СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТИМУЛЯТОРА РОСТА ДЛЯ СЕМЯН ХВОЙНЫХ РАСТЕНИЙ
METHOD FOR OBTAINING A GROWTH STIMULANT FOR CONIFEROUS PLANT SEEDS

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к биологически активным веществам, обладающим ростостимулирующей активностью.
Известен способ получения стимулятора роста для предпосевной обработки семян сосны обыкновенной, включающий использование экстракта, содержащего природные ауксины, полученные путем измельчения хвои и 1-2-летних побегов можжевельника обыкновенного с последующей экстракцией их водой из расчета 40 г на 1 литр воды в течение 24 часов, при этом обработку семян осуществляют посредством намачивания семян сосны обыкновенной в экстракте из расчета 3-4 литра на 1 кг семян с выдержкой в течение 18-24 часов при температуре 20-22°С (Патент RU, №2569017, МПК А01С 1/06, 2015).
Недостатком существующего способа получения экстрактов на основе побегов и хвои можжевельника является сокращающаяся территория распространения можжевельника обыкновенного, а, следовательно, трудность заготовки и хранения в достаточных количествах биологического материала.
Известен способ получения рострегулирующего препарата, полученного путем последовательной обработки воздушно-сухого растительного сырья из надземной части растений Echinacea purpurea, включающий экстракцию его 90-96%-ным эталоном при соотношении этанола и сырья 59-61:1, соответственно. Затем осуществляют последующее подкисление полученного экстракта салициловой кислотой до рН не более 5,0, отделение от экстракта фракции растительных ингибиторов путем дальнейшей очистки его полимерным сорбентом и концентрирование экстракта выпариванием. Полученный регулятор роста включает производные гидроксикоричных кислот - цикориевую кислоту, хлорогеновую кислоту и кофейную кислоту в массовом соотношении их соответственно 79-81:14-16:4-6, с концентрацией их в препарате 0,009-0,11 мг/мл и поверхностно-активное вещество на основе оксиэтилированного алкилфенола при соотношении их 1:1. Указанный регулятор роста эффективен при замачивании семян огурцов, томатов, перца сладкого, гороха, яровой пшеницы и ярового ячменя в количестве 0,2-1,0 мг/т, при опрыскивании вегетирующих растений гороха, яровой пшеницы и ярового ячменя, сеянцев лиственницы сибирской, сосны обыкновенной, кедра сибирского, деревьев вишни, кустов черной смородины в количестве 0,1-10 мг/га, при укоренении черенков сакуры японской, миндаля трехлопастного, роз группы флорибунда и чайно-гибридных, клематиса, а также способствует повышению устойчивости растений к фитопатогенам, проявляет иммуномодулирующее и антистрессовое действие (RU 2257059, МПК A01N 39/00, A01N 39/02, А01Р 21/00,2005).
Недостатками указанного способа являются труднодоступность сырья для приготовления экстрактов, сложный многоэтапный процесс получения конечного продукта.
Наиболее близким техническим решением к заявленному способу является способ получения регулятора роста растений, включающий обработку измельченной древесной зелени пихты 0,5-20%-ным водным раствором гидроксида или 1-20%-ным водным раствором карбоната щелочного металла в соотношении сырье: экстрагент 1:5-12 с последующим отделением твердой фракции. Причем содержит активное вещество в виде водорастворимых солей тритерпеновых кислот, смесь натриевой или калиевой соли тритерпеновых кислот в качестве действующего вещества и нейтральных компонентов хвои при соотношении 1:0.1-0.2 соответственно при следующем соотношении компонентов, мас.%: действующее вещество - 0,025-25, водно-щелочной раствор - остальное. (Патент RU, №2298327, МПК A01N 65/00, А01Р 21/00, А01Р 3/00, 2007).
Недостатком известного способа является значительный расход реагентов (0,5-20%-ные водные растворы гидроксида или 1-20%-ные водные растворы карбоната щелочного металла в соотношении сырье: экстрагент 1:5-12), что существенно усложняет процесс и делает его дороже.
