Жидкая композиция для стимуляции роста растений, включающая диоксид титана в форме наночастиц - RU2266649C1

Описание

Область техники

Настоящее изобретение относится к жидкой композиции для стимуляции роста растений, содержащей наночастицы диоксида титана. Точнее, настоящее изобретение относится к жидкой композиции для стимуляции роста растений, обладающей бактерицидным действием в отношении патогенных микроорганизмов, частично обеспечивающей питательные и составляющие (незаменимые) вещества для растений и позволяющей увеличить эффективность использования растениями солнечной энергии в процессах фотосинтеза, тем самым значительно повышающей урожайность.

Известный уровень техники

В настоящее время проблема, решаемая в области сельского хозяйства, состоит в сведении к минимуму девастации (снижения плодородности) земли и загрязнения окружающей среды, вызванных избыточным применением различных химических средств, используемых для увеличения производства пищевых продуктов.

Способы стимуляции роста растений, известные из уровня техники, могут быть в общем подразделены на два способа.

Первый способ, связанный с применением химических удобрений, одно время казался эффективным, но, в конечном счете, ухудшает состояние почвы, на которой растут растения. Таким образом, возникает порочный круг, при котором снова необходимо использовать удобрения с целью улучшения нарушенного состояния почвы. В результате, такой способ не является предпочтительным в плане долгосрочной перспективы.

Второй способ включает применение регуляторов роста растений, являющихся экстрактами растений или подобными искусственно синтезированными веществами.

Известен способ, при котором используют N-ацилаланин-производные, индолилуксусную кислоту, гиббереллин, бензиламинопурин, индолилмасляную кислоту или их смеси. Однако такой способ дорогостоящий и связан с проблемой использования спиртового растворителя. Также, способ предполагает ограничения, связанные с химическим повреждением растений.

Кроме того, применение таких веществ обеспечивает некоторые эффекты стимуляции роста, но вызывает побочное действие и неизбежно влечет за собой повреждение, связанное неправильным употреблением химических препаратов. Растения должны адаптироваться к окружающим условиям, чтобы регулировать метаболизм in vivo растений. Однако способ, ограниченный только ростом растений, приводит к снижению продуктивности и даже гибели растений.

Между тем, патент Кореи № 10-0287525, озаглавленный "Стимулятор роста растений") («plant growth promoter»), описывает стимулятор роста растений на основе 2-метил-4-диметиламинометил-5-гидроксибензимидазола, подавляющий мутацию, предупреждающий окисление и повышающий устойчивость к болезням.

Вышеуказанные химическое удобрение и стимулятор роста растений состоят в основном из искусственно синтезированных органических веществ, содержащих различные компоненты. Таким образом, даже при использовании одного и того же средства наблюдается изменение результата в зависимости от условий употребления.

В последнее время была предпринята попытка заменить химическое удобрение природными неорганическими веществами, содержащими композитные ингредиенты. Однако такая попытка привела к неудовлетворительному результату, хотя считается, что значительный вред будет вызван смесью тяжелых металлов.

Между тем, были предприняты попытки создания новых средств стимуляции роста растений, основанных на использовании функций известных соединений. Однако они показали неудовлетворительный эффект, сниженную экономическую эффективность и ограниченную область применения.

Описание изобретения

Настоящее изобретение относится к жидкой композиции для стимуляции роста растений, содержащей наночастицы диоксида титана. Настоящее изобретение состоит в обнаружении новых соединений, стимулирующих рост и метаболизм растений и в то же время не вызывающих проблем, связанных с окружающей средой. Вдобавок, изобретение включает проведение теста на оптимальное употребление применительно к растениям.

Факторы, необходимые для роста растений, включают питательное вещество, влажность, температуру, освещенность и тому подобное. Рост растений, при прочих равных условиях, определяется количеством наиболее дефицитного неорганического элемента по закону минимального питательного вещества. Хотя оптимизация нормы (интенсивности) подачи неорганических элементов для каждого из различных растений необходима, но в действительности такая оптимизация затруднена, поскольку почва или условия окружающей растущие растения среды меняются.

Поэтому, отходя от общепринятой формальной процедуры комбинирования органических удобрений с неорганическими элементами, настоящие заявители предприняли попытку найти новое вещество, которое до настоящего времени не применялось.

На основании того, что растения растут, получая питательные вещества из соединений, синтезированных путем фотосинтеза на основе солнечной энергии, настоящие заявители предприняли попытку найти вещества, способные использовать солнечную энергию.

В качестве вещества, соответствующего вышеуказанному объекту, настоящими заявителями обнаружен фотокаталитический диоксид титана (TiO₂), гарантированно безопасный для организма человека и для растений и обладающий функциональностью, включающей стерилизацию и разложение вредных организмов и получаемый из легко доступных материалов.

