Покрытые семена и способ нанесения покрытий на семена - RU2345975C2

Описание

Настоящее изобретение относится к покрытым семенам растений, к композициям их покрытий, содержащим фиксирующее средство и питательное вещество для растений, а также к способу нанесения покрытий на семена.

На практике уже давно используется нанесение покрытий на семена с разными целями. Существуют разные способы обработки с нанесением покрытий, начиная с простой и традиционной обработки семян сельскохозяйственных культур пестицидами для борьбы с заболеваниями и вредителями растений. В данном случае интактные семена обрабатывают активным средством в виде мелкоизмельченного порошка или порошкообразной смесью, содержащей такое активное средство, или раствором или взвесью, полученными путем растворения или суспендирования указанного активного средства в подходящем растворителе, как правило, в воде или в органическом растворителе.

Главным образом, исследовалась пригодность разных полимеров. Например, известно, что семена можно покрывать водорастворимыми полимерами, например крахмалом, карбоксиметилцеллюлозой или гуммиарабиком. Основным недостатком их применения является то, что оно требует использования большого количества воды. Для обработки больших количеств воды требуется специальное оборудование и, кроме того, данный способ нанесения покрытия является медленным. Зачастую, чтобы предотвратить повреждение семян, покрытых с помощью данного способа, их нужно сушить при низкой температуре. Указанные полимеры часто образуют твердое хрупкое покрытие вокруг семян.

Покрытие семян также используют для задержки их проращивания (EP 1238714, Landec Corp; US 6230438, Grow Tec Inc.). Полимеры также используют в качестве фиксирующих средств при покрытии семян средствами с разной активностью. Такие покрытия могут, например, улучшать устойчивость семян к сухости, повышенной температуре, засоленной почве или к другим внешним факторам стресса. Например, после нанесения покрытия легкие семена риса становятся тяжелее, что затрудняет их унос водой или ветром; см., например, патент США № 4192095. Также широко известно, что для стимуляции роста растений к указанным покрытиям можно добавлять питательные вещества.

Одной из проблем является плохое проращивание семян и плохое прилипание питательных веществ к поверхности семян в случае использования в качестве фиксирующих средств масляных и водных растворов соответственно. Для решения данных проблем предпринимались интенсивные исследования. Различные композиции фиксирующих средств анализировали на способность обеспечивать прилипание питательных веществ или других агентов, стимулирующих рост растений, к поверхности семян.

Время, в течение которого корни растения достигают удобрения, играет главную роль в обеспечении способности растения использовать питательные вещества удобрения и расти и развиваться в течение первых нескольких недель.

Количество основных питательных веществ (N, K, P, Ca, S, Mg), переносимое из удобрения в растения, то есть коэффициент полезного использования питательных веществ, как правило, варьируется от нескольких процентов до 70-80 процентов. В частности, коэффициент полезного использования фосфора является низким, от 5 до 20%. Коэффициенты полезного использования питательных веществ, присутствующих в следовых количествах (B, Co, Cu, Fe, Mn, Mo, Zn, Cl), зачастую еще ниже.

Способ внесения удобрения, то есть расстояние от удобрения до семени, влияет на способность растения использовать удобрения. Питательные вещества удобрения, внесенного слишком далеко от семени, например, на расстоянии 6 см от семени, могут взаимодействовать с солями или ионами почвы с образованием плохо растворимых соединений задолго до того, как корни растения достигнут точки внесения удобрения.

Развитие корней является важной стадией начального роста растения. Хорошо развитые корни могут эффективно использовать питательные вещества, связанные с частицами почвы. Для развития корней необходим фосфор и, соответственно, чем ближе к семенам находится фосфор, тем легче он поглощается.

Если фосфорное удобрение, например, вносят традиционным способом, распределяя по всей поверхности почвы или смешивая с поверхностным слоем почвы, эффективность использования фосфора составляет от 5 до 10%. Наоборот, если удобрение вносят на грядки или в виде полос с определенным расстоянием от семян, эффективность использования фосфора составляет приблизительно 10%.

Эффективность использования фосфора улучшается, если фосфорное удобрение вносят вблизи семян или если семена покрывают удобрением. В таких случаях эффективность использования составляет соответственно 15 и 20%.

