КОМПОЗИЦИЯ НА ОСНОВЕ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ХИТОЗАНА, ОБЛАДАЮЩАЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТЬЮ Российский патент 1999 года по МПК A01N63/00 C05G3/02 A01N63/00 A01N37/06 A01N37/36 A01N37/44 

Изобретение относится к области сельского хозяйства, точнее к защите растений от поражения возбудителями болезней с помощью биологически активных веществ, а именно с использованием композиций на основе водных растворов природного полисахарида - хитозана, содержащих также органические кислоты.

Изобретение может найти самое широкое использование для предпосевной обработки семян и посадочного материала, для обработки вегетирующих растений, для внесения в почву перед посевом (посадкой) сельскохозяйственных культур в качестве средства биологической защиты их от болезней, существенно превосходящего по экологической чистоте применяемые в настоящее время ядохимикаты (пестициды).

Используемые в настоящем описании термины и их расшифровка:
Хитозан - природный полисахарид - поли- β (1 --->4)-2-ацетамидо-2-дезокси-D-глюкопиранозид со структурой полимерного звена:

где n+m=100 мол.%; n=65-97 мол.%, MM от 300 до 1 млн. D (1).

Янтарная кислота - природная органическая кислота с формулой: HOOC-(CH₂)₂-COOH (2).

Глутаминовая кислота - природная аминокислота с формулой: NH₂CH₂CH₂CH₂COOH (3).

Молочная кислота -(α- оксипропионовая кислота) - природная органическая кислота с формулой: CH₃-CHOH-COOH (4).

Хорошо известны композиции на основе водных растворов хитозана, используемые в растениеводстве в качестве регуляторов роста растений (5).

Известные композиции содержат, об.%:
Хитозан - 0,1-10, предпочтительно 2
Глутаминовая кислота - 0,1-10, предпочтительно 2
при массовом соотношении хитозан : кислота = 1:1.

Основным недостатком известных композиций на основе хитозана является их узкая функциональность - наличие только функции регулятора роста растений.

Задачей предлагаемого изобретения являлась защита растений от воздействия комплекса возбудителей болезней. Эта задача была решена композицией на основе водных растворов хитозана, содержащей мас.%:
хитозан с ММ от 41600 до 800000 D и со степенью дезацетилирования 75-90% 0,004-0,5;
органическую кислоту из ряда, содержащего янтарную и молочную кислоту или их смесь с глутаминовой кислотой 0,004 - 0,5;
вода - остальное до 100;
pH раствора 5,6-6,0;
массовое отношение кислота или смесь кислот : хитозан - 1:1,
Анализ известного уровня техники не позволил обнаружить какие-либо источники информации, где была бы описана композиция, идентичная заявленной по всей совокупности существенных признаков. Это подтверждает соответствие заявленного решения условию охраноспособности "новизна".

Анализ известного уровня техники показал, что для каждого из основных компонентов заявленной композиции ранее была известна только рострегулирующая активность.

Найденная впервые авторами настоящего изобретения возможность использования заявленной композиции в качестве экологически чистого средства защиты растений от возбудителей заболеваний не вытекает с очевидностью из структуры и известных свойств каждого из компонентов этой композиции и из состава в целом.

Действие этой композиции, как можно предполагать, основано на неизвестной ранее способности хитозана - экологически безопасного биологически активного вещества - в составе используемой композиции индуцировать неспецифическую устойчивость растений к действию комплекса вредных организмов, что подтверждается таблицей 1. Заявляемая композиция водорастворима и обладает хорошей пленкообразующей и проникающей способностью, высокой адгезией к растительному материалу, активна и устойчива в водных растворах при pH, близких к нейтральным, равным 5,6-6,0 (при необходимости pH регулируется добавкой углекислого натрия), не обладает фитотоксичностью.

Все вышеперечисленные доводы подтверждают наличие функциональной зависимости, ранее неизвестной, "состав - свойства". Это определяет соответствие заявленного решения такому условию патентоспособности как "изобретательский уровень".