Задачей предлагаемого изобретения является упрощение процесса получения стимуляторов роста растений для семян хвойных растений и снижение себестоимости препарата.
Техническим результатом настоящего изобретения является упрощение процесса получения стимулятора роста растений без применения органических растворителей, а также получение препарата экологически чистым, доступным и экономически выгодным с более низкой нормой расхода для обеспечения высокой скорости прорастания семян ели сибирской (Picea obovata (L.)), сосны обыкновенной (Pinus sylvestris (L.)), пихты сибирской (Abies sibirica (L.)) и лиственницы сибирской (Larix sibirica (L).) на основе экстракта древесной зелени пихты и ели сибирской.
Технический результат достигается за счет того, что в способе получения стимулятора роста для семян хвойных растений, согласно изобретению, в измельченную древесную зелень пихты сибирской и ели сибирской добавляют дистиллированную воду, экстрагируют в условиях вакуума 0,06-0,08 МПа при температуре 45±0,5°С в течение 180-240 мин при постоянном перемешивании, полученный экстракт фильтруют и переносят в герметичную емкость с возможностью нагрева, далее к оставшейся горячей древесной зелени добавляют дистиллированную воду и проводят повторную экстракцию в тех же условиях, фильтруют и соединяют первую порцию экстракта со второй с последующим концентрированием путем частичного выпаривания жидкой части экстракта при температуре 40-45°С в вакууме 0,07 МПа в течение 120 мин, причем способ осуществляют при следующем соотношении исходных компонентов, мас.%: древесная зелень пихты сибирской - 1, древесная зелень ели сибирской - 2, дистиллированная вода - 97.
Для решения технической задачи изобретения предложен способ получения стимулятора роста семян хвойных растений из древесной зелени пихты сибирской и ели сибирской для таких растений, как ели сибирской (Picea obovata (L.)), сосны обыкновенной (Pinus sylvestris (L.)), пихты сибирской (Abies sibirica (L.)) и лиственницы сибирской (Larix sibirica (L).), отличающихся вынужденным покоем, а в дальнейшем увеличение выхода стандартного посадочного материала с единицы площади.
Предлагаемый способ получения стимулятора роста семян хвойных растений осуществляется следующим образом.
Подготовленное сырье укладывают в герметичную емкость, с возможностью нагрева, создания низкого вакуума и механического перемешивания, например, вакуумный экстрактор со встроенным миксером (далее - экстрактор). В качестве растительного сырья может использоваться древесная зелень (побеги, хвоя) пихты сибирской и ели сибирской. Древесную зелень измельчают до размеров частиц от 15 до 20 мм. В настоящей технологии в качестве экстрагента применяется дистиллированная вода, которая характеризуется рядом преимуществ: хорошо проникает через клеточные стенки; обладает фармакологической индифферентностью; является универсальным экстрагентом: растворяет многие биологически активные вещества. Воду добавляют из расчета 10-20 л на 1 кг древесной зелени пихты сибирской и ели сибирской. Процесс экстрагирования является основной стадией получения экстрактов из сырья растительного происхождения. Экстракцию проводят в условиях вакуума 0,06-0,08 МПа. Экстракционную массу в герметично закрывающейся емкости с перемешивающим устройством (экстракторе) нагревают до 45±0,5°С. Частота вращения перемешивающего устройства, например, миксера, 10-100 оборотов в мин. Экстрагирование проводят в течение 180-240 мин при перемешивании в указанном режиме.
