препарат для стимуляции проращивания семян и повышения устойчивости проростков к дефициту влаги и способ его получения

Формула изобретения

1. Способ получения препарата для стимуляции проращивания семян и повышения устойчивости проростков к дефициту влаги, заключающийся в том, что проводят окисление гидрохинона перекисью водорода в присутствии солей двухвалентного железа, а затем нейтрализацию образующейся кислоты щелочью, инкубируют смесь при температуре 50-65°С в течение 5-6 ч, после чего измеряют содержание непрореагировавшего гидрохинона, в случае, если содержание его составляет более 20%, добавляют свежую порцию перекиси водорода и проводят реакцию до содержания гидрохинона не более 10-15% от общей массы всего препарата или проводят продувку реакционной смеси воздухом в течение 2-3 ч.

2. Препарат для стимуляции проращивания семян и повышения устойчивости проростков к дефициту влаги, основным функционально активным компонентом которого является олигомер, включающий несколько фенольных колец и функциональные ОН-группы, имеющий молекулярную массу около 3 кДа, полученный способом по п.1.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к растениеводству, и может быть использовано для повышения всхожести семян, скорости роста проростков и повышения их устойчивости к недостатку влаги.

В проращивании семян зерновых культур лимитирующими факторами являются влажность, ее поддерживание на постоянном уровне, а также стерильность от патогенных грибов и микроорганизмов. В зерновке семени имеется весь необходимый запас питательных веществ, и пока они не будут израсходованы полностью, проростки могут обходиться без подкормки.

Для стимуляции проращивания семян используют различные вещества.

Известен способ получения жидких суспендированных торфогуминовых удобрений (RU №2001038, кл. C05F 11/02, 1993.10.15), которые также могут быть использованы для ускорения проращивания семян.

Однако полученные препараты имеют непостоянный состав, поэтому их трудно стандартизировать, т.е. подобрать дозу для оптимального стимулирования проращивания семян. А в неоптимальной концентрации он может произвести обратный эффект, т.е. ингибировать процесс проращивания семян.

Хорошие результаты для стимуляции проращивания семян дает замачивание перед проращиванием в растворах гибберрелина или пангамата кальция концентрацией 50-100 мг/л (RU №2112344, кл. А01С 1/00, 1993.10.15).

Известен препарат Катапол, используемый для предпосевной обработки семян. Он представляет собой комплекс сополимера N-винилпирролидона и кротоновой кислоты с алкилметилбензиламмонием (RU №2133568, кл. A01N 25/10, 1999.07.27).

Однако в последнем случае вещество не является характерным природным компонентом для растений и, несмотря на его нетоксичность на мышах, вопрос о возможных отдаленных последствиях на организм человека остается открытым.

Наиболее близким к заявляемому препарату аналогом, стимулирующим проращивание семян, является Гумат калия марки "А" производства ЗАО "ТПК Техноэкспорт", г.Сергиев Посад, Московская обл. под торговым названием "Энерген". (ТУ 2387-020-423 15284-00, № гос. Рег. 27-7410-0143-1-марка-А). Этот препарат, как написано на упаковке, содержит соли гуминовых кислот, соли кремниевых кислот, макро- и микроэлементы.

Однако из-за большого разнообразия химического состава гуминовых кислот, получаемых из различных природных источников, такие препараты трудно стандартизировать. Кроме того, в зародышах семян уже содержатся микроэлементы и другие питательные вещества, необходимые для выращивания без дополнительного добавления микроэлементов в среду на стадии роста проростков до 12-дневного возраста. Таким образом, наличие многокомпонентного состава питательных веществ в гуматах не является строго необходимым для стимулирования проращивания семян.

Известно, что комплексное воздействие гумината на свойства песчаной подзолистой почвы выражалось в увеличении общей биомассы растений и влагоемкости почвы (ttp://www.humina.ur.ru/doc/flexcom.doc) и улучшении ее структуры (http://www.moarcc.aris.ru).

