Способ обогащения овощных культур семейства тыквенные (Cucurbitaceae) микроэлементами
METHOD OF ENRICHMENT OF VEGETABLE CULTIVARS OF THE PUMPKING FAMILY (CUCURBITACEAE) WITH MICROELEMENTS

Область техники
Настоящее изобретение относится к сельскому хозяйству, более точно - к агрохимии и, в частности, способу обогащения овощных культур, относящихся к семейству тыквенные (Cucurbitaceae), таких как, например, кабачок, цукини, тыква, патиссон, огурец, микроэлементами, такими как, например, йод и селен. Указанный способ позволяет получать овощные культуры семейства тыквенные с повышенным содержанием микроэлементов, что может быть применено для целей создания продуктов сельского хозяйства для функционального питания человека.
Описание предшествующего уровня техники
Микроэлементы, такие как селен, железо, медь, кобальт, цинк, хром, йод, фтор и так далее, несмотря на их незначительное содержание в организме человека (на уровне микрограммов или миллиграммов), обладают высокой биологической активностью и необходимы для жизнедеятельности человека. В частности, отмечается особая роль йода и селена в развитии и жизнедеятельности человека.
Йод - важный элемент, присутствующий в организме человека в следовых количествах (15-20 мг). Он содержится, главным образом, в щитовидной железе, вырабатывающей тиреоидные гормоны трийодтиронин (Т3) и тироксин (Т4), участвующие в регуляции различных метаболических процессов (Knez M. and Graham R.D., The impact of micronutrient deficiencies in agricultural soils and crops on the nutritional health of humans, pp. 517-533, O. Selinus et al. (eds.), Essentials of Medical Geology: rev. ed., Springer Science + Business Media Dordrecht, 2013). Йод необходим для роста и развития организма человека, особенно на его ранней стадии - в период формирования нервной системы у зародыша. Также, экстратиреоидный йод способствует выведению химических и биологических токсинов, подавляет аутоиммунные заболевания, повышает иммунный ответ, опосредованный Т-клетками, и защищает от абнормального роста бактерий в желудке, таких как Helicobacter pyroli, при определенных условиях вызывающих язву желудка и двенадцатиперстной кишки, гастрит, дуоденит, рак желудка.
Рекомендуемая Всемирной организацией здравоохранения суточная доза йода составляет 50 мкг для младенцев (возраст 0-12 месяцев), 90 мкг - для детей в возрасте 2-6 лет, 120 мкг - для детей в возрасте 7-12 лет, 150 мкг - для подростков старше 12 лет и взрослых, и 200 мкг - беременных и кормящих женщин (WHO/UNICEF/ICCIDD, 1996). По данным ФГБУ «Эндокринологический Научный Центр» МЗиСР РФ фактическое среднее потребление йода одним жителем России в 3 раза меньше установленной нормы, то есть жители России испытывают дефицит йода. Частота эндемического зоба в отдельных регионах страны достигает 98%.
Запасы йода в организме человека должны постоянно пополняться с пищей. Наиболее распространенным и доступным источником йода является йодированная или морская соль. Однако потребление йода в составе соли сопряжено со значительными рисками для здоровья человека, так как излишнее употребление соли в пишу может привести к возникновению сердечно-сосудистых заболеваний (Kiferle С.et al., Tomato fruits: a good target for iodine biofortification, Front Plant Set, 2013, 27, 4:205). Естественным источником йода для человека являются морепродукты, в которых содержание этого микроэлемента варьируется от 163 до 3180 мкг/кг сырого веса (FAO/WHO, 2004). Напротив, содержание йода в наземных растениях значительно меньше и варьируется от 10 до 200 мкг/кг сырого веса. Таким образом, проблема дефицита йода наиболее остро ощущается в регионах, испытывающих недостаток морепродуктов.
Селен, содержащийся в организме человека в следовых количествах (менее 1 мг; Knez M. and Graham R.D., 2013), взаимодействуя с витаминами, ферментами и биологическими мембранами, участвует в регуляции обмена веществ, жиров, белков и углеводов. Также, селен является одним из важных пищевых антиоксидантов. Действуя вместе с витамином Е, селен способствует снижению в организме концентрации активных форм кислорода - гидроксидных и супероксидных радикалов. При значительном недостатке соединений селена в диете человека возможно развитие селенодефицитного состояния, следствием которого может быть развитие болезни Кешана (кардиомиопатия), приводящей к некрозу миокарда и, как следствие, ослаблению сердечной мышцы, или синдрома Кашина-Бека (остеоартропатия), приводящего к атрофии, дегенерации и некрозу хрящевых тканей. Маргинальная недостаточность селена, наблюдаемая у значительной части населения России, способна приводить к повышению риска сердечно-сосудистых, гастроэнтерологических и онкологических заболеваний, снижению противоинфекционной резистентности. При дефиците селена возникают заболевания щитовидной железы, гипотиреоз, эндемический зоб, кретинизм. При дефиците селена ингибируется активность дийодиназы, фермента, катализирующего превращения гормона щитовидной железы тироксина (Т4) в его более активный аналог трийодтиронин (Т3). Как следствие, повышается уровень Т4 в периферических тканях, а уровень Т3 уменьшается, что при недостатке йода в организме усугубляет дефицит селена.
Рекомендуемая суточная норма потребления селена, установленная в России, составляет 55 мкг для женщин, 70 мкг для мужчин и 10-50 мкг для детей (Методические рекомендации MP 2.3.1.2432-08. Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации. 4.2.2.2.2.6. Селен). Селен содержится в продуктах питания в значительно различающихся концентрациях. Так, его содержание в рыбных продуктах составляет 15-140 мкг/100 г, злаках - 10-35 мкг/100 г, сыре и мясе - 5-13 мкг/100 г; незначительное его количество содержится в овощах (0,1-2 мкг/100 г) и фруктах (0,2-1,8 мкг/100 г).
