УСИЛЕНИЕ РОСТА РАСТЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КАТИОННЫХ ГУАРОВ
ENHANCED PLANT GROWTH USING CATIONIC GUARS

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
Настоящая заявка испрашивает приоритет РСТ международной заявки № PCT/CN2014/094667, поданной 23 декабря 2014, все содержание этой заявки включено здесь посредством ссылки для всех целей.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к способу усиления роста растения посредством контактирования семян указанного растения с композицией, содержащей, по меньшей мере, катионный гуар. В частности, способ позволяет растению увеличивать его биомассу и достигать зрелости. Изобретение также относится к композиции для обработки семян, используемой в указанном способе.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Экономические требования, экологические проблемы и экологические соображения требуют, чтобы фермеры постоянно улучшали свою сельскохозяйственную практику. Эти экономические требования предполагают, чтобы фермеры применяли наиболее эффективные с точки зрения затрат методы с целью получения более высоких урожаев при использовании меньшего количества химических веществ с более низкой токсичностью по экологическим соображениям. Наконец, экологические соображения привели к разработке интегрированных систем борьбы с вредителями, что дополнительно требует от фермеров способности производить сельскохозяйственные культуры с урожайностью и качеством, соответствующим экономическим ограничениям, преобладающим на современном рынке.
Обработка растений, почвы и семян применяется почти для каждой технической культуры на современном рынке. В эту эпоху интенсивного сельского хозяйства семена модифицируют для получения более высоких урожаев и высокого качества.
В качестве примера в международной патентной заявке WO2004071195 раскрывается способ повышения урожайности и ускорения появления всходов сельскохозяйственных культур, включающий нанесение композиции, содержащей полисахарид, на семена или посадочный материал указанной сельскохозяйственной культуры или на почву, в которой выращивается указанная сельскохозяйственной культура.
В патенте США 5554445 описывается способ нанесения тонкого слоя на семена с использованием микрокристаллического хитозана в виде жидкой дисперсии с образованием на поверхности семян высоко адгезивной, проницаемой, биодеградируемой и биоактивной пленки. Приготовление семян, покрытых тонким слоем, включает обеспечение однородного покрытия семян при использовании смеси семян, нанесение тонкого слоя вещества и/или красителей и/или питательных сред, которые необязательно смешиваются при приготовлении. Однако энергия прорастания, указанная в этом предшествующем уровне техники, явно недостаточна, поскольку можно увеличить количество взошедших растений, но без значительного улучшения роста.
В международной патентной заявке WO2014005555 раскрывается способ усиления роста растения покрытием семян указанного растения композицией, содержащей, по меньшей мере, катионный гуар, имеющий среднюю молекулярную массу от около 100000 дальтон до 3500000 дальтон. Катионные гуары, раскрытые в WO2014005555, имеют относительно высокую молекулярную массу. Одна из проблем заключается в том, что если такие катионные гуары готовят в виде водной композиции для покрытия семян, то водная композиция может стать очень густой и иметь плохую текучесть. Эта проблема возникает, даже если в водной композиции присутствуют низкие концентрации катионных гуаров. Это вызовет проблемы при нанесении водной композиции для покрытия семян.
Существует потребность в разработке соответствующего требованиям способа повышения скорости прорастания и урожайности растения, а также усиления роста растения, в частности способа, который может позволить растению развиваться и увеличивать его биомассу.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Представляется, что в настоящее время можно обеспечить способ обработки семян, который позволяет усилить рост растения, в частности способ, позволяющий растению увеличивать его биомассу и достигать зрелости. Способ также позволяет увеличить количество стручков, скорость прорастания, массу зерен и размер, длину корней и высоту ростков, полную урожайность полученных растений даже в условиях, при которых орошение является недостаточным.
В одном аспекте настоящее изобретение относится к способу усиления роста растения, который включает, по меньшей мере, стадию контактирования семян указанного растения с композицией, содержащей, по меньшей мере, катионный гуар, имеющий среднюю молекулярную массу от около 2000 дальтон до около 90000 дальтон.
В одном варианте осуществления способ включает покрытие семян указанного растения указанной композицией. Затем покрытые семена можно вносить на или в почву, в частности для приведения в контакт покрытых семян с грунтом.
В другом варианте осуществления способ может быть способом «нанесения покрытия на месте». В частности, такой способ включает стадии посадки в лунку или борозду в почве семян растения и затем нанесение композиции, содержащей, по меньшей мере, катионный гуар, имеющий среднюю молекулярную массу от около 2000 дальтон до около 90000 дальтон, с целью окружить или частично окружить или расположить рядом с указанными семенами, в результате чего семена указанного растения можно привести в контакт с указанной композицией, в частности с указанным катионным гуаром.
В еще одном варианте осуществления способ включает внесение композиции, содержащей, по меньшей мере, катионный гуар, имеющий среднюю молекулярную массу от около 2000 дальтон до около 90000 дальтон, в почву, в которой выращивается растение.
Способ по настоящему изобретению также позволяет снизить вредное воздействие фунгицидов и гербицидов, которые негативно влияют на скорость прорастания и рост растений.
Способ по настоящему изобретению можно легко осуществить с использованием обычного и имеющегося на рынке оборудования.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На протяжении всего описания, включая формулу изобретения, термин «содержащий один» или «содержащий» следует понимать как синоним термину «содержащий, по меньшей мере, один», если не указано иное, «в диапазоне» и «от... до...» следует понимать как включающие ограничения.
В том смысле, в котором здесь используется «весовой процент», «вес.%», «процент по весу», «% по весу» и их вариации, они относятся к концентрации вещества в виде веса этого вещества, разделенного на общий вес композиции и умноженного на 100.
