Способ предпосевной обработки семян для повышения их устойчивости к ультрафиолетовому облучению - RU2618325C2

Описание

Изобретение относится к сельскому хозяйству и предназначено для повышения всхожести семян культурных растений, усиления устойчивости проростков к действию УФ-излучений, и может быть использовано в растениеводстве, овощеводстве, плодоводстве, зеленом строительстве, лесном хозяйстве.

Ультрафиолетовое (далее - УФ) излучение является важным экологическим фактором, влияющим на растения. В связи с тем, что фотоны УФ имеют энергию, достаточную для ионизации атомов, они поглощаются всеми биологически важными структурами, определяя высокую биологическую активность этого вида излучения. Особое значение этот вопрос приобретает для высокогорных районов, где специфический световой режим с высоким содержанием УФ-лучей в светопотоке приводит к негативным реакциям растений (см. Акназаров О.А. Действие ультрафиолетовой радиации на рост, морфогенез и уровень гормонов высокогорных растений: Автореф. …дисс. докт. биол. наук. Душанбе, 1991. 47 с.).

Эффекты, вызываемые УФ-лучами, обнаруживаются на всех уровнях организации растений. В их основе лежат механизмы повреждения биологических молекул, обусловленные изменениями в ДНК, а также инактивацией белков. Также УФ лучи вызывают фотоповреждение фосфолипидов плазматических мембран и их окисление по свободно-радикальному механизму. Кроме белков, липидов и ДНК в результате поглощения УФ теряют активность витамины, подвергаются деструкции фитогормоны (в первую очередь ауксины), антиоксиданты и другие биологически активные вещества (см. Музафаров Е.Н., Креславский В.Д., Назарова Г.Н. Световая и гормональная регуляция фотосинтеза и роста растений. Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН, 1995. 140 с.; Акназаров О.А, Шомансуров С. Влияние ультрафиолетового облучения на содержание индолилуксусной кислоты в растениях ячменя // Физиология и биохимия культурных растений, 1988. Т. 20, №6. С. 570-572).

Следствием этого являются разнообразные мутации, нарушения физиологических процессов (рост, дыхание, фотосинтез) и гибель растительного организма (см. Кошкин Е.И. Физиология устойчивости сельскохозяйственных культур. М.: Дрофа, 2010. 638 с).

По мере повышения местообитания растений по отношению к уровню моря действие УФ-радиации становится все более значимым экологическим фактором, определяющим их внешний вид, адаптационные признаки, особенности жизнедеятельности и химического состава.

Проблема адаптации растений к действию УФ облучения является наиболее актуальной при выращивании растений в условиях горного и холмистого ландшафтов. Одним из способов повышения растений к неблагоприятному действию УФ лучей может быть их обработка биологически активными веществами (далее - БАВ).

Известны способы обработки растений биологически активными веществами - регуляторами роста растений с целью повышения всхожести семян, устойчивости к заболеваниям, ускорения развития, повышения урожайности, улучшения качества продукции (см. Муромцев Г.С. и др. Основы химической регуляции роста и продуктивности растений. М.: Агропромиздат, 1987. 382 с.; Верзилов В.Ф. Регуляторы роста растений и их применение в растениеводстве. М.: Наука, 1971. 144 с.).

Наиболее известными препаратами, применяемыми в качестве регуляторов роста растений, являются «Гетероауксин» (действующее вещество: индолилуксусная кислота), «Гибберсиб» (действующее вещество: натриевые соли гибберелловых кислот), гуминовые соли одновалентных катионов, янтарная кислота, препараты на основе арахидоновой кислоты.

Регуляторы роста растений применяют в виде водных растворов определенной концентрации (0,001%-0,01%) для замачивания семян, клубней, луковиц, черенков, ими поливают или опрыскивают вегетирующие и цветущие растения; способ приготовления растворов регуляторов роста заключается в непосредственном растворении препарата в определенном количестве воды («Указания по применению регулятора роста растений - Гибберсиба на приусадебных участках», «Рекомендации по применению препарата «Гетероауксин калиевая соль»», «Рекомендации по применению препарата «Проросток»», «Инструкция по применению препарата «Гумат 80»», «Инструкция по применению препарата «Гумат+7»).