WO 9325078 раскрывает композицию для покрытия семян, содержащую гидролизат полисахарида, например гидролизат карбоксиметилцеллюлозы или карбоксиметилкрахмала. Водные растворы указанных средств предпочтительно распыляют на семена в концентрированном виде (30%).

Патент США № 5661103 раскрывает покрытие семян, стимулирующее развитие растений, которое содержит полимерную органическую кислоту, такую как полиаспарагиновая кислота с молекулярной массой более 1500. В соответствии с данным документом молекулярная масса полиорганической кислоты должна быть достаточно высокой, предпочтительно указанная кислота не способна образовывать хелатных соединений. EP 1036492 также раскрывает покрытие семян, стимулирующее развитие растений, которое состоит из пленкообразующего поперечно сшитого белкового вещества и других активных ингредиентов, в том числе пестицидов и/или питательных веществ для растений.

Как правило, при применении нерастворимых в воде полимеров нужно использовать органические растворители, в этом случае большое количество растворителя способствует проникновению полимера в семена. Для обработки семян также можно использовать водные суспензии упомянутых полимеров. Они описаны, например, в CA PLUS 112:17756 (PL 146138) и CA PLUS 122:49097 (PL 159474).

В документе US 4251952 описаны семена, покрытые смесью сахара и нерастворимого в воде полимера. В качестве полимеров используют различные коммерчески доступные полимеры или сополимеры.

Одним из недостатков способов предыдущего уровня техники может быть липкость поверхности покрытых семян, которая вызывает прилипание семян друг к другу и, как следствие, ухудшает их текучесть. Кроме того, оборудование, используемое для обработки семян, легко пачкается. К тому же, покрытие с высоким содержанием влаги может вызывать преждевременное проращивание семян.

Покрытие семян, состоящее из двух компонентов, раскрыто в WO 0145489 от заявителя настоящего изобретения, первый компонент покрытия содержит водное фиксирующее средство, содержащее жидкий побочный продукт сельскохозяйственного производства или процесса ферментации, предпочтительно мелассу, и эмульгированное масло, второй компонент содержит удобрение в порошкообразном виде. В данной публикации указанный метод называют «обработка семян iSeed, или способ iSeed». Покрытие семян в виде эмульсии или эмульсионной суспензии также представлено в неопубликованной заявке FI 2002 2089 от заявителя настоящего изобретения.

FI 2001 1328 от заявителя настоящего изобретения раскрывает удобрение и его количество, оптимальное для разных растений, которое обеспечивает, в сочетании с водным фиксирующим средством, оптимальное соотношение процента проращивания и поглощения фосфора.

Хотя результаты роста в полевых испытаниях были удовлетворительными, потребление фосфора более эффективным, а общая потребность в фосфорном удобрении была снижена, еще остаются некоторые практические проблемы.

Исходное удобрение нужно измельчить в достаточной степени, что является проблемой. Кроме того, измельчение само по себе является дополнительной и проблематичной стадией процесса. Некоторые соли нельзя измельчить, например, вследствие их гигроскопичности или из-за того, что они содержат связанную воду. Кроме того, мелкоизмельченное порошкообразное удобрение дает пыль. Часть удобрения также может удаляться с поверхности семян вследствие их трения друг о друга в случае неравномерного измельчения и/или если частицы имеют слишком большой размер.

В добавление к упомянутым недостаткам при нанесении удобрений на семена было обнаружено, что между видами растений существуют значительные различия (Scott, J. M. 1989, Seed coating and treatments and their effects on plant establishment, Advances in Agronomy, 42: 43-83). Считается, что фитотоксический эффект солей удобрения, уменьшающий проращивание, обычно вызывается ионной токсичностью. Например, среди хлебных злаков овес более устойчив к солям удобрения, чем пшеница, в случае использования покрытых семян. Было обнаружено, что причиной этого является различие в структуре семян. В семенах овса зародыш защищен трихомами и волосяным наростом, тогда как у пшеницы семена незащищенные. Соответственно, хлебные злаки, как правило, более устойчивы к нанесению удобрений на семена, чем бобовые растения. Другими словами, у некоторых видов компоненты оболочки сами по себе обеспечивают надежную защиту против действия солей удобрения.

