Способ активации проращивания семян сельскохозяйственных растений Российский патент 2024 года по МПК A01C1/06 B82Y99/00 

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к растениеводству и средствам предпосевной обработки семян сельскохозяйственных растений с целью стимуляции роста и повышения их урожайности.

В настоящее время накоплен большой объем информации о препаратах и способах предпосевной обработки семян социально значимых видов сельскохозяйственных растений, стимулирующих рост и развитие растений, а также обеспечивающих их защиту от вредителей, различных заболеваний и поллютантов.

В связи с активным развитием нанобиотехнологий в последние годы в качестве стимуляторов роста [Патент RU 2774420 С1, МПК А01С 1/06, дата публикации 21.06.2022; Romanovski V., Roslyakov S., Trasov G. et al. Synthesis and effect of CoCuFeNi high entropy alloy nanoparticles on seed germination, plant growth, and microorganisms inactivation activity // Environ Sci Pollut Res. 2023. V. 30. P. 23363-23371, Rastogi A., Zivcak M., Sytar O., Kalaji H.M., He X., Mbarki S., Brestic M. Impact of Metal and Metal Oxide Nanoparticles on Plant: A Critical Review // Frontiers in Chemistry. 2017. V. 5. P. 78; Mali S.C., Raj S., Trivedi R. Nanotechnology a novel approach to enhance crop productivity // Biochemistry and Biophysics Reports. 2020. V. 24, Art. No 100821] и средств защиты растений [Патент RU 2463758 С2, МПК А01С 1/00, дата публикации 20.10.2012; патент RU 2539861 С1, МПК А01С 1/06, А01Н 1/04, A01G 7/00, B82Y 99/00, дата публикации 27.01.2015] стали рассматривать одновременное использование комплексов из нескольких типов наночастиц металлов и их оксидов. Применение наноразмерных форм, в отличие от хелатных и ионных форм микроэлементов, обладают большей удельной поверхностью и высокой проникающей способностью, что способствует ускорению их транспорта в эндосперм семени и увеличению биологической активности. Кроме того, растворимые соли быстро вымываются из почвы и растений, в то время как наночастицы могут проникать в семена, становясь пролонгированным источником микроэлементов.

Из уровня техники известно техническое решение, заключающееся в обработке семян лапчатки гусиной суспензией ультрадисперсного порошка Fe, Cu или Со с размером частиц 20-50 нм в дозе 0,03 г на гектарную норму высева. Авторами показано, что ультрадисперсные порошки металлов стимулируют рост и развитие лекарственных растений. При обработке семян растений порошками не изменилось содержание данных металлов в почве. Действие порошков увеличивает всхожесть, энергию прорастания и урожайность на 25,5-32,1%. [Чурилов Г.И. Влияние нанопорошков железа, меди, кобальта в системе почва - растение // Вестник ОГУ №12 (106). - 2009. - С. 148-151].

Известен способ предпосевной обработки семян яровой сильной пшеницы [патент RU 2700616 С1, МПК А01С 1/06, А01С 1/08, дата публикации: 18.09.2019], включающий предпосевную обработку посевного материала водной суспензией биологически активных наночастиц оксида кремния и железа в смеси со стабилизированным ЭХА водным католитом, полученную в вакуумной среде с одновременным перемешиванием в барабане в течение 10-20 мин. Предлагаемый способ предпосевной обработки семян обеспечивает повышение энергии прорастания, всхожести и морфологических показателей проростков пшеницы.

Недостатком данного изобретения, является применение сложной схемы обработки семян, включающей вакуумную среду и давление.

