средство для приготовления препарата, повышающего урожайность овощных и зерновых культур и обладающего фунгицидными свойствами

Формула изобретения

Средство для приготовления препарата для повышения урожайности овощных и зерновых культур, обладающее фунгицидными свойствами, содержащее борнилацетат и борнеол в суммарном количестве 45-50 вес.% и смесь моно- и сесквитерпеновых соединений в количестве 50-55 вес.%, полученное путем экстракции воздушно-сухой измельченной древесной зелени пихты Abies sibirica трет-бутилметиловым эфиром, промывки полученного экстракта водным раствором щелочи, отделения органического слоя, содержащего нейтральные экстрактивные вещества, концентрирования этих веществ отгонкой экстрагента из органического слоя и их последующего фракционирования с помощью дистилляции и гидродистилляции при пониженном давлении 0,2-0,3 ата и температуре от 80 до 120°C, причем фракционирование отгоняемых веществ при дистилляции производят при следующих интервалах температуры в кубе: 40-80°C, 80-115°C, 115-120°C, сбора и отделения легколетучих терпеновых фракций из нейтральных экстрактивных веществ, объединения органической фазы гидродистиллята, обогащенной борнилацетатом и борнеолом, с фракцией, отобранной на стадии дистилляции при температуре куба 115-120°C, до суммарного содержания борнилацетата и борнеола 45-50 вес.%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для стимулирования роста и развития растений зерновых и овощных культур, а также для борьбы с болезнями растений.

В последние годы во всем мире наметилась тенденция к созданию средств защиты растений из природного возобновляемого сырья, поскольку указанные средства безопасны для человека и окружающей среды.

Имеется несколько аналогов заявляемого средства по назначению, произведенных из пихты. Это препарат «РастСтим», полученный из древесной зелени пихты [В.М.Чекуров, О.В.Мишукова, А.Г.Друганов, О.В.Михайлапова, Способ получения биологически активной суммы нейтральных изопреноидов. RU 2199861, 26.10.2001], и сумма свободных тритерпеновых кислот, полученная из коры пихты [Ралдугин В.А., Шевцов С.А., Щукин Г.И., Ляндрес Г.В., Михеев К.А. Способ получения биологически активной суммы тритерпеновых кислот. RU 2061487, 28.06.1991]. Оба средства заявляются как стимуляторы роста растений с противогрибковым эффектом.

Эффективность препарата «РастСтим» [RU 2199861] показана только на томатах. Информация, раскрытая в патенте RU 2199861, указывает на большие нормы расхода препарата «РастСтим», учитывая 3-кратность обработки с/х культур (600 г на тонну воды), что является недостатком этого аналога. Важно отметить, что в патенте RU 2199861 говорится о нежелательном присутствии в целевой композиции борнилацетата как компонента, снижающего эффективность препарата.

Ближайший аналог заявляемого средства - препарат «Новосил», полученный в соответствии с RU 2108803 - проявил высокую эффективность в растениеводстве и отвечает практически всем требованиям, предъявляемым к современным средствам защиты растений. Препарат «Новосил» входит в официальный перечень средств для сельского хозяйства, разрешенных к применению на территории РФ. Вместе с тем, следует указать, что на некоторых культурах рекомендуемые нормы его расхода могут достигать слишком высоких значений, например 2 кг действующего вещества на 1 гектар посадок томатов [Чекуров В.М., Сычев И.П., Сычев А.И., Ралдугин В.А. Способ стимулирования плодообразования у томатов. RU 2083110, 08.01.1994]. Кроме того, к выявленным недостаткам «Новосила» относятся его неодинаковая эффективность в отношении разных сортов одной и той же сельскохозяйственной культуры, а также недостаточная фунгицидная активность в отношении ряда распространенных грибковых заболеваний растений.

Задачей изобретения является создание нового средства для приготовления низкодозного экологически чистого природного препарата для стимулирования роста растений зерновых и овощных культур и борьбы с болезнями растений.

