/г, каратиноиды - 1,08 мг/г.
Пример 6 (контрольный, по прототипу, с использованием традиционной янтарной кислоты)
Опыт проводят аналогично примеру 4, однако замачивание семян осуществляют в водном растворе традиционной янтарной кислоты с размером кристаллов 1-2 мм. Прорастание семян происходило на 6 день, фаза цветения первой кисти - на 46 день от начала всходов.
На 145 день было проведено взвешивание плодов, при этом средняя сырая масса плодов с 1 растения составила 2574 г, сухая - 104,4 г; содержание основных пигментов составило: хлорофилл a - 4,8 мг/г; хлорофилл b - 2,93 мг/г, каратиноиды - 1,05 мг/г.
Сравнение результатов, описанных в примерах 4-6, показывает, что предложенный регулятор роста повышает энергию прорастания семян (ускоряет появление всходов на 33%) и ускоряет развитие растений. При этом использование предложенного регулятора роста растений повышает урожайность томата с 2574 г до 3840 г, т.е. на 49% и увеличивает накопление основных пигментов.
Пример 7
Предлагаемый регулятор роста получают путем растворения 3,5 г янтарной кислоты в 500 мл воды. Полученный раствор переливают в пенициллиновые флаконы емкостью 10 мл и подвергают лиофильной сушке в вакууме. Получают 3,5 г порошкообразного продукта. Методом СЭМ было показано, что полученная янтарная кислота имеет размер кристаллов 30-70 мкм.
Навеску 1 г полученной янтарной кислоты растворяют в 100 л воды с получением раствора, имеющего концентрацию янтарной кислоты 0,01 г/л. В него также добавляли 2 л жидкого протравливателя «Кайзер», 4,2 л жидкого протравливателя «Максим форте», 5 л жидкого протравливателя «Бисолби сан». Затем в полученный раствор засыпают 10 тонн семян озимой пшеницы сорта «Льговская», после чего семена выдерживают 24 ч в указанном растворе. После обработки семян их высевали на опытном поле площадью 17 га, находящемся в Курской области.
Прорастание семян происходило на 6-ые сутки.
На 30-ые сутки, в фазе кущения, была измерена длина корня 10 случайно выбранных растений. Средняя длина составила 8 см.
На 110 сутки был собран урожай в размере 452 ц, что соответствует урожайности 26,6 ц/га, при этом содержание клейковины в зерне составило 26%.
Пример 8 (контрольный, без использования предложенного регулятора роста).
Опыт проводят аналогично примеру 7, однако замачивание семян осуществляют в воде с протравливателями, не содержащей предложенного регулятора роста. Семена высевали на опытном поле площадью 15 га, находящемся в Курской области.
Прорастание семян происходило на 7-ые сутки.
На 30-е сутки, в фазе кущения, была измерена длина корня 10 случайно выбранных растений. Средняя длина составила 5 см.
На 110 сутки был собран урожай в размере 309 ц, что соответствует урожайности 23,8 ц/га, при этом содержание клейковины в зерне составило 20%.
Пример 9 (контрольный, по прототипу, с использованием традиционной янтарной кислоты)
Опыт проводят аналогично примеру 7, однако замачивание семян осуществляют в водном растворе традиционной янтарной кислоты с размером кристаллов 1-2 мм.
Прорастание семян происходило на 7-ые сутки.
На 30-ые сутки, в фазе кущения, была измерена длина корня 10 случайно выбранных растений. Средняя длина составила 6 см.
На 110 сутки был собран урожай в размере 380 ц, что соответствует урожайности 25,3 ц/га, при этом содержание клейковины в зерне составило 24%.
Сравнение результатов, описанных в примерах 7-9, показывает, что предложенный регулятор роста по сравнению с прототипом повышает энергию прорастания семян и ускоряет развитие растений на 14,3% по сроку до появления всходов и на 33% по длине корня перед началом зимнего периода. При этом использование предложенного регулятора роста растений увеличивает урожайность в сравнении с прототипом на 4,9% (с 25,3 до 26,6 ц/га) и повышает качество зерна (содержание клейковины) на 8,3% (с 24 до 26%).
Таким образом, из приведенных примеров видно, что предложенный регулятор роста растений по сравнению с прототипом действительно повышает энергию роста растений на 14,3-33% и повышает их урожайность на 4,9-49%.