СПОСОБ УВЕЛИЧЕНИЯ БИОМАССЫ КУЛЬТИВИРУЕМЫХ ЗЕЛЕННЫХ РАСТЕНИЙ С ПОМОЩЬЮ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН И ОБРАБОТКИ ВСХОДОВ Российский патент 2024 года по МПК A01C1/06 A01N37/00 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при выращивании сельскохозяйственных растений, в частности, зеленных растений путем повышения их урожайности и пищевой ценности экологически безопасными способами.

Научные исследования доказали важнейшую роль зеленных растений, в частности, шпината, петрушки, укропа в поддержании высокого жизненного тонуса организма человека и в снижении риска возникновения различных заболеваний. Это объясняется присутствием зеленых пигментов: хлорофилла а и хлорофилла в, обладающих иммуномодулирующим действием, и повышенным содержанием в них каротиноидов (Кононков П.Ф., Бунин М.С., Кононкова С.Н. / Новые овощные растения. М.: Нива России. 1992. С. 8).

Известен способ обработки семян сельскохозяйственных растений янтарной кислотой (Применение регуляторов роста в растениеводстве. - Кишинев: «Штиинца», 1981, с. 7).

Известен способ стимулирования прорастания семян хлопчатника путем обработки их перед посевом янтарной кислотой (Благовещенский А.В. и др. Биохимическая природа повышения урожайности с помощью янтарной кислоты. М.: МГУ, 1970, с. 29-31).

Известен также способ предпосевной обработки семян яровой пшеницы сорта Шадринская путем замачивания их в водном растворе янтарной кислоты (Благовещенский А.В. и др. Биохимическая природа повышения урожайности с помощью янтарной кислоты. М.: МГУ, 1970, с. 61).

Общим недостатком указанных способов является невысокая стимулирующая активность янтарной кислоты.

Усиливающееся загрязнение окружающей среды делает актуальным поиск экологически безопасных способов повышения урожайности и пищевой ценности зеленных растений.

Известен способ предпосевной обработки семян (Пат. РФ №2399183, кл. A01C 1/06, 2008), заключающийся в замачивании семян в водном растворе иминодиянтарной кислоты, относящейся к экологически безопасным биологически активным комплексонам, производным янтарной кислоты (Loginova E. S., Nikol'skii V. M., Tolkacheva L. N., Lukґyanova N. I. Synthesis and some properties of complexones, succinic acid derivatives // Russian Chemical Bulletin, 2016, Vol. 65, No. 9, P. 2206-2210, DOI: 10.1007/S11172-016-1569-7). Это объясняется тем, что в условиях природной среды комплексоны, производные янтарной кислоты, не загрязняют природу, т.к. склонны к разрушению под действием растений (Никольский В. М., Смирнова Т. И. Исследование возможности биодеградации иминодиянтарной кислоты и боратного комплекса на её основе / Аграрные ландшафты, их устойчивость и особенности развития. Сб. науч. тр. по материалам Междунар. науч. экол. конф. – Краснодар : КубГАУ, 2020 – С. 265-267) или просто на свету (Smirnova T. I., Khizhnyak S.D., Nikolskiy V. M. et all. Degradation of complexes, derivatives of amber acid, under the action of UV radiation // Russian Journal of Applied Chemistry, 2017, Vol. 90, No. 4, P. 406-411, DOI: 10.1134/S1070427217040024). Такие комплексоны и их комплексы микроэлементов в растительных клетках метаболизируются с образованием аминокислот, которые являются составной частью растительных белков (Смирнова Т.И., Тумасьева И.Г., Толкачева Л.Н., Никольский В.М. Воздействие комплексонов, производных янтарной кислоты, на образование каротиноидов в зелёных растениях // Вестник Тверского государственного университета. Серия: Химия. 2021. № 3 (45). С. 175-181. DOI: 10.26456/vtchem2021.3.19).

Более высокая способность повышать содержание зеленых пигментов (хлорофилла а и хлорофилла в) в надземных частях растений по сравнению с янтарной кислотой объясняется наличием в составе ИДЯК 5.62% азота. Азот является одним из главных элементов минерального питания [В. П. Мурыгин, В. А. Попов, С. Л. Елисеев Влияние срока и дозы азотной подкормки на урожайность озимых культур // Пермский аграрный вестник, №3 (15), 2016, С. 53-59].

