Бис(оксиметил)фосфиновая кислота и ее соли с биогенными металлами в качестве регуляторов роста и развития растений
BIS (OXIMETHYL) PHOSPHINIC ACID AND ITS SALTS WITH BIOGENIC METALS AS PLANT GROWTH AND DEVELOPMENT REGULATORS

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к использованию в качестве регуляторов роста и развития растений бис(оксиметил)фосфиновой кислоты и ее солей с биогенными металлами общей формулы I,
,
где n может быть 1 или 2, а Ме может быть любым из ряда: Н, Na, Са, Mg, Со, Cu, Zn, Mn.
Известно использование фосфорорганических, в том числе фосфиновых кислот и их различных производных в качестве регуляторов роста растений [Мельников Н.Н., Новожилов К.В., Белан С.Р. Пестициды и регуляторы роста растений. Спр.Изд. М.: Химия. 1995. Стр. 43, 56, 58, 200]. Однако эти соединения часто токсичны, используемые для обработки семян концентрации (дозы) препаратов достаточно высокие, а способы их получения сложны, сами соединения недостаточно стабильны, нерастворимы в воде. Поэтому задача создания и использования эффективных, хорошо растворимых в воде синтетических регуляторов роста и развития растений, действующих в сверхмалых концентрациях, является актуальной.
n+
-
2
n
Заявляемые бис(окстиметил)фосфиновая кислота и ее соли с металлами Na, Mg, Zn, Са, Со, Cu - известны. Так, натриевая магниевая и кальциевая соли и способы их получения путем взаимодействия фосфинатов формулы Me[НРО] с параформальдегидом в воде в автоклаве (100-200°С, 5-20 ч) описаны в [патент 1990-4016258].
Известен способ получения и применение кальциевой и магниевой солей бис(оксиметил)фосфиновой кислоты в качестве добавок к огнеупорным композициям для целлюлозного волокна, для полимерных продуктов на основе меламина [патенты IL 60453 (1983 г.), KR. 2012100043].
Способ получения и структуры натриевой, кобальтовой и медной солей бис(оксиметил)фосфиновой кислоты описаны в Inorganic Chemistry Communications, 2010, 13, 1530-1533 - соль натрия, Координационная химия, 2006, т. 32, №2, 101-105 - соль кобальта, Журнал неорганической химии, 1998, т. 43, №1, 71-75 - соль меди.
Марганцевая соль бис(оксиметил)фосфиновой кислоты в литературе не описана.
Бис(оксиметил)фосфиновая кислота (БОМФК) известна [Назаров В.Ю., Муслинкин А.А., Кутуев А.А. Исследование оптимальных условий синтеза бис(оксиметил)фосфиновой кислоты. Журнал прикладной химии, 1981, Т. 54, №9, Стр. 2115-2119], но рострегулирующие свойства этой кислоты и ее солей с биогенными металлами не известны.
Наиболее близким к заявляемым соединениям по структуре, свойствами и применяемым концентрациям (дозам) является препарат Мелафен - меламиновая соль бис(оксиметил)фосфиновой кислоты формулы II [Пат. RU 2158735, Бюл. №31, 2000 г.].
-7
-12
Мелафен является синтетическим регулятором роста и развития растений и обладает широким спектром биологической активности. Он предназначен для предпосевной обработки семян и действует в чрезвычайно низких концентрациях (1*10-1*10%), сравнимых с природными фитогормонами. На сегодняшний день это единственный синтетический регулятор роста растений, действующий в сверхнизких концентрациях [Пат. RU 2354106, Бюл. №13, 2009; Пат. RU 2390984, Бюл. №16, 2010; Пат. RU 2354105, Бюл. №13, 2009]. Широко изучены механизм его действия, способы применения в сельском хозяйстве, биотехнологии и экобиотехнологии [Мелафен: механизм действия и области применения. Казань, Печать-Сервис-XXI век, 2014. 408 стр.]
Известно, что высокие и стабильные урожаи определяются качеством посевного материала, о чем свидетельствует процесс прорастания семян. Существует два основных подхода к регулированию прорастания семян: воздействие химическими веществами и воздействие на семена физических факторов. Обработка семян регуляторами роста стимулирует их прорастание, позволяет добиться однородности морфологических и физиологических модификаций растений [Sytie Р. Effect of very small amounts of highly active biological substances on plant growth. Biol. Agr. Hortic. 1985. V. 2, № 3, p. 245-269. Патент РФ № 2354106, 2001]. Патент РФ №2354106, 2001].
Задача изобретения - расширение арсенала экологичных, эффективных синтетических регуляторов роста растений, сравнимых по эффекту и действующим концентрациям (дозам) с природными фитогормонами.
-7
-12
Технический результат - создание препаратов, обладающих способностью регулировать рост и развитие растений при предпосевной обработке семян в чрезвычайно низких дозах (1*10-1*10%).
Технический результат достигается заявляемыми бис(оксиметил)фосфиновой кислотой и ее солями с биогенными металлами (Na, Са, Mg, Со, Cu, Zn, Mn).
Для лучшего понимания изобретения приводим примеры конкретного получения заявляемых соединений и результаты исследования их в качестве регуляторов роста и развития растений.
Пример 1
Бис(оксиметил)фосфиновую кислоту получают по способу, описанному в [Назаров В.Ю., Муслинкин А.А., Кутуев А.А. Исследование оптимальных условий синтеза бис(оксиметил)фосфиновой кислоты. Журнал прикладной химии, 1981, Т. 54, №9, Стр. 2115-2119].
2
2
НОР(O)(СНОН)
Найдено, %: С 18.95; Н 5.52; Р 24.62. Вычислено, %: С 19.06; Н 5.60; Р 24.57.
31
2
ЯМР Р, δ, м.д., HO: 46.72.
Соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты с биогенными металлами получали по методикам, описанным в примерах 2-8.