Подразумевается, что при фотокатализе существует вещество, способствующее протеканию химического взаимодействия путем поглощения света необходимой длины волны из солнечного света или искусственного освещения.

Такое фотокаталитическое вещество обладает функцией окисления вредных веществ до диоксида углерода (CO₂) и воды (H₂O) с использованием кислорода (O₂) и воды (H₂O) в качестве оксидантов при облучении светом.

Недавно в качестве фотокатализатора был выдвинут на первый план диоксид титана, который является сравнительно недорогостоящим, фотонеразлагаемым, может быть использован при полупостоянном способе и не вызывает проблем, связанных с загрязнением окружающей среды.

Также в промышленно развитых странах, включающих Японию, Европу и Америку, диоксид титана используется в домашнем хозяйстве и в промышленной области в целях антибиоза, дезодорации, очистки воздуха и тому подобного и находит все более широкое применение.

Основываясь на указанном положении, настоящие заявители впервые открыли способ доставки фотокаталитического диоксида титана непосредственно к растениям.

Наночастицы диоксида титана по настоящему изобретению получают таким образом, что указанные частицы легко доступны для растений в коллоидном состоянии, тогда как известные из уровня техники неорганические удобрения, включающие известковые и кремнистые удобрения, не являются легко доступными для растений, поскольку они находятся в твердом состоянии.

Из уровня техники известно, что известковые или кремнистые удобрения и т.п. в основном переносятся через почву, медленно растворяются органическими кислотами в почве или кислотами, выделяемыми корнями сельскохозяйственных культур, и после этого становятся доступными для растений за счет абсорбции.

Однако вышеуказанные неорганические удобрения имеют тот недостаток, что их активные ингредиенты трудно растворимы в воде и образуют комплексы с алюминием (Al) и железом (Fe), и т.д., как микроэлементами почвы, так что эффективность поглощения сельскохозяйственными культурами снижается.

Пытаясь разрешить указанную проблему, поскольку удобрения необходимо применять в количестве большем, чем количество, доступное для растения, и, в конечном счете, вызывается состояние перекармливания, растения начинают расти необычным, неблагоприятным образом.

По настоящему изобретению используется способ нанесения диоксида титана, в качестве основного компонента, непосредственно на листья сельскохозяйственных культур, так что абсорбционный путь для сельскохозяйственных культур расширяется до почвы и листьев.

Диоксид титана может быть подразделен на три типа, состоящих из анатаза, рутила и брукита, согласно структуре кристаллической решетки, и отличается тем, что его каталитическая активность значительно изменяется в зависимости от соответствующих кристаллических структур.

Из числа указанных структур структура рутила обладает слабой фотокаталитической активностью и поэтому используется для вспомогательных целей, включая УФ-блокирование. Известно, что структуры анатаза и брукита обладают относительно высокой каталитической активностью, но установлено, что их функции бесконечно изменяются в зависимости от способов получения.

Кроме того, фотокаталитическая активность тесно связана с кристаллической структурой, а также с размером частиц и площадью удельной поверхности диоксида титана. Известно, что при снижении размера частиц площадь удельной поверхности возрастает, и число точек контакта, определяющих активность, возрастает, так что способность диоксида титана разлагать организмы и служить в качестве катализаторов являются наиболее превосходной.

В настоящее время промышленно доступные фотокатализаторы главным образом используются в состоянии, при котором фотокаталитические порошки суспендированы в растворе, и в состоянии, при котором зольный раствор диоксида титана нанесен на (или включен) в носитель.

Типичные способы получения фотокаталитических порошков включают способ, в котором неорганическую соль титана, такую как хлорид титана или сульфат титана, гидролизуют, нейтрализуют основанием, смешивают с водорастворимой солью металла в заданном массовом соотношении и кальцинируют при высокой температуре. Указанные способы также включают золь-гелевый способ с использованием органического предшественника титана.

Среди указанных способов, в золь-гелевом способе используют органический алкоксид титана в качестве исходного материала, что дает возможность получать однородный размер частиц и мягко, по сравнению с другими способами, регулировать кристаллическую структуру в соответствии с реакционными условиями. Из указанных соображений золь-гелевый способ обычно предпочтителен.

По настоящему изобретению может быть использован диоксид титана всех вышеуказанных разновидностей.

Используя алкоксид титана в качестве исходного материала, наночастицы диоксида титана с размером частиц в пределах от 3 до 200 нм кристаллизуют, получая структуру типа анатаз в виде устойчивой дисперсии. Результаты исследования на каталитическую активность полученной дисперсии показывают, что дисперсия полностью сопоставима с промышленно доступными зольными растворами диоксида титана, и применение дисперсии может обеспечить прекрасный эффект стимуляции роста.