Поставленная задача решается созданием средства, содержащего борнилацетат и борнеол в сумме 45-50% вес. и 50-55% вес. смеси моно- и сесквитерпеновых соединений. Заявленное средство получают из воздушно-сухой древесной зелени пихты в результате последовательного выполнения следующих этапов:

1) экстракция трет-бутилметиловым эфиром и предварительная отмывка из экстракта свободных тритерпеновых кислот водной щелочью, водная фаза после этого отбрасывается;

2) отгонка экстрагента из органического экстракта и получение суммы нейтральных экстрактивных веществ, которую используют на следующем этапе 3;

3) фракционная отгонка (дистилляция) и сбор легколетучих терпеновых фракций в техническом вакууме (остаточное давление 0,2-0,3 ата) при постепенном повышении температуры в кубе с 80 до 120°С;

4) гидродистилляция кубового остатка после этапа 3 в техническом вакууме (остаточное давление 0,2-0,3 ата) в условиях постепенного повышения температуры в кубе с 60 до 120°C, отделение органической фазы после сбора и охлаждения гидродистиллята;

5) получение целевого средства объединением легколетучих терпеновых фракций (полученных на этапе 3) с органической фазой гидродистиллята (полученной на этапе 4) так, чтобы суммарное содержание борнилацетата и борнеола в средстве было 45-50%. Выход заявленного средства составляет 10-15% в расчете на сумму экстрактивных веществ древесной зелени пихты.

Заявляемое средство содержит: борнилацетат и борнеол (в сумме - 45-50%), -фелландрен и лимонен (в сумме 5-6%), кариофиллен (4-5%), гумулен (1-2%), -пинен (1-3%), камфора (1-2%), камфен (4-5%), 3-карен (5-7%). Выявлены также небольшие количества трициклена, -пинена, -мирцена, сибирена, n-цимола, -бизаболена, кариофилленоксида, гумулен-6,7-эпоксида, терпинолена, транс-вербенола, лонгифолена и бизаболола. Анализ химического состава средства выполнен методом хроматомасс-спектрометрии на газовом хроматографе Hewlett-Packard 5890/II с квадрупольным масс-спектрометром (HP MSD 5971) в качестве детектора. Применялась кварцевая колонка НР-5 длиной 30 м, с внутренним диаметром 0.25 мм и толщиной пленки неподвижной фазы 0.25 µм (сополимер 5% дифенила - 95% диметилсилоксана).

Из литературы известно, что лимонен, камфен и 3-карен проявляют широкий спектр бактерицидной и противогрибковой активности [P.L.O.Cantore, Sh.Vellasamy, S.I.Nicola, J. Agric. Food Chem, 2009, 57 (20), 9454-9461; M.H.Alma, S.Nitz, H.Kollmannsberger, M.Digrak, F.T.Efe, N.Yilmaz, J. Agric. Food Chem., 2004, 52 (12), 3911-3914; A.Angioni, A.Barra, M.T.Russo, V.Coroneo, S.Dessi, P.Cabras, J. Agric. Food Chem., 2003, 51 (10), 3073-3078]. Сесквитерпеновые соединения - кариофиллен, гумулен и их эпоксиды также обладают указанными видами биологической активности [F.Maggi, C.Cecchini, A.Cresci, M.M.Coman, B.Tirillini, G.Sagratini, F.Papa, Fitoterapia; 2009, 80 (1), 68-72; P.Blagojevic, N.Radulovic, R.Palic, G.Stojanovic, J. Agric. Food Chem., 2006, 54 (13), 4780-4789; L.Nissen, I.Stefanini, B.Sgorbati, B.Biavati, A.Zatta, S.Grandi, A.Monti, Fitoterapia, 2010, 81 (5), 413-419], но их биологические мишени несколько отличаются от мишеней монотерпеновых соединений.

Однако наличие такой активности у отдельных соединений не является гарантией того, что в комплексе указанные соединения будут обладать ростостимулирующими и фунгицидными свойствами, необходимыми для защиты растений.