Ввиду того, что сельскохозяйственные съедобные культуры, такие как овощи и фрукты, являются распространенными продуктами питания для человека, но в силу естественных причин обедненными микроэлементами, такими как, например, йод и селен, биообогащение сельскохозяйственных съедобных культур, основанное на получении богатых микроэлементами растений, представляет важную задачу, направленную на снижение недостатка микроэлементов в рационе питания человека. В частности, биообогащение сельскохозяйственных съедобных культур, относящихся к семейству тыквенные (Cucurbitaceae), таких как кабачок, цукини, тыква, патиссон, огурец, микроэлементами, такими как, например, йод и селен, есть важная задача по созданию продуктов сельского хозяйства для функционального питания человека - функциональных продуктов питания.
Известен способ обогащения сельскохозяйственных культур, таких как овощные культуры (включая картофель, помидоры, морковь, брокколи, лук), масличные культуры (включая сою, подсолнечник), сахароносные культуры (включая сахарную свеклу), лекарственные и пряные культуры (включая красный перец, розмарин) и фруктовые культуры (включая яблоневые, персиковые, абрикосовые, сливовые деревья) селеном с использованием композиции, содержащей селен (0,005 мг - 20 г/л), ванадий (0,0005 мг - 3 г/л) и йод (0,005 мг - 20 г/л) (ЕР 1153901 В1). Обработку сельскохозяйственных культур указанной композицией осуществляют опрыскиванием несколько раз в течение вегетационного цикла растения. Однако, документ ЕР1153901 В1 не раскрывает способ обогащения селеном сельскохозяйственных культур, относящихся к семейству тыквенные (Cucurbitaceae).
Известен способ обогащения картофеля (семейство пасленовые, Solanaceae) йодом, используя композицию, содержащую йод, пятиокись фосфора и оксид калия (публикация международной (РСТ) заявки WO 2008104600 A1, патент-аналог РФ 2476063 С2). Раскрыт способ обогащения йодом сельскохозяйственных культур, выбранных из картофеля, моркови (семейство зонтичные, Apiaceae) и репчатого лука (семейство луковые, Аlliaсеае) (публикация заявки РСТ WO 2009087178 A1, патентная заявка РФ 2010130888 А). Также, ссылки могут быть даны на способы обогащения йодом китайской капусты и редиса (семейство капустные, Brassicaceae), шпината и латука (семейство амарантовые, Amaranthaceae) (Weng H.X. et al., Capacity and degree of iodine absorbed and enriched by vegetable from soil, J. Environ. Sci., 2003, 15:107-111; Blasco В. et al., Iodine biofortification and antioxidant capacity of lettuce: potential benefits for cultivation and human health, Ann. Appl. Biol., 2008, 152:289-299). Несмотря на то, что йод благоприятно влияет на рост растений и он может использоваться в качестве микроэлемента для обогащения сельскохозяйственных культур йодом, есть данные, показывающие гербицидное и дефолиантное действие йода, особенно при его высоких концентрациях (G.C. van den Berg, The pros and cons of iodine in plant nutrition, Beneficial nutrients news 4;3: August 2008; Caffagni A. et al., Iodine uptake and distribution in horticultural and fruit tree species, It. J. Agron., 2012, 7:e32).
Известен способ обогащения овощей, включая огурец (семейство тыквенные, Cucurbitaceae), йодом с использованием йодированного органического удобрения с содержанием йода в нем около 1087 мг/г, приготовленного из богатых йодом (1-2% от сухого веса) водорослей и диатомита (Weng Н.Х. et al., Iodine biofortification of vegetable plants - An innovative method for iodine supplementation, Chin. Sci. Bull, 2013, 58(17):2066-2072). Растения выращивают в почве, содержащей указанное удобрение, причем удобрение вносят дважды в период роста растения. При внесении йода в количестве 75 мг/м.кв. в составе удобрения накопление йода в плодах огурца было 0,91 мг/кг сырого веса, листьях и стеблях - 10,48 мг/кг сырого веса. К недостаткам данного способа можно отнести необходимость применения богатых йодом водорослей и преимущественное (в 10 раз больше) накопление йода в несъедобных частях растения, таких как листья и стебли, по сравнению с плодами. Недостатком данного способа также является наличие биоактивного йода в составе вносимого в почву удобрения, что неминуемо приводит к вымыванию йода из почвы при поливе, снижению его эффективной концентрации и, как следствие, дополнительному расходу йодсодержащего удобрения.
Известен способ повышения содержания йода в сельскохозяйственных культурах семейства тыквенные (Cucurbitaceae) - тельфайрии западной (Telfairia occidentalis) и тыкве обыкновенной (Cucurbita pepo) (Ujowundu С.О. et al., Effects of potassium iodate application on the biomass and iodine concentration of selected indigenous Nigerian vegetables, Afr. J. Biotechnol., 2010, 9(42):7141-7147). Согласно способу, внесение йода производят, опрыскивая растения водой для полива, содержащей иодат калия, с периодичностью в два дня в течение четырех недель. Плоды снимают на четвертую или шестую неделю после начала внесения йода. Наибольшее содержание йода в плодах наблюдалось при обработке растений водой с содержанием иодата калия 40 мкг/л: около 140 мкг/100 г веса в случае тельфайрии (увеличение содержания йода на 226% по сравнению с необработанным растением) и около 107 мкг/100 г веса в случае тыквы (увеличение содержания йода на 194% по сравнению с необработанным растением). К недостаткам данного способа можно отнести необходимость многократного внесения йода, что трудоемко и экономически затратно. Также, многократное внесения йода в составе воды для полива приводит к излишнему, неэффективному расходу йодсодержащего препарата, увеличению нагрузки на почву и растения, что может проявляться ввиду гербицидных и дефолиантных свойств йода.