Недостатками известных решений по повышению устойчивости растений к неблагоприятным условиям являются следующие признаки:

1) в качестве действующих веществ применяют синтетические химические аналоги, а не природные вещества;

2) растворы для замачивания семян имеют высокое содержание препарата и небольшой диапазон действующих концентраций;

3) нестабильность эффектов от применения регуляторов роста, растворы которых приготовлены стандартным образом, что обусловлено большим количеством факторов, определяющих ответ растения на действие регулятора роста.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, выражается в повышении устойчивости культурных растений к действию ультрафиолетового облучения.

Технический эффект, получаемый при решении поставленных задач, выражается в получении биологически активных веществ (БАВ), отвечающих требованиям, предъявляемым для предпосевной обработки семян.

Для решения поставленной задачи способ предпосевной обработки семян для повышения устойчивости растений ультрафиолетовому облучению, включающий замачивание семян в растворах биологически активных препаратов, отличается тем, что в качестве биологически активных препаратов применяют водные экстракты растений, а именно багульника болотного в четвертом-пятом десятичных гомеопатических разведениях (концентрация 10^-2-10^-4% массовой доли по растительному сырью), или брусники в седьмом-девятом десятичных гомеопатических разведениях (концентрация 10^-5-10^-7% массовой доли по растительному сырью), или толокнянки в восьмом-десятом десятичных гомеопатических разведениях (концентрация 10^-6-10^-8% массовой доли по растительному сырью), или водяники черной в седьмом-девятом десятичных гомеопатических разведениях (концентрация 10^-5-10^-7% массовой доли по растительному сырью), или ольхи кустарниковой в девятом-одиннадцатом десятичных гомеопатических разведениях (концентрация 10^-7-10^-8% массовой доли по растительному сырью). При этом растворы биологически активных веществ для обработки семян получают методом последовательных десятичных разведений.

Наилучший эффект может быть достигнут при замачивании семян в экстрактах из растений семейства вересковых Ericaceae и Betulaceae, произрастающих, например, в Южной Якутии, в условиях высокогорья и повышенной солнечной инсоляции, в спектре которой высока доля жесткого УФ-излучения. Растворы для обработки семян готовят методом десятичных гомеопатических разведений (потенцирования) и динамизации (встряхивания). Предполагается, что главными действующими веществами в таких препаратах будут являться дубильные вещества (танниды) и катехины, т.к. условия климата и ландшафта Южной Якутии обусловливают высокое содержание в растениях именно этих групп веществ (см. Муравьева Д.А. Фармакогнозия с основами биохимии лекарственных растений. М.: Медицина, 1978. 656 с.; Коренская И.М., Ивановская Н.П., Измалкова И.Е. Лекарственные растения и лекарственное растительное сырье, содержащее антраценпроизводные, простые фенолы, лигнаны, дубильные вещества. Воронеж, 2007. 88 с.).

Дубильными веществами называются высокомолекулярные природные фенольные соединения, обладающие дубящими свойствами, т.е. способностью взаимодействовать с белками с образованием нерастворимых соединений (см. Запрометов М.Н. Фенольные соединения и их роль в жизни растения. М.: Наука, 1996. 44 с.). В растительном организме дубильные вещества выполняют самые разнообразные функции: 1) являются фондом биологически активных веществ в неактивном состоянии; 2) являются факторами, защищающими растение от вредителей и возбудителей патогенных заболеваний, а также ядовитых веществ; 3) обладая развитой системой двойных химических связей и циклов, являются «ловушкой» для свободных радикалов и блуждающих электронов; 4) усиливают дыхательные цепи в клетках растения.

