СТИМУЛЯТОР РОСТА РАСТЕНИЙ Российский патент 1997 года по МПК A01N25/02 A01C1/00 A01N37/06 

Предлагаемое средство относится к области сельского хозяйства, а точнее, к растениеводству и касается веществ, оказывающих регулирующее воздействие на рост растений, в том числе и декоративных.

В настоящее время в качестве регуляторов роста растений используются преимущественно вещества, полученные химическим путем и обладающие, как правило, повышенной токсичностью, например, хлорхолинхлорид ("ССС"), 2-хлорэтилфосфоновая кислота (кампозан, гидрел, этефон), 2-диметилгидразид янтарной кислоты (ДЯК, алар-85, килар-85) и гидразид малеиновой кислоты (МГ-натрий, ГМК-натрий, МН).

Препарат ССС относится к умеренно токсичным соединениям 4-5 разряда токсичности. Подострые токсические эксперименты показали, что ССС оказывает влияние на функции нервной системы, на биохимические показатели крови подопытных животных, на состав крови, на интегральные показатели состояния организма животных.

Препараты композан, этефон, гидрел относятся к малотоксичным веществам. Параметры острой токсичности (ЛД-50) этиленпродуцентов для лабораторных животных (белые крысы) для кампозана 4200-6250 мг/кг массы животного, для гидрела 2200 мг/кг. Длительное применение препаратов данной группы снижает у людей детоксицирующую способность печени, угнетает активность микросомальных ферментов, возникает возбуждение нервной системы, нарушается проведение нервных импульсов.

Близким к заявленному средству является крезацин-трис-(2-оксиэтил)-аммоний-о-крезоксиацетат, или триэтаноламиновая соль крезоуксусной кислоты, являющийся малотоксичным соединением. ЛД-50 крезацина 2600 мг/кг. Выявлено мембранстабилизирующее действие крезацина, которое осуществляется через торможение перекисногоокисления липидов. Крезацин разрушается в почве за 800 ч. Это достаточно высокий срок. В практике крезацин в виде водного раствора, например, для зерновых культур в концентрациях от 1 до 0,01% а для картофеля обычно используется 0,04%-ный раствор.

Наиболее близким к заявляемому является первый кремнеорганический биостимулятор мивал (1-(хлорметил-силатран) (прототип).

Это малотоксичное соединение, ориентировочный безопасный уровень воздействия препарата для воды равен 0,02 мг/л. Для получения положительного эффекта от применения данного препарата на картофеле необходимо смочить клубни раствором мивала в концентрации 500 мг/л, для семян овса 160-200 мг/л, для семян пшеницы 100 мг/л. Таким образом, концентрации препарата, используемые в сельскохозяйственной практике, выше безопасного уровня содержания его в воде. Стимулирующий эффект мивала выражается в повышении всхожести семян, например, для овса на 14% ячменя на 6-7% (при использовании раствора мивала в концентрации 160-200 мг/л), полевая всхожесть семян пшеницы возрастает на 2% имеются видовые различия в реакции растений на обработку их данным препаратом.

В результате проведенных исследований было установлено, что арахидоновая кислота, выделенная из внутренних органов животных (печень, поджелудочная железа, семенники и др. ), является регулятором роста растений, но только если используется в смеси с этанолом в низкой ее концентрации, что составляет сущность изобретения.

Техническим результатом данной работы является создание средства, обладающего высокой эффективностью как регулятора роста, универсальностью при использовании в практике сельского хозяйства и не имеющего вредных последствий для окружающей среды и человека.

Технический результат достигается тем, что регулятор роста растений в качестве активнодействующего вещества содержит арахидоновую кислоту (5,8,11,14 эйкозатетраеновая кислота) в смеси с 96%-ным этанолом.

При этом технический результат замена стадии послеуборочного дозревания пшеницы достигается при составе регулятора:
Арахидоновая кислота 0,001-0,1 мг/л
Этанол 8,0-16000 мг/л
Вода остальное до 1 л
Технический результат стимуляция роста растений достигается при составе регулятора:
Арахидоновая кислота 0,001-0,01 мг/л
Этанол 8,0-16000 мг/л
Вода остальное до 1 л
Для огурцов, кукурузы, черенков роз.

Технический результат стимуляция роста растений достигается при составе регулятора:
Арахидоновая кислота 0,0001-0,001 мг/л
Этанол 8,0-16000 мг/л
Вода Остальное до 1 л.

Для риса.

Далее приведены результаты опытов, подтверждающие наличие указанного технического результата и соответствия ему сущности изобретения и существенных признаков.

Примеры.