Пример 2
Натриевая соль бис(оксиметил)фосфиновой кислоты
К метилату натрия, полученному из 4.6 г натрия в 100 мл метанола, прикапывают раствор 25.2 гбис(оксиметил)фосфиновой кислоты в 50 мл метанола, реакционную смесь нагревают при 40-50°С 30 мин, охлаждают до 20°С, выпавший осадок фильтруют и сушат при пониженном давлении при 50°С. Получают 10 г (78%) белого кристаллического вещества.
2
2
NaOP(O)(СНОН)
Найдено, %: С 16.15; Н 4.16; Р 21.06. Вычислено, %: С 16.23; Н 4.09; Р 20.92.
31
2
ЯМР Р, δ, м.д., HO: 36.68.
Пример 3
Кальциевая соль бис(оксиметил)фосфиновой кислоты
К суспензии 25 г тонкоизмельченного кальция углекислого (марка «хч») в 200 мл воды прикапывают раствор 68.9 г(10% избыток) бис(оксиметил)фосфиновой кислоты в 100 мл воды, реакционную смесь нагревают при 60-70°С 2 часа, охлаждают до 20°С, фильтруют от мутного осадка и упаривают при пониженном давлении при 50-55°С. Остаток обрабатывают 200 мл метанола, фильтруют и сушат при пониженном давлении при 50°С. Получают 72.5 г (99%) белого кристаллического вещества.
2
2
2
Са[ОР(O)(СНОН)]
Найдено, %: С 16.55; Н 3.26; Р 21.60. Вычислено, %: С 16.56; Н 4.17; Р 21.35.
31
2
ЯМР Р, δ, м.д., HO: 36.64.
Пример 4
Магниевая соль бис(оксиметил)фосфиновой кислоты
К суспензии 20.4 г тонко измельченного магния основного углекислого водного (марка «ч», содержание Mg 24.5-27%) в 200 мл воды прикапывают раствор 59.3 г (0.275 моля) бис(оксиметил)фосфиновой кислоты в 100 мл воды, реакционную смесь нагревают при 60-70°С 2 часа, охлаждают до 20°C, фильтруют от мутного осадка и упаривают при пониженном давлении при 50-55°С. Остаток обрабатывают 200 мл метанола, фильтруют и сушат при пониженном давлении при 50°С. Получают 51.3 г (92%) белого кристаллического вещества.
2
2
2
Mg[ОР(O)(СНОН)]
Найдено, %: С 17.55; Н 4.26; Р. 22.60. Вычислено, %: С 17.51; Н 4.41; Р 22.58.
Пример 5
Кобальтовая соль бис(оксиметил)фосфиновой кислоты
К суспензии 2.62 г тонко измельченного кобальта углекислого основного водного (марка «ч», содержание Со 45-53%) в 40 мл воды прикапывают раствор 6.8 г (избыток 15%) бис(оксиметил)фосфиновой кислоты в 20 мл воды, реакционную смесь нагревают при 50-60°С 1 час, охлаждают до 20°С, фильтруют от мутного осадка и упаривают при пониженном давлении при 50-55°С. Остаток обрабатывают 50 мл метанола, фильтруют и сушат при пониженном давлении при 50°С. Получают 5.2 г (84%) розового кристаллического вещества.
2
2
2
2
Со[ОР(O)(СНОН)]⋅2HO
Найдено, %: С 14.01; Н 4.56; Р17.64. Вычислено, %: С 13.92; Н 4.67; Р17.95.
Пример 6
Медная соль бис(оксиметил)фосфиновой кислоты
К суспензии 3.62 г тонко измельченной меди углекислой основной (марка «ч», содержание меди углекислой основной 96%) в 40 мл воды прикапывают раствор 8.7 г (избыток 15%) бис(оксиметил)фосфиновой кислоты в 20 мл воды, реакционную смесь нагревают при 50-60°С 1 час, охлаждают до 20°С, фильтруют от мутного осадка и упаривают при пониженном давлении при 50-55°С. Остаток обрабатывают 50 мл метанола, фильтруют и сушат при пониженном давлении при 50°С. Получают 8.7 г (96%) голубого кристаллического вещества.
2
2
2
2
Cu[ОР(О)(СНОН)]⋅0.5НО
Найдено, %: С 14.43; Н 3.96; Р 19.40. Вычислено, %: С 14.89; Н 4.06; Р 19.20.
Пример 7
Цинковая соль бис(оксиметил)фосфиновой кислоты
К суспензии 3.76 г тонко измельченного цинка углекислого (марка «ч») в 40 мл воды прикапывают раствор 9.2 г (избыток 15%) бис(оксиметил)фосфиновой кислоты в 20 мл воды, реакционную смесь нагревают при 50-60°С 1 час, охлаждают до 20°С, фильтруют от мутного осадка и упаривают при пониженном давлении при 50-55°С. Остаток обрабатывают 50 мл метанола, фильтруют и сушат при пониженном давлении при 50°С. Получают 9.15 г (97%) белого кристаллического вещества.
2
2
2
Zn[ОР(O)(СНОН)]⋅
Найдено, %: С 15.14; Н 3.76; Р 19.30. Вычислено, %: С 15.23; Н 3.84; Р 19.64.
31
2
ЯМР Р, δ, м.д., HO: 36.7.
Пример 8
Марганцевая соль бис(оксиметил)фосфиновой кислоты
2
2
2
2
К суспензии 3.45 г тонко измельченного марганца (II) углекислого основного (марка «ч», содержание Mn 42-45%) в 40 мл воды прикапывают раствор 9.1 г (избыток 15%) бис(оксиметил)фосфиновой кислоты в 20 мл воды, реакционную смесь нагревают при 50-60°С 1 час, охлаждают до 20°С, фильтруют от мутного осадка и упаривают при пониженном давлении при 50-55°С. Остаток обрабатывают 50 мл метанола, фильтруют и сушат при пониженном давлении при 50°С. Получают 8.0 г (87%) белого кристаллического вещества. Mn[ОР(O)(СНОН)]⋅2HO
Найдено, %: С 14.04; Н 4.56; Р 17.93. Вычислено, %: С 14.09; Н 4.73; Р 18.16.