Известно применение йодсодержащих препаратов для обогащения йодом сельскохозяйственных овощных культур, включая тыкву и кабачок (Cucurbita pepo ssp.pepo, семейство тыквенные, Cucurbitaceae) с целью получения сельскохозяйственных продуктов для функционального питания человека (Каратаева, М.В. Обогащенные йодом овощные культуры и картофель / М.В. Каратаева, А.В. Селиванова, К.И. Червяковский // Картофель и овощи, 2015, 1:16-17). При внесении йода в количестве не менее 2,4 кг/га обрабатываемой площади поверхности грунта двумя равными дозами методом опрыскивания листовой части растений были выращены кабачки с содержанием йода в плодах 39-62 мкг/100 г сырого веса в течение всего периода плодоношения и тыква с содержанием йода в плодах 352 мкг/100 г сырого веса.
Однако, отсутствуют ранее представленные данные, которые бы описывали способ обогащения растений семейства тыквенные (Cucurbitaceae), в частности, относящиеся к роду тыква (Cucurbita) или роду огурец (Cucumis), микроэлементами, такими как, например, йод и селен, включающий обработку растений композицией, содержащей такие микроэлементы, в период формирования завязи на обрабатываемых растениях.
Раскрытие сущности изобретения
Задачей настоящего изобретения является разработка способа получения сельскохозяйственных культур и продуктов сельского хозяйства для функционального питания человека, обогащенных микроэлементами и, следовательно, необходимых для поддержания здоровья человека и/или профилактики заболеваний, связанных с недостатком микроэлементов. Более точно, задачей настоящего изобретения является разработка способа обогащения сельскохозяйственных овощных культур, таких как тыквенные (семейство Cucurbitaceae), например, кабачок, цукини, тыква, патиссон, огурец, микроэлементами, такими как, например, йод и селен, в процессе выращивания обогащаемых микроэлементами овощных культур. Выращенные обогащенные микроэлементами овощные культуры семейства тыквенные, в частности, плоды таких культур, могут быть употреблены в пищу в качестве функционального питания с целью поддержания здоровья человека и/или профилактики заболеваний, связанных с недостатком микроэлементов, например, заболеваний, обусловленных недостатком йода или селена.
Другой задачей настоящего изобретения является предоставление сельскохозяйственных овощных культур, таких как относящихся к семейству тыквенные, например, кабачок, цукини, тыква, патиссон, огурец, обогащенных микроэлементами указанным выше способом, которые могут быть употреблены в пишу в качестве функционального питания с целью поддержания здоровья человека и/или профилактики заболеваний, связанных с недостатком микроэлементов, например, заболеваний, обусловленных недостатком йода или селена.
Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в получении сельскохозяйственных овощных культур семейства тыквенные, например, кабачка, цукини, тыквы, патиссона, огурца, в которых содержание микроэлементов, таких как, например, йод и/или селен, повышено по сравнению с необогащенными микроэлементами культурами. В частности, технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в получении растений семейства тыквенные, плоды которых содержат микроэлементы, такие как, например, йод и/или селен, в количестве не менее одной трети (1/3) от суточной нормы потребления микроэлемента человеком.
Другой технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в получении сельскохозяйственных овощных культур семейства тыквенные, например, кабачка, цукини, тыквы, патиссона, огурца, в которых содержание микроэлементов, таких как, например, йод и/или селен, повышено по сравнению с необогащенными микроэлементами культурами в течение всего периода созревания плодов до принятия ими товарного качества (снимания плодов). Данный технический результат может достигаться в течение всего периода плодоношения растения. Обогащение сельскохозяйственных овощных культур семейства тыквенные предлагаемым способом позволяет контролировать накопление требуемого микроэлемента в съедобной части растения, например, плодах.
Настоящее изобретение также позволяет повысить эффективность применения содержащих микроэлементы композиций, используемых для обогащения сельскохозяйственных овощных культур семейства тыквенные микроэлементами. Как следствие, при использовании настоящего изобретения снижается нагрузка на почву, проявляющаяся в снижении в почве концентрации вносимых микроэлементов, снижается стрессовая нагрузка на растения, снижается себестоимость выращивания сельскохозяйственных овощных культур, употребляемых в пищу в качестве функционального питания для поддержания здоровья человека и/или профилактики заболеваний, связанных с недостатком микроэлементов. Преимущество предлагаемого способа обогащения сельскохозяйственных овощных культур семейства тыквенные (Cucurbitaceae) заключается в том, что указанные задачи и технические результаты достигаются уже при однократной обработке сельскохозяйственных овощных культур композицией, содержащей микроэлементы, в период вегетации и, более точно, в период формирования завязи на обрабатываемых растениях. Кроме того, преимущество использования сельскохозяйственных овощных культур семейства тыквенные с целью получения продуктов сельского хозяйства для функционального питания человека перед другими овощными культурами, таким как, например, морковь (семейство зонтичные, Umbelliferae) или картофель (семейство пасленовые, Solanaceae) заключается в том, что растения семейства тыквенные, например, кабачок, патиссон, огурец являются летними культурами, обильно плодоносящими в течение длительного периода вегетативного развития растения, причем плодоношение наступает раньше, чем у иных распространенных сельскохозяйственных овощных культур, например, моркови и картофеля.
Указанные задачи и технические результаты были достигнуты благодаря обнаружению того факта, что обработка растений семейства тыквенные (Cucurbitaceae), в частности, относящихся к роду тыква (Cucurbita), таких как, например, кабачок, композицией, содержащей йод или селен как микроэлемент, в период формирования на обрабатываемых растениях завязи приводит к повышенному по сравнению с необработанными растениями и стабильно высокому накоплению указанных микроэлементов в плодах обработанных растений. Более точно, при обработке культуры кабачка опрыскиванием композицией, содержащей йод или селен как микроэлемент, в период формирования у обрабатываемых растений плодов размером до 5 см наблюдалось многократное повышение содержания йода или селена, соответственно, в плодах обработанных растений, причем повышенное по сравнению с необработанными растениями содержание таких микроэлементов сохранялось в течение всего периода созревания плодов до принятия ими товарного качества (снимания плодов).
Краткое описание Фигур
Фигура 1 показывает растение кабачок с завязью длиной около 4 см (указано стрелкой).
Фигура 2 показывает растение кабачок с завязью длиной около 5-6 см (указано стрелкой).