В том смысле, в котором здесь используется термин «алкил», он означает неразветвленную или разветвленную насыщенную алифатическую углеводородную группу и предназначен для включения как «незамещенного алкила», так и «замещенного алкила», последний из которых относится к алкильным остаткам, имеющим заместители (такие как гидроксильная группа и галогенная группа), замещающие водород, находящийся при одном или более атомах углерода алкильной группы. В том смысле, в котором здесь используется термин «алкенил», он относится к алифатической группе, содержащей, по меньшей мере, одну двойную связь, и предназначен для включения как «незамещенных алкенилов», так и «замещенных алкенилов», последний из которых относится к алкенильным остаткам, имеющим заместители (такие как гидроксильная группа и галогенная группа), замещающие водород, находящийся при одном или более атомах углерода алкенильной группы.
В одном аспекте настоящее изобретение относится к способу усиления роста растения, который включает стадию контактирования семян указанного растения с композицией, содержащей, по меньшей мере, катионный гуар, имеющий среднюю молекулярную массу от около 2000 дальтон до около 90000 дальтон.
В одном варианте осуществления семена представляют собой необработанные семена, которые не были обработаны никаким веществом. В другом варианте осуществления семена представляют собой семена, которые были обработаны веществом, отличающимся от композиции по настоящему изобретению, например, семена, которые были обработаны агрохимикатом, таким как фунгицид и инсектицид.
Гуары представляют собой полисахариды, состоящие из сахаров галактозы и маннозы. Основа представляет собой линейную цепь β-1,4-связанных остатков маннозы, к которым присоединены 1,6-связями остатки галактозы в среднем к каждому второму остатку маннозы, образуя короткие боковые ветви.
В контексте настоящего изобретения «катионный гуар» означает катионное производное гуара. «Катионный» означает постоянно положительно заряженный независимо от значения рН или не постоянно заряженный, например, производное, которое может быть катионным ниже заданного значения рН и нейтральным выше этого значения рН. В частности, катионный гуар представляет собой химически модифицированное производное гуара, которое имеет или потенциально имеет чистый положительный заряд при нейтральном значении рН водной среды.
Растение по настоящему изобретению может представлять собой сельскохозяйственное и плодоовощное растение, кустарник, дерево и травянистое растение, далее иногда обобщенно называемое растение.
Семена по настоящему изобретению могут представлять собой семена сельскохозяйственных культур или видов растений, которые включают, но не ограничиваются ими, кукурузу (Zea mays), Brassica sp. (например, B. napus, B. rapa, B. juncea), люцерну (Medicago sativa), рис (Oryza sativa), рожь (Secale cereale), сорго (Sorghum bicolor, Sorghum vulgare), просо (например, просо африканское (Pennisetum glaucum), просо посевное (Panicum miliaceum), просо итальянское (Setaria italica), просо пальчатое (Eleusine coracana)), подсолнечник (Helianthus annuus), сафлор (Carthamus tinctorius), пшеницу (Triticum aestivum), сою (Glycine max), табак (Nicotiana tabacum), картофель (Solanum tuberosum), арахис (Arachis hypogaea), хлопчатник (Gossypium barbadense, Gossypium hirsutum), батат (Ipomoea batatus), маниок (Manihot esculenta), кофе (Cofea spp.), кокос (Cocos Орехи), ананас (Ananas comosus), цитрусовые деревья (Citrus spp.), какао (Theobroma cacao), чай (Camellia sinensis), банан (Musa spp.), авокадо (Persea americana), инжир (Ficus casica), гуаву (Psidium guajava), манго (Mangifera indica), оливу (Olea europaea), папайю (Carica papaya), кешью (Anacardium occidentale), макадамию (Macadamia integrifolia), миндаль (Prunus amygdalus), сахарную свеклу (Beta vulgaris), сахарный тростник (Saccharum spp.), овес, ячмень, овощи, декоративные растения, древесные растения, такие как хвойные и лиственные деревья, тыкву крупноплодную, тыкву обыкновенную, коноплю, цукини, яблоню, грушу, айву, дыню, сливу, вишню, персик, нектарин, абрикос, землянику, виноград, малину, ежевику, сою, сорго, сахарный тростник, рапс, клевер, морковь и Arabidopsis thaliana.
В одном варианте осуществления семена представляет собой семена овощных культур, которые включают, но не ограничиваются ими, томаты (Lycopersicon esculentum), латук (например, Lactuca sativa), зеленую фасоль (Phaseolus vulgaris), лимскую фасоль (Phaseolus limensis), горох (Lathyrus spp.), цветную капусту, брокколи, репу, редис, шпинат, спаржу, лук, чеснок, перец, сельдерей и представителей рода Cucumis, таких как огурец (C. sativus), канталупа (C. cantalupensis) и мускусная дыня (C. melo).
В одном варианте осуществления семена представляют собой семена декоративных культур, которые включают, но не ограничиваются ими, гортензию (Macrobylla hydrangea), гибискус (Hibiscus rosasanensis), петунию (Petunia hybrida), розы (Rosa spp.), азалию (Rhododendron spp.), тюльпаны (Tulipa spp.), нарциссы (Narcissus spp.), гвоздику (Dianthus caryophyllus), пуансеттию (Euphorbia pulcherrima) и хризантему.
В одном варианте осуществления семена представляют собой семена хвойных пород, которые включают, но не ограничиваются ими, хвойные породы типа сосна, такие как сосна ладанная (Pinus taeda), сосна Эллиота (Pinus elliotii), сосна желтая (Pinus ponderosa), сосна скрученная широкохвойная (Pinus contorta) и сосна лучистая (Pinus radiata), дугласовая пихта (Pseudotsuga menziesii); тсуга канадская (Tsuga canadensis); ель сизая (Picea glauca); секвойя вечнозеленая (Sequoia sempervirens); настоящие пихты, такие как пихта миловидная (Abies amabilis) и пихта бальзамическая (Abies balsamea); и кедры, такие как туя складчатая (Thuja plicata) и кипарисовик нутканский (Chamaecyparis nootkatensis).