Комплексы микроэлементов с комплексонами, производными янтарной кислоты, обладают дополнительной способностью повышать содержание зеленых пигментов, увеличивая тем самым синтетическую способность листьев. Известно, что 0,15-0,25%-ные комплексы ИДЯК с магнием и цинком оказывают существенное влияние на содержание хлорофилла а и хлорофилла в. Увеличение содержания хлорофиллов в надземных частях растений является предпосылкой увеличения урожайности и повышения питательной ценности растений (А.С. СССР №1819556, кл. A01N 59/00, 55/00, 1990).

Наиболее близким к заявляемому изобретению прототипом является способ увеличения биомассы культивируемых зеленных растений, включающий предпосевную обработку семян растительного материала биологически активным препаратом путем замачивания семян в водном его растворе при комнатной температуре в течение 24 часов и вторую обработку путем опрыскивания проростков раствором того же биологически активного препарата той же концентрации, причем в качестве биологически активного препарата используют борат-иминодисукцинатный комплекс в виде водного раствора концентрации 1,5 мМ, а вторую обработку проводят через 10 дней после появления всходов культивируемых зеленных растений однократно с нормой расхода водного раствора борат-иминодисукцинатного комплекса 100 мл/м² (Патент РФ №2567190, опубл. 10.11.2015).

Недостаток способа – прототипа заключается в небольшом содержании азота в борат-иминодисукцинатном комплексе (В-ИДЯК), до 6% (14:258,8х100=5,41%), тогда как все обменные процессы, происходящие в организме растения, от синтеза хлорофилла до усвоения витаминов активизируются благодаря азоту.

Задача, решаемая данным изобретением, заключается в разработке экологически безопасного способа повышения урожайности и пищевой ценности культивируемых зеленных растений с использованием комплексов микроэлементов, например, бора или кобальта с N-(карбоксиметил)аспарагиновой кислотой (В-КМАК или Со-КМАК), имеющей в своем составе повышенное содержание азота, в сочетании с использованием микроэлементов, например, бора или кобальта.

Комплексы бора с органическими веществами, заряжены отрицательно, что оказывает положительное влияние на формирование связей клеточной стенки с катионами, например с Са²⁺. Тесное взаимодействие между бором и кальцием имеет важное значение для роста растительных клеток и транспорта кальция в побег (Пашкевич Е.Б., Суворова Е.Е., Верховцева Н.В. Физиолого-биохимические функции бора в растении // Агрохимия, 2011, № 11, с. 85–96).

Кобальт увеличивает урожайность различных сельскохозяйственных культур. Внесение расчетных доз кобальтовых микроудобрений вызывает улучшение использования растениями азота и усвоения кальция. Большое значение имеет применение кобальтовых микроудобрений для повышения диетической ценности пищевой продукции растительного происхождения (Никольский В.М., Смирнова Т.И., Шилова О.В., Варламова А.А. Влияние хелатных соединений кобальта (II) на растения фасоли // Проблемы трансформации естественных ландшафтов в результате антропогенной деятельности и пути их решения. Сборник научных трудов по материалам Международной научной экологической конференции, посвященной Году науки и технологий. Краснодар, 2021. С. 120-123).

Технический результат от решения поставленной задачи заключается в увеличении урожайности зеленной продукции, употребление которой в пищу позволит поддержать высокий жизненный тонус организма человека и снижение риска возникновения множества различных заболеваний.

Поставленная в изобретении задача решается тем, что в предлагаемом способе увеличения биомассы культивируемых зеленных растений, включающем предпосевную обработку семян растительного материала биологически активным препаратом путем замачивания семян в водном его растворе при комнатной температуре в течение 24 часов и вторую обработку путем опрыскивания проростков раствором того же биологически активного препарата той же концентрации, в качестве биологически активного препарата используют комплексы микроэлементов с N-(карбоксиметил)аспарагиновой кислотой (В-КМАК, брутто формула C₆H₈NO₆В. Молекулярная масса 200,8 у. е. или Со-КМАК, брутто формула C₆H₈NO₆Со. Молекулярная масса 249 у. е.) в виде водного раствора концентрацией 0,2 мМ, а вторую обработку проводят через 10 дней после появления всходов культивируемых зеленных растений однократно с нормой расхода исходных водных растворов комплексонатов по 100 мл/м².