Автором были изучены 150 видов растений, произрастающих в Южной Якутии (окрестности г. Нерюнгри), с целью выявления источников биологически активных препаратов, стимулирующих рост и развитие культурных растений, повышающих их адаптационный потенциал. Было установлено, что наибольшее количество дубильных веществ и катехинов содержится в лесных растениях, особенно в представителях семейства вересковых Ericaceae (см. Зайцева Н.В., Погуляева И.А. Биологически активные вещества растений Южной Якутии: онтогенетический и экологический аспекты // Перспективы фитобиотехнологии для улучшения качества жизни на Севере: матер, междунар. конф. Якутск, 2010. С. 125-129; Зайцева Н.В., Погуляева И.А. Растения Южной Якутии как источник биологически активных веществ // Тез. докл. научно-практ. конференции «Биологически активные вещества: фундаментальные и прикладные вопросы получения и применения». Киев, 2011. С. 255-256).

Из представителей лесной флоры в качестве источников БАВ были отобраны: багульник болотный Ledum palustre L., брусника обыкновенная Vaccinium vitis-idaea L., толокнянка боровая Arctostaphylos uva-ursi Spreng., водяника черная Empetum nigrum L., а также ольховник кустарниковый Duschekia fruticosa (Rupr.) Pouzar. семейства Betulaceae. Растения были собраны в лиственничных лесах.

Способ обработки семян для их повышения к действию УФ-облучения включает в себя 2 этапа: 1-й этап - приготовление экстрактов растений и потенциальных растворов из них; 2-й этап - непосредственные действия по обработке семян.

Приготовление растворов БАВ для обработки семян

Растительное сырье, собранное в период вегетации растений, высушивают до абсолютно сухого состояния. Из него отбирают 10 г сырья (по абс. сух. массе), к навеске добавляют 90 мл дистиллированной воды. Систему встряхивают (динамизируют) в течение 10-20 мин. После этого экстракционную смесь выдерживают на водяной бане при 55-75°C в течение часа, а затем настаивают в течение суток. Через 24 часа полученный экстракт фильтруют и из него готовят рабочие растворы для обработки семян методом десятичных гомеопатических разведений (потенцирования) и динамизации (см. Гранникова Т.А. Краткий курс по гомеопатии. Л., 1991. 160 с.). Полученные разведения (Д1-Д10) используют для замачивания семян.

Способ обработки семян

Семена помещают в сухую емкость, к ним добавляют раствор экстракта выбранной потенции (соотношение «семена:раствор» составляет 1:1 по объему), перемешивают и оставляют на 24 часа. По истечении этого времени семена извлекают из растворов, рассыпают на сухую фильтровальную бумагу и просушивают до сыпучего состояния.

Примеры реализации изобретения

Биологические эффекты

Обработанные семена высаживали в чашки Петри и помещали в условия, моделирующие повышенную УФ-радиацию (на пятый день выращивания семян проростки облучали УФ-лампой в течение 10 мин). Критерием выхода растения из стрессового состояния явилось восстановление процессов роста и развития проростков.

У проростков контрольного варианта (без замачивания семян в экстрактах растений), обработанных УФ-лучами, наблюдалось достоверное ухудшение состояния проростков. Нарушения в развитии выразились, прежде всего, в замедлении роста корневой системы и ее загнивании. Размеры проростков уменьшились с 104,8±12,5 мм (контроль 1 - нормальные условия для роста и развития проростков) до 66,5±10,5 мм (контроль 2 - проростки, облученные в течение 10 мин УФ лампой), т.е. на 36% этот показатель был хуже, чем у проростков контроля 1. Количество жизнеспособных растений: контроль 1-85 из 100, контроль 2-75 из 100. Количество растений с загнившей корневой системой: контроль 1-12%; контроль 2-100%.

Пример 1. В качестве препарата для замачивания семян использовали экстракты багульника болотного Ledum palustre L. в четвертом-пятом десятичных гомеопатических разведениях по растительному сырью. Результаты применения экстрактов багульника представлены в таблице 1.