Как правило, в данной области принимается, что фитотоксическое действие солей удобрений на разные виды растений проявляется сильнее в районах с засушливым климатом. В случае чувствительных видов были сделаны попытки исключить неблагоприятную взаимосвязь между чувствительностью видов и сухостью почвы путем добавления искусственного защитного слоя перед нанесением на семена конкретного покрытия, содержащего удобрение. Например, в качестве таких защитных средств используют сахара (такие как сахароза) или поливинилацетат. Однако не доказано, что указанные средства подходят для применения в реальном способе нанесения покрытия. Фитотоксические эффекты также можно уменьшить путем выбора соответствующих солей удобрений и регуляции значения рН данных солей, однако особенно если растворимость питательных веществ уменьшается, это может привести к потере активности конкретного покрытия, содержащего удобрение.

Краткое описание изобретения

Настоящее изобретение относится к покрытым семенам и к способу нанесения покрытий на семена. В данном изобретении особенно благоприятные результаты получают для покрытых семян видов с незащищенными семенами.

Кроме того, данное изобретение направлено на покрытие, содержащее фиксирующее средство, которое образует комплексы с металлами, следовыми элементами и/или питательными солями.

Подробное описание изобретения

Характеристические признаки данного изобретения представлены в пунктах формулы изобретения 1-9.

Соответственно, данное изобретение предлагает семена растений, покрытые, по меньшей мере, одним фиксирующим средством, содержащим, по меньшей мере, одно производное аспарагиновой кислоты и, по меньшей мере, одно питательное вещество для растений. Данное изобретение также направлено на композицию покрытия, на способ нанесения покрытия на семена и на водную композицию покрытия для нанесения на семена.

В соответствии с данным изобретением неблагоприятную взаимосвязь чувствительности видов растений и условий культивирования для семян, покрытых питательными веществами для растений, можно значительно уменьшить путем использования в качестве фиксирующего средства, по меньшей мере, одного производного аспарагиновой кислоты с молекулярной массой, предпочтительно, менее 500. Производное аспарагиновой кислоты, используемое в качестве фиксирующего средства, особенно предпочтительно представляет собой хелатообразующее средство, способное образовывать комплексы с металлами, например с металлом питательного вещества для растений. Соединения, которые можно подходящим образом использовать в качестве таких хелатообразующих фиксирующих средств, включают в себя известные вещества, образующие комплексы с металлами, которые разрушаются в природных условиях.

Комплексообразующие вещества данного изобретения, подходящие для покрытия, включают в себя этилендиаминдиянтарную кислоту (EDDS), иминодиянтарную кислоту (ISA), любую полиаспарагиновую кислоту с молекулярной массой менее 500, подходящую для использования в качестве фиксирующего средства, их изомеры и соли, предпочтительно, соли щелочных и щелочно-земельных металлов. В соответствии с особенно предпочтительным воплощением данного изобретения фиксирующее средство выбирают из группы, состоящей из этилендиаминдиянтарной кислоты (EDDS), иминодиянтарной кислоты (ISA), их изомеров и солей, предпочтительно солей щелочных и щелочно-земельных металлов.

В соответствии с данным изобретением в качестве фиксирующих средств можно использовать несколько соединений, из которых, по меньшей мере, одно представляет собой фиксирующее средство данного изобретения, которое выбирают в зависимости от чувствительности видов растений и условий культивирования. Более того, можно использовать два или несколько разных фиксирующих средств данного изобретения. Кроме того, покрытия растений могут содержать один или несколько следовых элементов и/или одну или несколько питательных солей.

Применение фиксирующих средств данного изобретения значительно улучшает прилипание следовых элементов/питательных солей к семенам, не снижая их проращивание, причем проращивание не снижается даже в случае видов с незащищенными семенами.

Композицию покрытия предпочтительно получают путем суспендирования следового элемента и/или питательной соли в водном растворе фиксирующего средства. Растворение питательной соли в водной фазе способствует однородному распределению следового элемента и/или питательного вещества в покрытии.

Компоненты питательных веществ для растений могут включать в себя любые жизненно необходимые неорганические ионы (в первую очередь, вторичные и следовые элементы), а также органические соединения, высвобождающие питательные вещества для растений, такие как мочевина или метилмочевина. Компонент питательных веществ для растений может представлять собой так называемую основную питательную соль, содержащую, например, ионы N, K и/или P, так называемое вторичное питательное вещество, содержащее ионы Ca, S и/или Mg, или следовое минеральное вещество, содержащее ионы Fe, Mn, Zn, Cu, Mo, Cl, B и/или Co.