При практически одинаковой основности аминного азота обоих комплексов (10,12 у ИДЯК и 9,68 у КМАК), определяющей идентичность комплексообразующих свойств комплексов (Таблица 1) [Loginova E.S., Nikol’skii V. M. Biodegradable Chelating Agents. Effect of Optical Isomerism on the Physicochemical Characteristics // Russian Journal of Physical Chemistry B, 2017, Vol. 11, No. 4, P. 708-713, DOI: 10.1134/S1990793117040200], содержание азота у В-КМАК составляет 7% (14:200,8х100=6,97% или ≈7%), что на 1,56% выше, чем у В-ИДЯК и содержание азота у Со-КМАК составляет 5,62% (14:249х100=5,62%), что на 1,07% выше, чем у Со-ИДЯК (14:308х100=4,55%).

Таким образом увеличенное содержание азота в предлагаемых препаратах (как одного из главных элементов минерального питания растений) в сочетании с их применением в виде комплексонатов с бором (усиливающим рост растительных клеток и улучшающим транспорт кальция в побеги растений) и кобальтом (улучшающим усвоение азота и кальция растениями) обеспечивают решение задачи по увеличению биомассы растений.

Заявленный экологически безопасный способ увеличения биомассы культивируемых зеленных растений включает следующие операции:

- приготовление 0,2 мМ растворов В-КМАК или Со-КМАК;

- замачивание семян зеленных растений 0,2 мМ водными растворами В-КМАК или Со-КМАК на 24 часа при комнатной температуре;

- посев предварительно замоченных в 0,2 мМ водных растворах В-КМАК или Со-КМАК семян по общепринятой технологии;

- опрыскивание зеленных растений 0,2 мМ водными растворами В-КМАК или Со-КМАК из расчета по 100 мл/м2 через 10 дней после появления всходов;

- уборку урожая.

Для подтверждения большей эффективности комплексов В-КМАК и Со-КМАК в сравнении с комплексами В-ИДЯК и Со-ИДЯК были осуществлены аналогичные операции с комплексонатами ИДЯК.

Пример 1

Препарат борат-иминодисукцинатный комплекс (В-ИДЯК) был испытан в мелкоделяночном опыте на растениях шпината огородного Spina-cia oleracea L. (сорт «Матадор»). Площадь учетной делянки 3,5 м². Схема опыта включала 2 варианта, повторность четырехкратная. В первом контрольном варианте семена шпината замачивали в дистиллированной воде H2Odest, во втором проводилось замачивание семян шпината 0,15 мМ водным раствором В-ИДЯК. Во всех вариантах семена замачивали при комнатной температуре в течение 24 часов. Через 10 дней после появления всходов растения шпината в контрольном опыте опрыскивали дистиллированной водой (из расчета 100 мл/м²), а во втором опыте опрыскивали 0,15 мМ водным раствором В-ИДЯК из расчета 100 мл/м².

Применение В-ИДЯК при выращивании шпината обеспечило увеличение биомассы растений по сравнению с контролем на 84%, содержания хлорофиллов на 21%, общего содержания каротиноидов - на 7% (таблица 2).

Пример 2

Препарат борат-иминодисукцинатный комплекс (В-ИДЯК) был испытан в мелкоделяночном опыте на растениях укропа Anethum graveolens L. (сорт «Ржеуцкий»). Площадь учетной делянки 3,5 м². Схема опыта включала 2 варианта, повторность четырехкратная. В первом контрольном варианте семена укропа замачивали в дистиллированной воде H2Odest, во втором проводилось замачивание семян укропа 0,15 мМ водным раствором В-ИДЯК. Во всех вариантах семена замачивали при комнатной температуре в течение 24 часов. Через 10 дней после появления всходов растения укропа в контрольном опыте опрыскивали дистиллированной водой (из расчета 100 мл/м²), а во втором опыте опрыскивали 0,15 мМ водным раствором В-ИДЯК из расчета 100 мл/м².

Данные по применению В-ИДЯК при выращивании укропа показали увеличение биомассы растений по сравнению с контролем на 89%, содержание хлорофиллов на 109%, общего содержания каротиноидов - на 9% (таблица 3).

Пример 3

Препарат кобальт-иминодисукцинатный комплекс (Со-ИДЯК) был испытан в мелкоделяночном опыте на растениях шпината огородного Spina-cia oleracea L. (сорт «Матадор»). Площадь учетной делянки 3,5 м². Схема опыта включала 2 варианта, повторность четырехкратная. В первом контрольном варианте семена шпината замачивали в дистиллированной воде H₂Odest, во втором проводилось замачивание семян шпината 0,15 мМ водным раствором Со-ИДЯК. Во всех вариантах семена замачивали при комнатной температуре в течение 24 часов. Через 10 дней после появления всходов растения шпината в контрольном опыте опрыскивали дистиллированной водой (из расчета 100 мл/м²), а во втором опыте опрыскивали 0,15 мМ водным раствором Со-ИДЯК из расчета 100 мл/м².