Фигура 3 показывает растение кабачок с завязью длиной около 10 см (указано стрелкой).
Фигура 4 показывает результаты обогащения растения кабачок (F1 «Арал») йодом. Стрелками указаны: обработка №1 (первичная обработка) и обработка №2 (повторная обработка) композицией, содержащей йод.
Фигура 5 показывает результаты обогащения растения кабачок (F1 «Арал») селеном. Стрелкой указана обработка композицией, содержащей селен.
Описание способов осуществления изобретения
Настоящее изобретение подробно описано ниже.
Согласно изобретению заявляется, в частности, способ обогащения растения семейства тыквенные (Cucurbitaceae) микроэлементом. Указанный способ включает стадию нанесения на растение, по меньшей мере, однократно композиции, содержащей микроэлемент, которым обогащают растение, при этом такую композицию наносят в период формирования завязи, одной или нескольких, на обрабатываемом растении.
В качестве растения семейства тыквенные может использоваться любое растение, относящееся к семейству тыквенные (Cucurbitaceae). В частности, в качестве растения семейства тыквенные может использоваться любое растение, относящееся к роду тыква [Cucurbita) или роду огурец (Cucumis). Специфические примеры растения включают, но не ограничиваются ими, растение, относящееся к виду тыква (Cucurbita pepo var. pepo), виду кабачок [Cucurbita pepo var. fastigata), виду цукини (Cucurbita pepo var. cylindrica), виду патиссон (Cucurbita pepo var. clypeata), виду огурец (Cucumis sativus). Для специалиста в данной области техники очевидно, что может быть применена иная таксономическая классификация указанных растений, таких как тыква, кабачок, цукини, патиссон и огурец. Также возможно, что в качестве растения семейства тыквенные может использоваться любое растение, относящееся к семейству тыквенные (Cucurbitaceae), которое может быть обогащено микроэлементом согласно способу настоящего изобретения. Ввиду того, что растения, относящихся к сельскохозяйственным культурам, могут иметь различные подвиды и сорта, относящиеся к общему виду, в качестве растения может использоваться любой подвид или сорт растения при условии, что такое растение относится к семейству тыквенные (Cucurbitaceae), в частности, к роду тыква (Cucurbita) или роду огурец (Cucumis), и в частности, к виду тыква (Cucurbita pepo var. pepo), виду кабачок (Cucurbita pepo var. fastigata), виду цукини (Cucurbita pepo var. cylindrica), виду патиссон (Cucurbita pepo var. clypeata) или виду огурец (Cucumis sativus), и так далее. Известны сорта растений, относящихся к виду тыква (Cucurbita pepo var. pepo), которые включают, например, сорт Оранжевое солнце, Кустовая оранжевая, Дачная, Юнона. Известны сорта растений, относящихся к виду кабачок (Cucurbita pepo var. fastigata), которые включают, например, сорт Арал, Грибовские 37. Известны сорта растений, относящихся к виду цукини (Cucurbita pepo var. cylindrica), которые включают, например, сорт Астория, Аэронавт. Известны сорта растений, относящихся к виду патиссон (Cucurbita pepo var. clypeata), которые включают, например, сорт НЛО оранжевый, Диск, Чебурашка. Известны сорта растений, относящихся к виду огурец (Cucumis sativus), которые включают, например, сорт Грибовский 2, Нежинский 12, Родничок.
Фраза «растение обогащено микроэлементом» означает, что в растении, преимущественно, в плодах, обогащенном микроэлементом способом согласно настоящему изобретению, содержание микроэлемента выше, чем в растении, необработанном композицией, содержащей микроэлемент, или необогащенном микроэлементом растении. Например, фраза «растение обогащено микроэлементом» может означать, что, по меньшей мере, в одном плоде растения, обогащенном микроэлементом способом согласно настоящему изобретению, содержание микроэлемента выше, чем в плоде растения, необработанного композицией, содержащей микроэлемент, или плоде необогащенного микроэлементом растения. Содержание микроэлемента в растении, обогащенном микроэлементом согласно способу настоящего изобретения, может быть на 5% или более, 10% или более, 20% или более, 40% или более, 100% или более, 200% или более, 400% или более, 800% или более, 1600% или более, 3200% или более по сравнению с содержанием такого микроэлемента в необработанном или необогащенном растении. Также допустимо, что содержание микроэлемента в растении, обогащенном микроэлементом согласно способу настоящего изобретения, может быть не менее 10 мкг/100 г, или не менее 20 мкг/100 г, или не менее 30 мкг/100 г, или не менее 40 мкг/100 г, или не менее 50 мкг/100 г, или не менее 60 мкг/100 г, или не менее 70 мкг/100 г, или не менее 80 мкг/100 г, или не менее 90 мкг/100 г, или не менее 100 мкг/100 г, или не менее 120 мкг/100 г, или не менее 140 мкг/100 г, или не менее 160 мкг/100 г, или не менее 180 мкг/100 г, или не менее 200 мкг/100 г, или не менее 250 мкг/100 г сырого веса по сравнению с содержанием такого микроэлемента в необработанном или необогащенном растении.