Когда дисперсию диоксида титана типа анатаз, полученную как указано выше, разбавляют водой до соответствующей концентрации диоксида титана, смешивают с метиленовой синью в качестве органического пигмента и затем оставляют стоять при солнечном свете, можно визуально наблюдать процесс органического разложения фотокатализатора. Когда растительные патогены присутствуют в дисперсии и достигают поверхности фотокатализатора, они могут разлагаться под действием гидроксирадикала тем же образом, что и пигмент.

Однако действия фотокатализатора в воде очевидно отличаются от действия фотокатализатора, нанесенного на сельскохозяйственные растения. Настоящие заявители предприняли попытку доставки фотокатализатора на основе диоксида титана к растениям, решая следующие технические проблемы.

Во-первых, после установления концентрации диоксида титана, разбавленного водой, была предпринята попытка определения минимальной концентрации, при которой может происходить разложение организмов.

Настоящие заявители наблюдали активность диоксида титана в воде. Результаты показали, что при снижении концентрации диоксида титана в воде активность снижается и затем проявляется незначительная активность, либо активность не проявляется.

В результате установлено, что активность проявляется даже при концентрации ниже 10 ч/млн. Это означает, что диоксид титана при такой низкой концентрации может в достаточной степени проявлять свои функции, не вызывая нарушения внутриклеточного механизма, такого как связанный с хлоропластом, являющимся центром фотосинтеза растений, и, кроме того, диоксид титана может быть использован в сельскохозяйственной области по сравнительно низкой себестоимости.

Во-вторых, если разбавленный водой диоксид титана в виде наночастиц наносить на сельскохозяйственные культуры, вода будет испаряться с течением времени и часть непоглощенного диоксида титана останется на поверхности сельскохозяйственных культур в виде твердого вещества. Существующие вещества при полном поглощении растениями проявляют свои свойства, но диоксид титана, как было обнаружено, делает растения устойчивыми к внешнему стрессу за счет непоглощенной растениями части диоксида титана, а также оказывает положительные действия, состоящие в том, что диоксид титана проявляет бактерицидное и защитное действия в отношении различных фитопатогенов.

В-третьих, поскольку диоксид титана имеет изоэлектрическую точку около pH 4, которая не изменяется в зависимости от условий, он сохраняет устойчивую коллоидную форму в кислотных и щелочных областях. Если наночастицы диоксида титана разбавляют водой, указанные частицы затем постепенно достигают изоэлектрической точки с увеличением числа разведений и в конечном счете переходят в форму осадка. Было обнаружено, что действие диоксида титана значительно усиливается, когда указанное вещество наносят на листья после доведения pH, так, что диоксид титана может быть неосажден в течение, по меньшей мере, двух часов после разведения.

Кроме того, обнаружено, что при снижении размера частиц в ходе получения наночастиц диоксида титана время осаждения замедляется.

Из приведенных выше результатов следует, что фотокаталитический диоксид титана в форме наночастиц подходит в качестве основного компонента композиции, стимулирующей рост растений и метаболизм, что и составляет предмет настоящего изобретения.

Установлено, что когда диоксид титана в форме наночастиц после разведения водой наносят на сельскохозяйственные культуры, указанное вещество стимулирует рост сельскохозяйственных культур, а также обладает бактерицидным действием в отношении фитопатогенов. Вдобавок, часть частиц диоксида титана обеспечивает питательные вещества и составляющие вещества для растений, что увеличивает эффективность использования растениями солнечной энергии в процессе фотосинтеза растений, тем самым значительно увеличивая урожайность. На основании указанных положений успешно завершено настоящее изобретение.

Жидкую композицию для стимуляции роста растений, содержащую наночастицы диоксида титана по настоящему изобретению, получают следующим образом.

В композиции для стимуляции роста растений, содержащей наночастицы диоксида титана, основным компонентом композиции является водный раствор, содержащий коллоидный диоксид титана, и диоксид титана имеет такой размер частиц, что может быть легко абсорбирован растениями. Также, в целях предупреждения быстрого осаждения диоксида титана в водном растворе регулируют pH раствора. Кроме того, раствор разбавляют водой так, что диоксид титана доводят до требуемой концентрации. К тому же, добавляют вспомогательные вещества, необходимые для роста растений, и поверхностно-активное вещество для диспергирования.

Был выбран фотокаталитический раствор наночастиц диоксида титана в качестве средства стимуляции роста и метаболизма растений и разработан способ, способный просто использовать раствор путем разбавления водой для доступности растениям при применении.

Диоксид титана в растворе имеет структуру типа анатаз, которая промышленно легко доступна и обладает сравнительно высокой фотокаталитической активностью, и размер частиц изменяется в пределах от 3 до 200 нм.