Регулятор роста растений готовят методом последовательных разведений активного вещества в чистой воде. При этом навеску арахидоновой кислоты смешивают с 96%-ным этанолом, полученный раствор переносят в 0,5 л воды, тщательно перемешивают, доводят воду до 1,0 л, тщательно перемешивают. Концентрация веществ составляет: арахидоновая кислота 1,0 мг/л. 0,1 мг/л, 0,01 мг/л, 0,005 мг/л, 0,001 мг/л, 0,0005 мг/л, 0,0001 мг/л, 0,00001 мг/л, 96%-ный этанол 8,0-16000 мг/л, остальное вода до 1,0 л.

Пример 1. Семена пшеницы сорта Юна урожая 1993 г. хранившиеся 28 суток, после уборки урожая при температуре -2 +2^oС, влажности 11-12% и, следовательно, не прошедшие стадию послеуборочного дозревания, обрабатывают раствором роста, содержащим 0,005 мг/л арахидоновой кислоты, 8 мг/л 96%-ного этанола, воду до 1 л; готовят его способом, описанным выше.

Обработку семян пшеницы проводят следующим образом. Берут 100 зерен пшеницы, помещают в круглодонную колбу, добавляют 0,2 мл раствора арахидоновой кислоты, колбу помещают на роторный испаритель и перемешивают при температуре 22-24 ^o С в течение 10 мин. Обработанное таким образом зерно выдерживают в темном месте, например, в бумажном пакете в течение 24 ч. Контролем служат зерно, обработанное 0,2 мл воды, и растворы содержащие 8,0 мг/л и 1600 мг/л этанола, а также водный раствор 0,005 мг/л арахидоновой кислоты без добавления спирта.

Еще одним контролем служит зерно пшеницы той же партии, хранившееся после сбора урожая при температуре -2 +2^oС в течение 90 дней, которое по истечении указанного срока обрабатывают водой по вышеприведенной методике и снимают те же показатели развития растений.

Повторность опыта 4-кратная.

Результаты опытов представлены в табл.1.

В результате обработки семян пшеницы регулятором роста вышеуказанного состава повышается всхожесть семян на 47,1% увеличивается длина корня на 4,3 мм и масса сухого вещества проростка на 40,0% по сравнению с семенами, обработанными водой. Эти показатели близки уровню показателей тех же семян пшеницы, но прошедших стадию послеуборочного дозревания.

Обработка семян водным раствором арахидоновой кислоты без добавления спирта или водным раствором спирта не дает технического результата.

Пример 2. Семена риса сорта Лиман обрабатывают раствором регулятора роста, содержащим 0,0005 мг/л арахидоновой кислоты, 8,0 мг/л 96%-ного этанола, воду до 1 л, приготовленным по методике, описанной выше. Контролем служат семена обработанные теми же растворами, что и в примере 1.

Результаты опытов представлены в табл.2.

В результате обработки семян раствором регулятора вышеуказанного состава на 4% увеличивается всхожесть семян и на 25,0% масса сухого вещества проростка по сравнению с семенами, обработанными водой.

Обработка семян риса водным раствором арахидоновой кислоты (0,0005 мг/л) без добавления этанола и раствором этанола без добавления арахидоновой кислоты не приводит к достижению технического результата.

Пример 3. Раствором регулятора роста, содержащим 0,005 мг/л арахидоновой кислоты, 8,0 мг/л 96% -ного этанола, воду до 1 л, приготовленным вышеописанным способом, обрабатывают семена огурцов гибрид Зодиак непосредственно перед посевом.

Обработку проводят следующим образом. 100 штук семян замачивают в 50 мл раствора регулятора роста в течение 30 мин. Контролем служат семена огурцов замоченные в тех же растворах, что и в примере 1.

Обработанные семена высаживают в горшочки, выращивают в течение 27 дней при температуре днем 23-24^oС, ночью не менее 18^oС, влажности 70-80% Через 27 дней рассаду высаживают в необогреваемые пленочные теплицы совхоза "Тепличный" Московской области. Перед высадкой проводят измерения асcимиляционной поверхности рассады.

Через 20 дней после высадки рассады в фазу цветения проводят учет роста и развития растений.

Результаты опытов представлены в табл.3.

В результате обработки семян огурцов регулятором роста вышеуказанного состава увеличивается ассимиляционная поверхность растений, находящихся в фазе цветения на 16,4% высота растений на 8,95 см, также увеличивается количество листьев и цветков. Прибавка урожая составляет 27,9% по сравнению с огурцами, обработанными водой.

Обработка семян огурцов раствором арахидоновой кислоты без добавления этанола или раствором этанола без добавления арахидоновой кислоты не дает технического результата.