В способе согласно изобретению нанесение композиции, содержащей микроэлемент, которым обогащают растение, производят любым агрономическим способом, включая опрыскивание, распыление или поливание, или их комбинацию. Предпочтительно нанесение композиции опрыскиванием растения, например, опрыскиванием на листья растения. Нанесение композиции опрыскиванием растения особенно предпочтительно при нанесении композиции на растения, выращиваемые на больших площадях, например, в полевых условиях. Это так, так как корневая подкормка растений, особенно взрослых растений, может быть затруднительна. Достаточно однократного нанесения композиции. Однократное нанесение композиции, содержащей микроэлемент, достаточно при условии ее нанесения в период вегетативного цикла растения и, более точно, в период формирования на обрабатываемом растении завязи, в частности, первой завязи. Фраза «завязь» будет разъяснено далее. После первичного нанесения композиции в период формирования на обрабатываемом растении завязи допускается повторное нанесение композиции в течение всего периода созревания плода. Более точно, допускается повторное нанесение композиции, содержащей микроэлемент, в период после начала формирования на обрабатываемом растении первой одной или нескольких завязей и до принятия плодами растения товарного качества, то есть до снимания плодов. Предпочтительно повторное нанесение композиции, также как и первичного нанесения композиции, в период формирования на обрабатываемом растении завязи. Например, повторное нанесение композиции на растение в зависимости от погодных условий и вида обрабатываемого растения возможно через две-три недели после первичного нанесения композиции. В зависимости от вида обогащаемого микроэлементом растения и/или вида микроэлемента, которым обогащают растение, повторное нанесение композиции на обрабатываемое растение может быть предпочтительным. Например, в случае обогащения растения, такого как, например, кабачок йодом может быть применено повторное нанесение композиции. В случае же обогащения растений, таких как, например, кабачок и тыква селеном повторное нанесение композиции не требуется. Композицию наносят на растение, выращиваемое в закрытом грунте, например, теплице или открытом грунте, например, поле. В тепличных условиях композицию наносят на растение, используя, например, пульверизатор. В полевых условиях композицию наносят на растение с использованием различных агрономических приемов, включая, например, промышленные дождевальные машины.
Композицию, содержащую микроэлемент, которым обогащают растение, наносят на растение согласно норме внесения микроэлемента на обрабатываемую площадь поверхности грунта. Норма внесения требуемого микроэлемента может зависеть, в частности, от вида вносимого для обогащения микроэлемента, вида обогащаемого растения, условий применения композиции, содержащей такой микроэлемент, погодных условий и так далее. Норма внесения требуемого микроэлемента каким-либо образом не ограничена, и может вноситься любое количество требуемого микроэлемента при условии, что обрабатываемое растение может быть обогащено микроэлементом способом согласно изобретению. Предпочтительно, чтобы норма внесения микроэлемента была подобрана таким образом, чтобы такой микроэлемент не оказывал ингибирующего действия на обрабатываемое растение, в частности, не вызывал ингибирование роста растения (гербицидное свойство) и снижение урожайности. В качестве примера, норма внесения йода при однократной обработке может быть 0,5-2 кг на 1 гектар (га) площади поверхности грунта, или 1-1,5 кг на 1 га площади поверхности грунта. Внесение йода в высокой концентрации не рекомендуется ввиду гербицидного и дефолиантного свойства йода. Предпочтительно внесение йодсодержащей композиции при температуре окружающей среды не выше 30°С. В качестве другого примера, норма внесения селена при однократной обработке может быть 100-1000 г на 1 га площади поверхности грунта, или 200-300 г на 1 га площади поверхности грунта. В целом, для специалиста в данной области техники подбор условий и нормы внесения композиции, содержащей требуемый микроэлемент, является рутинной задачей, и мероприятия по подбору таких условий и нормы внесения не отличаются значительно от тех действий, что используются при внесении минеральных удобрений в почву с целью повышения урожайности.
Композиция, используемая в способе настоящего изобретения, каким-либо образом не ограничена и содержит, по меньшей мере, микроэлемент, которым обогащают указанное выше растение, относящееся к семейству тыквенные (Cucurbitaceae). В качестве микроэлемента может быть взят такой микроэлемент, который необходим для обогащения растения требуемым микроэлементом, и им может быть, например, йод, бор, медь, селен, цинк, марганец, молибден, ванадий, кобальт, и так далее. Йод и селен являются специфическими, но не ограничивающими настоящее изобретение примерами микроэлементов, которые могут быть использованы для обогащения растения семейства тыквенные. Предпочтительно, чтобы микроэлемент входил в состав композиции в виде его растворимого в композиции при обычных условиях соединения, например, растворимой в воде соли или гидрата такой соли. Например, могут использоваться нитратные, нитритные, фосфатные, моногидрофосфатные, дигидрофосфатные, сульфатные, гидросульфатные и им подобные соли микроэлементов; соли щелочного или щелочноземельного металла, аммония и йодистоводородной кислоты (иодиды) или йодноватой кислоты (иодаты), селенистой кислоты (селениты); растворимые соединения бора, например, бораты щелочных металлов; гидраты солей, такие как моно-, ди-, тригидраты и так далее; или любая комбинация таких соединений в любом соотношении. Предпочтительно, чтобы концентрация микроэлемента в композиции была подобрана в соответствии с нормой внесения микроэлемента на обрабатываемую площадь поверхности грунта, как указано выше. В частности, концентрация микроэлемента в композиции может быть выбрана на основании знаний среднего специалиста в данной области техники.
Указанная композиция дополнительно может содержать протонный растворитель, такой как вода, и/или один или несколько видов протонных кислот, например, фосфорную кислоту, хлористоводородную кислоту, йодистоводородную кислоту в любой комбинации в любом соотношении. Вода может быть обычной, используемой для нужд сельского хозяйства водой, такой как дистиллированной, питьевой, артезианской, речной, водой из каналов, например, оросительных. Также, композиция может содержать любые иные соли и вещества в различных количествах и их комбинациях, включая один или несколько поверхностно-активных веществ (ПАВ), например, ПАВ из класса производных жирных спиртов, хелатирующий агент, например, натриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА, трилон Б), одну или несколько гуминовых и/или фульвовых кислот, одну или несколько аминокислот, и так далее.
