Средство для стимулирования образования крахмала в процессе фотосинтеза высших растений
Изобретение к производству регуляторов роста и развития растений, в частности к стимуляторам образования крахмала в листьях высших растений в процессе фотосинтеза. Препарат представляет собой водный раствор биологически активного ингредиента - пероксида водорода - в концентрации 5·10-6-5·10-3 М (1,7·10-4-1,7·10-1 г/л). Изобретение позволяет эффективно стимулировать образование крахмала любых сельскохозяйственных культур, что повышает урожайность и качество сельскохозяйственной продукции. 2 табл.
Изобретение относится к регуляторам роста и развития растений, а именно к стимуляторам образования крахмала в листьях высших растений в процессе фотосинтеза, и может быть использовано в сельском и частном приусадебном хозяйстве для повышения урожайности и товарных качеств различных культур.
Известно большое количество стимуляторов роста растений, но подавляющее большинство известных стимуляторов являются токсичными веществами, небезопасны при использовании и неблагоприятно сказываются на экологической обстановке. Кроме того, как правило, применение известных стимуляторов роста эффективно только для какого-то одного вида растений или для отдельной стадии их развития.
Известны экологически безопасные стимуляторы роста растений - это перекись водорода (Корзинников Ю.С. Экологически безопасные средства защиты растений. Вестник РАСХН. 1997, №2, с.44-47, Кунавин Г.А. Обработка семян томата раствором перекиси водорода. Проблемы науки и производства в условиях аграрной реформы. Тезисы докладов, - Новосибирск, 1993, с.15-17) или ее аддукт с карбонатом натрия формулы Nа2СО3·1,5Н2О2 (RU 2142707 C1, A 01 N 59/00, 20.12.1999, RU 2172099 C1, A 01 G 1/00, A 01 N 59/00, A 01 C 1/00, 20.08.2001). В книге: У.Шамб, Ч.Сеттерфилд, Р.Вентворс “Перекись водорода”, М., ИЛ, 1958, с.515-516, сообщается, что впервые применять разбавленные водные растворы перекиси водорода для обработки семян перед посевом для повышения всхожести и интенсивности прорастания было предложено Мюллером в 1933 г. для семян пшеницы (пат. США 1927988, 26.09.33, пат. США 1962996, 12.06.34), затем появились исследования на других растениях. При обработке семян или клубней растений пероксидом водорода стимулирование прорастания сочетается с дезинфицирующими свойствами, так как пероксиды высоко эффективны для защиты от различных видов инфекции.
Влияние пероксида водорода на образование крахмала в процессе фотосинтеза высших растений до настоящего времени не исследовалось.
Крахмал (Кр) - конечный продукт растительного фотосинтеза. По влиянию на развитие растения процесс ассимиляции Кр в листьях является главной реакцией фотосинтеза, поэтому стимулирование образования крахмала благоприятно скажется как на скорости роста растений и развитии его надземной части и корневой системы, так и на жизнеспособности растений в целом.
В литературе к настоящему времени описаны как стимуляторы, так и ингибиторы фотосинтеза, но фотосинтез представляет собой многостадийный процесс, а влияние известных регуляторов фотосинтеза оценивалось либо по скорости выделения кислорода (Птицын Г.А. с соавт. Изв. АН СССР, сер. биол., 1988, том 6, с.939), либо по поглощению углекислого газа (Карначук Р.А. с соавт. Физиология растений, 1987, том 34, №1, с.51), что не отражает их прямого влияния на реакцию образования Кр (процесс фиксации углекислоты, который заканчивается образованием углеводов - Кр, включает большое число ферментативных реакций - см., например, Эдварде Дж., Уокер Д. Фотосинтез С3- и С4-растений: механизмы и регуляция. М.: Мир, 1986).