Бис(оксиметил)фосфиновая кислота и ее соли по примерам 1-8 хорошо растворимы в воде и стабильны при хранении.
Результаты исследования заявляемых соединений на энергию прорастания, всхожесть, рост и развитие растений
Объект исследования - зерновые культуры: озимая и яровая пшеница, кукуруза, рис.
Схема опытов:
- контроль - замачивание семян в воде;
-6
-12
- опытные варианты - замачивание семян в растворах бис(оксиметил)фосфиновой кислоты и ее солей с металлами: Са, Mg, Na, Со, Mn, Cu, Zn в концентрациях (дозах) 1*10-1*10%.
Исследования проводили в условиях лабораторного опыта в чашках Петри, ложе для семян - два слоя фильтровальной бумаги. В каждую чашку помещали по 50 шт. семян, замоченных в воде (контроль) и растворах испытуемых соединений (опытные варианты). Экспозиция обработки семян пшеницы, кукурузы, риса - 1 час.
При проведении анализа руководствовались государственными стандартами - ГОСТ 12038-84 «Семена сельскохозяйственных культур. Технические условия определения энергии прорастания и всхожести», ГОСТ 12044-93 "Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения зараженности болезнями ".
Энергию прорастания и всхожесть семян вычисляли в процентах как среднее арифметическое результатов четырех проб (энергию прорастания на 4-е сутки, всхожесть пшеницы на 8-е сутки, риса и кукурузы - на 7-е сутки). При определении всхожести определяли показатели силы роста (длина корешков и ростков, их сырая и сухая масса в расчете на 100 проростков).
Исследование влияния предпосевной обработки семян бис(оксиметил)фосфиновой кислотой проводили на озимой пшенице (сорт Казанская-500) и яровой пшенице (сорт Экада-66).
-9
-12
Результаты сравнительного исследования обработки семян яровой пшеницы растворами бис(оксиметил)фосфиновой кислоты (БОМФК) и Мелафена приведены в таблице 1. Из таблицы 1 следует, что обработка семян яровой пшеницы раствором БОМФК в концентрациях 1⋅10% и 1⋅10% оказывает положительное влияние на всхожесть и высоту растений, приближаясь к показателям Мелафена.
-9
Было изучено влияние обработки бис(оксиметил)фосфиновой кислотой на фитопатологические свойства семян яровой пшеницы, результаты приведены в таблице 2. Из таблицы 2 видно, общая зараженность семян в контрольном варианте составила 59%. Наименьшая зараженность семян - 21,5% - наблюдалась в варианте с концентрацией БОМФК в концентрации 1⋅10%, что ниже контроля на 38%. Биологическая эффективность в этом случае составляет 64,4%. В остальных вариантах зараженность семян также остается ниже контрольных значений. Обработка семян растворами БОМФК способствует снижению их общей зараженности.
-9%
-11
-12
Результаты обработки семян озимой пшеницы растворами бис(оксиметил)фосфиновой кислоты приведены в таблице 3. Из таблицы 3 видно, что наибольшее влияние оказывает БОМФК в концентрации 1⋅10, увеличивая энергию прорастания, всхожесть, высоту растений, количество и длину корешков. В остальных вариантах данные не превышают контроля. Обработка семян раствором кислоты концентрации 1⋅10 и 1⋅10% повышает энергию прорастания и высоту растений и количество корешков.
-9
-11
-12
Результаты таблиц 1-3 свидетельствуют, что бис(оксиметил)фосфиновая кислота проявляет рострегулирующие свойства в концентрациях 1⋅10%, 1⋅10, 1⋅10%, но по величине влияния уступает прототипу - Мелафену.
Мелафен представляет собой соль бис(оксиметил)фосфиновой кислоты с гетероциклическим основанием - меламином. Для меламина известно, что технический меламин можно использовать как питательный компонент для огурцов [Allan J.J., Kaszkiewicz B. Przem. Chem., 1986, 65, (польск.). РЖХим. 70501, 1987]. Было совершенно неочевидно, как поведут себя заявляемые в качестве регуляторов роста и развития растений соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты с биогенными металлами.
Исследование влияния предпосевной обработки семян заявляемыми солями бис(оксиметил)фосфиновой кислоты с биогенными металлами проводили на озимой пшенице (сорт Вершина), кукурузе (сорт Краснодарский 385 МВ), рисе (сорт Диамант).
1. Объект исследования - озимая пшеница (сорт Вершина)
-7
-12
Влияние обработки семян озимой пшеницы растворами заявляемых солей на энергию прорастания и всхожесть семян приведены в таблице 4. Из таблицы 4 видно, что обработка семян озимой пшеницы растворами заявляемых солей оказывает положительное влияние на их посевные качества - всхожесть и образование нормально развитых проростков с лучшей выживаемостью растений. Абсолютные значения энергии прорастания и всхожести меняются в зависимости от исследуемой соли и ее концентрации (дозы). Однако энергия прорастания и всхожесть семян озимой пшеницы достоверно увеличивается для всех заявляемых солей в интервале концентраций используемых растворов 1*10-1*10%. Наиболее высокие значения показателей отмечены в вариантах с обработкой семян:
-7
раствор Са-соли 1⋅10%: энергия прорастания - 90,8%, всхожесть - 94,3%, в контроле - 77,1 и 81,3% соответственно;
-12
раствор Са-соли 1⋅10%: энергия прорастания - 88,9%, всхожесть - 92,0%, в контроле - 77,1 и 81,3% соответственно;
-11
раствор Mg-соли 1⋅10%: энергия прорастания - 93,1%, всхожесть - 96,0%, в контроле - 84,7 и 89,3% соответственно;
-9
раствора Na-соли 1⋅10%: энергия прорастания - 92,3%, всхожесть - 95,3%, в контроле - 85,1 и 88,0% соответственно;
-10
раствор Со-соли 1⋅10%: энергия прорастания - 95,6%, всхожесть - 98,7%, в контроле 88,5 и 94,0% соответственно;
-9
раствор Mn-соли 1⋅10%: энергия прорастания - 85,5%, всхожесть - 88,7%, в контроле 73,2 и 76,0% соответственно;
-9
раствор Cu-соли 1⋅10%: энергия прорастания - 94,9%, всхожесть - 98,0%, в контроле 84,8 и 87,3% соответственно;
-9
раствор Zn-соли 1⋅10%: энергия прорастания - 96,1%, всхожесть - 98,3%, в контроле 89,0 и 94,3% соответственно.