Что же касается основных компонентов средства - борнеола и борнилацетата, то бактерицидные и фунгицидные свойства борнилацетата и борнеола известны [P.Blagojevic, N.Radulovic, R.Palic, G.Stojanovic, J. Agric. Food Chem., 2006, 54 (13), 4780-4789], [A.Natsch, Bactericidal formulations. WO 200653458, A1, 26.05.2006], эти вещества применяются в фармацевтической и парфюмерной продукции. Использование их в качестве стимуляторов роста и средств защиты растений неизвестно и даже, наоборот: в патенте RU 2199861 утверждается, что присутствие борнилацетата снижает эффективность ростостимулирующих свойств препаратов.

Таким образом, заявляемое средство указанного химического состава является новым, использование подобных средств в сельском хозяйстве, в том числе - для приготовления ростостимулирующих препаратов, не известно.

Заявляемое средство легко растворимо в большинстве органических растворителей - гексане, трет-бутилметиловом эфире, этиловом спирте, изопропаноле, ацетоне, этилацетате, образует эмульсии различных концентраций в воде (до 30%) с эмульгаторами, разрешенными к применению в сельском хозяйстве. Консистенция полученных эмульсий позволяет легко их дозировать и разбавлять водой, что удобно для: а) предпосевной обработки семян методом замачивания; б) опрыскивания растений в любой фазе вегетации. Расширенные полевые испытания эмульсионного препарата на основе заявляемого средства (см. примеры 3-8) выявили существенное положительное влияние, оказываемое на развитие выбранных сельскохозяйственных культур, и повышенную эффективность заявляемого средства в сравнении с «Новосилом» - известным препаратом подобного биологического действия.

Заявляемое новое средство, содержащее борнилацетат и борнеол, а также другие легколетучие терпеновые соединения, имеет следующие преимущества перед другими средствами:

- демонстрируемая препаратом, приготовленным на его основе, высокая биологическая фунгицидная и ростостимулирующая активность, обеспечивающая в тестовых экспериментах прибавку к урожаю 12-46%;

- предложенная водная эмульсия заявляемого средства является удобной препаративной формой его использования и дозирования;

- ослабление экологической нагрузки на окружающую среду от его использования вследствие сокращения кратности обработок с/х растений и снижения общей нормы расхода средства;

- способ его получения состоит из простых технологических операций, не требующих использования дорогостоящего специального оборудования, что позволяет проводить крупномасштабную наработку заявляемого средства на производствах, занятых переработкой отходов лесозаготовки пихты.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Получение средства

Воздушно-сухую механически измельченную древесную зелень пихты (80 кг) в мешках из бязи помещают в экстрактор, приливают трет-бутилметиловый эфир (350 л) из мерника и настаивают при комнатной температуре в течение 8-10 час. Экстракт сливают (210-220 л), приливают свежий трет-бутилметиловый эфир (260 л) и вновь настаивают в течение 8-10 час. Сливают вторую порцию экстракта (260 л). Экстракты объединяют и удаляют из них свободные карбоновые кислоты. Для этого объединенный экстракт при комнатной температуре обрабатывают 2%-ным водным раствором едкого натра (150 л) при перемешивании в аппарате с мешалкой. Полученную водно-органическую смесь перемещают в делительную воронку-отстойник, отстаивают при комнатной температуре в течение 1-3 часа и разделяют органический (верхний) и водный слои. При этом нижняя водно-щелочная фаза отбрасывается (она используется для получения действующего вещества препарата «Новосил» по RU 2108803). Верхний органический слой перегружают в перегонный аппарат с плотно завинчивающейся крышкой и отгоняют из него экстрагент трет-бутилметиловый эфир при разрежении 0,2-0,3 ата (технический вакуум, обеспечиваемый водокольцевым насосом) и температуре в кубе 40-50°C. Остаток в кубе представляет собой концентрат нейтральных экстрактивных веществ древесной зелени пихты (4,6-4,9 кг), содержащий легколетучие терпеновые компоненты, в том числе - необходимые для получения целевого продукта.