Указанные питательные соли предпочтительно содержат фосфаты. Фосфат может включать в себя одну или несколько фосфатных солей, например мононатрий-, монокалий- или моноаммонийфосфат. Подобная питательная смесь также может состоять из фосфорной кислоты и различных оснований. Фосфорная кислота может представлять собой любую концентрированную фосфорную кислоту, особенно кормовую кислоту категории удобрение с пониженным содержанием фтора (так называемая кислота Profo). Основания могут включать в себя оксиды, гидроксиды или карбонаты, или их смеси, например KOH, NaOH, K₂CO₃, Na₂CO₃, NH₃, CaO, MgO, CaCO₃, CaMg(CO₃)₂.

Композиция покрытия также может содержать другие традиционные ингредиенты, в том числе пестициды, регуляторы роста, например соединения и/или микробы, стимулирующие рост, консерванты, стабилизаторы и/или функциональные средства, такие как селен. Кроме того, композиция покрытия может содержать сахар.

При нанесении покрытия на семена масса фиксирующего средства предпочтительно составляет 0,01-5%, более предпочтительно 0,03-5%, особенно предпочтительно 0,1-5% по отношению к массе семян. Для покрытия семян можно использовать, например, 0,1-3% по массе фиксирующего средства. Кроме того, для покрытия семян можно использовать 0,1-2% по массе следового элемента, 0,1-10% по массе питательной соли, 0-2% по массе другого средства, влияющего на рост растения, и 0,1-10% по массе воды по отношению к массе семян.

Более того, данное изобретение предлагает водную композицию для покрытия семян. В соответствии с конкретным воплощением указанная водная композиция покрытия содержит 1-50%, предпочтительно 5-50%, более предпочтительно 5-30%, по массе фиксирующего средства, 0-15% по массе следового элемента, 0-70%, предпочтительно 0-40%, по массе питательной соли, 0-15% по массе соединений, оказывающих влияние на рост растений, и 30-90% по массе воды. Однако в зависимости от воплощения также можно использовать водную композицию покрытия, которая является более или менее концентрированной в отношении одного или нескольких из упомянутых ингредиентов, например в отношении фиксирующего средства и питательных солей. Так, указанная водная композиция покрытия также может содержать 10-30% по массе фиксирующего средства, 0-15% по массе следового элемента, 0-40% по массе питательной соли, 0-15% по массе дополнительных соединений, оказывающих влияние на рост растений, и 30-90% по массе воды.

Если не указано иначе, содержание следовых элементов и питательных солей приводится в пересчете на массу без учета связанной воды.

В соответствии с данным изобретением нанесение покрытия на семена осуществляют следующим способом. Семена, подлежащие нанесению покрытия, помещают в аппарат, подходящий для обработки семян, затем добавляют фиксирующее средство и/или следовые элементы/питательные соли в виде водного раствора для образования покрытия на семенах. В данном случае покрытие наносят в одну стадию. Альтернативное воплощение представляет собой так называемый двухстадийный способ нанесения покрытия, где семена вначале покрывают водным раствором фиксирующего средства или водным раствором, содержащим фиксирующее средство и следовые элементы/питательные соли, а затем питательными солями в твердом порошкообразном виде.

Покрытие можно наносить на семена следующим способом: вращающийся барабан заполняют семенами, затем на семена при перемешивании распыляют водный раствор фиксирующего средства и следовых элементов/питательных солей, после чего перемешивание продолжают, чтобы обеспечить получение однородного покрытия. По завершению процесса семена можно высушить в потоке воздуха.

Покрытие на семена можно также наносить путем распыления на семена в барабане водного раствора фиксирующего средства или водного раствора фиксирующего средства и следовых элементов/питательных солей с образованием на семенах покрытия из фиксирующего средства с последующим нанесением порошкообразной питательной соли на покрытие из фиксирующего средства. Количество фиксирующего средства, необходимое для связывания на семенах нужного количества следовых элементов/питательных солей, зависит от размера и состояния поверхности покрываемых семян.

С помощью описанного способа предпочтительно получают покрытые семена растений данного изобретения. Кроме того, водная композиция покрытия, используемая в данном способе, предпочтительно представляет собой водную композицию покрытия данного изобретения.