Известен способ получения полиоксифениленовых эфиров (RU №2224737, кл. С07С 43/295, 2004.02.27), заключающийся в том, что проводят окисление гидрохинона перекисью водорода при мольном соотношении указанных реагентов 1:(1,5-2), соответственно, в присутствии солей двухвалентного железа, а затем нейтрализацию образующейся кислоты щелочью.

Однако в полученном по указанному патенту препарате содержание свободного непрореагировавшего гидрохинона не регулируется, оно может составлять до 60% от всего препарата. Это вызывает эффект токсичности на проращивание семян.

В предлагаемой общей структуре базового соединения имеется два фенильных кольца, соединенных кислородом.

где R=-ОН, -S-SO₂-ONa; х=1, 2; М=-ОН, -О-С₆H₄ -ОН.

Кроме него в конечном препарате содержатся катионы железа, натрия, оставшийся свободный гидрохинон и, возможно, соединение хинон-гидрохиноновой природы.

Полученные соединения, обладающие сочетанным антиоксидантным и антигипоксантным действием, использовались только в медицине.

Задачей изобретения является создание препарата для стимуляции проращивания семян и повышения устойчивости проростков к дефициту влаги.

Технический результат, который может быть получен при использовании предлагаемого препарата - увеличение количества всходов, массы и высоты растений.

В периоде проращивания семян стимулирующая роль гумуса и гуминовых кислот определяется их положительным влиянием на сохранение влажности зерновки и стабильным обеспечением ее водой.

Веществами гуминовых кислот, определяющими влагоемкость субстрата проращивания семян и самих семян, являются вещества ароматической природы, придающие этим кислотам и гумусу темную окраску.

Эти вещества могут быть заменены синтетическими препаратами, в частности веществами, полученными при окислении гидрохинона с образованием полиоксифенильных эфиров.

Препарат, полученный как описано в патенте RU №2224737, так же, как гуминовые кислоты, хорошо растворяется в воде и плохо в спирте, образует осадок с трехвалентным алюминием и другими тяжелыми металлами. Общим с гуминовыми кислотами является также хорошая растворимость в щелочах и сорбция на поверхности силикагеля, песке, хлопчато-бумажной ткани, при нейтральных и кислых рН.

Так как это соединение образуется путем окисления гидрохинона в присутствии двухвалентного железа и перекиси водорода, конечный продукт имеет темную окраску и сходный с гуминовыми кислотами спектр поглощения в видимой области. Некоторые другие физико-химические свойства препарата, приготовленного согласно патенту RU №2224737, также сходны с гуминовыми кислотами, в частности, по спектру поглощения в видимой области. (J.Cieslewicz. Comparison of the chemical composition of sediments in lakes in catchments forested with beech and pine / в сб. Earth and Environmental Sciennces // Acta Universitatis Latviensis, v.692, 2005, pp.7-18).

Предлагаемый препарат для стимуляции проращивания семян и повышения устойчивости проростков к дефициту влаги получают следующим образом.

Проводят окисление гидрохинона перекисью водорода в присутствии солей двухвалентного железа, а затем нейтрализацию образующейся кислоты щелочью, инкубируют смесь при температуре 50-65°С в течение 5-6 часов, затем измеряют содержание непрореагировавшего гидрохинона, в случае если содержание его составляет более 20%, добавляют свежую порцию перекиси водорода и проводят реакцию до содержания гидрохинона не более 10-15% от общей массы всего препарата.

Для снижения содержания непрореагировавшего гидрохинона проводят продувку реакционной смеси воздухом в течение 2-3 часов. В течение всего хода реакции осуществляют контроль содержания свободного гидрохинона одним из известных методов, например спектрофотометрическим.

Затем смесь сушат на лиофильной установке до концентрации, соответствующей 1,5%-3,5%-ного раствора, либо до сухого состояния.