В одном варианте осуществления семена представляют собой семена бобовых культур, которые включают, но не ограничиваются ими, бобы, фасоль и горох. Фасоль включает гуаровую фасоль, плоды рожкового дерева, пажитник, сою, фасоль обыкновенную, горох коровий, фасоль золотистую, лимскую фасоль, конские бобы, чечевицу, нут, фасоль аконитолистную, кормовые бобы, фасоль многоцветковую, чечевицу и зрелую фасоль. Бобы включают, но не ограничиваются ими, растения рода Арахис, например, арахис, растения рода Вика, например, вязель, вику мохнатую, фасоль адзуки, маш и нут, растения рода Люпин, например, люпин, трилистник, растения рода Фасоль, например, турецкие бобы и лимскую фасоль, растения рода Горох, например, конские бобы, растения рода Донник, например, клевер, растения рода Люцерна, например люцерну, растения рода Лотос, например, трилистник, растения рода Чечевица, например, чечевицу и аморфу кустарниковую. Типичные кормовые и газонные травы для использования в описанных здесь способах включают, но не ограничиваются ими, люцерну, ежу сборную, овсяницу тростниковую, плевел многолетний, полевицу белую, люцерну посевную, лядвенец рогатый, клевер, виды стилозантеса, Lotononis bainessii, эспарцет и полевицу белую. Другие виды травянистых растений включают ячмень, пшеницу, овес, рожь, ежу сборную, просо гвинейское, сорго или газонную траву.
В частности, семена представляют собой семена следующих сельскохозяйственных культур и овощей: кукурузы, пшеницы, сорго, сои, томата, цветной капусты, редиса, капусты, канолы, латука, райграсса, травянистого растения, риса, хлопчатника, подсолнечника и тому подобного.
Подразумевается, что термин «семена» или «саженец» не ограничивается определенным или конкретным видом культур или семян. Термин «семена» или «саженец» может относиться к семенам одного вида растений, смеси семян нескольких видов растений или смеси семян различных сортов данного вида растения. В одном варианте осуществления семена представляют собой семена сельскохозяйственных культур, которые включают, но не ограничиваются ими, семена риса, кукурузы, пшеницы, ячменя, овса, сои, хлопчатника, подсолнечника, люцерны, сорго, рапса, сахарной свеклы, томатов, фасоли, моркови, табака или цветов.
Катионные гуары по настоящему изобретению можно получить химической модификацией гуаров, обычно природных гуаров, с использованием катионных этерифицирующих агентов. Подходящие катионные этерифицирующие агенты включают первичные, вторичные или третичные аминогруппы или четвертичные, сульфониевые или фосфиниевые группы. В частности, катионные этерифицирующие агенты представляют собой четвертичные аммониевые соли.
Предпочтительно катионные этерифицирующие агенты представляют собой четвертичные аммониевые соли, содержащие три радикала, которые могут быть одинаковыми или разными, выбранными из водорода, алкильного радикала, содержащего от 1 до 22 атомов углерода, в частности от 1 до 14 и предпочтительно от 1 до 3 атомов углерода. Противоион обычно представляет собой галоген, которым в одном варианте осуществления является хлор.
Четвертичными аммониевыми солями могут быть, например: 3-хлор-2-гидроксипропилтриметиламмонийхлорид (CHPTMAC), 2,3-эпоксипропилтриметиламмонийхлорид (EPTAC), диаллилдиметиламмонийхлорид (DMDAAC) или другие катионные реагенты, такие как триметиламмонийпропилметакриламид.
Типичной катионной функциональной группой в этих катионных гуарах является триметиламмоний(2-гидрокси)пропил с противоионом. Можно использовать различные противоионы, которые включают, но не ограничиваются ими, галогениды, такие как хлорид, фторид, бромид и йодид, сульфат, метилсульфат и их смеси.
Катионный гуар по настоящему изобретению можно выбрать из группы, включающей:
катионные гидроксиалкилгуары, такие как катионный гидроксиэтилгуар, катионный гидроксипропилгуар, катионный гидроксибутилгуар, и
катионные карбоксиалкилгуары, включая катионные карбоксиметилгуары, катионные алкилкарбоксигуары, такие как катионный карбоксипропилгуар и катионный карбоксибутилгуар, карбоксиметилгидроксипропилгуар.
В некоторых аспектах катионный гуар по настоящему изобретению представляет собой гуар гидроксипропилтримония хлорид или гидроксипропилгуар гидроксипропилтримония хлорид, в частности, гуар гидроксипропилтримония хлорид.
Степень гидроксиалкилирования (молярное замещение или МЗ) катионных гуаров, то есть количество молекул алкиленоксида, поглощенных в расчете на свободные гидроксильные функции, присутствующие в гуаре, может составлять от 0 до 3, предпочтительно от 0 до 1,7. В качестве примера, МЗ, равное 1, может означать одну этиленоксидную единицу на моносахаридную единицу.
Степень замещения (СЗ) катионных гуаров, то есть среднее количество гидроксильных групп, замещенных на сахаридную единицу, может составлять от 0,005 до 3. В частности, СЗ можно определить титрованием. Катионный гуар по настоящему изобретению может иметь СЗ от 0,005 до 2. Предпочтительно, катионный гуар по настоящему изобретению имеет СЗ от 0,005 до 1. Более предпочтительно катионный гуар по настоящему изобретению имеет СЗ от 0,12 до 0,5.
Плотность заряда (ПЗ) катионных гуаров может составлять от 0,01 до 4,9 мэкв/г, предпочтительно от 0,4 до 2,1 мэкв/г. Плотность заряда относится к соотношению количества положительных зарядов на грамм полимера. Например, ПЗ=1 мэкв/г означает, что на грамм полимера приходится 0,001 зарядов. Плотность заряда, умноженная на молекулярную массу полимера, определяет количество положительно заряженных центров в данной полимерной цепи.