Композиция перед использованием согласно способу настоящего изобретения может быть приготовлена в концентрированном виде. Приготовленная концентрированная композиция перед нанесением на растение, в частности, в полевых условиях может быть подходящим способом разбавлена, например, водой до требуемой концентрации входящих в ее состав компонентов. Более точно, приготовленная концентрированная композиция перед нанесением на растение может быть разбавлена до достижения входящим в состав такой композиции микроэлементом эффективного количества. Фраза «эффективное количество», применяемая в отношении микроэлемента, входящего в состав композиции, используемой в способе согласно изобретению, означает, что содержание или концентрация такого микроэлемента в указанной композиции таково, что при условии нанесения на растение композиции, содержащей микроэлемент, в период формирования завязи на обрабатываемом растении возможно получение растения, обогащенного микроэлементом по сравнению с необработанным или необогащенным растением. Фраза растение «обогащено микроэлементом» разъяснена выше. Предпочтительно, что фраза «эффективное количество» микроэлемента означает такое содержание или концентрацию микроэлемента в композиции, используемой в способе согласно изобретению, что при условии нанесения на растение указанной композиции в период формирования завязи на обрабатываемом растении возможно получение растения, обогащенного микроэлементом до уровня около 1/3 от суточной нормы потребления микроэлемента человеком, например, до уровня 40-50 мкг/100 г сырого веса растения для йода и 20-30 мкг/100 г сырого веса для селена.
2
5
В качестве примера, концентрированная композиция, из которой разбавлением готовят рабочую композицию, используемую в способе настоящего изобретения для обогащения растений йодом, может содержать йод в количестве 0,01-40% (по массе) или 0,1-620 г/л в виде соединения йода, например, йодида калия, пентаоксид фосфора (РО) в количестве не более 1% (по объему) в виде фосфорной кислоты, ПАВ в количестве 2,5-10% (по объему), содержание которого определяется инструкцией по применению от производителя ПАВ, и воду до 100%. Перед нанесением на растение готовая к применению композиция, полученная после разбавления концентрированной композиции, может содержать йод в требуемом количестве. Например, готовая композиция может содержать йод в количестве 2 г/л или 20-25 г/л в случае обогащения йодом растения кабачок или тыква, соответственно. В качестве другого примера, концентрированная композиция, из которой разбавлением готовят рабочую композицию, используемую в способе настоящего изобретения для обогащения растений селеном, может содержать селен в количестве 0,01-40% (по массе) или 0,1-250 г/л в виде соединения селена, например, селенита натрия, ПАВ в количестве 2,5-10% (по объему) и воду до 100%. Перед нанесением на растение готовая к применению композиция, полученная после разбавления концентрированной композиции, может содержать селен в требуемом количестве. Например, готовая композиция может содержать селен в количестве 0,1-1,25 г/л или, что предпочтительно, 0,25-0,625 г/л в случае обогащение селеном растения кабачок или тыква. Кислотность композиции (рН) поддерживают на уровне 4-7. Концентрированную и готовую к применению композицию готовят в оборудованной насосом и системой кранов емкости объемом от нескольких литров (например, 10 литров) до одного кубометра (например, 450 л) или больше в зависимости от площади обрабатываемой поверхности грунта, при необходимости раствор композиции перемешивают.
Согласно способу, нанесение композиции, как разъяснено выше, на обрабатываемое растение с целью обогащения такого растения микроэлементом производят в период вегетации растения и, более точно, в период формирования завязи на растении. Вегетативное развитие плода растения, относящегося к семейству тыквенные (Cucurbitaceae), состоит из трех основных периодов (фаз), таких как формирование завязей с бутонами, цветение и рост плода, причем указанные периоды могут протекать на одном растении одновременно. Кроме того, на одном растении возможно одновременное формирование одной или нескольких завязей или будущих плодов, цветение одного или нескольких цветков и рост одного или нескольких плодов. Опыленные завязи растения при благоприятных условиях роста растения созревают с образованием выраженных плодов, которые выращивают до принятия ими товарного качества, после чего плоды снимают. Например, плоды кабачка считаются достигшими товарного качества при их длине около 20 см, при этом пригодными в пишу считаются плоды длиной 12-30 см. Наоборот, не опыленные завязи растения отмирают. Ввиду того, что в благоприятных условиях сформировавшиеся завязи созревают в выраженные плоды, являющиеся целью выращивания сельскохозяйственной культуры, для целей настоящего изобретения можно считать, что понятие «плод» включает понятие «завязь», при этом понятие «завязь» не включает понятие «цветок», который не является целью выращивания сельскохозяйственной культуры. В качестве примера на Фигурах 1-3 показаны основные периоды вегетативного развития плода растения кабачок с указанием присущим ему фенотипических особенностей. На Фигуре 1 показана завязь с формирующимся цветком, при этом длина завязи составляет около 4 см. На Фигурах 2 и 3 показана завязь с отцветшим цветком, при этом длина завязи составляет, соответственно, около 5-6 см и около 10 см. Таким образом, фраза «завязь», используемая для целей настоящего изобретения, означает плод растения семейства тыквенные в определенный период формирования и созревания плода. В частности, фраза «завязь», используемая для целей настоящего изобретения, означает плод растения семейства тыквенные, имеющий длину не более 10 см, или от 0 до 10 см, например, от 0,5 до 10 см или от 1 до 10 см. Например, фраза «завязь», означает плод растения семейства тыквенные, имеющий длину от 0 до 5 см, например, от 0,5 до 5 см или от 1 до 5 см, или от 5 до 10 см. Предпочтительно, фраза «завязь», используемая для целей настоящего изобретения, означает плод растения семейства тыквенные, имеющий длину от 0 до 5 см. Фраза «около», применяемая, в частности, в отношении линейных размеров завязей или плодов растения, понимается как выраженный численно размер с погрешностью не более 10% от такого размера. Например, фраза «около 10 см», применяемая в отношении длины завязи или плода растения, означает длину завязи или плода от 9,9 до 10,1 см. Однако, для специалиста в данной области техники очевидно, что могут быть использованы эквивалентные признаки, которые не выходят за рамки предлагаемого изобретения. Ввиду того, что понятие «плод» включает понятие «завязь», при условии созревания завязи в плод, допустимо, чтобы указанные выше линейные размеры завязи эквивалентно применялись к плоду растения. Свойство растения, относящегося к семейству тыквенные (Cucurbitaceae), формировать цветки, завязи и плоды, условия, необходимые для созревания плодов, а также понятия «растение», «цветок», «завязь» и «плод», наличие или отсутствие между ними сходства, вегетативный цикл развития растения семейства тыквенные и, в частности, вегетативное развитие плодов понятны для специалиста в данной области техники.