Для доказательства соответствия предложенного решения условию "промышленная применимость", а также для лучшего понимания сущности изобретения, приводим примеры конкретной реализации, которыми сущность изобретения не исчерпывается.

Примеры 1 - 3 представлены в Таблице 1. Они показывают, что композиция заявленного состава даже в высоких концентрациях (0,1-0,2 мас.% по хитозану) не оказывает значимого прямого ингибирующего действия на фитопатогенный гриб - возбудитель корневой гнили зерновых культур (Helminthosporium sativum Pamm. King et Bakke). Оценку фунгистатической активности проводили in vitro - в чашках Петри с агарсодержащей средой, в которую вводили заявленную композицию до соответствующих конечных концентраций. В чашки Петри вводили инокулюм (мицелий) чистой культуры гриба. На 4-й день роста измеряли диаметр колоний. Результаты выражали в %% к контролю. Повторяемость эксперимента четырехкратная. Данные Таблицы 1 доказывают, что механизм защитного действия композиции заключен в индукции болезнеустойчивости растений.

Примеры 4 - 9 выполнены в сопоставимых условиях. Все данные представлены в Таблице 2, они оценивают эффект действия композиции различной концентрации при обработке семян против поражения возбудителем корневой гнили зерновых культур H.sativum.

Опыт проводили на растениях пшеницы (сорт Ленинградка) при использовании искусственного инфекционного фона H.sativum. Обработку семян пшеницы проводили путем замачивания в растворах композиции в течение 18 часов. Затем осуществляли инокуляцию проросших семян путем замачивания в суспензии спор H. sativum (80000 спор/мл) в течение суток. Растения выращивались методом рулонной культуры при искусственном освещении. Композиции имели pH 6,0. Учет развития болезни проводили на 12-дневных растениях по 4-балльной шкале. Все данные приведены в Таблице 2.

Примеры 11 - 18 показывают эффективность действия заявленных композиций в защите растений картофеля от фитофтороза. Примеры 11 - 15 выполнены в сопоставимых условиях. Все данные представлены в Таблице 3. Эксперимент проводят на отделенных листьях картофеля (сорт Детскосельский) при искусственном заражении возбудителем фитофтороза (Phytophthora infestans [Mont.] de Bary). Листья верхнего яруса растений в фазе бутонизации-начала цветения помещают во влажные камеры и опрыскивают растворами композиции. После подсыхания капель листья сразу же инокулируют 3-4 мкл суспензии конидий P.infestans (500000 конидий/мл). На 3 и 5 дни после инокуляции проводят учет развития болезни (по 5-балльной шкале), Контрольные листья опрыскивают водой.

Примеры 16 - 18 выполнены в сопоставимых условиях. Все данные приведены в таблице 4. В этих примерах исследовано действие композиции заявленного состава против фитофтороза картофеля в полевых условиях. Композицию используют для обработки клубней перед посадкой. Обработку проводят полусухим способом. Норма расхода композиции по хитозану - 0,1 кг/т, воды - 20 л/т. Затем растения дважды опрыскивают композицией - в фазу бутонизации-цветения и повторно через 10 дней. Учет развития болезни проводят по 5-балльной шкале. Повторность опыта - четырехкратная, по 20 растений на делянке. В клубнях нового урожая учитывают распространение болезней. Установлено, что предпосадочная обработка клубней композиций заявленного состава приводит (по сравнению с контролем) к двукратному повышению числа здоровых клубней. Аналогичные данные получены в экспериментах в течение трех лет.

Высокая биологическая эффективность композиций на основе хитозана против фитофтороза обнаружена нами впервые. Найденный эффект очевиден и перспективен, поскольку фитофтороз является одним из опаснейших заболеваний картофеля (и иных сельскохозяйственных культур, производимых в больших объемах и требующих длительного хранения). Ежегодно от фитофтороза погибает до 50% урожая картофеля.

Примеры 19 - 21 подтверждают эффективность композиции, содержащей хитозан и молочную кислоту.