Известно, что биологически активные вещества в сухой древесной зелени находятся либо в виде раствора внутри клеток, либо на стенках клеток. При экстрагировании высушенного сырья процесс извлечения биологически активных веществ складывается из следующих стадий: проникновение экстрагента в сырье; смачивание веществ, находящихся в клетке; растворение биологически активных веществ в клетке и смыв веществ из разрушенных клеток и открытых пор; массоперенос веществ через пористые перегородки клеточной стенки путем молекулярной диффузии. В предлагаемом способе экстрагирования происходит разрушение целостности (растрескивание) клеточных структур, нагрев необходим, чтобы активизировать диффузию молекул биологически активных веществ, компенсировать падение температуры, вызванное испарением воды. Создание пониженного давления внутри экстрактора и нагрев экстракционной массы позволяет интенсифицировать экстракцию растительного сырья. Уменьшение давления позволяет, с одной стороны, увеличить механическую нагрузку, оказываемую на стенки клеток экстракционной массы, и, с другой стороны, снизить температуру экстракции, увеличив сохранность термолабильных экстрактивных веществ. Время экстракции при пониженном давлении в соответствии с изобретением составляет всего 180-240 мин. Полученный экстракт фильтруют с помощью фильтровальной установки для отделения от остатков сырья в промежуточную емкость. Из емкости фильтрат переносят в герметичную емкость с возможностью нагрева, создания низкого вакуума, конденсации паров и удаления конденсата и механического перемешивания, например, в вакуумно-выпарной аппарат (далее - концентратор) для концентрирования. В экстрактор к оставшейся горячей массе древесной зелени добавляют воду в объеме, равном 3-7 л на 1 кг сухого сырья. Проводят второе экстрагирование при тех же условиях в течение 180-240 мин. Вторую порцию экстракта соединяют с первой.
Концентрирование объединенной фракции экстракта производится путем частичного выпаривания жидкой части экстракта в концентраторе при температуре 40-45°С в вакууме 0,07 МПа в течение 120 мин.
Концентрирование продолжается до получения необходимой концентрации тритерпеновых кислот, смесь натриевой или калиевой соли тритерпеновых кислот в качестве действующего вещества и нейтральных компонентов хвои полифенолов, флавоноидов или других биологически активных веществ, далее концентрат охлаждают до 2-10°С, например, в холодильнике или в реакторе с возможностью охлаждения. Проводят очистку концентрата: концентрат фильтруют с помощью вакуумной фильтрационной установки или центрифугируют с помощью рефрижераторной центрифуги при 3000 об/мин и температуре 5-10°С в течение 6-10 минут.Для получения более концентрированного экстракта возможно повторное выпаривание в концентраторе при тех же условиях. Полученный очищенный концентрат переносят в стерильную емкость и хранят при температуре 2-8°С.
При температуре менее 45°С происходит снижение содержания экстрактивных веществ в растворе, а при температуре более 45°С не наблюдают увеличение содержания экстрактивных веществ в получаемых препаратах, далее экстрагент сливали и концентрировали с отгонкой растворителя на роторном вакуум-выпарном испарителе при температуре 40°С и давлении 0,07 МПа в течение 2 часов. После охлаждения до комнатной температуры концентрированного экстракта хвои и побегов пихты сибирской и ели сибирской разливали в емкости из темного стекла и плотно закрывали крышками для дальнейшего использования.
Осуществление экстракции в течение 200 минут позволяет получать экстракты с наибольшим содержанием экстрактивных веществ, обладающих ростостимулирующей активностью. Сокращение продолжительности экстракции до 180 минут не обеспечивает достаточного содержания экстрактивных веществ в растворе, следовательно, полученные экстракты будут обладать меньшей ростостимулирующей активностью. Увеличение продолжительности экстракции до 240 минут не приводит к увеличению содержания экстрактивных веществ в растворе, следовательно, нецелесообразно увеличивать время процесса.
Проведение экстракции при гидромодуле 1:(35±2) обеспечивает максимальный выход в раствор компонентов хвои, обеспечивающих ростостимулирующий эффект получаемого экстракта. Кроме того, экстракты, полученные при использовании данного гидромодуля, сохраняют свою активность при хранении при температуре 4±0,5°С в течение месяца. При снижении гидромодуля ниже 1:25 не происходит заметного увеличения содержания экстрактивных веществ в растворе, однако растворы перед использованием необходимо разбавлять в 7000 раз, что сокращает активность экстракта при хранении в течение 2 недель при температуре 4±0,5°С, после чего в растворе выпадает осадок, а ростостимулирующие свойства утрачиваются. При увеличении гидромодуля свыше 1:35 происходит снижение содержания экстрактивных веществ в растворе, при хранении растворы сохраняют свою ростостимулирующую активность в течение 3 недель при температуре 4±0,5°С, после чего в растворе выпадает осадок, а ростостимулирующие свойства утрачиваются.