Если семена желательно также обработать пестицидами, регуляторами роста, например соединениями и/или микробами, стимулирующими рост, консервантами, стабилизаторами и/или функционально активными средствами, такими как селен, растворенные в воде средства можно добавлять одновременно с фиксирующим средством, тогда как порошкообразные средства можно добавлять до, после или одновременно с порошкообразной питательной солью.

Тип композиции и наносимое количество композиции зависят от размера и состояния поверхности покрываемых семян, которые являются характеристическими признаками для каждого вида растения.

Растворы, предлагаемые изобретением для решения проблем

Применение биодеградируемых соединений в качестве фиксирующих средств для покрытия семян обеспечивает сильное прилипание следовых элементов и питательных солей. Отделение питательных веществ от семян уменьшается, поскольку на поверхности семян отсутствуют отдельные частицы следовых элементов/питательных солей. Возможные проблемы "сжигания", вызываемого солями, также устраняются, поскольку питательные соли больше не накапливаются на поверхности чувствительных семян.

Способность фиксирующего средства, используемого в качестве единственного покрытия семян, образовывать комплексы с металлами ускоряет начальное развитие семян благодаря тому, что оно может эффективно использовать даже питательные вещества, связанные с почвой.

Данное изобретение допускает большую гибкость при добавлении питательных веществ к покрытиям семян. Композиция не ограничивается какими-либо исходными веществами, поскольку можно добавлять также кислотные и основные компоненты. Более того, композиция является более дешевой, так как вместо питательных солей можно использовать содержащий их сырьевой материал.

После проращивания покрытые семена снабжают корни необходимыми следовыми элементами и фосфором. Фосфор на семенах обеспечивает важное начальное развитие растения гораздо лучше, чем удобрение, вносимое по всей поверхности почвы, и более эффективно, чем припосадочное удобрение, вносимое в рассадную грядку. Превосходная эффективность питательных веществ очень предпочтительна для фермеров и для окружающей среды, так как позволяет избежать избыточного применения питательных веществ. После благоприятного начального развития растение также может эффективно потреблять питательные вещества, уже связанные с почвой.

ПРИМЕРЫ

Если не указано иначе, анализ питательных веществ проводят известным способом, используя рентгеновскую флуоресценцию и, при необходимости, анализ растворов.

Анализы сухой биомассы проводят путем отрезания надземных частей растений и взвешивания их после высушивания в течение 24 часов при 60°C.

Пример 1

Покрытие кукурузы ISA и Na-фосфатом

Разновидность кукурузы (Jet) покрывают 0,4% P, используя раствор, содержащий Na-ISA, фосфат натрия и сахар. В сравнительном испытании используют соответствующее количество фосфора (0,4%), а покрытием служит паста, содержащая 50% порошка монокалийфосфата и 50% фиксирующего средства. Фиксирующее средство содержит 50% смеси меласс, 10% минерального масла, 3,1% эмульгатора, 0,6% стабилизатора и 36,3% воды (=паста MKP). Составы приведены в таблице 1. В вегетационных опытах в качестве контроля используют непокрытые семена. В таблице 2 приведены сухая масса через 18 дней, процент проращивания, анализ питательных веществ в сухом веществе (средние значения от трех параллельных анализов со стандартным отклонением, STD). Относительное потребление питательных веществ по сравнению с контролем приведено в таблице 3.

Полученные результаты показывают, что способность к проращиванию не изменяется, потребление фосфора улучшается, как и потребление следовых элементов (Mg, Fe, Cu, Zn, Mn) вследствие образования хелатов.

Пример 2

Покрытие семян льна ISA и сульфатом цинка

Семена льна покрывают 0,15% (A), 0,225% (B) и 0,3% Zn (C), используя раствор, содержащий сульфат цинка и Na соль ISA. Состав приведен в таблице 4. Вегетационные испытания проводят, используя в качестве удобрения торф (50 м.д. N, 50 м.д. P, 63 м.д. K, нитрат аммония и монокалийфосфат) и непокрытые семена в качестве контроля. В таблице 5 приведены процент проращивания, сухая масса биомассы через 14 дней, анализ питательных веществ в сухом веществе (средние значения от трех параллельных анализов со стандартным отклонением, STD). Также улучшается поглощение элементов, отличных от цинка (таблица 6).