Согласно настоящему изобретению катионный гуар может иметь среднюю молекулярную массу (Mw) от около 2000 дальтон до 90000 дальтон, предпочтительно катионный гуар имеет среднюю молекулярную массу от около 5000 дальтон до 90000 дальтон, более предпочтительно катионный гуар имеет среднюю молекулярную массу от около 10000 дальтон до 60000 дальтон, еще более предпочтительно катионный гуар имеет среднюю молекулярную массу от около 10000 дальтон до 50000 дальтон.
Неожиданно было обнаружено, что растения, семена которых обрабатывают катионным гуаром по настоящему изобретению, демонстрируют более сильный рост корней, чем растения, семена которых обрабатывают высокомолекулярными катионными гуарами. В контексте настоящего изобретения высокомолекулярные катионные гуары означают катионные гуары, имеющие среднюю молекулярную массу 100000 дальтон или более.
Катионный гуар по настоящему изобретению можно получить деполимеризацией катионно модифицированных гуаров, которые имеют высокую молекулярную массу, с возможностью «расщепления» гуаровых полимеров до требуемых размеров. Следует принимать во внимание, что катионный гуар по настоящему изобретению также можно получить деполимеризацией природных гуаров с последующими реакциями катионизации для обеспечения полимеров с катионной функциональностью. В данной области хорошо известны и могут быть применены в настоящем изобретении различные способы деполимеризации, такие как обработка с использованием пероксосоединения (например, пероксида водорода) и облучение. Примеры таких способов раскрываются в патенте США № 4547571, патенте США № 6383344 и патенте США № 7259192. Катионизацию гуаров может легко осуществить квалифицированный специалист с использованием способов, широко известных в данной области. В данной области известны различные способы для получения гуаровых камедей с катионной функциональностью, например, которые раскрываются в публикации патента США № 2008/0112907. Известны также различные способы сшивки гуаров с катионной модификацией гуаров и без нее, смотри, например, патент США № 5532350 и патент США № 5801116. Альтернативно, низкомолекулярные гуары можно получить сбором урожая гуаровых бобов, которые еще находятся на раннем этапе развития, в результате чего собранные гуаровые бобы содержат низкомолекулярные натуральные гуаровые камеди. Затем гуаровые камеди можно подвергнуть катионизации для обеспечения их катионной функциональностью.
Композиция, используемая в способе по настоящему изобретению, может содержать только один катионный гуар, как описано выше. Альтернативно, композиция может содержать более одного катионного гуара.
Композиция может содержать связующее вещество. Связующим веществом (или любым из слоев) может быть меласса, гранулированный сахар, альгинаты, камедь карайи, гуаровая камедь jaguar, трагакантовая камедь, полисахаридная камедь, растительная слизь, желатин, поливинилацетаты, сополимеры поливинилацетата, поливиниловые спирты, сополимеры поливинилового спирта, стирол-акрилатные полимеры, стирол-бутадиеновые полимеры, целлюлозы (включая этилцеллюлозы и метилцеллюлозы, гидроксипропилцеллюлозы, гидроксиметилцеллюлозы, гидроксиметилпропилцеллюлозы), поливинилпирролидоны, декстрины, мальтодекстрины, полисахариды, жиры, масла, белки, аравийские камеди, шеллаки, винилиденхлорид, сополимеры винилиденхлорида, лигносульфонат натрия, лигносульфонаты кальция, акриловые сополимеры, крахмалы, дериватизированные крахмалы, поливинилакрилаты, зеины, карбоксиметилцеллюлоза, хитозан, полиэтиленоксид, акриламидные полимеры и сополимеры, полигидроксиэтилакрилат, мономеры метилакрилимида, альгинат, этилцеллюлоза, полихлоропрен, сиропы или любая их комбинация.
Композиция может также содержать, по меньшей мере, один биологически активный компонент. Биологически активный компонент может быть одним или более гербицидами, регуляторами роста растений, десикантами сельскохозяйственных культур, фунгицидами, бактериоцидами, бактериостатами, инсектицидами, репеллентами для отпугивания насекомых, триазиновыми гербицидами, сульфонилмочевинными гербицидами, урацилами, мочевинными гербицидами, ацетанилидными гербицидами, органофосфатными гербицидами, солями глифосата, сложными эфирами глифосата, нитрилооксимными фунгицидами, имидазольными фунгицидами, триазольными фунгицидами, сульфенамидными фунгицидами, дитиокарбаматными фунгицидами, хлорированными ароматическими соединениями, дихлоранидиновыми фунгицидами, карбаматными инсектицидами, органотиофосфорными инсектицидами; перхлорированными органическими инсектицидами, метоксихлором, майтицидами, пропинилсульфитом, триазапентадиеновыми майтицидами, хлорированными ароматическими майтицидами, тетрадифаном, динитрофенольными майтицидами, бинапакрилом или любыми их смесями.
В некоторых аспектах композиция содержит, по меньшей мере, катионный гуар, как описано выше, и биостимулятор роста растений. Биостимуляторы роста растений обычно представляют собой компоненты, отличающиеся от удобрений, которые влияют на рост растений и/или метаболизм при некорневом внесении или при добавлении в почву. Биостимуляторы роста растений обычно относятся к одной из трех категорий: гормоносодержащие продукты, продукты, содержащие аминокислоту, и продукты, содержащие гуминовую кислоту. Биостимуляторы роста растений используют для обработки сельскохозяйственных культур при промышленной посадке с учетом их способности, например, повышать скорость роста, уменьшать рост сорняков, повышать устойчивость к стрессам, увеличивать интенсивность фотосинтеза и повышать устойчивость к болезням. Обычно полагают, что биостимуляторы роста растений действуют повышением или подавлением гормональной регуляции роста растений.