Полученный концентрированный экстракт из древесной зелени пихты сибирской и ели сибирской содержит сумму биологически активных веществ (аскорбиновую кислоту, каротиноиды, хлорофилл, фитонциды, полифенолы и микроэлементы); семена ели сибирской (Picea obovata (L.)), сосны обыкновенной (Pinus sylvestris (L.)), пихты сибирской (Abies sibirica (L.)) и лиственницы сибирской (Larix sibirica (L).) выдерживают в водном растворе концентрированного экстракта хвои и побегов пихты сибирской и ели сибирской, при концентрации концентрированного экстракта 8-10 микролитров на литр воды, расход концентрированного экстракта составляет 20-25 микролитров на 1 кг семян.
Выбранная концентрация 8-10 микролитров на литр воды определена экспериментально. При концентрации экстракта менее 8 микролитров на литр воды ростостимулирующее действие снижется, а при более 10 микролитров - наблюдается ингибирующее действие на семена.
Способ получения стимулятора роста семян хвойных растений поясняется следующими примерами.
Пример 1
Навеску измельченного растительного сырья (древесной зелени) пихты сибирской (250 г) и ели сибирской (500 г) закладывают в вакуумный экстрактор, добавляют дистиллированную воду при гидромодуле 1:(35±2). Экстракционную массу в вакуумном экстракторе нагревают до 45±0,5°С в условиях вакуума, 0,06 МПа, и перемешивают миксером с частотой вращения 45 оборотов в мин. Экстрагирование проводят в течение 180 мин. Полученный экстракт фильтруют с помощью фильтровальной установки для отделения от остатков сырья в промежуточную емкость. Из емкости фильтрат переносят в вакуумно-выпарной аппарат для концентрирования. В экстрактор к оставшейся массе добавляют воду в объеме, равном 3 л на 1 кг сухого сырья. Проводят второе экстрагирование при тех же условиях в течение 180 мин. Вторую порцию экстракта соединяют с первой. Концентрирование объединенной фракции экстракта производится путем ре 40°С в вакууме 0,07 МПа в течение 120 мин. Концентрат охлаждают в холодильной камере частичного выпаривания жидкой части экстракта в вакуумно-выпарном аппарате, при температуре с рабочим режимом 2-8°С и фильтруют с помощью фильтрационной установки.
Пример 2 (оптимальный вариант)
Навеску измельченного растительного сырья (древесной зелени) пихты сибирской (250 г) и ели сибирской (500 г) закладывают в вакуумный экстрактор, добавляют дистиллированную воду при гидромодуле 1:(35±2). Экстракционную массу в вакуумном экстракторе нагревают до 45±0,5°С в условиях вакуума, 0,07 МПа, и перемешивают миксером с частотой вращения 65 оборотов в мин. Экстрагирование проводят в течение 200 мин. Полученный экстракт фильтруют с помощью фильтровальной установки для отделения от остатков сырья в промежуточную емкость. Из емкости фильтрат переносят в вакуумно-выпарной аппарат для концентрирования. В экстрактор к оставшейся массе добавляют воду в объеме, равном 5 л на 1 кг сухого сырья. Проводят второе экстрагирование при тех же условиях в течение 200 мин. Вторую порцию экстракта соединяют с первой. Концентрирование объединенной фракции экстракта производится путем частичного выпаривания жидкой части экстракта в вакуумно-выпарном, аппарате, при температуре 40°С в вакууме 0,07 МПа в течение 120 мин. Концентрат охлаждают в холодильной камере с рабочим режимом 2-8°С и фильтруют с помощью фильтрационной установки.