-7
-12
При обработке семян озимой пшеницы раствором Са-соли отмечены два пика концентраций (1⋅10% и 1⋅10%), при которых энергия прорастания и всхожесть имели значения: энергия прорастания - 90,8 и 88,9%, всхожесть - 94,3 и 92,0%. Максимальные значения энергии прорастания и всхожести отмечены в вариантах с применением растворов: Со-соли (95,6 и 98,7%), Zn-соли (96,1 и 98,3%) и Cu-соли (94,9 и 98,0%), минимальные - при применении растворов Са-соли (90,8 и 94,3%) и Mn-соли (85,5 и 88,7%). Представленные данные указывают на тот факт, что для озимой пшеницы в момент прорастания наиболее важную роль играют соли кобальта, меди и цинка.
Рассмотренные выше данные характеризуют жизненность семян только на самом начальном этапе прорастания, а жизнеспособность семян на более позднем этапе прорастания характеризует сила начального роста. Методика определения силы роста семян включает определение длины ростков и первичных корешков, а также их биомассы и сухой массы в расчете на 100 штук проростков [Картузова М.А. Сила начального роста как метод биологической оценки качества семян. Селекция и семеноводство. №2. 1953].
Результаты обработки семян озимой пшеницы растворами заявляемых солей бис(оксиметил)фосфиновой кислоты на силу роста приведены в таблицах 5-11.
-7
-12
Результаты обработки семян озимой пшеницы растворами Са-соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты на силу роста приведены в таблице 5. Из таблицы 5 видно, что обработка семян раствором Са-соли увеличивает силу роста. Во всех опытных вариантах формировались более крупные по размеру (увеличение на 10-36%) и массе (увеличение на 5-50%) проростки. Наиболее высокие значения показателей силы роста отмечены в вариантах с применением испытуемого раствора в концентрации 1⋅10% (увеличение длины корешка на 34%, ростка - на 27%, сырой массы корешков - на 32%, ростков - на 10%, сухой массы корешков - на 47%, ростков - на 30%) и 1⋅10% (увеличение длины корешка на 34%, ростка - на 36%, сырой массы корешков - на 40%, ростков - на 29%, сухой массы корешков - на 50%, ростков - на 37%).
-11
-6
Результаты обработки семян озимой пшеницы растворами Mg-соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты на силу роста приведены в таблице 6. Анализ данных таблицы 6 показывает, что обработка семян раствором Mg-соли оказывает существенное влияние на интенсивность прорастания (силу роста) семян озимой пшеницы. При этом сила воздействия в значительной степени зависела от концентрации раствора. В большей степени влияние Mg-соли на прорастание семян проявилось при обработке их раствором концентрации 1⋅10%. В указанном варианте проростки отличались наибольшими размерами и массой (увеличение длины корешка на 31%, ростка - на 7%, сырой массы корешков - на 33%, ростков - на 6%, сухой массы корешков на 27,5%, ростков - на 39%). Следует также отметить, что при обработке семян раствором испытуемой соли в концентрации 1⋅10% значения рассматриваемых в таблице 6 показателей уступали таковым в контроле.
-9
-6
-12
Результаты обработки семян озимой пшеницы растворами Na-соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты на силу роста приведены в таблице 7. Из таблицы 7 следует, что обработка семян озимой пшеницы раствором Na-соли стимулирует рост проростков. Наиболее эффективной оказалась концентрация 1⋅10% (увеличение длины корешка на 7,5%, ростка - на 13%, сырой массы корешков - на 31,5%, ростков - на 15,6%, сухой массы корешков на 36,5%, ростков - на 23%). Применение растворов в максимальной (1⋅10%) и минимальной (1⋅10%) концентрациях оказалось малоэффективным.
-10
-7
-8
-9
-11
Результаты обработки семян озимой пшеницы растворами Со-соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты на силу роста приведены в таблице 8. Из таблицы 8 следует, что наиболее сильные и мощные проростки формировались в варианте с использованием раствора соли в концентрации 1⋅10% (увеличение длины корешка на 5%, ростка - на 15%, сырой массы корешков - на 23,5%, ростков - на 22%, сухой массы корешков на 22%, ростков - на 49%). Следует отметить, что и в других опытных вариантах (1⋅10%, 1⋅10%, 1⋅10%, 110%) получено достоверное превышение значений показателей силы роста над контрольными значениями.
-9
-10
-6
Результаты обработки семян озимой пшеницы растворами Mn-соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты на силу роста приведены в таблице 9. Из таблицы 9 видно, что обработка семян озимой пшеницы раствором Mn-соли существенно активизирует процесс прорастания семян, особенно в варианте с концентрацией 1⋅10% (увеличение длины корешка на 53%, ростка - на 119%, сырой массы корешков - на 97%, ростков - на 41%, сухой массы корешков на 67,5%, ростков - на 71%) и 1⋅10% (увеличение длины корешка на 50%, ростка - на 97%, сырой массы корешков - на 142%, ростков - на 28%, сухой массы корешков на 54%, ростков - на 63%). Избыточные концентрации вызывают нарушение роста. При применении раствора соли в концентрации 1⋅10% значения всех рассматриваемых в таблице показателей уступали таковым контрольного варианта.
-9
-6
-12
Результаты обработки семян озимой пшеницы растворами Cu-соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты на силу роста приведены в таблице 10. Данные таблицы 10 показывают, что обработка семян озимой пшеницы раствором Си-соли влияет на интенсивность прорастания семян (силу роста). При этом степень воздействия значительно зависит от концентрации раствора. Наиболее крупные по размеру и массе проростки формировались в варианте с применением препарата в концентрации 1⋅10% (увеличение длины корешка и ростка - на 17%, сырой массы корешков - на 47%, ростков - на 36%, сухой массы корешков на 39,5%, ростков - на 35%). Концентрации 1⋅10% и 1⋅10% - не эффективны.