Когда наночастицы диоксида титана разбавляют водой и наносят на растения, часть наночастиц затем поглощается растениями, что стимулирует внутренний механизм фотосинтеза и метаболизм растений. Остальная часть диоксида титана, которая не абсорбирована растениями, остается на поверхности растений, что способствует возрастанию устойчивости растений против различных стрессов и патогенов.

В качестве вышеуказанного объекта могут быть использованы различные наночастицы диоксида титана. Хотя наночастицы с размером частиц от 3 до 200 нм характеризуются превосходной абсорбцией и технологичностью и обеспечивают великолепное возрастание урожайности, может быть также использован раствор, в котором диспергированы мелкие частицы в несколько десятков микрон.

До тех пор, пока частицы диоксида титана могут устойчиво поддерживаться в диспергированном состоянии, любые частицы диоксида титана могут быть использованы, будь то первичные частицы в монодисперсном состоянии или вторичные частицы, полученные путем агрегации первичных частиц, как установлено с помощью сканирующего электронного микроскопа.

Кроме того, хотя могут быть использованы частицы различной формы, предпочтительно по настоящему изобретению использовать сферообразные, игольчатые или пластинчатые наночастицы диоксида титана.

Между тем, хотя кристаллическая структура диоксида титана, используемого в вышеуказанных целях, может быть типа анатаз, типа рутил и типа брукит, либо являться их смесью, кристаллическая структура типа анатаз в особенности предпочтительна.

Кристаллическая структура типа анатаз возбуждается при поглощении света ближней ультрафиолетовой области солнечного излучения при длине волны около 380 нм и в то же время обладает сильной окислительной способностью за счет отделения электронов от дырок, что вызывает разложение большей части вредных организмов. Из указанных соображений считается, что такая кристаллическая структура является наиболее сопоставимой с вышеуказанным объектом.

Когда коллоидный диоксид титана разбавляют водой и наносят на сельскохозяйственные культуры, число его разведений оказывает значительное влияние на урожайность.

По настоящему изобретению концентрация наночастиц диоксида титана после окончательного разбавления составляет от 1 до 1000 ч/млн, предпочтительно от 3 до 300 ч/млн и более предпочтительно от 3 до 150 ч/млн.

Если концентрация составляет свыше 1000, экономические издержки возрастают, а также в значительной степени возрастает вероятность химического повреждения. Если концентрация ниже 1 ч/млн, эффект наночастиц диоксида титана быстро снижается.

Поскольку разбавление диоксида титана при нанесении на листву сельскохозяйственных культур демонстрирует наибольшее увеличение урожайности, он в принципе отличается от других существующих кондиционеров для почв.

Поскольку диоксид титана в форме наночастиц, составляющий основной компонент композиции по настоящему изобретению, сам по себе оказывает действие, приводящее к значительному увеличению урожайности, указанное средство проявляет достаточное стимулирующее рост действие без примешивания отдельных вспомогательных добавок. Однако специалисту в данной области очевидно, что ингредиенты удобрений, необходимые для роста растений, другие металлические или неметаллические оксиды или поверхностно-активные вещества, используемые в качестве поглотителя или распределителя, могут быть добавлены.

Оксиды Li, Be, B, Na, Mg, Al, Si, P, K, Ca, Sc, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Se, Zr или их смеси могут быть использованы в качестве ингредиентов удобрения, либо оксиды металлов или неметаллов. Кроме того, до тех пор, пока соединения, содержащие вышеуказанные элементы, растворимы в воде и могут поглощаться растениями, могут также использоваться карбонаты, хлориды, нитраты или сульфаты вышеуказанных элементов.

Количество добавляемых оксидов металлов или неметаллов составляет от 0,1 до 20 мас.% и предпочтительно от 0,5 до 15 мас.%, по отношению к сухому диоксиду титана, который является основным компонентом жидкой композиции по настоящему изобретению.

Бактерицидное действие, проявляемое раствором наночастиц диоксида титана, обусловлено окислительным потенциалом полупроводника, который вызывается прямым или непрямым облучением солнечным светом. С учетом указанного положения, в условиях загораживания солнечного света или в ночное время, при незначительном освещении солнечным светом или отсутствии освещения, бактерицидное действие ухудшается.

Основываясь на вышеуказанном положении, было установлено, что наночастицы серебра (Ag), обладающие способностью дезактивировать фитопатогены при контакте с указанными фитопатогенами, могут быть использованы в качестве другого вспомогательного средства.