Эффективность изучают на примере защиты картофеля от поражения возбудителем фитофтороза Phytophthora infestans [Mont.] de Bary. Примеры выполняют в сопоставимых условиях: проводят искусственное заражение (инокуляцию) ломтиков картофеля (сорт Гатчинский) суспензией конидий гриба (200000 конидий/мл) через 5 часов после нанесения композиции. Учет развития болезни проводят на 5-е сутки после инокуляции по 5-балльной шкале. Все данные представлены в Таблице 5.

Примеры 22 и 23 показывают эффективность действия композиции в защите растений томатов от поражения возбудителями мучнистой росы (Oidium erysiphoides) и фитофтороза (Phytophthora infestans [Mont.] de Bary). Примеры выполнены в сопоставимых условиях. Растения томатов (сорт Грезанда) опрыскивали композицией (0,1% по хитозану) в фазу 2-х настоящих листьев против фитофтороза и в фазу 5-и настоящих листьев - против мучнистой росы. Через 48 часов проводили инокуляцию патогенами. Развитие мучнистой росы учитывали с использованием стандартной методики (7), развитие фитофтороза - путем подсчета количества конидий после их смыва с высечек из листьев. Все примеры представлены в таблице 6.

Примеры 24 - 26 подтверждают эффективность действия композиции при различных способах обработки растений ячменя с целью защиты от комплекса болезней: обработка семян, комплексная обработка семян и вегетирующих растений, обработка вегетирующих растений. Растения ярового ячменя (сорт Абава) по примерам 24 - 26 выращивали в одинаковых условиях полевых экспериментов на опытном поле ТОО "Тверские семена" (Тверская область) с дерново-подзолистой легко-суглинистой почвой, осушенной закрытым дренажем на естественном инфекционном фоне высокого уровня. Размер опытной делянки 30 кв. м в 3-кратной повторности. Фитопатологический учет и анализ структуры урожая проводили по общепринятым методикам (7).

Данные по примерам 24 - 27 приведены в Таблицах 7, 8, 9 и являются взаимосопоставимыми.

В эксперименте использована композиция, состоящая из хитозана, янтарной кислоты, глутаминовой кислоты при соотношении в массовых частях = 5 : 3 : 2.

Обработку семян указанной композицией в примерах 25 и 26 проводили в дозе 0,1 кг/т в расчете на содержащийся в композиции хитозан. Опрыскивание вегетирующих растений в примерах 26 и 27 проводили той же композицией с концентрацией хитозана 0,05%.

В Таблице 7 представлены данные, полученные при использовании композиции заявленного состава для предпосевной обработки семян.

В Таблице 8 представлены результаты комплексной обработки, которая включает предпосевную обработку семян и двукратную обработку вегетирующих растений ячменя в фазы кущения и колошения.

В Таблице 9 представлены результаты только двукратного опрыскивания растений ячменя в фазу кущения и колошения.

Корневые гнили в примерах 24 - 27 представлены возбудителями Helminthosporium sativum Pamm. King et Bakke и Fusarium sp., а гельминтоспоризные пятнистости листьев - возбудителями Helminthosporium sativum Pamm. King et Bakke и Drechslera teres Ito.

Примеры 28 - 30 подтверждают эффективность действия композиции заявленного состава при различных способах обработки (обработка семян, комплексная обработка семян и растений) с целью защиты растений ярового ячменя от комплекса болезней в производственных условиях. Растения ярового ячменя (сорт Абава) выращивали в условиях полевого производственного опыта на опытном поле ТОО "Тверские семена". Растения выращивали на участке с дерново-подзолистой легко-суглинистой почвой, осушенной закрытым дренажем, на естественном инфекционном фоне высокого уровня. Размер опытных делянок 0,5 га в трехкратной повторности. Фитопатологиеческий учет и анализ структуры урожая проводили по общепринятым методикам (7).

Корневые гнили в примерах 28 - 30 представлены возбудителями Helmintosporium sativum Pamm. King et Bakke и Fusarium sp., а гельминтоспориозные пятнистости листьев - возбудителями Drechslera teres Ito (сетчатая пятнистость), Helmintosporium sativum Pamm. King et Bakke (темно-бурая пятнистость), Drechslera graminea Ito (полосатая пятнистость). Обработку семян проводили в дозе 0,1 кг/т (в расчете на содержащийся в композиции хитозан) на протравочной машине ПС-5 за 7 дней до посева. Опрыскивание вегетирующих растений в примере 30 проводили композицией с концентрацией хитозана 0,05% однократно в стадию колошения тракторным опрыскивателем ОП-2000. Все данные по примерам 28 - 30 представлены в Таблице 10.