Жидкая форма хорошо хранится и более удобна для дозировки при использовании. Образовавшийся при хранении небольшой осадок может быть растворен в воде полностью.

Полученный препарат для стимуляции проращивания семян и повышения устойчивости проростков к дефициту влаги представляет собой вещество, содержащее несколько компонентов. Основным функционально активным компонентом является имеющий молекулярную массу 3-4 кДа олигомер, включающий несколько фенольных колец и функциональные ОН-группы.

Подтверждением этому являются данные тонкослойной хроматографии (Фиг.1), спектрометрические характеристики в видимой области (Фиг.2) и данные электрофоретического разделения препарата по молекулярной массе в полиакриламидном геле (фиг.3).

На фиг.1 представлен результат тонкослойной хроматографии гидрохинона, препарата «Энерген», препарата по патенту RU №2224737 и предлагаемого препарата, полученного с использованием продувки воздухом реакционной смеси. Хроматографию проводили на пластинках с целлюлозой 20×10 см (Watman) в системе растворителей метанол: диметилформамид: вода 75:15:10. Компоненты проявляли в парах йода. Гидрохинон имеет R_f 0,95. В «Энергене» и предлагаемом препарате отсутствует гидрохинон, в то время как в препарате, приготовленном по патенту RU №2224737, он присутствует в количестве, большем 20%. В препарате «Энерген» и в предлагаемом препарате основная масса вещества остается на старте. Второй компонент предлагаемого препарата имеет подвижность меньшую, чем у гидрохинона, R_f 0,86 (обозначен стрелкой).

Спектрометрические характеристики в видимой области на Фиг.2 свидетельствуют о сходстве представленных веществ (нет выраженного максимума поглощения), все вещества одинаково окрашены - они имеют темно-коричневый цвет при рН около 7. Это свидетельствует о том, что они имеют сопряженные связи между фенольными кольцами и олигомерную структуру. Различие в спектре при добавлении КОН к препарату «Энерген» и предлагаемому препарату - смещение спектра поглощения в длинноволновую область происходит менее интенсивно, чем в случае с препаратом по патенту RU №2224737. Это согласуется с данными тонкослойной хроматографии (Фиг.1) и подтверждает различное содержание гидрохинона в препаратах.

Данные электрофореза в полиакриламидном геле (Фиг.3) двух препаратов - предлагаемого и по патенту RU №2224737 - подтверждают сходство и различие по составу. Сходство состоит в наличии агрегатов на старте (указано стрелкой). Различие по составу: в препарате по патенту RU №2224737 обнаруживается около трех полос с разной молекулярной массой от 3 до 5 кДа, в предлагаемом препарате обнаруживается один компонент с молекулярной массой около 3-х кДа.

Возможность осуществления предлагаемого изобретения подтверждается примерами, но не ограничивается ими.

Испытания предлагаемого препарата проводили в сравнении его с препаратом «Энерген», так как этот препарат широко используется в настоящее время в качестве стимулятора проращивания семян.

Пример 1. Растворяют 5 г гидрохинона в 100 мл дистиллированной воды до полного растворения. При плохом растворении добавляют этанол в соотношении 1:2 об/об (водный раствор - этанол), доводят объем до 100 мл. Затем добавляют 0,5 г сернокислого железа и 150 мл 3%-ой перекиси водорода, перемешивают, доводят рН до 6,5 0,1 м раствором NaOH. Смесь инкубируют при перемешивании и температуре 50°С 5 часов.

Измеряют содержание непрореагировавшего гидрохинона. Содержание его составляет 27%. Добавляют свежую порцию 3-х % перекиси водорода в количестве 70 мл. Содержание гидрохинона после инкубирования в тех же условиях составляет 12% от общей массы всего препарата в сухом виде. Реакция прекращается при прекращении выделения пены (кислорода).