-9
-7
Результаты обработки семян озимой пшеницы растворами Zn-соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты на силу роста приведены в таблице 11. Данные таблицы 11 показывают, что обработка семян озимой пшеницы растворами Zn-соли активизирует процесс прорастания семян, особенно в варианте с концентрацией 1⋅10% (увеличение длины корешка на 12%, ростка - на 5%, сырой массы корешков - на 38%, ростков - на 8%, сухой массы корешков на 21%, ростков - на 28%). При этом следует отметить, что и в других опытных вариантах, начиная с дозы 1⋅10% формировались более сильные, чем в контроле, проростки.
Для сравнения заявляемых соединений с препаратом Мелафен (прототипом) приводим результаты сравнительного исследования по обработке семян растворами заявляемых солей бис(оксиметил)фосфиновой кислоты и Мелафена, взятыми в концентрациях, оптимальных для этих соединений (таблицы 12, 13).
-7
-9
Данные таблицы 12 указывают, что обработка семян озимой пшеницы испытуемыми соединениями повышает энергию прорастания и всхожесть. Наиболее высокие абсолютные значения энергии прорастания и всхожести семян по отношению к контролю (86.0 и 93.3%) отмечены в вариантах: Мелафен 1⋅10% (95,0 и 98,3%), Cu соль 1⋅10% (94,7 и 98,7%). В других вариантах значения энергии прорастания и всхожести также превышают контрольные и близки к показателям Мелафена.
-
7
-11
-10
-9
Из таблицы 13 видно, что наиболее сильные проростки формировались в вариантах с применением препаратов: Мелафен - 1⋅10%, Mg соль - 1⋅10%, Со соль - 1⋅10%, Cu соль - 1⋅10%. Для солей меди и кобальта эти показатели были лучше, чем у прототипа - Мелафена. В указанных вариантах длина корешков и ростков, а также их масса (сырая и сухая) существенно превосходила по абсолютному значению рассматриваемые показатели в контрольном варианте. В других вариантах значения главных посевных показателей качества семян (энергия прорастания и всхожесть) также превышают контрольные. Таким образом, заявляемые соли являются эффективными регуляторами роста и развития растений для озимой пшеницы, не уступающие прототипу - Мелафену.
2. Объект исследования - кукуруза (сорт Краснодарский 385 МВ)
-7
-12
Влияние обработки семян кукурузы растворами заявляемых солей на энергию прорастания и всхожесть семян приведены в таблице 14. Из таблицы 14 следует, что абсолютные значения энергии прорастания и всхожести меняются в зависимости от исследуемой соли и ее концентрации. Однако энергия прорастания и всхожести семян кукурузы достоверно увеличиваются для всех заявляемых солей в интервале концентраций используемых растворов 1*10-1*10%.
Наиболее высокие значения показателей отмечены в вариантах:
-10
раствор Са-соли 1⋅10%: энергия прорастания - 87,8%, всхожесть - 90,0%, в контроле - 76,7 и 79,2% соответственно;
-9
раствор Mg-соли 1⋅10%: энергия прорастания - 89,7%, всхожесть - 95,8%, в контроле - 76,7 и 80,3% соответственно;
-10
раствора Na-соли 1⋅10%: энергия прорастания - 89,7%, всхожесть - 93,0%, в контроле - 76,3 и 79,0% соответственно;
-7
раствор Со-соли 1⋅10%: энергия прорастания - 84,3%, всхожесть - 90,0%, в контроле 75,5 и 78,0% соответственно;
-9
раствор Mn-соли 1⋅10%: энергия прорастания - 87,7%, всхожесть - 88,7%, в контроле 76,0 и 79,7% соответственно;
-8
раствор Cu-соли 1⋅10%: энергия прорастания - 91,8%, всхожесть - 94,2%, в контроле 75,7 и 78,3% соответственно;
-8
раствор Zn-соли 1⋅10%: энергия прорастания - 88,3%, всхожесть - 90,8%, в контроле 76,0 и 79,2% соответственно.
Результаты обработки семян кукурузы растворами заявляемых солей бис(оксиметил)фосфиновой кислоты на силу роста приведены в таблицах 15-21.
-6
-7
-12
-10
Результаты обработки семян кукурузы растворами Са-соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты на силу роста приведены в таблице 15. Из таблицы 15 следует, что обработка семян кукурузы раствором кальциевой соли усиливает процесс прорастания. Исключение составляют варианты с использованием концентраций 1⋅10%, 1⋅10% и 1⋅10%, в которых разница по отношению к контролю значений рассматриваемых показателей была не столь существенной. Наиболее высокие значения показателей силы роста отмечены в варианте с концентрацией 1⋅10% (увеличение длины корешка на 20%, ростка - на 23%, сырой массы корешков - на 31%, ростков - на 26%, сухой массы корешков - на 21%, ростков - на 78%). Эта концентрация и является оптимальной для раствора кальциевой соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты при обработке им семян кукурузы перед посевом.
-9
Результаты обработки семян кукурузы растворами Mg-соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты на силу роста приведены в таблице 16. Из таблицы 16 видно, что обработка семян кукурузы испытуемыми растворами Mg-соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты стимулирует прорастание семян и усиливает силу роста. При этом в большей степени у проростков стимулируется отрастание корешков (увеличение длины на 21-72%), нежели ростков (изменение длины от -15% до +15%). Наиболее сильные и крепкие проростки формировались при применении раствора в концентрации 1⋅10% (увеличение длины корешка на 72%, ростка - на 15%, сырой массы корешков - на 42%, ростков - на 61%, сухой массы корешков - на 38%, ростков - на 32%). Таким образом, по совокупности показателей именно эта концентрация является оптимальной для магниевой соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты при обработке семян кукурузы.