Известен способ выращивания зеленых гидропонных кормов с использованием наноматериалов [патент RU 2623471 С2, МПК А01С 1/00, В82 В 1/00, дата публикации: 26.06.2017], включающий предварительную обработку семян электрохимически активированной катодной водной суспензией наночастиц комплекса железо-кобальт, синтезированного методом высокотемпературной конденсации на установке Ми-ген-3 при процентном соотношении железа к кобальту, равном 70 на 30, и вводится в дозировке к раствору при замачивании 0,001 мас. %, при этом при аэрации корневой системы и непосредственно растений в течение их вегетации используется электрохимически активированная катодная вода, стабилизированная желатином при постоянном ее принудительном барботаже кислородом воздуха. Способ позволяет повысить активацию прорастания семян и урожайность.

Недостатком изобретения является необходимость создания специальных условий для обработки семян, включая барботаж кислородом, что не позволяет использовать изобретение без дополнительного переоборудования.

Известен способ выращивания растений с использованием наночастиц металлов и питательная среда для его осуществления [патент RU 2612319 С1, МПК A01G 31/00, A01G 1/00, A01N 59/16, A01N 59/20, B82Y 5/00, дата публикации: 06.03.2017], включающий проращивание семян и последующее выращивание растений в асептических условиях на агаризованной питательной среде, содержащей хитозан и наночастицы железа, или наночастицы цинка, или наночастицы меди, или комбинацию наночастиц железа, цинка и меди.

Недостатком изобретения является обязательное соблюдение асептических условий и неприменимость предлагаемого изобретения в условиях открытого грунта.

Известно средство и способ для предпосевной обработки семян сельскохозяйственных растений [RU 2735268 С1, МПК А01С 1/06, дата регистрации 29.10.2020], представляющее собой водную суспензию наночастиц меди и/или кобальта сферической формы размером 20-40 нм и полисахаридного комплекса, выделенного из травы горца птичьего и воды. При этом компоненты перемешивают в течение 15 минут при помощи ультразвуковой обработки мощностью не менее 300 Вт с частотой 23,74 кГц, полученный нанокомпозит осаждают этанолом, промывают ацетоном и сушат.

Предлагаемый способ предполагает опрыскивание описанным средством семян перед высевом в концентрации 0,05-0,5 г средства на гектарную норму высева семян с последующим выдерживанием семян на воздухе в течение 15-20 минут. Изобретение обеспечивает получение высокоэффективного средства для предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур.

Недостатком средства является необходимость использования специфического полисахаридного комплекса, выделенного из травы горца птичьего, что усложняет его использование в больших масштабах.

В качестве ближайшего аналога было выбрано техническое решение, заключающееся в обработке суспензиями полиметаллических наночастиц CoCuFeNi размером в концентрации 0,1 г/л растений кресс-салата и редиса масличного, которое приводило к увеличению зеленой массы растений на 20 мас. % и увеличению высоты растений до 12% у кресс-салата и до 50% у редиса масличного. Кроме того, данные наночастицы обладают выраженным антибактериальным эффектом, сравнимым с действием антибиотика [V. Romanovski et al. Synthesis and effect of CoCuFeNi high entropy alloy nanoparticles on seed germination, plant growth, and microorganisms inactivation activity // Environmental Science and Pollution Research (2023) 30:23363-23371].

Недостатком данного решения является выраженное ингибирующее действие на энергию прорастания семян при предпосевной обработке, а в случае распыления в процессе выращивания растений - высокая стоимость обработки за счет высокой стоимости исходных наночастиц.

Технический результат заключается в повышении энергии прорастания, всхожести и накоплении биомассы надземной части и корней проростков, что важно при возделывании сельскохозяйственных культур, а также расширении ассортимента эффективных биологически активных веществ для предпосевной обработки семян. Кроме того, решается проблема конкуренции между микроэлементами на стадии их физико-химической адсорбции клеточными стенками, ведь полиметаллические наночастицы имеют в своем составе одновременно несколько необходимых для растений элементов, включая железо, медь, цинк и др., что позволят избежать взаимной конкуренции химических элементов. Кроме того, наночастицы, обладая высокой проникающей способностью, накапливаются в тканях сельскохозяйственных культур и служат пролонгированным источником биогенных микроэлементов, снимая необходимость повторных обработок.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе предпосевной обработки семян сельскохозяйственных растений, включающем обработку семян перед посевом водным раствором биологически активных веществ, представляющем собой водный коллоидный раствор полиметаллических наночастиц ZnCuNiFeMg с размером частиц 25-80 нм (фиг. 1а) в концентрации их в рабочей жидкости 0,001-0,1 г/л, стабилизированных 10%-ным раствором натрий-карбоксиметилцеллюлозы.