2
3
2
n
3
3

Композиция может дополнительно содержать пеногаситель. Подходящие пеногасители включают все обычные пеногасители, в том числе силиконовые, и пеногасители на основе перфторалкил фосфиновой и фосфоновой кислот, в частности силиконовые пеногасители, такие как, например, силиконовые масла. Наиболее часто применяемыми пеногасителями являются пеногасители из группы линейных полидиметилсилоксанов, имеющих среднюю динамическую вязкость, измеренную при температуре 25°С, в диапазоне от 1000 до 8000 мПа⋅с (мПа⋅с=миллипаскаль-секунда), обычно от 1200 до 6000 мПа×с, и содержащих диоксид кремния. Диоксид кремния включает поликремниевые кислоты, метакремниевую кислоту, ортокремниевую кислоту, силикагель, гели кремниевой кислоты, осажденный SiO и тому подобное. Пеногасители из группы линейных полидиметилсилоксанов содержат в качестве их химической основы соединение формулы HO-[Si(CH)-O-]-H, в котором концевые группы модифицированы, например, этерификацией или связаны с группами -Si(СН). Неограничивающими примерами пеногасителей данного типа являются RHODORSIL Antifoam 416 (Rhodia) и RHODORSIL Antifoam 481 (Rhodia). Другими подходящими пеногасителями являются RHODORSIL 1824, ANTIMUSSOL 4459-2 (Clariant), Defoamer V 4459 (Clariant), SE Visk и AS EM SE 39 (Wacker). Силиконовые масла можно также применять в форме эмульсий.
Композиция также может содержать другие необязательные компоненты, которые известны специалисту в данной области для обработки семян, такие как пигменты, адъюванты, поверхностно-активные вещества и удобрения.
Композиция может быть твердой или жидкой композицией. В случае, если композиция является твердой, то композиция может находиться в форме порошка, частицы, агломерата, чешуйки, гранулы, драже, таблетки, брикета, пасты, блока, такого как формованный блок, разовой дозы, или другой твердой форме, известной специалистам в данной области. Предпочтительно твердая композиция находится в форме порошка или гранулы.
В некоторых аспектах композиция находится в форме гранулы. Гранулы, содержащие катионный гуар, можно получить трехстадийной процедурой: влажное гранулирование с последующим высушиванием и просеиванием. Стадия влажного гранулирования, в частности, включает внесение и смешивание порошкообразных катионных гуаров и носителя и необязательно других компонентов в грануляционном оборудовании (таком как смеситель-гранулятор). Смешивание проводят с распылением воды в смесь. На стадии влажного гранулирования получают влажные гранулы, содержащие катионные гуары. Весовое соотношение между носителем и катионным гуаром, которые смешивают, может составлять от 20:1 до 1:1, предпочтительно от 20:1 до 10:1. Вводимое содержание воды может составлять от 10 вес.% до 50 вес.% в пересчете на общий вес влажных гранул. Носителем может быть диоксид кремния, аморфный диоксид кремния, осажденный диоксид кремния, гидратированный аморфный диоксид кремния, осажденный диоксид кремния, гидратированный аморфный синтетический силикат кальция, гидрофобизированный осажденный диоксид кремния, силикагель, алюмосиликат натрия, глина, цеолит, бентонит, слоистый силикат, каолин, карбонат натрия, бикарбонат натрия, сульфат натрия, триполифосфат натрия, хлорид натрия, силикат натрия (жидкое стекло), хлорид магния, хлорид кальция, хлорид аммония, сульфат магния, карбонат кальция, оксид кальция и/или сульфат кальция или их смесь. В частности, носитель выбирают из хлорида кальция и карбоната кальция. Стадия сушки, в частности, включает высушивание влажных гранул с использованием потока горячего воздуха. Эту стадию обычно можно проводить в сушилке с псевдоожиженным слоем, снабженной входным отверстием для воздуха и выходным отверстием для воздуха. Стадию просеивания можно проводить с использованием вибрирующей пластины.
Гранулы могут иметь диаметр от 0,1 до 6 мм. Обычно стандартные гранулы имеют диаметр 2-6 мм, а микрогранулы имеют диаметр 0,1-2 мм. Предпочтительно используют микрогранулы, имеющие диаметр 0,5-1,6 мм.
Альтернативно, гранулы, содержащие катионный гуар, можно получить с использованием способов экструзии, хорошо известных специалисту в данной области. Способы экструзии описаны в патенте США № 6146570. Например, катионный гуар и носитель и необязательно другие компоненты можно смешивать при нагревании. Весовое соотношение между носителем и катионным гуаром может составлять от 20:1 до 1:1. Затем связующее вещество можно расплавить и ввести в смесь катионного гуара и носителя. Кроме того, стадию экструзии можно проводить при температуре экструдера, поддерживаемой в диапазоне от 55°С до 65°С. Мягкие теплые гранулы можно формовать и затем можно охлаждать при температуре ниже точки затвердевания расплавленного связующего вещества (например, при комнатной температуре) с целью получения твердых гранул.
В случае, если композиция для обработки семян является жидкой, то жидкая композиция может представлять собой суспензию, дисперсию, жидкий раствор, раствор в жидком носителе, выбранном из воды, органических растворителей или их смеси. Жидкую композицию можно получить смешиванием катионных гуаров, как описано выше, с жидким носителем, необязательно с другими компонентами с использованием обычных способов. Предпочтительно жидкая композиция находится в форме водного раствора. Композиция может содержать от 1 вес.% до 60 вес.% катионного гуара в пересчете на общий вес композиции. Предпочтительно композиция содержит от 5 вес.% до 35 вес.% катионного гуара в пересчете на общий вес композиции. В некоторых аспектах композиция содержит от 30 вес.% до 35 вес.% катионного гуара в пересчете на общий вес композиции. При проведении обработки семян в промышленном масштабе предпочтительно, чтобы жидкая композиция, применяемая для обработки семян, содержала высокую концентрацию катионного гуара, вследствие чего требуется меньший объем жидкой композиции для достижения требуемой при обработке дозы (то есть весовое соотношение катионного гуара к обрабатываемым семенам). Применение небольшого объема жидкой композиции может сэкономить затраты и является менее трудоемким. Однако если концентрация катионного гуара в жидкой композиции увеличивается, то текучесть жидкой композиции значительно уменьшается. В результате жидкая композиция может стать слишком «густой» для эффективного нанесения на семена или почву, и иметь плохую способность к распределению по поверхности семян или также в почве. Например, водная композиция, содержащая 3 вес.% высокомолекулярного катионного гуара, может быть уже очень густой и, следовательно, иметь плохую текучесть. Одно из преимуществ настоящего изобретения заключается в том, что катионный гуар по настоящему изобретению имеет относительно низкую молекулярную массу, например, среднюю молекулярную массу от 2000 дальтон до 90000 дальтон. В этом случае полученная жидкая композиция может сохранять отличную текучесть, даже если катионный гуар присутствует в высоких концентрациях, и поэтому такую жидкую композицию можно удобно применять для обработки семян или почвы. В одном варианте осуществления способ по настоящему изобретению включает стадию, на которой семена покрывают композицией, как описано выше. Затем покрытые семена можно вносить на или в почву, в частности с целью приведения покрытых семян в контакт с почвой.