Обычно наночастицы серебра с размером частиц от 1 до 100 нм устойчиво диспергируются в водном растворе. Если применяют наночастицы серебра после их добавления к раствору диоксида титана, эффективность диоксида титана дополнительно возрастает благодаря высокой бактерицидной активности наночастиц серебра. К тому же, наночастицы серебра являются дорогостоящим веществом, и применение только одного серебра для сельскохозяйственных культур затруднительно, а в смеси с диоксидом титана в форме наночастиц указанное серебро проявляет превосходную бактерицидную активность только при минимальном количестве.

Хотя количество добавляемых наночастиц серебра можно выбирать в пределах, определяемых соображением экономической эффективности, было обнаружено, что предпочтительно использование в пределах от 0,5 до 20 мас.% и более предпочтительно от 1,0 до 10 мас.% по отношению к сухому диоксиду титана.

По настоящему изобретению поверхностно-активное вещество, которое может быть добавлено к водному раствору диоксида титана и используется в качестве поглотителя или распределителя, включает катионное поверхностно-активное вещество, неионное поверхностно-активное вещество, анионное поверхностно-активное вещество и амфотерное поверхностно-активное вещество. Вид используемого поверхностно-активного вещества изменяется в зависимости от вида растений, на которые наносят раствор диоксида титана.

Один из видов, либо два, либо более вышеуказанных поверхностно-активных веществ смешивают в подходящем соотношении и добавляют к водному раствору диоксида титана. В этом случае количество добавляемых поверхностно-активных веществ составляет предпочтительно от 0,1 до 5 мас.% и более предпочтительно от 0,2 до 1 мас.% по отношению к сухому диоксиду титана.

На чертеже представлена диаграмма, отражающая эффект роста стеблей риса, обработанного жидкой композицией для стимуляции роста растений по настоящему изобретению.

Наилучший способ выполнения изобретения

Настоящее изобретение далее раскрыто более подробно с помощью примеров. Следует иметь в виду, что настоящее изобретение не ограничивается примерами.

Пример 1

Получение жидкой композиции для стимуляции роста растений, содержащей диоксид титана

По данному примеру жидкую композицию для стимуляции роста растений получают, используя наночастицы диоксида титана.

Такая композиция отличается тем, что содержит наночастицы диоксида титана от 3 до 200 нм.

В качестве органического алкоксида титана, являющегося исходным материалом диоксида титана по настоящему изобретению, используют TTIP (титантетраизопропоксид, JUNSEI, 97%).

240 мл 70% азотной кислоты добавляют к 8,94 литрам деионизованной воды.

К полученному раствору добавляют по каплям 720 мл TTIP.

Смесь перемешивают, нагревая до температуры кипения флегмы при 80°C с целью гидролиза.

После завершения взаимодействия получают синий коллоидный раствор диоксида титана. Сухой диоксид титана: 2,0%, pH 7,0.

Найдено, что кристаллическая структура коллоидов диоксида титана соответствует структуре типа анатаз, как установлено с помощью XRD (рентгенографии). Также обнаружено, что свыше 95% наночастиц диоксида титана имеет размер частиц в пределах от 15 до 25 нм.

300 мл 70% азотной кислоты добавляют к коллоидному раствору диоксида титана с целью доведения pH раствора до 0, 5.

К полученному раствору добавляют 7990 литров воды с тем, чтобы концентрация диоксида титана стала 25 ч/млн.

Полученный раствор (образец A) используют в качестве раствора для нанесения на растения.

Испытание на применение

Образец A, полученный по примеру 1, представлен в виде раствора для нанесения на растения, и рисовые и кукурузные растения выбраны в качестве объектов для обработки образцом A. В случае рисовых растений, с целью изучения изменения урожайности в зависимости от изменений окружающей среды, растения, выращенные на PET-чашках в лаборатории, сравнивают с растениями, выращенными непосредственно на открытых полях.

Также, образец был применен к особям, кущение которых уже завершилось, так что влияние различия между побегами на урожайность могло быть исключено.

С целью проверки стимулирующего действия наночастиц диоксида титана на рост растений при применении к соответствующим сельскохозяйственным культурам регистрируют такие показатели рисовых растений, как длина стебля, масса, масса зерна и масса зерна на тысячу (т.е., масса на тысячу зерен), и для кукурузных растений регистрируют массу особей после сбора урожая.

С целью проверки бактерицидной и защитной способностей наночастиц диоксида титана, содержащихся в образце A, выбраны два вида фитопатогенов и проведено исследование по скрининг- методике, разработанной Корейским Исследовательским Институтом Химической Технологии.

Пример испытания 1

Испытание влияния композиции по примеру 1 на рисовые растения

Рисовые растения, кущение которых завершено в одних и тех же условиях, высаживают на PET-чашки, и растворы после разделения на образец A и контроль наносят на рисовые растения и исследуют действие указанных растворов.