У вариантов, обработанных растворами экстракта багульника болотного в четвертом-пятом десятичных гомеопатических разведениях, размеры проростков были больше на 36-52%, чем на контрольном варианте, всхожесть семян составила 85-90%, гнилых проростков не было.

Пример 2. В качестве препарата для замачивания семян использовали экстракты брусники обыкновенной Vaccinium vitis-idaea L. в седьмом-девятом десятичных гомеопатических разведениях (Д₇, Д₈). Результаты применения экстрактов багульника представлены в таблице 2.

У вариантов, обработанных растворами экстракта брусники в седьмом-девятом десятичных гомеопатических разведениях, размеры проростков были больше на 97-129%, чем на контрольном варианте, всхожесть семян составила 85-95%, гнилых проростков не было.

Пример 3. В качестве препарата для замачивания семян использовали экстракты толокнянки боровой Arctostaphylos uva-ursi Spreng. в восьмом-десятом десятичных гомеопатических разведениях (Д₈, Д₉, Д₁₀). Результаты применения экстрактов багульника представлены в таблице 3.

У вариантов, обработанных растворами экстракта толокнянки боровой в восьмом-десятом десятичных гомеопатических разведениях, размеры проростков были больше на 24-30%, чем на контрольном варианте, всхожесть семян составила 80-85%, гнилых проростков не было.

Пример 4. В качестве препарата для замачивания семян использовали экстракты водяники черной Empetum nigrum L. в седьмом-девятом десятичных гомеопатических разведениях (Д₇, Д₈, Д₉). Результаты применения экстрактов багульника представлены в таблице 4.

У вариантов, обработанных растворами экстракта водяники черной в седьмом-девятом десятичных гомеопатических разведениях, размеры проростков были больше на 41-92%, чем на контрольном варианте, всхожесть семян составила 80-95%, количество гнилых проростков в выборке не превышало 15%.

Пример 5. В качестве препарата для замачивания семян использовали экстракты ольховника кустарникового Duschekia fruticosa (Rupr.) Pouzar. в девятом-десятом десятичных гомеопатических разведениях (Д₉, Д₁₀). Результаты применения экстрактов багульника представлены в таблице 5.

У вариантов, обработанных растворами экстракта ольховника кустарникового в девятом-десятом десятичных гомеопатических разведениях, размеры проростков были больше на 89-94%, чем на контрольном варианте, всхожесть семян составила 85-100%, гнилых проростков не было.

Таким образом, применение биологически активных веществ на основе экстрактов растений, содержащих наибольшее количество дубильных веществ и катехинов, особенно представителей семейства вересковых, в заявляемых составах позволят повысить устойчивость культурных растений к действию ультрафиолетового облучения и улучшить посевные качества семян.

Реферат

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ предпосевной обработки семян включает замачивание семян в растворах биологически активных препаратов. В качестве биологически активных препаратов применяют водные экстракты растений, а именно, багульника болотного в четвертом-пятом десятичных гомеопатических разведениях в концентрации 10-10% по массовой доле растительного сырья, или брусники в седьмом-девятом десятичных гомеопатических разведениях в концентрации 10- 10% по массовой доле растительного сырья, или толокнянки в восьмом-десятом десятичных гомеопатических разведениях в концентрации 10-10% по массовой доле растительного сырья, или водяники черной в седьмом-девятом десятичных гомеопатических разведениях в концентрации 10-10% по массовой доле растительного сырья, или ольхи кустарниковой в девятом-одиннадцатом десятичных гомеопатических разведениях в концентрации 10-10% по массовой доле растительного сырья, при этом растворы биологически активных веществ для обработки семян получают методом последовательных десятичных разведений и динамизации. Изобретение позволят повысить устойчивость культурных растений к действию ультрафиолетового облучения и улучшить посевные качества семян. 5 табл., 5 пр.

Формула