Подходящие способы нанесения покрытия можно применять для покрытия семян или агломерации семян композицией по настоящему изобретению. Оборудование, которое можно использовать для нанесения покрытия, может включать, но не ограничиваться ими, барабанные устройства для нанесения покрытий, ротационные устройства для нанесения покрытий, вращающиеся барабаны, устройства с псевдоожиженным слоем и фонтанирующим слоем. Следует принимать во внимание, что можно использовать любое подходящее оборудование или способ, известные специалисту в данной области. Нанесение покрытия на семена можно осуществлять периодическим или непрерывным способом. Семена можно покрывать композицией по настоящему изобретению, находящейся либо в твердой форме, либо в жидкой форме. Предпочтительно применять водную дисперсию или раствор.
Семена можно разделить до стадии нанесения покрытия. В одном варианте осуществления для разделения семян можно использовать механические средства, такие как сито. Затем разделенные семена можно загружать в машину для нанесения покрытий, имеющую резервуар для семян. В одном варианте осуществления семена смешивают с композицией, описанной здесь, необязательно со связующим веществом и/или клеящим веществом в смесительном баке.
В некоторых аспектах один или более слоев покрытия, которые содержат композицию по настоящему изобретению, можно наносить на семена или их агломерации. Внешние слои можно последовательно наносить покрытием семян или их агломерации во вращающемся барабане.
Также можно использовать агломераторы или агломерирующие устройства. Нанесение покрытия проводят в ротационном устройстве для нанесения покрытий, помещая семена во вращающуюся камеру, в которой семена вытесняются к внутренней стенке камеры. Центробежные силы и перемешивающие стержни, расположенные внутри устройства для нанесения покрытия, позволяют семенам вращаться и смешиваться со слоем покрытия, содержащего композицию по настоящему изобретению. Связующее вещество или другие материалы для нанесения покрытия можно закачивать непосредственно в центр устройства для нанесения покрытия на распылительный диск, который вращается вместе с камерой для нанесения покрытия. При попадании на распылительный диск жидкое клеящее вещество затем отталкивается наружу в виде мелких капелек на семена.
Способы нанесения покрытия на семена также включают, например, помещение семян во вращающийся бак или барабан. Затем семена орошают водой или другой жидкостью, и затем в бак для нанесения покрытия постепенно добавляют мелкозернистый инертный порошок, например, диатомовую землю. Каждое орошенное семя становится центром массы порошка, слоев или покрытий, размер которого постепенно увеличиваются. Затем масса округляется и сглаживается под действием вращения в баке, подобно гальке на пляже. Покрывающие слои уплотняются под давлением за счет веса материала в баке. Связующие вещества часто вводят в конце процесса нанесения покрытия для затвердевания наружного слоя массы. Связующие вещества также могут уменьшить количество пыли, образующейся при манипуляциях, транспортировке и посеве готового продукта. Методы просеивания, такие как многократное ручное просеивание, часто применяют для удаления пустых или сдвоенных семян и обеспечения семян, однородных по размеру. Например, допуски для семян, покрываемых композициями, описанными здесь, могут составлять±1/64 дюйма (0,4 мм), что является стандартом США для определения размеров при торговле семенами, установленным задолго до применения покрытий. Например, покрытые семена латука наиболее часто просеивают с использованием сеялки с ременными высевающими аппаратами через круглые отверстия в ремне диаметром 8/64 дюйма. Данный размер отверстия требуется, чтобы можно было определить размер семян латука, покрытых композицией по настоящему изобретению, на сите с отверстиями 7,5/64 дюйма и через сито с отверстиями 8,5/64 дюйма.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения семена можно приводить в контакт с композицией с использованием способа «нанесения покрытия на месте», в частности посадки в лунку или борозду в почве семян растения и затем нанесения композиции по настоящему изобретению с целью окружить или частично окружить или расположить рядом с семенами, в результате чего семена вступают в контакт с композицией, в частности с катионным гуаром. Согласно изобретению лунка может представлять собой углубление, полость или выкопанное место. Семена могут представлять собой семена, которые не были обработаны никаким веществом, или семена, которые были обработаны агрохимикатом (таким как, фунгицид и инсектицид) и которые не были обработаны композицией по настоящему изобретению. Предпочтительно композицию осаждают на носитель с получением гранулы или микрогранулы перед нанесением. Гранулу или микрогранулу, содержащую катионный гуар, можно получить с использованием способов, описанных выше.
В еще одном варианте осуществления способ по настоящему изобретению включает стадию внесение композиции по настоящему изобретению в почву, в которой выращивается растение. Затем семена растения можно вносить в почву для приведения семян в контакт с композицией, в частности с катионным гуаром. В частности, можно использовать композицию в жидкой форме, например, в форме водного раствора/дисперсии, или композицию в твердой форме, например, в форме порошка или гранулы.
Предпочтительно внесение семян и внесение композиции по настоящему изобретению проводят механически. Следует принимать во внимание, что любое или оба указанных внесения можно также проводить вручную.