Исходными компонентами для приготовления биологически активного водного коллоидного раствора являются:

- полиметаллические наночастицы ZnCuNiFeMg с размером частиц 25-80 нм;

- натрий-карбоксиметилцеллюлоза - натуральная пищевая добавка Е466;

- дистиллированная вода.

Для приготовления водного коллоидного раствора в сосуд с дистиллированной водой добавляют точные навески полиметаллических наночастиц ZnCuNiFeMg и после чего проводят обработку содержимого емкости ультразвуком мощностью 100 Вт с частотой 20 кГц в течение 30 минут при помощи гомогенизатора Vibra-Cell VCX 750 (Sonics & Materials, США), что позволяет разбить крупные агломераты наночастиц в растворе. Далее, в полученный водный коллоидный раствор добавляют 10%-ный раствор натрий-карбоксиметилцеллюлозы и проводят ультразвуковую диспергацию с той же мощностью и частотой 5 раз по 3 мин с интервалом 2 мин. Данный режим позволяет получить стабильный водный коллоидный раствор и избежать нагрева раствора. Стабильность водного коллоидного раствора подтверждается результатами оценки величины дзета-потенциала на анализаторе Zetasizer Nano analyzer (Malvern Instruments, UK) сразу после приготовления водного коллоидного раствора и спустя 1 месяц (фиг. 16).

Возможность реализации заявляемого изобретения подтверждается следующими примерами.

Пример 1

Для оценки эффективности заявляемого способа проводили опыты на ячмене яровом сорта «Эксплоер». Семена опрыскивали приготовленным водным коллоидным раствором полиметаллических наночастиц ZnCuNiFeMg в концентрации их в рабочей жидкости 0,001-0,1 г/л, стабилизированных 10%-ным раствором натрий-карбоксиметилцеллюлозы и оставляли на 20 мин на воздухе для подсушивания. В чашки Петри клали по 50 шт. обработанных описываемым способом семян ячменя. Контрольная группа - семена без обработки. Опыты проводили в трехкратной повторности. В соответствии с ГОСТ 12038-84 на 3-й день определяли энергию прорастания семян, на 7-ой день опыта семена промывали проточной водой, промокали бумажным полотенцем и определяли всхожесть и морфометрические характеристики проростков. Для определения энергии прорастания отделяли проросшие, гниющие, набухшие семена и подсчитывали. К всхожим семенам относили только проросшие семена. У нормально проросших семян в каждой пробе замеряли с помощью линейки в мм отдельно длину ростков и длину корешков.

Усредненные по трем повторностям результаты опыта представлены в Таблице 1.

Результаты показывают, что предлагаемый способ предпосевной обработки семян позволяет увеличить энергию прорастания на 5,2-18,8%, всхожесть на 2,4-18,7%, а длину зеленой части растения на 5,6-50,8%), что подтверждает его эффективность.