Концентрат нейтральных экстрактивных веществ накапливают в количестве 45-55 кг, загружают в емкостной аппарат и при остаточном давлении 0,2-0,3 ата фракционно отгоняют легколетучие фракции, в течение 2-2,5 час медленно поднимая температуру в рубашке аппарата с 20 до 120°C. При этом интенсивная отгонка легколетучих веществ начинается при температуре выше 60-70°C. Фракционирование отгоняемых веществ производят по следующим интервалам температуры в кубе: при Т_куб=40-80°C - фракция 1, содержащая преимущественно остатки экстрагента и повторно используемая на стадии экстракции древесной зелени пихты; при Т_куб =80-115°C - фракция 2, содержащая в основном монотерпеновые углеводороды ( -пинен, карен, лимонен и другие); при Т_куб=115-120°C - фракция 3, обогащенная борнилацетатом и используемая для получения конечного целевого продукта. Выгонку легколетучих терпеновых фракций из куба прекращают при снижении скорости накопления отгонов (дистиллята) в приемнике до ~0,25 л/час.

Содержимое куба охлаждают до 50-60°C подачей холодной воды в рубашку аппарата. Затем к кубовому остатку добавляют горячую воду (~60°C) в количестве 45-55 л и проводят дальнейшую отгонку с паром оставшихся летучих терпеновых соединений (гидродистилляция). Для этого в техническом вакууме 0,2-0,3 ата отгоняют остаточные количества легколетучих терпеновых соединений, поднимая температуру в рубашке с 60 до 120°C. При гидродистилляции преимущественно отгоняется вода с небольшой примесью органической фазы, которые после охлаждения в приемнике разделяются на флорентинную воду (нижний слой) и органическую фазу, обогащенную борнилацетатом и борнеолом. Окончание гидродистилляции определяют по объему водной фазы в погоне гидродистиллята, т.е. по объему флорентинной воды, примерно равному объему воды, залитому в перегонный аппарат (т.е. 45-55 л). Гидродистиллят отстаивают в приемнике не менее 1-2 час при комнатной температуре (до расслоения фаз), отделяют верхнюю органическую фазу от нижнего водного слоя (флорентинной воды). Определяют суммарное содержание борнилацетата и борнеола в легколетучих терпеновых фракциях 2, 3 и в органической фазе гидродистиллята методом газовой или газожидкостной хроматографии, используя калибровку по внешнему стандарту. С органической фазой гидродистиллята объединяют только фракцию 3 (полученную при температуре куба Т_куб=115-120°C), что позволяет получать заявляемое средство с суммарным содержанием борнилацетата и борнеола 45-50% вес.

Полученное заявляемое средство для испытания его биологической активности переводили в форму водной 5%-ной эмульсии (испытуемый препарат). В качестве эмульгатора при приготовлении испытуемого препарата применяли «Мыло жидкое для технических целей» по ТУ 9144-080-00279611-2001.

Пример 2. Подготовка заявляемого средства к использованию

В стеклянный стакан вместимостью 300 мл, помещенный в водяную баню, вносят эмульгатор (18 г) и нагревают до 80°C. Затем прибавляют нагретое до 80°C целевое средство (12 г) и в течение 15 мин интенсивно перемешивают механической лопастной мешалкой. Смесь разжижается и превращается в желеобразную массу. К этой смеси целевого средства и эмульгатора (30 г) прибавляют горячую воду (210 г) порциями по 20-25 мл в течение 15 мин, затем интенсивно перемешивают дополнительных 15-20 мин, после чего испытуемый препарат готов к проведению биологических испытаний.

Исследование эффективности и сравнение результатов, относящихся к подавлению грибковых заболеваний и показателям урожайности сельскохозяйственных культур (примеры 3-8), проведены в климатических условиях Новосибирской области (юго-восточная часть Западно-Сибирской низменности). В качестве стандарта (образца сравнения) использовался препарат «Новосил» в форме водной 5%-ной эмульсии.