В таблице 1 образец A, где раствор диоксида титана, полученный золь-гелевым способом, описанным в примере 1, разбавленный и нанесенный на растения, дает свыше 20% увеличения массы по сравнению с контролем благодаря стимулирующему рост действию наночастиц диоксида титана. В частности, общая масса зерна увеличивается более чем на 40% по сравнению с контролем. Это означает, что увеличение урожайности для образца А по сравнению с контролем значительное.

Пример испытания 2

Испытание влияния композиции по примеру 1 на рисовые растения

Рисовые растения, кущение которых завершено, выращивают на открытых полях, и растворы после разделения на образец A и контроль наносят на рисовые растения и исследуют их действие.

На чертеже показано, что когда применяют раствор диоксида титана (образец A), длина стеблей увеличивается приблизительно на 13% по сравнению с контролем. Что касается состояния рисовых растений при сборе урожая, образец A дает хорошее выпрямление и незначительное преграждение, подобное контролю, что, таким образом, свидетельствует о незначительном полегании, либо об отсутствии полегания.

Таблица 2 показывает, что когда раствор диоксида титана применяют на открытом поле, урожайность возрастает более чем на 30%, как и в случае PET-чашек.

В таблице 3 приведены масса зерна на тысячу и доля шелухи в зернах, собранных на открытом поле, с целью анализа влияния раствора диоксида титана на увеличение урожайности. Образец A дает массу зерна на тысячу и долю шелухи в зернах, подобные соответствующим величинам для контроля. Это означает, что урожайность возрастает благодаря росту числа зерен, а не росту массы зерна.

Также показан 13% прирост длины стеблей, а таблица 2 показывает 31,8% прирост массы зерна. Это означает, что когда применяют раствор, содержащий диоксид титана, не только длина возрастает, но также стимулируется метаболизм, так что зерна могут быть получены в большем количестве.

Пример испытания 3

Испытание композиции по примеру 1 на кукурузных растениях

Образец A и контроль раздельно используют для подкормки растений кукурузы, выращиваемых на открытом поле, и исследуют действие указанных образцов.

Таблица 4 показывает, что когда наночастицы диоксида титана используют для подкормки растений кукурузы в качестве полевых сельскохозяйственных культур, урожайность может быть увеличена более чем на 40%. Такие результаты подтверждают стимулирующее рост действие и стимулирующее метаболизм действие наночастиц диоксида титана, хотя эти результаты могут до некоторой степени изменяться, поскольку измеряется только масса собранных кукурузных растений.

Пример испытания 4

Бактерицидное исследование

С целью проверки бактерицидной активности и защитной способности в отношении фитопатогенов наночастицы диоксида титана используют в растворе для листовой подкормки по настоящему изобретению, испытание проводят по скрининг-методике, разработанной Корейским Исследовательским Институтом Химической Технологии.

Согласно испытанию, Pyricularia oryzae (RCB) и Botrytis cinerea (TGM) используют в качестве фитопатогенов, и способ первичного скрининга осуществляют следующим образом.

Что касается пирикуляриоза риса, Magnaporthe grisea KJ201 клеточную линию в качестве патогена первоначально засевают на агаровую среду с рисовыми отрубями (рис Polish 20 г, декстроза 10 г, агар 15 г, дистиллированная вода 1 г, и выращивают в инкубаторе при 25°C в течение двух недель.

Поверхность среды, в которой выращивают патогены, процарапывают с помощью Rubber Polishman для удаления воздушной гифы. Среду оставляют стоять на полке при 25-28°C в течение 48 часов при люминесцентном освещении для образования спор. При заражении патогенами конидии суспендируют в стерильной дистиллированной воде, получая суспензию конидий с концентрацией 106 конидий/мл, которую затем в достаточной мере разбрызгивают на рисовые растения (стадия 2-3 нормальных листьев), обработанные химическими средствами, так что указанная суспензия стекает.

Зараженные рисовые растения оставляют стоять во влажной камере в темноте на 24 часа, после чего дают развиться заболеванию в камере с постоянной температурой и влажностью при относительной влажности свыше 80% и при 26°C в течение 7 дней и оценивают площадь зараженных листьев.

Между тем, для серой гнили томатов, Botrytis cinerea в качестве патогена микроорганизма высевают на картофельную агаровую среду, выращивают в инкубаторе при 25°C в течение 7 дней и далее выращивают в течение 7 дней, поддерживая ежедневный цикл 12 часов свет/12 часов темного времени, получая таким образом споры.

При заражении заболеванием конидии, полученные в среде, собирают в виде картофельно-декстрозного бульона и обрабатывают гемоцитометром для получения концентрации конидий 106 конидий/мл. Затем заражают молодые растения томатов (стадия 2-3 нормальных листьев), обработанные химическими средствами. Зараженные растения томатов выдерживают для развития заболевания во влажной камере при относительной влажности свыше 95% и при 20°C в течение 3 дней и оценивают площадь заражения листьев.