Композицию, как описано выше, наносят на растение в период формирования завязи. Ввиду того, что понятие «плод» включает понятие «завязь», допустимо, что композицию наносят в определенный период развития плода. Более точно, композицию наносят в период, характеризующийся ранней стадией развития плода, что эквивалентно периоду, характеризующемуся формированием завязи. Понятия «завязь» и «ранняя стадия развития плода» могут эквивалентно применяться к любому растению, относящемуся к семейству тыквенные (Cucurbitaceae), в частности, к роду тыква (Cucurbita) или роду огурец (Cucumis), и в частности, к виду тыква (Cucurbita pepo var. pepo), виду кабачок (Cucurbita pepo var. fastigata), виду цукини (Cucurbita pepo var. cylindrica), виду патиссон (Cucurbita pepo var. clypeata) или виду огурец (Cucumis sativus), и так далее.
Композицию наносят, согласно способу настоящего изобретения, в период формирования завязи на растении. В частности и предпочтительно, композицию наносят в период формирования первой завязи на растении. Также допускается нанесение композиции в период формирования второй и последующих завязей на растении. Также возможно нанесение композиции в период формирования первой и последующих завязей на растении. Это возможно ввиду того, что растения семейства тыквенные способны формировать завязи и плодоносить в течение всего вегетативного цикла развития растения. Для достижения технического результата согласно изобретению с растения снимают только такие плоды, которые находились в стадии формирования одной или нескольких завязей при нанесении композиции, содержащей микроэлемент, на растение. В частном варианте реализации изобретения композицию наносят в период, когда формируется одна или более завязей, то есть сформированы один или более плодов, имеющие длину не более 10 см, или длину от 0 до 10 см, например, длину от 0 до 5 см или от 5 до 10 см. Предпочтительно, композицию наносят в период, когда формируется одна или более завязей, то есть сформированы один или более плодов, имеющие длину не более 5 см, или длину от 0 до 5 см. Например, в случае растения кабачок размер завязи может быть от 0 до 5 см, например, от 0,5 до 5 см или от 1 до 5 см, как показано на Фигурах 1 и 2, или размер завязи может быть от 5 до 10 см, как показано на Фигурах 2 и 3 при нанесении на растение композиции, содержащей микроэлемент. Также предпочтительно, когда композицию наносят в период, когда на обрабатываемом растении формируется одна или более первых завязей. В силу морфологических различий растений, относящихся к семейству тыквенные, и известности общих сведений об особенностях развития растений семейства тыквенные для специалиста без труда могут быть определены размеры завязи на растении конкретного вида, при которых возможна реализация способа согласно изобретению. В дополнение к нанесению композиции в период формирования завязи на обрабатываемом растении допускается повторное нанесение композиции в течение всего периода созревания плодов, как было указано выше. При необходимости, допускаются последующие один или несколько нанесений композиции в течение всего периода созревания плодов.
Примеры
Настоящее изобретение более подробно будет описано ниже со ссылкой на следующие, не ограничивающие настоящее изобретение примеры.
Пример 1. Приготовление композиций
Концентрированную композицию, содержащую требуемый микроэлемент, готовили на установке, содержащей пластиковую емкость объемом 450 л и оборудованной насосом и системой кранов.
Пример 1.1. Приготовление композиции, содержащей йод
В дистиллированной, артезианской или речной воде при постоянном перемешивании растворяли йодид калия (чистота «химически чистый» (х.ч.), Индия), добавляли фосфорную кислоту (Россия) для подкисления раствора и поверхностно-активные вещества (ПАВ) из класса производных жирных спиртов (Тренд 90, Дюпон или Неон 99 производства Doctor Farmer, или Сильвет Голд производства Chemtura). ПАВ добавляли в последнюю очередь. Массовая доля йода в полученном растворе составляла 38% (около 590 г/л), массовая доля пентаоксида фосфора (в агрохимии используется как показатель концентрации фосфора) - менее 0,01%, содержание ПАВ - около 2,7% (об.). Кислотность (рН) композиции была 4-7. Перед применением в полевых условиях приготовленный раствор разбавляли водой в нужной пропорции, чтобы получить требуемую концентрацию йода.
Пример 1.2. Приготовление композиции, содержащей селен
В дистиллированной, артезианской или речной воде при постоянном перемешивании растворяли селенит натрия (чистота «чистый» (ч.), Китай), и поверхностно-активные вещества (ПАВ) из класса производных жирных спиртов (Тренд 90, Дюпон или Неон 99 производства Doctor Farmer, или Сильвет Голд производства Chemtura). ПАВ добавляли в последнюю очередь. Концентрация селена в полученном растворе была около 250 г/л, содержание ПАВ - около 2,7% (об.). Кислотность (рН) композиции была >7. Перед применением в полевых условиях приготовленный раствор разбавляли водой в нужной пропорции, чтобы получить требуемую концентрацию селена.
Пример 2. Обогащение сельскохозяйственных культур микроэлементами
Пример 2.1. Обогащение кабачков йодом (опытные испытания)
Опытные испытания по обогащению кабачков йодом проводили в открытом грунте в апреле - августе 2014 г. и повторяли в апреле - августе 2015 г. Испытания проводили в Московской области на опытных наделах земли с общей площадью 50 м.кв., используя стандартные технологии возделывания сельскохозяйственных культур с применением ручного опрыскивателя (Lux Tools) для нанесения композиции на растения опрыскиванием. Использовали кабачки гибрида F1 «Арал» (SAKATA, Япония), которые высаживали в грунт в апреле 2014 и 2015 гг. Концентрированную композицию (Пример 1.1.) разводили водой для получения концентрации йода в рабочем растворе 4 г/л для целей первичной обработки и 2 г/л для целей повторной обработки. Концентрацию йода в рабочем растворе подбирали таким образом, чтобы достичь норму внесения требуемого количества йода в грунт и не нанести вред растениям ввиду гербицидного и дефолиантного свойства йода. Суммарная норма внесения йода за две обработки была 2,4 кг/га, которая состояла из первичной и повторной нормы внесения в равных количествах (по 1,2 кг йода/га при каждой обработке).