Пример 2

Для оценки эффективности заявляемого способа проводили опыты на сое сорта «Аннушка». Семена опрыскивали приготовленным водным коллоидным раствором полиметаллических наночастиц ZnCuNiFeMg в концентрации их в рабочей жидкости 0,001-0,1 г/л, стабилизированных 10%-ным раствором натрий-карбоксиметилцеллюлозы и оставляли на 20 мин на воздухе для подсушивания. В чашки Петри клали по 50 шт. обработанных описываемым способом семян сои. Контрольная группа - семена без обработки. Опыты проводили в трехкратной повторности. В соответствии с ГОСТ 12038-84 на 3-й день определяли энергию прорастания семян, на 7-ой день опыта семена промывали проточной водой, промокали бумажным полотенцем и определяли всхожесть и морфометрические характеристики проростков. Для определения энергии прорастания отделяли проросшие, гниющие, набухшие семена и подсчитывали. К всхожим семенам относили только проросшие семена. У нормально проросших семян в каждой пробе замеряли с помощью линейки в мм длину проростков.

Усредненные по трем повторностям результаты опыта представлены в Таблице 2.

Результаты показывают, что предлагаемый способ предпосевной обработки семян позволяет увеличить энергию прорастания сои на 9,3-14,3%, всхожесть на 13,1-17,3%; а длину проростков на 10-27,3%, что подтверждает его эффективность.

Пример 3

Для оценки эффективности заявляемого способа проводили опыты на свекле кормовой сорта «Бригадир». Семена опрыскивали приготовленным водным коллоидным раствором полиметаллических наночастиц ZnCuNiFeMg в концентрации их в рабочей жидкости 0,001-0,1 г/л, стабилизированных 10%-ным раствором натрий-карбоксиметилцеллюлозы и оставляли на 20 мин на воздухе для подсушивания. В чашки Петри клали по 50 шт. обработанных описываемым способом семян свеклы. Контрольная группа - семена без обработки. Опыты проводили в трехкратной повторности. В соответствии с ГОСТ 12038-84 на 3-й день определяли энергию прорастания семян, на 7-ой день опыта семена промывали проточной водой, промокали бумажным полотенцем и определяли всхожесть и морфометрические характеристики проростков. Для определения энергии прорастания отделяли проросшие, гниющие, набухшие семена и подсчитывали. К всхожим семенам относили только проросшие семена. У нормально проросших семян в каждой пробе замеряли с помощью линейки в мм длину проростков.

Усредненные по трем повторностям результаты опыта представлены в Таблице 3.

Результаты показывают, что предлагаемый способ предпосевной обработки семян позволяет увеличить энергию прорастания свеклы кормовой на 9,7-19,3%, всхожесть на 3,6-13,5%; а длину проростков на 32,4-46,1%, что подтверждает его эффективность.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к растениеводству и средствам предпосевной обработки семян сельскохозяйственных растений с целью стимуляции роста и повышения их урожайности. Способ представляет собой предпосевную обработку семян водным раствором биологически активных веществ. В качестве биологически активных веществ используют водный коллоидный раствор полиметаллических наночастиц ZnCuNiFeMg в концентрации их в рабочей жидкости 0,001-0,1 г/л, который подвергают ультразвуковой диспергации мощностью 100 Вт с частотой 20 кГц в течение 30 минут. После чего добавляют 10%-ный раствор натрий-карбоксиметилцеллюлозы и проводят ультразвуковую диспергацию с той же мощностью и частотой 5 раз по 3 мин с интервалом 2 мин. Способ обеспечивает повышение энергии прорастания, всхожести и накопления биомассы проростков. 1 ил., 3 табл., 3 пр.

Способ активации проращивания семян сельскохозяйственных растений, представляющий собой предпосевную обработку семян водным раствором биологически активных веществ, отличающийся тем, что в качестве биологически активных веществ используют водный коллоидный раствор полиметаллических наночастиц ZnCuNiFeMg в концентрации их в рабочей жидкости 0,001-0,1 г/л, который подвергают ультразвуковой диспергации мощностью 100 Вт с частотой 20 кГц в течение 30 минут, после чего добавляют 10%-ный раствор натрий-карбоксиметилцеллюлозы и проводят ультразвуковую диспергацию с той же мощностью и частотой 5 раз по 3 мин с интервалом 2 мин.