При обработке раствором диоксида титана раствор разбавляют водой до концентрации диоксида титана 100 ч/млн. Четыре раствора, разделенных на два для каждого заболевания, указанного в таблице, наносят на растения с помощью распылителя (1 кг/см²) при вращении так, чтобы все растения полностью были равномерно обработаны растворами. Затем растения выращивают в теплице и заражают патогенами.

Раствор диоксида титана, нанесенный, как указано выше, обладает высокой бактерицидной активностью против пирикуляриоза риса, а также проявляет незначительную бактерицидную активность против серой гнили томатов.

В таблице 6 представлены бактерицидная активность и используемые концентрации контрольных средств, примененных в качестве бактерицидного средства. Раствор диоксида титана по настоящему изобретению демонстрирует бактерицидную активность независимо от вида патогенов, хотя и проявляет пониженную бактерицидную активность по сравнению с контрольными средствами. Если растения еще не поражены патогенами, раствор диоксида титана имеет преимущество, состоящее в том, что часть наночастиц диоксида титана, оставаясь на растениях, служит для ингибирования генерации поражения. В особенности, раствор диоксида титана целесообразен потому, что указанный раствор безвреден для организмов.

То есть наночастицы диоксида титана применимы для растений, указанные частицы демонстрируют действие стимуляции роста растений и метаболизма, проявляя при этом бактерицидное и защитное действия в отношении растений. Кроме того, растения, обработанные наночастицами диоксида титана, становятся устойчивыми к болезням и насекомым-вредителям, а также проявляют превосходную адаптируемость к изменению условий окружающей среды, тем самым обеспечивается увеличение урожайности.

Промышленная применимость

Как описано выше, настоящее изобретение обеспечивает жидкую композицию, содержащую наночастицы диоксида титана в качестве основного компонента.

При нанесении стимулирующей рост растений композиции на растения часть диоксида титана, поглощенного растениями, затем служит для стимуляции внутреннего механизма фотосинтеза и метаболизма растений, тогда как неабсорбированная часть диоксида титана остается на поверхности растений и оказывает действие по возрастанию устойчивости растений к различным патогенам, которыми может изобиловать внешняя поверхность. В частности, наночастицы диоксида титана проявляют бактерицидную активность независимо от вида патогенов и, следовательно, могут иметь широкую область применения.

Дополнительные примеры композиций.

Дополнительный Пример 1. Получение жидкой композиции для стимуляции роста растений, содержащей диоксид титана.

В качестве органического алкоксида титана, являющегося исходным материалом диоксида титана по настоящему изобретению, используют TTIP (титантетраизопропоксид, JUNSEI, 97%).

400 мл 99% уксусной кислоты добавляют к 8,8 л деионизованной воды.

К этому раствору по каплям добавляют 720 мл TTIP.

Смесь перемешивают, нагревая до температуры кипения флегмы при 80°С с целью гидролиза.

После завершения взаимодействия получают коллоидный раствор диоксида титана. Сухой диоксид титана: 2,0%, рН 1,8.

Найдено, что кристаллическая структура коллоидов диоксида титана соответствует структуре типа рутила, как установлено с помощью XRD (рентгенографии). Также обнаружено, что свыше 95% наночастиц диоксида титана имеет размер частиц в пределах от 7 до 15 нм.

150 мл 99% уксусной кислоты добавляют к коллоидному раствору диоксида титана с целью доведения рН раствора до 1,0.

К полученному раствору добавляют 7990 литров воды с тем, чтобы концентрация диоксида титана стала 25 ч/млн.

И к этому раствору добавляют 5 г бензалконийхлорида, одного из амфотерных проверхностно-активных соединений, и 5 г додецилбензолсульфоната натрия, одного из анионных проверхностно-активных соединений для диспергирования.

К полученному раствору добавляют 10 г 5 нм наночастиц серебра (Ag).

Также получают в качестве вспомогательных веществ N, Р, К, Са, Mg, Fe ингредиенты удобрения, необходимые для роста растений каждый в виде водорастворимых солей CON (H₂)₂, КН₂PO₄, K₂SO₄, Са(NO₃)₂. Mg(NO₃)₂, FeSO₄.

И к указанному раствору добавляют 100 г CON (N₂)₂, 30 г КН₂ PO₄, 15 г K₂SO₄, 10 г Ca(NO₃)₂, 8 г Mg(NO₃)₂, 5 г FeS04, и таким образом получают жидкую композицию для стимуляции роста растений, содержащую диоксид титана и вспомогательные ингредиенты.

Дополнительный Пример 2. Получение жидкой композиции для стимуляции роста растений, содержащей диоксид титана.