Пример 3

Объекты исследования: пшеница сорта Скала, овес сортов Зенит и СИР-4. Контроль: инфицированные возбудителями болезней семена, обработанные препаратом «Новосил»; инфицированные возбудителями болезней семена без обработки препаратами - контроль К1; растения, выращенные из неинфицированных возбудителями болезней семян, без обработки препаратами - контроль К2.

Способ применения: семена перед посевом обработаны водными растворами препаратов с увлажнением из расчета 10 л воды на тонну семян. Норма расхода 5%-ной водной эмульсии препаратов - 100 мл на тонну семян (5 г ДВ на тонну семян). В течение вегетационного периода проведен учет по листовым болезням. В конце вегетации проведен учет по головневым заболеваниям и корневым гнилям. Дополнительно к этому проведен сноповой анализ семян по элементам продуктивности.

Результаты испытаний приведены в таблице 1. Из данных таблицы следует, что заявляемое средство в составе препарата угнетает болезни зерновых, после его использования наблюдается прибавка к урожаю инфицированных растений пшеницы и овса относительно контроля.

Пример 4

Объект исследования: огурец гибрида КМ-67 («Димка»). Контроль: растения, обработанные дистиллированной водой.

Способ применения: горшечная рассада выращена в течение 30-35 дней в теплице, затем высажена в грунт (14 июня) в контейнеры под пленочное укрытие. Внекорневая обработка растений проведена однократно из расчета 2 мл 5%-ной эмульсии препаратов на 1 литр воды (100 г ДВ на тонну воды). Учет урожая в период плодоношения осуществлялся 3 раза в неделю.

Результаты испытаний приведены в таблице 2. При применении заявляемого средства в составе препарата урожай превысил полученный в контрольном эксперименте на 15-20%. Важно, что при использовании заявляемого средства повышается ранняя урожайность огурцов, т.е. растения раньше достигают стадии плодоношения.

Пример 5

Объект исследования: томаты сортов Буденовка и Арбузные. Контроль: растения, обработанные дистиллированной водой.

Способ применения: горшечная рассада выращена в течение 70 дней в теплице, затем высажена (31 мая) в открытый грунт. Внекорневая обработка растений проведена однократно из расчета 2 мл 5%-ной эмульсии на 1 литр воды (100 г ДВ на тонну воды).

Результаты испытаний приведены в таблице 3. При применении заявляемого средства в составе препарата урожай превысил контрольный на 18-27%, поражаемость растений обоих сортов макроспориозом снизилась на 14% и 39%, соответственно. Нетрудно заметить, что сорт томатов Арбузные сильнее откликается на использование препарата, чем томаты сорта Буденовка.

Пример 6

Объект исследования: картофель сорта Эскорт. Контроль: инфицированные болезнями клубни (посадочный материал), обработанные эталонным препаратом «Новосил»; инфицированные болезнями клубни без обработки препаратами - контроль K1.

Способ применения: клубни (посадочный материал) обработаны (продолжительность экспозиции - 15 мин) раствором препарата из расчета 4 мл 5%-ной водной эмульсии на 1 л воды (200 г ДВ на тонну воды). Растения в период вегетации не подвергали дополнительной обработке.

Результаты испытаний приведены в таблице 4. При применении заявляемого средства в составе препарата урожай превысил контрольный на 31-46%, а эталонный (препарат «Новосил») - на 15%; поражаемость болезнями снизилась вдвое относительно контроля. Важно, что при использовании заявляемого средства улучшаются потребительские характеристики клубней (товарный урожай).

Пример 7

Объект исследования: чеснок яровой (выращенный на богаре). Контроль: посадочный материал, обработанный эталонным препаратом «Новосил»; без обработки какими-либо препаратами - контроль K1.

Способ применения: перед посадкой зубки чеснока были замочены (продолжительность экспозиции - 15 мин) в растворе из расчета 4 мл 5%-ной водной эмульсии на 1 л воды (200 г ДВ на тонну воды). Размер делянки - 1.75 м², повторность обработки - 3-кратная. Растения в фазе массового образования и нарастания листьев (перьев) дважды опрысканы растворами препаратов с интервалом 15 дней.