Применение Со-ИДЯК при выращивании шпината обеспечило увеличение биомассы растений по сравнению с контролем на 90% содержания хлорофиллов на 69%, общего содержания каротиноидов - на 5% (таблица 2).

Пример 4

Препарат кобальт-иминодисукцинатный комплекс (Со-ИДЯК) был испытан в мелкоделяночном опыте на растениях укропа Anethum graveolens L. (сорт «Ржеуцкий»). Площадь учетной делянки 3,5 м². Схема опыта включала 2 варианта, повторность четырехкратная. В первом контрольном варианте семена укропа замачивали в дистиллированной воде H₂Odest, во втором проводилось замачивание семян укропа 0,15 мМ водным раствором Со-ИДЯК. Во всех вариантах семена замачивали при комнатной температуре в течение 24 часов. Через 10 дней после появления всходов растения укропа в контрольном опыте опрыскивали дистиллированной водой (из расчета 100 мл/м²), а во втором опыте опрыскивали 0,15 мМ водным раствором Со-ИДЯК из расчета 100 мл/м².

Данные по применению Со-ИДЯК при выращивании укропа показали увеличение биомассы растений по сравнению с контролем на 94%, содержание хлорофиллов на 119%, общего содержания каротиноидов - на 10% (таблица 3).

Пример 5

Комплекс кобальта с комплексоном N-(карбоксиметил)аспарагиновая кислота (Co-КМАК) был испытан в мелкоделяночном опыте на растениях шпината огородного Spina-cia oleracea L. (сорт «Матадор»). Площадь учетной делянки 3,5 м². Схема опыта включала 2 варианта, повторность четырехкратная. В первом контрольном варианте семена шпината замачивали в дистиллированной воде H₂Odest, во втором варианте проводилось замачивание семян шпината в 0,2 мМ водном раствороре Co-КМАК. Во всех вариантах семена замачивали при комнатной температуре в течение 24 часов. Через 10 дней после появления всходов растения шпината в контрольном опыте опрыскивали дистиллированной водой (из расчета 100 мл/м²), а во втором опыте опрыскивали 0,2 мМ водным раствором Co-КМАК из расчета 100 мл/м².

Применение Co-КМАК при выращивании шпината увеличивало биомассу растений по сравнению с контролем на 94%, содержание хлорофиллов на 75%, общее содержание каротиноидов - на 7% (таблица 2).

Пример 6

Комплекс кобальта с комплексоном N-(карбоксиметил)аспарагиновая кислота (Co-КМАК) был испытан в мелкоделяночном опыте на растениях укропа Anethum graveolens L. (сорт «Ржеуцкий»). Площадь учетной делянки 3,5 м². Схема опыта включала 2 варианта, повторность четырехкратная. В первом контрольном варианте семена укропа замачивали в дистиллированной воде H₂Odest, во втором проводилось замачивание семян укропа 0,2 мМ водным раствором Co-КМАК. Во всех вариантах семена замачивали при комнатной температуре в течение 24 часов. Через 10 дней после появления всходов растения укропа в контрольном опыте опрыскивали дистиллированной водой (из расчета 100 мл/м²), а во втором опыте опрыскивали 0,2 мМ водным раствором Co-КМАК из расчета 100 мл/м².

Данные по применению Co-КМАК при выращивании укропа показали увеличение биомассы растений по сравнению с контролем на 98%, содержание хлорофиллов на 125%, общего содержания каротиноидов - на 12% (таблица 3).

Пример 7

Комплекс бора с комплексоном N-(карбоксиметил)аспарагиновая кислота (В-КМАК) был испытан в мелкоделяночном опыте на растениях шпината огородного Spina-cia oleracea L. (сорт «Матадор»). Площадь учетной делянки 3,5 м². Схема опыта включала 2 варианта, повторность четырехкратная. В первом контрольном варианте семена шпината замачивали в дистиллированной воде H₂Odest, во втором варианте проводилось замачивание семян шпината в 0,2 мМ водном раствороре В-КМАК. Во всех вариантах семена замачивали при комнатной температуре в течение 24 часов. Через 10 дней после появления всходов растения шпината в контрольном опыте опрыскивали дистиллированной водой (из расчета 100 мл/м²), а во втором опыте опрыскивали 0,2 мМ водным раствором В-КМАК из расчета 100 мл/м².