Пример 3
Навеску измельченного растительного сырья (древесной зелени) пихты сибирской (250 г) и ели сибирской (500 г) закладывают в вакуумный экстрактор, добавляют дистиллированную воду при гидромодуле 1:(35±2). Экстракционную массу в вакуумном экстракторе нагревают до 45±0,5°С в условиях вакуума, 0,08 МПа, и перемешивают миксером с частотой вращения 45 оборотов в мин. Экстрагирование проводят в течение 240 мин. Полученный экстракт фильтруют с помощью фильтровальной установки для отделения от остатков сырья в промежуточную емкость. Из емкости фильтрат переносят в вакуумно-выпарной аппарат для концентрирования. В экстрактор к оставшейся массе добавляют воду в объеме, равном 7 л на 1 кг сухого сырья. Проводят второе экстрагирование при тех же условиях в течение 240 мин. Вторую порцию экстракта соединяют с первой. Концентрирование объединенной фракции экстракта производится путем частичного выпаривания жидкой части экстракта в вакуумно-выпарном аппарате, при температуре 40°С в вакууме 0,07 МПа в течение 120 мин. Концентрат охлаждают в холодильной камере с рабочим режимом 2-8°С и фильтруют с помощью фильтрационной установки.
Предлагаемый способ получения препарата фенольной природы из растительного сырья обеспечивает значительное увеличение концентрации тритерпеновых кислот, смесь натриевой или калиевой соли тритерпеновых кислот в качестве действующего вещества и нейтральных компонентов, веществ фенольной природы, концентрации полифенолов и других биологически активных веществ, расширение спектра действия, уменьшается время получения препарата, а также затраты на энергоресурсы. Кроме того, этап нагревания по данному способу может проводиться при температуре, преимущественно меньшей 80°С, что позволит осуществить экстракцию продуктов, имеющих тенденцию к деградации (распаду) под действием теплоты (термолабильных веществ). В соответствии с изобретением, экстракция осуществляется при механическом перемешивании растительного сырья, такое перемешивание позволяет увеличить взаимодействие сырья с экстрагентом, усилить механическое воздействие на растительное сырье и обогащение вытяжки целевыми биологически активными веществами. Преимуществом этого способа является кратковременность процесса экстракции, сохранение всех свойств и повышение выхода биологически активных веществ.
Сущность заявляемого изобретения поясняется примером (табл. 1).
Для изучения влияния на показатели качества семян хвойных растений (энергию прорастания, техническую и абсолютную всхожесть) отобраны семена местной репродукции, отличающихся физиологическим покоем: ель сибирская (Picea obovata (L.)), сосна обыкновенная (Pinus sylvestris (L.)), пихта сибирская (Abies sibirica (L.)) и лиственница сибирская (Larix sibirica (L).). Анализируемые семена имели 3 класс качества, а срок их хранения - 4 года. Определение показателей качества семян проводилось согласно ГОСТ 13056.6-97. Контрольный вариант заключался в замачивании семян в дистиллированной воде в течение 24 часов, а предлагаемый вариант - в течение 20 часов в водном растворе концентрированного экстракта хвои и побегов пихты сибирской и ели с концентрацией экстракта 8-10 микролитров на литр воды. Расход экстракта составлял 20-25 микролитра на 1 кг семян.
В результате проведенных исследований выявлено существенное влияние обработки семян 3 класса различных хвойных растений на их качественные показатели. Энергия прорастания семян, в сравнении с контролем, по ели сибирской увеличилась на 27,5%, по сосне обыкновенной - на 32,1%, по пихте сибирской - на 38,9%, по лиственнице сибирской - 33,2%. Техническая и абсолютная всхожесть повысились по ели сибирской - на 20,8 и 19,3%, по сосне обыкновенной - на 22,7 и 22,3%, по пихте сибирской - на 19,8 и 18,7%, по лиственнице сибирской - на 21,8 и 19,2% соответственно. Различия рассматриваемых показателей являются статистически достоверными (td>l,97, р<0,05).
Анализ обширных экспериментальных данных показал, что использование настоящего изобретения способствует повышению показателей качества семян ели сибирской, сосны обыкновенной, пихты сибирской и лиственницы сибирской (энергии прорастания, технической и абсолютной всхожести), ускорению ростовых процессов и устойчивости всходов против бактериальных и грибковых поражений.