В другом аспекте настоящего изобретения предоставляются семена, покрытые катионным гуаром, имеющим среднюю молекулярную массу от 2000 дальтон до 90000 дальтон. Катионный гуар может представлять собой один или более гуаров, выбранных из описанных здесь.
Если раскрытие любых патентов, патентных заявок и публикаций, которые включены здесь посредством ссылки, противоречит описанию настоящей заявки в той степени, в которой можно трактовать термин неоднозначно, то настоящее описание имеет преимущественную силу.
Следующие примеры включены для иллюстрации вариантов осуществления изобретения. Разумеется, изобретение не ограничивается описанными примерами.
ПРИМЕРЫ
ПРИМЕР 1
Рецептура
Водные композиции для обработки семян получали в соответствии с рецептурами, приведенными ниже в таблице 1.
Таблица 1
Рецептура
Образец 1 (О1)
Водный раствор, содержащий 1 вес.% гуара гидроксипропилтримония хлорид, имеющего среднюю молекулярную массу около 50000 дальтон и СЗ 0,2
Сравнительный образец 1 (СО1)
Водный раствор, содержащий 1 вес.% катионного гуара, имеющего среднюю молекулярную массу около 1500000 дальтон и СЗ 0,1
Сравнительный образец 2 (СО2)
Вода без катионного гуара
Вязкость композиций
Вязкость образцов измеряли согласно приведенному ниже способу. Каждый образец (100 мл) помещали в стеклянный стакан, и вязкость измеряли вискозиметром Брукфильда с использованием шпинделя №2 и при скорости сдвига 20 об/мин. Измерение проводили при температуре 20°C. Было обнаружено, что образец 1 имеет вязкость от 1 до 10 сП, в то время как сравнительный образец 1 имеет вязкость от 300 до 1000 сП. Таким образом, композиция по настоящему изобретению имеет значительно более низкую вязкость по сравнению с композицией, содержащей высокомолекулярный гуар, следовательно, легче поддается обработке.
Усиление роста корней кукурузы
На семена кукурузы (Zea mays, из промышленных источников) распыляли водные композиции согласно рецептуре, приведенной выше в таблице 1. Доза для обработки составляла 2 г катионного гуара/1000 г семян. Затем обработанные семена высушивали в вытяжном шкафу при комнатной температуре в течение ночи. Затем высушенные семена высаживали в бумажные рулоны, пропитанные водой. Затем бумажные рулоны, содержащие растения кукурузы, хранили в контейнерах для проращивания с крышками, подвергая воздействию светодиодных ламп. Испытания на прорастание проводили при температуре 23°C. Длину корней растений кукурузы измеряли в разные моменты времени после посадки. Для измерения удаляли бумажные рулоны, и затем вручную измеряли длину корней растений кукурузы. Рассчитывали среднее значение (n=40). Результаты представлены ниже в таблице 2.
Таблица 2
Дней после посадки
Среднее значение длины корней (мм)
О1
СО1
СО2
3
19,1
15,2
13,9
5
76,6
63,9
57,4
6
106,3
99,9
96,4
Как показано в таблице 2, растения кукурузы, семена которых обрабатывали катионным гуаром по настоящему изобретению (О1), демонстрировали более сильный рост корней по сравнению с необработанной группой (СО2) и растениями, семена которых обрабатывали высокомолекулярным катионным гуаром (СО1).
Усиление роста корней пшеницы
На семена пшеницы (Triticum aestivum L., из промышленных источников) распыляли водные композиции согласно рецептуре, приведенной выше в таблице 1. Доза для обработки составляла 2 г катионного гуара/1000 г семян. Затем обработанные семена высушивали в вытяжном шкафу при комнатной температуре в течение ночи. Затем высушенные семена высаживали на фильтровальную бумагу, пропитанную водой. Затем фильтровальную бумагу, содержащую растения пшеницы, хранили в контейнерах для проращивания с крышками, подвергая воздействию светодиодных ламп. Испытания на прорастание проводили при температуре 23°C. Длину корней растений пшеницы измеряли через 5 дней после посадки. Для измерения удаляли фильтровальную бумагу, и затем вручную измеряли длину корней растений пшеницы. Рассчитывали среднее значение (n=40). Результаты представлены ниже в таблице 3. Кроме того, через 5 дней после посадки также подсчитывали количество корней, имеющих длину более 100 мм, и количество семян, у которых все 3 корня каждого семени превышали 100 мм. Результаты подсчета представлены ниже в таблице 4.
Таблица 3
Рецептура
Среднее значение длины корней (мм)
О1
113,03
СО1
106,3
СО2
101,77
Как показано в таблице 3, растения пшеницы, семена которых обрабатывали катионным гуаром по настоящему изобретению, демонстрировали более сильный рост корней по сравнению с необработанной группой и растениями, семена которых обрабатывали высокомолекулярным катионным гуаром.
Таблица 4
Рецептура
Количество корней, имеющих длину более 100 мм
Количество семян, у которых все 3 корня каждого семени превышали 100 мм
О1
25
6
СО1
21
4
СО2
14
1
Как показано в таблице 4, растения пшеницы, семена которых обрабатывали катионным гуаром по настоящему изобретению, дали наибольшее количество корней длиной более 100 мм и наибольшее количество семян, у которых все 3 корня каждого семени превышали 100 мм.