Применение В-КМАК при выращивании шпината увеличивало биомассу растений по сравнению с контролем на 87%, содержание хлорофиллов на 26%, общее содержание каротиноидов - на 9% (таблица 2).

Пример 8

Комплекс бора с комплексоном N-(карбоксиметил)аспарагиновая кислота (В-КМАК) был испытан в мелкоделяночном опыте на растениях укропа Anethum graveolens L. (сорт «Ржеуцкий»). Площадь учетной делянки 3,5 м². Схема опыта включала 2 варианта, повторность четырехкратная. В первом контрольном варианте семена укропа замачивали в дистиллированной воде H₂Odest, во втором проводилось замачивание семян укропа 0,2 мМ водным раствором В-КМАК. Во всех вариантах семена замачивали при комнатной температуре в течение 24 часов. Через 10 дней после появления всходов растения укропа в контрольном опыте опрыскивали дистиллированной водой (из расчета 100 мл/м²), а во втором опыте опрыскивали 0,2 мМ водным раствором В-КМАК из расчета 100 мл/м².

Данные по применению В-КМАК при выращивании укропа показали увеличение биомассы растений по сравнению с контролем на 93%, содержание хлорофиллов на 114%, общего содержания каротиноидов - на 11% (таблица 3).

Заявленный экологически безопасный способ увеличения биомассы культивируемых зеленных растений промышленно осуществим. Экспериментальным путем установлено и доказано положительное влияние увеличения содержания азота в препаратах и эффективное влияние микроэлементов, источником которых являются боратные и кобальтовые комплексы N-(карбоксиметил)аспарагиновой кислоты (В-КМАК или Со-КМАК), на увеличение биомассы растений, содержание хлорофиллов и каротиноидов, что выражается в повышении урожайности и пищевой ценности культивируемых зеленных растений.

Как свидетельствуют результаты эксперимента, обработка семян и растений растворами В-КМАК или Со-КМАК оказалась более эффективной по сравнению с В-ИДЯК или Со-ИДЯК по причине большего процентного содержания в составе В-КМАК и Со-КМАК доступного аммонийного азота. Предлагаемый заявителями способ предпосевной обработки семян 0,2 мМ растворами В-КМАК или Со-КМАК в таком же расходном количестве по массе, как и 0,15 мМ раствором В-ИДЯК или Со-ИДЯК прототипа (≈14 мг действующего вещества на одну учетную делянку 3,5 м²) с нормой расхода водных растворов указанных комплексов 100 мл/м², при практически одинаковой трудоемкости оказывается более эффективным благодаря большему процентному содержанию в составе В-КМАК (7%) или Со-КМАК (5,62%) доступного аммонийного азота, чем в составе, соответственно, В-ИДЯК (5,41%) или Со-ИДЯК (4,55%).

При промышленном осуществлении заявленного изобретения возможно увеличение поставок высококачественной зеленной продукции на овощные рынки страны, позволяющей поддержать высокий жизненный тонус организма человека и снижение риска возникновения множества различных заболеваний.

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано при выращивании сельскохозяйственных растений, в частности зеленных растений. Способ включает предпосевную обработку семян растительного материала биологически активным препаратом путем замачивания семян в водном его растворе при комнатной температуре в течение 24 часов и вторую обработку через 10 дней после появления всходов культивируемых зеленных растений однократно с нормой расхода по 100 мл/м² путем опрыскивания проростков водным раствором того же биологически активного препарата и той же концентрации. В качестве биологически активного препарата используют комплексы микроэлементов с N-(карбоксиметил)аспарагиновой кислотой. Способ обеспечивает увеличение урожайности зеленной продукции, употребление которой в пищу позволит поддержать высокий жизненный тонус организма человека и снизить риск возникновения множества различных заболеваний. 3 табл., 8 пр.

Способ увеличения биомассы культивируемых зеленных растений с помощью предпосевной обработки семян и обработки всходов, включающий предпосевную обработку семян растительного материала биологически активным препаратом путем замачивания семян в водном его растворе при комнатной температуре в течение 24 часов и вторую обработку через 10 дней после появления всходов культивируемых зеленных растений однократно с нормой расхода по 100 мл/м² путем опрыскивания проростков водным раствором того же биологически активного препарата и той же концентрации, отличающийся тем, что в качестве биологически активного препарата используют комплексы микроэлементов с N-(карбоксиметил)аспарагиновой кислотой.