Пример 2. Способ проводят аналогично описанному в примере 1 за исключением того, что при содержании непрореагировавшего гидрохинона, равном 23%, через реакционную смесь пропускают воздух до полного отсутствия гидрохинона. Определение содержания гидрохинона проводят спектрофотометрическим методом по смещению спектра поглощения в видимой области при добавлении 0,1 М раствора КОН с использованием калибровочного графика (Фиг.1).

Пример 3. Обработка семян предлагаемым препаратом при концентрации 0,05%.

Указанная концентрация примерно соответствует таковой для препарата «Энерген» по содержанию окрашенных ароматических веществ. Препарат «Энерген» использовали согласно приложенной инструкции приготовления: 5-10 капель разводят в 50 мл воды.

Семена замачивают при соотношении ¹/₂ объем семян/объем рабочего раствора препаратов в пластиковых стаканчиках на 150 мл. В контрольном опыте вместо растворов используют воду. При этом семена полностью погружают в жидкости в трех опытах.

Стаканчики при этом держат открытыми при комнатной температуре. Через сутки наблюдают набухание семян в трех опытах. Еще через сутки наблюдают высыхание оставшейся свободной жидкости в каждом стаканчике. При этом концентрация окрашенных веществ в растворе опыта с препаратом «Энерген» и опыта с испытуемым препаратом увеличивается.

На 3 сутки наблюдают начало прорастания в опыте с испытуемым препаратом и «Энергеном», а в контроле (замачивание в воде) этот процесс еще не наступил.

В двух первых опытах отсутствует специфический запах разложения и брожения и наблюдается проращивание.

На представленной фотографии (Фиг.4) видно, что в опыте с предлагаемым препаратом наблюдается заметно большее образование корней и большая всхожесть семян, чем в опытах с раствором «Энергена» и с водой.

Через 10-12 дней листья всех трех опытов выравниваются по высоте. Однако количество выросших до одинаковой высоты листьев в опыте с предлагаемым препаратом на 40-45% больше, чем в опыте с «Энергеном» и на 55-65% больше, чем в опыте с водой.

Пример 4.

В пластиковых кюветах 350×220×60 мм замачивали семена. Толщина слоя сухих семян 20 мм. Концентрация раствора препарата в воде 0,05%. Раствор препарата покрывает слой семян.

На Фиг.5 видно, что по сравнению с контролем (семена, замоченные в воде) в опыте с предлагаемым препаратом заметно большее корнеобразование в разрезе слоя семян.

В таблице представлены результаты определения всхожести семян пшеницы, определяемой по стандартной методике (учет прорастания 100 семян на фильтровальной бумаге).

Всхожесть семян пшеницы
Контроль(вода) (в %)	С препаратом «Энерген» (в %)	С предлагаемым препаратом (в %)
68,0	72,5	94,5

Пример 5.

Влияние предлагаемого препарата на устойчивость проростков к недостатку влаги при проращивании проростков пшеницы сорта Московская 358.

Перед посевом семян в кюветы с песком добавляют предлагаемый препарат в концентрации 0,07%, после перешивания высевали семена пшеницы. Контроль не содержал предлагаемый препарат.

Выращивание проводят при комнатной температуре и освещении люминесцентными лампами. 12-дневные проростки не поливают водой 3 дня. В результате в контроле происходит увядание значительного числа растений. На Фиг.6 видно, что количество неувядших проростков пшеницы в опыте больше, чем в контроле.

Таким образом, предложен препарат для стимуляции проращивания семян. Представленные примеры подтверждают заявляемую эффективность и полезность предлагаемого препарата.

Используемый препарат малотоксичен (данные получены в опытах на мышах), а после его инкубации с семенами он теряет токсичность.

Предлагаемое вещество и способ его получения могут быть применены в промышленном получении проростков растений с целью получения из них биологически активных компонентов, например масла зародышей пшеницы, витамина Е, фитостеринов и ингибиторов липаз и протеиназ. Кроме того, препарат может быть применен для повышения устойчивости к дефициту влаги.