Пример 4. Раствором регулятора роста, приготовленным вышеуказанным способом, состоящим из 0,005 мг/л арахидоновой кислоты, 8,0 мг/л 96%-ного этанола, воды до 1 л, обрабатывают семена кукурузы сорта гибрид Пионер 3973.

Обработку проводят следующим образом: 100 штук семян помещают в круглодонную колбу, добавляют 20 мл раствора регулятора роста, перемешивают в течение 10 мин при температуре 22-24^oС на роторном испарителе. Затем семена выдерживают в темном месте, например, в бумажном пакете в течение 24 ч. Контролем служат семена кукурузы, обработанные водой и теми же растворами, что и в примере 1.

В связи с тем что поверхность семян кукурузы гладкая и плохо смачивается водным раствором регулятора роста, в него был добавлен широкоиспользуемый в практике сельского хозяйства пленкообразователь натриевая соль карбометилцеллюлозы (КМЦ ОСТ 6-05-386-80 марка 73/400), который способствует задержке раствора на поверхности семян кукурузы.

Через 14 дней проводили замеры по росту и развитию растений.

Данные полученных результатов представлены в табл.4.

В результате обработки семян кукурузы регулятором вышеуказанного состава улучшаются основные ростовые показатели: так, высота ростка увеличивается на 26,9 мм, длина главного зародышевого корпуса на 26,0 мм, а масса сухого вещества проростка на 34,6% по сравнению с зерном, обработанным водой.

Обработка семян кукурузы водным раствором арахидоновой кислоты без добавления этанола или водным раствором этанола без добавления арахидоновой кислоты не дает технического результата.

Пример 5. Черенки роз (100 штук) сорта Анжелика осеннего черенкования перед высадкой в грунт (в июне) обмакивают на 1/3 в раствор регулятора роста, состоящий из 0,01 мг/л арахидоновой кислоты, 80 мг/л 96% этанола и воды до 1 л, приготовленный по вышеуказанной методике.

Опыты проводили в Мытищинском совхозе декоративного садоводства.

Фенологические наблюдения и биометрические измерения проводят через 14 дней после высадки черенков, повторные измерения проводят через 30 дней и через 90 дней после высадки черенков. Контролем служат черенки роз, обработанные водой и растворами, приведенными в примере 1.

Данные полученных результатов представлены в табл.5.

В результате обработки черенков роз регулятором вышеуказанного состава в два раза увеличивается общее количество побегов и на 120% число побегов с цветоносами, на 90,7% возрастает среднее количество побегов на одно растение по сравнению с черенками, обработанными водой.

Обработка черенков роз водным раствором арахидоновой кислоты без добавления этанола или водным раствором этанола без добавления арахидоновой кислоты не дает технического результата.

В табл.1 приведены показатели, характеризующие способность семян пшеницы сорта Юна, не прошедших стадию послеуборочного дозревания, к прорастанию. Эти показатели энергия прорастания (в), всхожесть (в), высота ростка (в мм), длина корня (в мм) и сухая масса корня, ростка и проростка (в мг) даны в зависимости от состава регулятора роста, т.е. концентрации арахидоновой кислоты и спирта на 1 л воды.

Там же приведены данные по тем же физиологическим показателям для состава в отсутствие или спирта, или арахидоновой кислоты (для действующих концентраций) и контроль обработка семян чистой водой.

В табл. 2,4 приведены данные по влиянию на ростовые показатели, риса, кукурузы для различных составов регулятора роста растений. В качестве ростовых приведены те же общепринятые показатели,что и в табл.1. Дана их зависимость от концентрации арахидоновой кислоты и спирта на 1 л воды.

В табл.5 даны результаты по обработке черенков роз регуляторами различного состава. При этом эффект контролируют такие показатели, как количество прижившихся растений, число побегов (из них вегетирующие и с цветоносами) и средний показатель числа побегов на одно растений.

В табл. 3 приведены данные по влиянию регулятора роста на ростовые показатели огурцов. Эти показатели ассимиляционная поверхность рассады и растений в фазу цветения (в кв. см), высота растений (в мм), количество листьев, цветков, урожайность (в кг на 1 кв.м) представлены для различного состава регулятора роста растений.

Как видно из табл.1, технический результат замена стадии послеуборочного дозревания пшеницы достигается с повышением показателя всхожести на 46,3% энергии прорастания на 17,5% увеличивается сухая масса проростка на 40,0% что в абсолютном и относительном выражении соответствует уровню показателей тех же семян, но прошедших стадию послеуборочного дозревания.