-10
-6
-12
Результаты обработки семян кукурузы растворами Na-соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты на силу роста приведены в таблице 17. Данные таблицы 17 показывают, что наиболее существенное положительное влияние оказывает обработка раствором Na-соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты в концентрации 1⋅10%: увеличение длины корешка на 17%, ростка - на 11%, сырой массы корешков - на 6%, ростков - на 17%, сухой массы корешков - на 6,5%, ростков - на 55,5%. Именно эта концентрация по совокупности показателей является оптимальной для натриевой соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты при обработке семян кукурузы. Концентрации 1⋅10% и 1⋅10% - не эффективны.
-11
-12
-7
-7%
Результаты обработки семян кукурузы растворами Со-соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты на силу роста приведены в таблице 18. Из таблицы 18 следует, что при концентрации 1⋅10% и 1⋅10% не наблюдается усиления интенсивности прорастания, между значениями рассматриваемых показателей контрольного и опытных вариантов нет существенной разницы. В остальных вариантах сила роста проростков существенно превосходит таковую контрольного варианта. Наибольшая разница в значениях показателей контроля и опытного варианта отмечена при применении раствора соли в концентрации 1⋅10% (увеличение длины корешка на 32%, ростка - на 27%, сырой массы корешков - на 20%, ростков - на 60%, сухой массы корешков - на 15%, ростков - на 25%). По совокупности показателей концентрация 1⋅10 является оптимальной для кобальтовой соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты при обработке семян кукурузы.
-6
-7
-11
-12
-9
Результаты обработки семян кукурузы растворами Mn-соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты на силу роста приведены в таблице 19. Данные таблицы 19 показывают, что концентрации растворов 1⋅10%, 1⋅10% и 1⋅10%, 1⋅10% не оказывают эффективного действия, и даже ингибируют силу роста семян кукурузы. Наиболее оптимальной концентрацией раствора марганцевой соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты для обработки семян кукурузы является 1⋅10% (увеличение длины корешка на 21%, ростка - на 15%, сырой массы корешков - на 43%, ростков - на 30%, сухой массы корешков - на 31%, ростков - на 58%).
-12
-8
Результаты обработки семян кукурузы растворами Cu-соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты на силу роста приведены в таблице 20. Из таблицы 20 следует, что обработка семян кукурузы раствором медной соли усиливает процесс прорастания. Исключение составляет вариант с самой низкой (1-10%) концентрацией. Наиболее высокие значения показателей силы роста отмечены в варианте с концентрацией 1⋅10% (увеличение длины корешка на 16%, ростка - на 37%, сырой массы корешков - на 31%, ростков - на 41%, сухой массы корешков - на 28,5%, ростков - на 18%). Эта концентрация и является оптимальной для раствора медной соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты при обработке им семян кукурузы перед посевом.
-12
-8
Результаты обработки семян кукурузы растворами Zn-соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты на силу роста приведены в таблице 21. Результаты таблицы 21 показывают, что, что обработка семян раствором Zn-соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты усиливает интенсивность прорастания, исключение составляет самая низкая концентрация 1⋅10. Максимальные значения рассматриваемых в таблице 21 показателей отмечены в варианте с концентрацией 1⋅10% (увеличение длины корешка на 25,5%, ростка - на 21%, сырой массы корешков - на 27%, ростков - на 38%, сухой массы корешков и ростков - на 31%). Эта концентрация и является оптимальной для раствора цинковой соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты при обработке им семян кукурузы перед посевом.
Результаты сравнительных испытаний обработки семян кукурузы растворами заявляемых солей бис(оксиметил)фосфиновой кислоты с биогенными металлами в оптимальных концентрациях и Мелафеном (прототипом) представлены в таблицах 22 и 23.
Приведенные в таблице 22 результаты показывают, что обработка семян кукурузы перед посевом заявляемыми солями бис(оксиметил)фосфиновой кислоты в оптимальных для каждой из них концентрациях способствовала повышению энергии прорастания (85,0-92,0%, в контроле - 82,3%) и всхожести (94,0-97,7%, в контроле - 92,3%) семян. Для Мелафена энергия прорастания составила 90,7%, всхожесть - 97,7%.
-7
-7
-9
-8
-8
Результаты таблицы 23 показывают, что обработка семян кукурузы испытуемыми препаратами усиливает интенсивность их прорастания. Возрастают длина корешков (на 12-44%) и ростков (на 15-55%), биомасса корешков (на 5-37%) и ростков (на 14-44%), сухая масса корешков (на 6-35%) и ростков (на 4-30%). Наиболее существенные приросты длины и массы проростков отмечены в вариантах с применением Мелафена (1⋅10%), солей бис(оксиметил)фосфиновой кислоты с Со (1⋅10%), Mg (1⋅10%), Cu (1⋅10%), Zn (1⋅10%). Такое усиление силы роста проростков способствует формированию сильных всходов, в дальнейшем способных сформировать мощные растения. По влиянию на интенсивность прорастания семян кукурузы заявляемые соли не уступают Мелафену.
Таким образом, приведенные в таблицах 22 и 23 данные показывают, что заявляемые соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты при обработке семян кукурузы работают как эффективные регуляторы роста и развития растений, не уступающие Мелафену.
3. Объект исследования - рис (сорт Диамант)
-8
-12
Влияние обработки семян риса растворами заявляемых соединений на энергию прорастания и всхожесть семян приведены в таблице 24. Из таблицы 24 следует, что абсолютные значения энергии прорастания и всхожести меняются в зависимости от исследуемой соли и ее концентрации. Однако энергия прорастания и всхожести семян риса достоверно увеличиваются для всех заявляемых солей в интервале концентраций используемых растворов 1*10-1*10%.