Результаты испытаний приведены в таблице 5. Видно, что даже на неполивных землях, в условиях естественного орошения, полевая всхожесть и урожайность культуры, обработанной заявляемым средством в составе препарата, возрастает более чем на 30% по сравнению с контролем.

Пример 8

Объект исследования: лук сорта Штутгартер Ризен. Контроль: посадочный материал, обработанный эталонным препаратом «Новосил»; без обработки какими-либо препаратами - контроль K1.

Способ применения: перед посадкой (11 мая) посевной материал лука замачивают (продолжительность экспозиции - 15 мин) в растворе из расчета 4 мл 5%-ной водной эмульсии на 1 л воды (200 г ДВ на тонну воды). Размер делянки - 0.7 м², повторность обработки - 3-кратная. Растения не подвергали дополнительной обработке в течение вегетационного периода.

Результаты приведены в таблице 6. После применения заявляемого средства в составе препарата прибавка к урожаю лука составила 12%, что сопоставимо с активностью эталона. Заболеваемость пероноспорозом снизилась по сравнению с контролем в 14 раз, что почти в 2 раза перекрывает эффективность эталона.

Таким образом, препарат, приготовленный из заявляемого средства, представляющего собой многокомпонентную композицию с суммарным содержанием борнилацетата и борнеола 45-50% вес. и смесью моно- и сесквитерпеновых соединений в количестве 50-55% вес., обладает ростостимулирующими и фунгицидными свойствами, что позволяет использовать его в сельском хозяйстве для повышения урожайности овощных и зерновых культур. Заявляемое средство расширяет ассортимент известных биологически активных композиций, получаемых в цикле переработки древесной зелени пихты.

Таблица 1.
Влияние препарата, изготовленного из заявляемого средства, на поражение (% к контролю) болезнями злаковых культур (ИРБ* пыльной головни/ИРБ корневой гнили/урожайность)
Элемент сравнения	пшеница Скала	овес СИР-4	овес Зенит
Препарат из заявляемого средства	77/76/130	59/82/124	34/59/136
Контроль К1	100/100/100	100/100/100	100/100/100
Контроль без заражения К2	5/33/530	0/53/241	7/55/313
* Индекс развития болезни

Таблица 2.
Влияние препарата, изготовленного из заявляемого средства, на урожайность огурца сорта Димка (% к контролю)
Элемент сравнения	Ранний урожай	Общий урожай
Препарат из заявляемого средства	116	120
Вода дистиллированная	100	100

Таблица 3.
Влияние препарата, изготовленного из заявляемого средства, на урожайность и показатели поражаемости макроспориозом томатов сорта Буденовка и Арбузные (ИРБ/урожай)
Элемент сравнения	томат Буденовка	томат Арбузные
Препарат из заявляемого средства	86/118	61/127
Вода дистиллированная	100/100	100/100

Таблица 4.
Влияние препарата, изготовленного из заявляемого средства, на продуктивность и показатели поражаемости картофеля сорта Эскорт при обработке клубней (% к контролю)
Элемент сравнения	Общий урожай	Товарный урожай	Фузариозно-бактериальный комплекс
Препарат из заявляемого средства	131	146	50
Препарат «Новосил»	115	131	30
Контроль К1	100	100	100

Таблица 5.
Влияние препарата, изготовленного из заявляемого средства, на полевую всхожесть и урожайность ярового чеснока (на богаре)
Элемент сравнения	Полевая всхожесть	Общий урожай
Препарат из заявляемого средства	133	131
Препарат «Новосил»	71	115
Контроль К1	100	100

Таблица 6.
Влияние препарата, изготовленного из заявляемого средства, на урожайность и заболеваемость пероноспорозом лука сорта Штутгартер Ризен (% к контролю)
Элемент сравнения	Общий урожай	ИРБ
Препарат из заявляемого средства	112	7
Препарат «Новосил»	113	15
Контроль К1	100	100