При этом, как видно из табл.1, обработка тех же семян водно-спиртовым раствором при содержании этанола 8,0-16000 мг/л в отсутствие арахидоновой кислоты не приводит к подобному результату, т.е. арахидоновая кислота является главным активнодействующим веществом, т.е. отвечает критерию существенного признака.

Кроме того, как указано далее, в качестве примесей к арахидоновой кислоты, при ее получении описанным способом, выделяются в количестве 1,2% линоленовая кислота, 0,8% докозапентаеновая кислота. Применение этих кислот в чистом виде в соответствующих концентрациях привело к техническому результату, составляющему от 5 до 50% в отношении к таковому от действия арахидоновой кислоты, т. е. практического применения эти регуляторы роста не имеют.

Как видно из табл.1-5, отсутствие этилового спирта в составе регулятора роста приводит также к потере его активности. Возможно, необходимость присутствия этанола объясняется его влиянием на растворимость арахидоновой кислоты в воде. Однако исходя из весьма низкой концентрации арахидоновой кислоты она, казалось бы, должна растворяться в воде достаточно хорошо и в отсутствие спирта, таким образом, необходимость наличия в составе регулятора роста этанола в концентрациях, указанных в формуле изобретения, установлена эмпирически и удовлетворительного объяснения в настоящее время не имеет. Кроме того, этанол в указанных концентрациях не влияет на рост и развитие растений, следовательно, эффект регуляции роста растений обеспечивается не за счет его биологической активности, таким образом, подтверждается, что содержание этанола является существенным признаком.

Принципиально этанол может быть заменен и на другой органический растворитель, например, метанол, изопропанол и т.д. Однако использование их в практике сельского хозяйства и при производстве может быть нежелательным вследствие токсичности или взрывоопасности.

Как видно из табл.1-5, стимуляция роста растений составляет значительные величины, т. е. достигается указанный технический результат, так прибавка урожая огурцов составляет в среднем 1,7 мг на 1 кв.м площади, у роз - количество побегов с цветоносами увеличивается на 120% сухая масса проростка у кукурузы увеличивается на 34,6% у риса на 25,0% что общепринято считать значительной стимуляцией роста.

Активное вещество, предлагаемого средства входит в состав отечественного фармакологического препарата Арахиден, и, следовательно, не только нетоксично для человека и животных, но не имеет мутагенного, канцерогенного и других повреждающих отдаленных воздействий, в том числе при многократном и длительном применении.

Арахиден состоит в основном из этиловых эфиров полиненасыщенных жирных кислот, в том числе и арахидоновой, используется в медицинской практике в количестве 50 мг в день для ускорения метаболизма и выделения липидов из организма человека.

Известно, что полиеновые кислоты обладают свойством стимулировать иммунитет у картофеля, кроме того, они обладают эффектом защиты его от фитофтороза. При этом эти соединения применяются в концентрации 0,03 мг/л, однако, в данном случае, эффект является качественно иным и эффект общей стимуляции и ингибирования ростовых процессов, замены стадии послеуборочного дозревания зерна ранее не выявлен и не описан.

Предлагаемое средство отвечает критериям изобретения: наличие технического результата, новизны, неочевидности и имеет высокий технический уровень.

Для получения арахидоновой кислоты берут 3500 г поджелудочной железы крупного рогатого скота, измельчают с помощью гомогенизатора, липиды экстрагируют 20000 мл петролейного эфира, полученный раствор липидов отфильтровывают, упаривают на роторном испарителе, подвергают щелочному гидролизу в водно-этанольном растворе (1:1), с 700 г гидроксида натрия. Реакцию проводят 3 ч с обратным холодильником при температуре бани 50-60^oС. Раствор упаривают наполовину, подкисляют 10% -ной серной кислотой до рН 3,5, осадок соли отфильтровывают, вещество извлекают гексаном (250 мл х 3).Органические экстракты объединяют, промывают равным количеством воды, сушат над безводным сернокислым натрием и растворитель удаляют в вакууме. Получают 140 г остатка, содержащего смесь насыщенных и ненасыщенных жирных кислот (80%), холестерина (4%) и других липидов (16%).

Этот остаток растворяют в 200 мл петролейного эфира, наносят на колонку с силикагелем и алюируют в нее ВЖК сначала 0,4 л петролейного эфира, а затем 0,4 л петролейного эфира, содержащего 2% ацетона.