ПРИМЕР 2
Рецептура
Водные композиции для обработки семян получали в соответствии с рецептурами, приведенными ниже в таблице 5:
Таблица 5
Рецептура
Образец 2 (О2)
Водный раствор, содержащий 1 вес.% гуара гидроксипропилтримония хлорид, имеющего среднюю молекулярную массу около 35000 дальтон и СЗ 0,2
Образец 3 (О3)
Водный раствор, содержащий 1 вес.% гуара гидроксипропилтримония хлорид, имеющего среднюю молекулярную массу около 22000 дальтон и СЗ 0,2
Образец 4 (О4)
Водный раствор, содержащий 1 вес.% гуара гидроксипропилтримония хлорид, имеющего среднюю молекулярную массу около 10000 дальтон и СЗ 0,2
Сравнительный образец 3 (СО3)
Водный раствор, содержащий 1 вес.% катионного гуара, имеющего среднюю молекулярную массу около 1500000 дальтон и СЗ 0,1
Сравнительный образец 4 (СО4)
Вода без катионного гуара
Усиление роста корней пшеницы
На семена пшеницы (Triticum aestivum L., из промышленных источников) распыляли водные композиции согласно рецептурам, приведенным выше в таблице 5, соответственно. Каждая группа обработки включала 100 семян. Доза для обработки составляла 2 г катионного гуара/1000 г семян. Затем обработанные семена высушивали в вытяжном шкафу при комнатной температуре в течение ночи. Затем высушенные семена высаживали на фильтровальную бумагу, пропитанную водой. Затем фильтровальную бумагу, содержащую растения пшеницы, хранили в контейнерах для проращивания с крышками, подвергая воздействию светодиодных ламп. Испытания на прорастание проводили при температуре 23°C. Высоту ростков и длину корней растений пшеницы измеряли через 70 часов после посадки. Для измерения удаляли фильтровальную бумагу, и вручную измеряли высоту ростков и длину корней растений пшеницы. Рассчитывали среднее значение. Результаты представлены ниже в таблице 6. Кроме того, через 70 часов после посадки подсчитывали количество семян, из которых развилось 4 корня или более 4 корней. При подсчете учитывали только корни, имеющие длину, по меньшей мере, 2 мм. Результаты подсчета также представлены ниже в таблице 6.
Таблица 6
Рецептура
Высота ростка (мм)
Длина корня (мм)
Количество семян, имеющих 4 корня или более 4 корней
О2
15,29
14,3
42
СО3
13,73
13,18
33
СО4
13,04
12,29
18
Результаты показали, что семена, обработанные катионным гуаром по настоящему изобретению, демонстрировали более сильный рост растений по сравнению с семенами, обработанными высокомолекулярным катионным гуаром, и необработанными семенами.
Улучшение прорастания кукурузы
На семена кукурузы (Zea mays, из промышленных источников) распыляли водные композиции согласно рецептурам, приведенным выше в таблице 5, соответственно. Каждая группа обработки включала 100 семян. Доза для обработки составляла 2 г катионного гуара/1000 г семян. Семена располагали на бумаге для проращивания (производства Anchor Company), которую помещали в контейнер для проращивания (12 см × 12 см × 6 см, производства Anchor Company). Десять (10) мл воды добавляли на дно контейнера для проращивания. Контейнер для проращивания герметично закрывали крышкой, и затем помещали в климатическую камеру, подвергая воздействию светодиодных ламп. Температуру поддерживали на уровне 20°C. Через 66 часов после посадки подсчитывали количество семян, из которых развился корень, по меньшей мере, 2 мм. Результаты представлены ниже в таблице 7.
Таблица 7
Рецептура
Показатель всхожести семян
О3
60
О4
68
СО4
45
Результаты показали, что семена, обработанные катионными гуарами по настоящему изобретению, имели более высокие показатели всхожести по сравнению с необработанными семенами.
ПРИМЕР 3
Рецептура
Гранулированные композиции для обработки семян получали в соответствии с рецептурами, приведенными ниже в таблице 8.
Таблица 8
Рецептура
Образец 5 (О5)
Гранулы, содержащие 7,4 вес.% гуара гидроксипропилтримония хлорид, имеющего среднюю молекулярную массу около 50000 дальтон и СЗ 0,2, и 92,6 вес.% СаСО<sub>3</sub>
3
Песчаную почву смешивали с гранулами по рецептуре образца 5 в количестве 741 г гранул на 1 м песчаной почвы и при содержании воды 9 вес.% в пересчете на общий вес. 1250 г песчаной почвы с гранулами помещали в контейнер (12 см × 18 см × 5,5 см), и 50 семян кукурузы (Zea mays, из промышленных источников) посадили в песчаную почву на глубину 2 см ниже верхней части песчаной почвы. Для экспериментов в контрольной группе использовали песчаную почву без добавления гранул. Контейнер герметично закрывали крышкой и помещали в инкубатор. Инкубатор подвергали многократным циклам альтернативных температур, при этом температуру на уровне 20°C поддерживали в течение 16 часов и на уровне 30°C - в течение 8 часов в каждом цикле. Через 4 дня после посадки подсчитывали количество семян, у которых появились ростки, и затем делили на количество посаженных семян (50). Такой показатель обозначал энергию прорастания. Результаты представлены ниже в таблице 9.
Таблица 9
О5
Контроль
Энергия прорастания
88%
64%
Результаты показали, что гранулы, содержащие катионный гуар, по настоящему изобретению приводили к более высокой энергии прорастания.
Усиление роста китайской капусты
100 семян китайской капусты (Brassica rapa, из промышленных источников) посадили в песчаную почву. Песчаная почва имела содержание воды 35 вес.%. Семена высаживали на глубину 1 см ниже верхней части песчаной почвы. Затем гранулы по рецептуре образца 5 распределяли в верхней части песчаной почвы (20 кг гранул на гектар поверхности песчаной почвы). В контрольной группе гранулы не распределяли. Затем семена инкубировали в теплице при температуре 20°C и в условиях естественного освещения. Через 72 часа измеряли высоту ростков. Также подсчитывали количество аномальных ростков. При таком подсчете ростки, имеющие высоту 1 мм или выше 1 мм, считали нормальными ростками, а остальные считали аномальными ростками. Результаты представлены ниже в таблице 10.
Таблица 10
Образец 5
Контроль
Высота ростка (мм)
38
29
Количество аномальных ростков
24
31
Результаты показали, что гранулы, содержащие катионный гуар по настоящему изобретению, могут привести к более сильному росту ростков и более низкому показателю аномальных ростков.