-10
Наиболее высокие значения показателей отмечены в вариантах: раствор Са-соли 1⋅10%: энергия прорастания - 85,0%, всхожесть - 92,0%, в контроле - 77,3 и 81,3% соответственно;
-10
раствор Mg-соли 1⋅10%: энергия прорастания - 86,3%, всхожесть - 92,7%, в контроле - 78,0 и 82,7% соответственно;
-11
раствора Na-соли 1⋅10%: энергия прорастания - 84,0%, всхожесть - 90,3%, в контроле - 76,3 и 81,7% соответственно;
-9
раствор Со-соли 1⋅10%: энергия прорастания - 86,3%, всхожесть - 93,7%, в контроле 78,3 и 83,3% соответственно;
-9
раствор Mn-соли 1⋅10%: энергия прорастания - 85,3%, всхожесть - 91,7%, в контроле 77,7 и 83,0% соответственно;
-10
раствор Cu-соли 1⋅10%: энергия прорастания - 88,7%, всхожесть - 96,7%, в контроле 79,7 и 86,3% соответственно;
-9
раствор Zn-соли 1⋅10%: энергия прорастания - 88,7%, всхожесть - 96,0%, в контроле 81,0 и 87,7% соответственно.
Результаты обработки семян риса растворами заявляемых солей бис(оксиметил)фосфиновой кислоты на силу роста приведены в таблицах 25-31.
-9
Результаты обработки семян риса растворами Са-соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты на силу роста приведены в таблице 25. Из таблицы 25 следует, что растворы кальциевой соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты усиливает рост проростков риса. Наиболее качественные семена получены в варианте с концентрацией 1⋅10% (увеличение длины корешка на 27%, ростка - на 28%, сырой массы корешков и ростков - на 34%, сухой массы корешков - на 76%, ростков -на 52%), исходя из чего, именно эта концентрация раствора определена как оптимальная.
-10
Результаты обработки семян риса растворами Mg-соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты на силу роста приведены в таблице 26. Как показали результаты исследований (табл. 26), предпосевная обработка семян риса растворами магниевой соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты способствует формированию больших по размеру и массе проростков. Наиболее высокие значения показателей силы роста отмечены в варианте с концентрацией 1⋅10% (увеличение длины корешков на 36%, ростков - на 41%, сырой массы корешков - на 63%, ростков - на 41,5%, сухой массы корешков - на 59%, ростков - на 69%). Эта концентрация и является оптимальной для раствора магниевой соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты при обработке им семян риса перед посевом.
-11
Результаты обработки семян риса растворами Na-соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты на силу роста приведены в таблице 27. Представленные в таблице 27 данные указывают, что обработка семян риса растворами натриевой соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты стимулирует процесс прорастания семян, особенно в концентрации 1⋅10% (увеличение длины корешков на 23%, ростков - на 90%, сырой массы корешков - на 48%, ростков - на 40%, сухой массы корешков и ростков -на 50%). Эта концентрация и является оптимальной для раствора магниевой соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты при обработке им семян риса перед посевом. Необходимо отметить, что и в других вариантах превышение значений длины и массы (сырой и сухой) корешков и ростков, по отношению к контролю, было существенным.
-9
Результаты обработки семян риса растворами Со-соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты на силу роста приведены в таблице 28. Данные, представленные в таблице 28, указывают на то, что обработка семян риса растворами Со-соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты в любой из испытуемых концентраций усиливает интенсивность их прорастания. Наиболее сильные и мощные проростки формировались в варианте с концентрацией 1⋅10% (увеличение длины корешков на 32%, ростков - на 52%, сырой массы корешков - на 40%, ростков - на 41%, сухой массы корешков - на 53%, ростков - на 75%). Эта концентрация и является оптимальной для раствора кобальтовой соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты при обработке им семян риса перед посевом.
-9
Результаты обработки семян риса растворами Mn-соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты на силу роста приведены в таблице 29. Данные таблицы 29 показывают, что применение Mn-соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты привело к значительному повышению энергии прорастания и всхожести семян. Наиболее сильные и мощные проростки формировались в варианте с концентрацией 1⋅10% (увеличение длины корешков на 13%, ростков - на 32%, сырой массы корешков - на 47%, ростков - на 40%, сухой массы корешков - на 60%, ростков - на 69%). Эта концентрация и является оптимальной для раствора марганцевой соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты при обработке им семян риса перед посевом.
-10
Результаты обработки семян риса растворами Cu-соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты на силу роста приведены в таблице 30. Данные таблицы 30 показывают, что обработка семян риса растворами Си-соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты увеличивает силу роста, особенно в варианте с концентрацией 1⋅10% (увеличение длины корешков на 18%, ростков - на 21%, сырой массы корешков - на 49%, ростков - на 53%, сухой массы корешков - на 59%, ростков - на 56,5%). Эта концентрация и является оптимальной для раствора медной соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты при обработке им семян риса перед посевом.
-9
Результаты обработки семян риса растворами Zn-соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты на силу роста приведены в таблице 31. Полученные данные (табл. 31) демонстрируют, что обработка семян риса растворами Zn-соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты приводит к значительному увеличению их силы роста. Максимальные значения размеров и массы проростков отмечены в варианте с концентрацией 1⋅10% (увеличение длины корешков на 30%, ростков - на 50%, сырой массы корешков - на 57%, ростков - на 58%, сухой массы корешков - на 59%, ростков - на 50%). Эта концентрация и является оптимальной для раствора цинковой соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты при обработке им семян риса перед посевом.
Результаты сравнительных испытаний обработки семян риса растворами заявляемых солей бис(оксиметил)фосфиновой кислоты с биогенными металлами в оптимальных концентрациях и Мелафеном (прототипом) представлены в таблицах 32 и 33.
-8
-8
-8
Из таблицы 32 следует, что наиболее эффективными являются варианты с Мелафеном 1⋅10% (энергия прорастания 89,5%, всхожесть 96,3%), солей бис(оксиметил)фосфиновой кислоты с 2n 1⋅10% (энергия прорастания 89,5%, всхожесть 96,5%), Cu 1⋅10% (энергия прорастания 88,0%, всхожесть 96,0).