Элюаты объединяют и упаривают на роторном испарителе. Получают 100 г осадка, содержащего смесь жирных кислот. Эту смесь анализируют на хроматографе марки Varian-Mod 370 (USA). Условия разделения: стационарная фаза 10%-ный цианпропильный метилселикон Р-233, плазменно ионизационный детектор, инертный носитель хромсорб-А 100-200 меш; газ носитель гелий; температуру колонки программируют 150-200^oС; этанолы жирные кислоты фирмы.

Методом газо-жидкостной хроматографии установлено, что полученный осадок состоит из следующих жирных кислот: насыщенные жирные кислоты (6,4%), пальмитолеиновая (8,8%), олеиновая (50,1%), линолевая (2,7%), арахидоновая (5,2% ) эйкозатриеновая (0,7%), эйкозапентаеновая (0,3%), докозапентаеновая (1,2% ), докозагексаеновая (0,4%).

В настоящее время наиболее распространенным способом выделения арахидоновой кислоты из смеси высших жирных кислот является метод препаративной колоночной хроматографии на силикагеле, содержащем ионы серебра. Для выделения чистой кислоты полученный вышеуказанным способом осадок растворяют в 500 мл петролейного эфира, подвергают кристаллизации при -28-30^oС, а затем при -75-78^oС.Осадок, содержащий преимущественно низшие жирные кислоты, отфильтровывают, промывают холодным петролейным эфиром, растворы объединяют и упаривают на роторном испарителе. Получают 44,8 г смеси высших жирных кислот, содержащей 55,2% арахидоновой кислоты.

Остаток смеси полиненасыщенных жирных кислот растворяют в 50 мл безводного метилового спирта, насыщенного хлористым водородом и перемешивают 1 ч при 65^oС. После охлаждения смеси метанол упаривают, остаток промывают водой. Затем 20% -ным раствором бикарбоната натрия, эфиры жирных кислот экстрагиpуют гексанолом (150 мл х 3), экстракты сушат и растворитель удаляют в вакууме. Получают 43 г смеси метиловых эфиров полиненасыщенных жирных кислот, которые подвергают хроматографии на колонке с силикагелем, импрегнированным азотнокислым серебром.

Адсорбент для колонки готовят следующим образом.

К нагретому до 89^oС раствору азотнокислого серебра в дистиллированной воде, прибавляют силикагель 100/250 меш (соотношение силикагеля и азотнокислого серебра 2:1), интенсивно перемешивают 15 мин, фильтруют и массу активируют 12 ч при 120^oС. Затем сорбент охлаждают, добавляют в нему при перемешивании петролейный эфир и переносят на колонку.

Смесь метиловых эфиров жирных кислот растворяют в 400 мл петролейного эфира и наносят на колонку (соотношение низших жирных кислот, высших жирных кислот и адсорбента 1:120). Вещество элюируют последовательно петролейным эфиром, смесями диэтиловый эфир петролейный эфир (0,5:99,5), (1:99), (4:96), (1: 90) объем фракции от 500 до 1000 мл. Фракции, содержащие метиларахидонат чистотой 98% (анализируют методом ТСХ и ГЖХ) объединяют. Элюант упаривают и получают 4,2 г метиларахидоната указанной чистоты. Для получения арахидоновой кислоты полученный метиларахидонат подвергают гидролизу гидроксидом натрия в водно-этанольной среде с последующим подкислением соляной кислотой экстракцией гексаном, промывкой водой и упариванием растворов в вакууме.

В результате получают 3,8 г арахидоновой кислоты чистотой 98% Показатель преломления 1,4870 (показатель преломления для 99% арахидоновой кислоты по каталогу Aldrich 1993 г. равен 1,4872).

Хроматографический анализ показал, что примеси составляют 1,2% линоленовая кислота и 0,8% докозапентаеновая кислота, которые самостоятельного эффекта на рост растений не имеют.

Таким образом, полученное вещество является оригинальным, экологически чистым и универсальным средством для регуляции роста растений и может найти широкое применение в практике сельскохозяйственного производства.

Использование: сельское хозяйство, а именно вещества, оказывающие регулирующее воздействие на рост растений. Сущность изобретения: стимулятор содержит в качестве биологически-активного вещества арахидоновую кислоту, а в качестве растворителя - воду и органический растворитель при соотношении компонентов, (мг/л): арахидоновая кислота - 0,0001-0,1; органический растворитель - 8,0-16000; вода - остальное.5 табл.

Стимулятор роста растений, содержащий биологически активное вещество и растворитель, отличающийся тем, что в качестве биологически активного вещества содержит арахидоновую кислоту, а в качестве растворителя воду и органический растворитель при следующем соотношении компонентов, мг/л:
Арахидоновая кислота 0,0001 0,1
Органический растворитель 8,0 16000
Вода Остальное