Пример 3

Рост семян льна при использовании способа покрытия данного изобретения для добавления цинка

В течение периода роста 2002-2003 проводили ряд тестов для сравнения роста волокнистого льна, семена которого были обработаны с помощью способа нанесения покрытия данного изобретения, с ростом льна, культивированного обычным способом. Оптимальное для нанесения количество цинкового покрытия данного изобретения составляет 4,5% по отношению к массе семян. При нанесении данного количества лен по существу больше не способен потреблять дополнительные количества цинка. Общее количество сульфата цинка в покрытии составляет 5% (об./об.) в пересчете на цинк.

В полевых испытаниях было обнаружено, что симптомом, вызываемым дефицитом цинка, является высота наземных частей растения, которая составляет 10 см. Вследствие дефицита цинка лен начинает образовывать боковые ветви, и в результате снижается качество волокон. В подобном испытании семена льна покрывают цинком, используя способ данного изобретения. Количество покрытия составляет 4,5% по отношению к массе семян. Благодаря покрытию в процессе начального роста растений льна отсутствуют симптомы дефицита цинка и, следовательно, удается избежать образования боковых ветвей, ухудшающих качество волокон. Получают длинные и коммерчески подходящие волокна.

Пример 4

На маленькие семена с очень низкой удельной массой, такие как Poa pratensis, наносят покрытие данного изобретения, и их активность сравнивают с активностью семян, обработанных подобным образом iSeed. В случае нанесения покрытия данного изобретения семена покрывают фиксирующим средством ISA, содержащим в качестве питательных веществ нитрат натрия и калия. Обработка iSeed относится к обработке, раскрытой в WO 0145498 тем же заявителем, где семена покрывают смесью фиксирующего средства, нитрата калия и монокалийфосфата в виде эмульсионной суспензии.

В случае обработки iSeed было обнаружено, что покрытие, нанесенное на семена Poa pratensis, является неоднородным. Из-за этого неоднородного покрытия проращивание семян уменьшается и при высевании семенами труднее манипулировать.

Наоборот, семена, покрытые фиксирующим средством ISA данного изобретения, хорошо пускают ростки и, кроме того, обладают превосходным техническим качеством, облегчающим высевание.

Сравнение пар проводят с помощью теста Tukey, P=0,05.

Пример 5

Влияние фиксирующих средств данного изобретения на потребление цинка и фосфора кукурузой

Семена кукурузы покрывают растворами, содержащими биодеградируемое фиксирующее средство, сульфат цинка и фосфат натрия (таблица 9). В семена включается 0,1% Zn и 0,225% P. Молярное отношение фиксирующих средств (Na-ISA, Na-EDDS) к цинку составляет 1:1. В случае полиаспарагиновой кислоты-Na используют два повторяющихся элемента на один атом цинка. Фиксирующие средства Na ISA и полиаспарагиновая кислота-Na сравнивают, используя кукурузу одной серии (146). Другую серию кукурузы (147) используют при тестировании Na-EDDS. В тесте на проращивание участвует 25 семян/горшков с шестью параллелями. В данном тесте анализируют проращивание, сухое вещество биомассы и потребление питательных веществ (таблица 10). Потребление питательных веществ в сравнении с контролем (=непокрытые семена) приведено в таблице 11.

Результаты показывают, что способность к проращиванию остается высокой во всех тестах. Потребление растениями добавленного цинка является высоким и, кроме того, улучшается потребление других питательных веществ (K, P, Mg, S) и следовых элементов (Fe, Cu).

Таблицы 10 и 11 показывают, что способность различных фиксирующих средств улучшать потребление питательных веществ варьируется, так ISA улучшает потребление магния, тогда как полиаспарагиновая кислота и EDDS увеличивают доступность железа и меди соответственно.

Реферат

Семена растений покрывают, по меньшей мере, одним фиксирующим средством, содержащим производное аспарагиновой кислоты, выбранное из этилендиаминдиянтарной кислоты, 2,2′-иминодиянтарной кислоты, их изомеров и солей, и, по меньшей мере, одно питательное вещество для растений. Применение данного покрытия позволяет ослабить взаимосвязь чувствительности видов растений и условий их культивирования. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 11 табл.

Формула