-8
-8
Показатели роста проростков (длина корешков и ростков, их масса - сырая и сухая), характеризующие силу роста семян приведены в таблице 33. Данные таблицы 33 демонстрируют, что во всех опытных вариантах формируются более мощные проростки, которые по длине и массе существенно превосходят контрольный вариант (увеличение длины корешков на 23-58%, ростков - на 27-88%, сырой массы корешков - на 34-50%, ростков - на 48-73,5%, сухой массы корешков - на 5-38%, ростков - на 8-40%). Наиболее мощные проростки, гарантирующие получение дружных и сильных всходов, получены в вариантах с применением препарата Мелафен в концентрации 1⋅10% (прототип), соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты с Zn в концентрации 1⋅10%.
Результаты таблиц 32 и 33 свидетельствуют, что заявляемые соли биогенных металлов (Са, Mg, Na, Со, Mn, Cu, Zn) с бис(оксиметил)фосфиновой кислотой по своим рострегулирующим свойствам на рисе не уступают или близки Мелафену.
Результаты полевых испытаний
Полевые испытания приведены для магниевой соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты.
Изучали влияние обработки семян озимой пшеницы (сорт Казанская 560) растворами магниевой соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты на урожайность и качество зерна. Производственный опыт проводился в звене зернопарового севооборота. Посев был проведен 01.09.2015 г. на площади опытного участка в 1,7 га, расположенного на экспериментальной базе Татарстанского НИИ сельского хозяйства. Для сравнения обработка семян проводилась растворами магниевой соли БОМФК и регулятора роста Мелафена в одних и тех же концентрациях, оптимальных для Мелафена.
В опыте изучались следующие варианты:
1. Контроль (без обработки семян);
-7
2. Обработка семян раствором магниевой соли БОМФК в концентрации 1⋅10%.
-7
-8
3. Обработка семян раствором магниевой соли БОМФК в концентрации 1⋅10% + опрыскивание по вегетации раствором магниевой соли БОМФК в концентрации 1⋅10% в фазах осеннего кущения и колошения;
-7
4. Обработка семян регулятором роста Мелафен в концентрации раствора 1⋅10%;
-7
-8
5. Обработка семян регулятором роста Мелафен в концентрации 1⋅10% + опрыскивание по вегетации раствором Мелафена в концентрации 1⋅10% в фазах осеннего кущения и колошения.
Обработка семян испытуемыми соединениями проводилась из расчета 10 мл/т совместно с протравителем. Обработка вегетирующих растений осуществлялась из расчета 5 мл/га. Были проведены агротехнические операции, общепринятые для данной зоны, защита растений от сорняков и болезней - одинаковы во всех вариантах. Полученные результаты приведены в таблице 34.
-7%
-8
Из таблицы 34 следует, что предпосевная обработка семян озимой пшеницы растворами магниевой соли БОМФК обеспечивает лучшую всхожесть по сравнению с контролем (до 70%, в контроле - 67%) и сохранность растений (до 55%, в контроле - 41%). Дополнительное опрыскивание растений в фазах осеннего кущения и колошения приводит к повышению сохранности растений до 61% и по этому показателю не уступает Мелафену. В вариантах с магниевой солью возрастает продуктивность и качество зерна: увеличивается количество зерен в колосе и масса зерен с колоса. Соответственно возрастает и урожайность озимой пшеницы; максимальное увеличение урожайности отмечено в варианте с обработкой семян магниевой солью БОМФК 1⋅10 с опрыскиванием 1⋅10% - 30,7 ц/га (в контроле - 21,7 ц/га, в аналогичном варианте с Мелафеном - 29,3 ц/га).
Результаты полевых опытов с магниевой солью бис(оксиметил)фосфиновой кислоты как основного рострегулирующего компонента для предпосевной обработки семян в сочетании с повторной обработкой растений озимой пшеницы другими заявляемыми солями бис(оксиметил)фосфиновой кислоты приведены в таблице 35.
Из таблиц 34 и 35 следует, что продуктивность и качество зерна озимой пшеницы возрастает при сочетании замачивания семян в растворе испытуемой соли с дополнительной обработкой растений в фазы кущения и колошения раствором любой из испытуемых солей БОМФК.
-7
-12
-9
-12
-7
-12
Таким образом, результаты исследований на озимой пшенице, кукурузе, рисе позволяют заключить, что заявляемые соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты с биогенными металлами (Ca, Mg, Na, Co, Mn, Cu, Zn) обладают рострегулирующими свойствами, повышают энергию прорастания и всхожесть семян, усиливают интенсивность прорастания (силу роста), то есть совокупные показатели качества семян. Рабочие дозы заявляемых соединений лежат в интервале 1*10 - 1*10%. Оптимальные концентрации заявляемых соединений для предпосевной обработки семян лежат в диапазоне 1*10 - 1*10%, что позволяет отнести заявляемые соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты к рострегулирующим препаратам, сравнимым по эффективности с природными фитогормонами. Бис(оксиметил)фосфиновая кислота проявляет более слабые рострегулирующие свойства и уступает прототипу - Мелафену. Сравнение заявляемых солей с Мелафеном показывает, что они в оптимальных концентрациях не уступают ему по влиянию на посевные качества семян. На примере магниевой соли бис(оксиметил)фосфиновой кислоты показано, что предпосевная обработка семян раствором этой соли приводит к повышению урожайности и качества зерна озимой пшеницы аналогично известному рострегулятору Мелафену. Заявляемые соединения расширяют ассортимент регуляторов роста и развития растений, эффективных в чрезвычайно низких концентрациях 1*10 - 1*10%, одновременно обогащая семена необходимыми микроэлементами.
Простота способов получения заявляемых соединений с высокими выходами из промышленно доступных продуктов, а также их эффективность в чрезвычайно низких концентрациях и вытекающая из этого экологичность для получаемой продукции, их растворимость в воде, стабильность при хранении, представляют неоспоримые преимущества заявляемых соединений перед используемыми регуляторами роста и развития растений. Все вышеперечисленное делает их перспективными для применения в сельском хозяйстве.