Примеры 31 - 32 подтверждают эффективность действия композиции заявленного состава на урожай и устойчивость моркови к фузариозной гнили в хранении при обработке семян моркови перед посевом. В контрольном варианте проводят традиционную обработку семян тетраметилтиурамдисульфидом (ТМТД) в количестве 6 г/кг. Растения выращивают в условиях полевого опыта. После уборки урожая исследуют развитие фузариозной гнили (Fusarium sp.) на корнеплодах моркови в хранении (инкубации в условиях влажной камеры). Примеры 31 - 32 выполнены в сопоставимых условиях, все данные представлены в Таблице 11.

Заявленное изобретение позволяет получить эффект биологической защиты растений от поражения, улучшает экологические условия труда, предохраняет окружающую среду и готовую продукцию от загрязнения остатками пестицидов.

Источники информации.

1. Yabuku M. Story of Chitin and Chitosan (Gihodo Shuppan Co., Ltd: Tokyo, Japan), 1992, 140 pp.

2. Sigma Chemical Co. Catalogue 1995, p. 949.

3. Sigma Chemical Co. Catalogue 1995, p. 486.

4. Sigma Chemical Co. Catalogue 1995, p. 605.

5. Пат. США 4 812 159, заявл. 13.03.1987, опубликован 14.03.89. МПК: 4 C 05 1/00 C 05 3/00.

6. Список химических и биологических средств борьбы с вредителями, болезнями и сорняками, регуляторов роста и феромонов, разрешенных для применения в сельском хозяйстве на 1992 - 1996 годы. М.: Колос, 1994.

7. Методические указания по государственным испытаниям фунгицидов, антибиотиков и протравителей семян сельскохозяйственных культур. 1985, 130 с.

8. Рыбальский Н.Г., Жакетов О.Л., Ульянова А.Е., Шепелев Н.П. Экологические аспекты экспертизы изобретений. Справочник, часть 2, ВНИИПИ. -М.: 1989., с.56.

Изобретение предназначено для защиты растений от возбудителей болезней путем предпосевной обработки семян и посадочного материала, обработки вегетирующих растений или внесения в почву композиций на основе водных растворов хитозана, содержащих различные органические кислоты. Экологически безопасная композиция на основе водных растворов хитозана, обладающая биологической активностью в отношении сельскохозяйственных культур, содержит органическую кислоту, в качестве которой композиция содержит вещества из ряда, включающего янтарную кислоту, молочную кислоту или смесь одной их них с глутаминовой кислотой при следующих соотношениях компонентов в маc. %.: хитозан с М. М. 41600-800000 Д и степенью деацетилирования 75-90% - 0,004-0,500; органическая кислота -0,004-0,500; вода - остальное - до 100; при рН раствора 5,6-6,0 и при соотношении хитозан: органическая кислота (в масс. частях) 1 : 1. Изобретение позволяет получить эффект биологической защиты растений от поражения, улучшает экологические условия труда, предохраняет окружающую среду и продукцию от загрязнения остатками пестицидов. 11 табл.

Композиция на основе водных растворов хитозана, обладающая биологической активностью в отношении сельскохозяйственных культур, содержащая органическую кислоту, отличающаяся тем, что в качестве органической кислоты она содержит вещество из ряда, включающего янтарную кислоту, молочную кислоту или смесь одной из указанных кислот с глутаминовой кислотой при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
Хитозан с ММ 41600 - 800000 Д и степенью дезацетилирования 75 -90% - 0,004 - 0,500
Органическая кислота - 0,004 - 0,500
Вода - Остальное до 100
при рН раствора 5,6 - 6,0 и при соотношении хитозан: органическая кислота (мас.ч.) 1 : 1.