Первичную обработку растений проводили до начала цветения и когда на растениях формировались первые бутоны или первые плоды длиной 0-5 см, 5-10 см, 10-15 см или >15 см. Повторную обработку растений проводили: на 16-й день после первичной обработки растений, содержащих в период первичной обработки завязи (плоды) длиной 0-5 см, на 21-й день после первичной обработки растений, содержащих в период первичной обработки завязи (плоды) длиной 5-10 см или 10-15 см, или плоды длиной >15 см, на 32-й день после первичной обработки растений, содержащих в период первичной обработки бутоны или не цветшие (Фигура 4). Плоды, обработанные в соответствующий период вегетативного развития растения, помечали. Йодсодержащий препарат вносили опрыскиванием на листья растений. Контрольные растения обрабатывали чистой водой. На время обработки соседние растения укрывали пленкой с целью их изоляции. Обработку проводили при температуре окружающей среды не выше 30°С. Плоды кабачка по достижении ими товарного качества (длиной около 20 см) снимали и анализировали на содержание йода. Для анализа из общей пробы отбирали методом квартования 300-600 г плодов, гомогенизировали и из полученного гомогената отбирали пробу массой 1-1,4 г. Содержание йода в экспериментальных образцах (в мкг/100 г сырого веса) определяли методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ИСП-МС) на масс-спектрометре Agilent 7700х (США) по методике BS EN 15111. Для каждого эксперимента делали 4 сбора плодов, и для каждого сбора делали 3-10 измерений. Погрешность измерения не превышала 10-20% или двух стандартных квадратичных отклонений (СКО), что приемлемо для данной области техники.
Результаты измерений представлены в Таблице 1 и на Фигуре 4. Как следует из полученных экспериментальных данных (Таблица 1 и Фигура 4), при однократном нанесении композиции, содержащей йод (обработка №1), на кабачки в период формирования первых плодов, в частности, завязей на обрабатываемых растениях в плодах растений накапливался йод в количестве большем, чем в плодах необработанных (контрольных) растений. При первичном нанесении композиции в период формирования на обрабатываемых растениях плодов длиной 0-15 см возможно получение плодов кабачка товарного качества с содержанием йода около 1/3 от суточной нормы потребления йода человеком (40-50 мкг/100 г сырого веса). Наибольшее накопление йода в плодах кабачка наблюдалось при нанесении композиции в период формирования на обрабатываемых растениях плодов длиной 0-5 см (завязей). При повторном нанесении композиции на растения, содержащие в период первичной обработки завязи (плоды) длиной 0-5 см, возможно получение плодов кабачка товарного качества со стабильным и требуемым содержанием йода (40-60 мкг/100 г сырого веса) в течение всего периода созревания плодов и плодоношения растений.
Пример 2.2. Обогащение кабачков селеном (опытные испытания).
Время проведения опытных испытаний по обогащению кабачков селеном, условия нанесения на кабачки композиции, содержащей селен, отбор и анализ образцов на содержание в них селена были такими же, как и в случае обогащения кабачков йодом (Пример 2.1.). Более точно, использовали кабачки гибрида F1 «Арал» (SAKATA, Япония), которые высаживали в грунт в апреле 2014 и 2015 гг. Концентрированную композицию (Пример 1.2.) разводили водой для получения концентрации селена в рабочем растворе 0,5-0,625 г/л для целей первичной (единственной) обработки. Норма внесения селена была 250 г/га. Обработку растений проводили, когда на растениях формировались первые плоды длиной 0-15 см или >15 см. Контрольные растения обрабатывали чистой водой. На время обработки соседние растения укрывали пленкой с целью их изоляции. Плоды кабачка по достижении ими товарного качества (длиной около 20 см), спустя около двух недель после обработки растений композицией, снимали и анализировали на содержание селена. Для анализа из общей пробы отбирали методом квартования 300-600 г плодов, гомогенизировали и из полученного гомогената отбирали пробу массой 1-1,4 г. Содержание селена в экспериментальных образцах (в мкг/100 г сырого веса) определяли, как описано выше (Пример 2.1.). Для каждого эксперимента делали не менее 4 сбора плодов, и для каждого сбора делали 3-4 измерений. Погрешность измерения не превышала 10%.
Результаты измерений представлены в Таблице 2 и на Фигуре 5. Как следует из полученных экспериментальных данных (Таблица 2 и Фигура 5), при нанесении композиции, содержащей селен, на кабачки в период формирования первых плодов, в частности, завязей на обрабатываемых растениях в плодах растений накапливался селен в количестве 20-25 мкг/100 г сырого веса (около 1/3 от суточной нормы потребления селена человеком), которое оставалось стабильным и на требуемом уровне в течение всего периода созревания плодов и плодоношения растений. Наибольшее накопление селена в плодах кабачка наблюдалось при нанесении композиции в период формирования на обрабатываемых растениях плодов длиной 0-5 см (завязей).
Пример 2.3. Обогащение кабачков йодом или селеном (полевые испытания).
Кабачки гибрида F1 «Арал» (SAKATA, Япония) могут быть обогащены йодом или селеном в полевых условиях при выращивании кабачков в открытом грунте на полях, например, Московской области с общей площадью 10-50 га. Для нанесения на растения композиций, содержащий требуемый микроэлемент, могут использоваться стандартные технологии возделывания сельскохозяйственных культур с применением серийных сельскохозяйственных машин и орудий (в частности, дождевальных машин). Время проведения полевых испытаний, состав рабочих композиций и условия нанесения, нормы внесения микроэлементов такие же, как указано в Примерах 2.1. и 2.2.
Настоящее изобретение каким-либо образом не ограничено раскрытыми в настоящем описании вариантами осуществления изобретения, и для специалиста в данной области техники очевидно, что могут быть произведены различные изменения и эквивалентные замены, которые не выходят за рамки предлагаемой формулы изобретения.