В качестве органического алкоксида титана, являющегося исходным материалом диоксида титана по настоящему изобретению, используют TTIP (титантетраизопропоксид, JUNSEI, 97%).

250 мл 35% HCl добавляют к 8,9 л деионизованной воды.

К этому раствору по каплям добавляют 720 мл TTIP.

Смесь перемешивают, нагревая до температуры кипения флегмы при 80°С с целью гидролиза.

После завершения взаимодействия получают коллоидный раствор диоксида титана. Сухой диоксид титана: 2,0%, рН 0,8.

Найдено, что кристаллическая структура коллоидов диоксида титана соответствует структуре типа брукита, как установлено с помощью XRD (рентгенографии). Также обнаружено, что свыше 85% наночастиц диоксида титана имеет размер частиц в пределах от 9 до 15 нм.

300 мл 35% HCl добавляют к коллоидному раствору диоксида титана с целью доведения рН раствора до 0,5.

К полученному раствору добавляют 9990 литров воды с тем, чтобы концентрация диоксида титана стала 20 ч/млн.

И к этому раствору добавляют 5 г монолаурата полиоксиэтиленсорбитана, одного из неионных проверхностно-активных соединений, и 5 г бензалконийхлорида, одного из амфотерных проверхностно-активных соединений для диспергирования.

К полученному раствору добавляют 5 г 5 нм наночастиц серебра (Ag).

И к указанному раствору также добавляют 5 г В, 3 г Ge, 1 г Se в качестве ингредиентов удобрения, и таким образом получают жидкую композицию для стимуляции роста растений, содержащую диоксид титана и вспомогательные ингредиенты.

Дополнительный Пример 3. Получение жидкой композиции для стимуляции роста растений, содержащей диоксид титана.

В качестве органического алкоксида титана, являющегося исходным материалом диоксида титана по настоящему изобретению, используют TTIP (титантетраизопропоксид, JUNSEI, 97%).

400 мл 97% щавелевой кислоты добавляют к 8,8 л д деионизованной воды.

К этому раствору по каплям добавляют 720 мл TTIP.

Смесь перемешивают, нагревая до температуры кипения флегмы при 80°С с целью гидролиза.

После завершения взаимодействия получают коллоидный раствор диоксида титана. Сухой диоксид титана: 2,0%, рН 0,6.

Найдено, что кристаллическая структура коллоидов диоксида титана соответствует структуре типа анатаза и рутила, как установлено с помощью XRD (рентгенографии). Также обнаружено, что свыше 95% наночастиц диоксида титана имеет размер частиц в пределах от 10 до 20 нм.

300 мл 97% щавелевой кислоты добавляют к коллоидному раствору диоксида титана с целью доведения рН раствора до 1,0.

К полученному раствору добавляют 19990 литров воды с тем, чтобы концентрация диоксида титана стала 10 ч/млн.

И к этому раствору добавляют и 5 г бензалконийхлорида, одного из амфотерных проверхностно-активных соединений и 5 г монолаурата полиоксиэтиленсорбитана, одного из неионных проверхностно-активных соединений для диспергирования.

Также получают в качестве вспомогательных веществ Мд, Fe Zn, В ингредиенты удобрения, необходимые для роста растений каждый в виде водорастворимых солей Mg(NO₃)₂, FeSO₄, Zn(NO₃)₂,

Н₃ВО₃.

К указанному раствору добавляют 5 г Mg(NO₃)₂, 3 г FeSO₄,

3 г Zn(NO₃)₂. 10 г Н₃ВО₃.

Кроме того, к раствору добавляют 5 г Р, 3 г Ge, 1 г S в качестве ингредиентов удобрения.

Таким образом получают жидкую композицию для стимуляции роста растений, содержащую диоксид титана и вспомогательные ингредиенты.

Реферат

Описывается жидкая композиция для стимуляции роста растений, содержащая наночастицы диоксида титана. Композиция содержит в качестве основного компонента водный раствор, содержащий коллоидные частицы диоксида титана. Наночастицы диоксида титана имеют такой размер частиц, что они могут быть легко абсорбированы растениями. pH водного раствора регулируют для предупреждения быстрого осаждения наночастиц диоксида титана в водном растворе до разведения водного раствора водой, обеспечивающего заданную концентрацию диоксида титана. Также композиция содержит вспомогательные средства, необходимые для роста растений, и поверхностно-активное соединение для диспергирования. Композиция позволяет повысить урожайность путем повышения фотосинтетической эффективности растений и позволяет увеличить бактерицидную активность растений против фитопатогенов. Кроме того, композиция позволяет решить проблему загрязнения окружающей среды, связанную с избыточным применением биохимических удобрений. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 6 табл., 1 ил.

Формула