Наиболее близким к предлагаемому стимулятору по технической сущности (прототипом) является стимулятор фотосинтеза высших растений, представляющий собой водный раствор смеси синтетических и природных фитогормонов: индолилуксусной кислоты, 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты и кинетина, влияние которого на интенсивность фотосинтеза в тканях руты исследовано в работе А.Р.Игнатьева, Э.В.Шабаевой и B.C.Полевой “Влияние фитогормонов на рост, фотосинтез и тканевое дыхание культуры ткани руты”. Тезисы докладов I Всесоюзной конференции “Регуляторы роста и развития растений”, Москва, 12-14 октября 1981 г., с.158. Скорость фотосинтеза и дыхания тканей измеряли по выделению кислорода с помощью электрода Кларка.
Главным недостатком стимулятора-прототипа является неизвестность его влияния и эффективности такого влияния непосредственно на процесс ассимиляции Кр в листьях растений, кроме того, известный стимулятор довольно токсичен и сложен в применении.
Задачей предлагаемого изобретения является создание эффективного и экологически чистого стимулятора образования Кр при фотосинтезе высших растений, удобного и простого в использовании и применимого для любых сельскохозяйственных культур.
Решение поставленной задачи достигается предлагаемым средством для стимулирования образования крахмала в процессе фотосинтеза высших растений, представляющим собой водный раствор биологически активного ингредиента - пероксида водорода в концентрации 5· 10-6-5· 10-3 М (1,7· 10-4-1,7· 10-1 г/л).
Предлагаемый стимулятор образования Кр был испытан в лабораторных условиях по методике, приведенной ниже. Для определения содержания Кр в листьях был использован известный метод Сакса (Чебышев Н.В. Руководство к лабораторным занятиям по биологии. М.: Медицина, 2001, с.208) с небольшой модификацией.
Листья растения герани Pelargonium zonale на 2 сут помещают в темноту, в результате чего они лишаются Кр. Лишенные крахмала листья погружают черешками в раствор H2О2 (концентрацию H2O2 изменяли от 5· 10-7 до 5· 10-2 М) и контрольную их часть в дистиллированную воду на определенное время (2-21 ч), при этом листья держат в темноте. Затем все листья облучают видимым светом от лампы накаливания в течение 1 часа. После этого каждый лист несколько раз - до полного обесцвечивания - попеременно опускают в кипящие воду (дистиллят) и этиловый спирт и затем на 2 мин в проявляющий раствор иод/иодид калия (1:1) с концентрацией 2 мас.%. После проявления участки листа с образовавшимся крахмалом окрашиваются в темно-синий цвет, а участки листа, лишенные крахмала, приобретают желтый оттенок.
Для количественного определения содержания крахмала в листьях получали сканированное изображение листьев, используя которое, измеряли интенсивность окраски листа, пропорциональную содержанию в нем крахмала, в опыте и контроле (I и I0 соответственно) на длине волны синего цвета с помощью компьютерной программы Corel PHOTO-PAINT 11. Оценивали отличие интенсивности окраски листьев в опытах от таковой в контроле (величину [Δ I/I0]× 100%). Результат измерения усредняли по 3-6 опытам; максимальный разброс данных (абсолютная погрешность) составлял не более ±2%.
Результаты испытаний приведены в таблице 1. Наибольшее значение стимулирующего эффекта наблюдается через 21 ч для концентрации H2O2, составляющей 5· 10-5 М: в этом случае количество образовавшегося крахмала превышает контроль на 12%.
Предложенное средство стимулирования образования крахмала при фотосинтезе высших растений было испытано в условиях, приближенных к полевым: две делянки салата Lactuca sativa в оранжерее (контрольная и опытная) в течение 2 недель интенсивного периода вегетации (после появления первого настоящего листа) поливались через день одинаковым объемом путем орошения из опрыскивателя: контрольная - дистиллированной водой, опытная - раствором перекиси водорода с концентрацией 5· 10-4 М. Количество образовавшегося в листьях салата крахмала оценивалось при помощи компьютера по методике, приведенной выше. Полученные результаты представлены в таблице 2. Случайная выборка 10 листьев в опытной и контрольной делянках показала, что содержание крахмала в листьях при поливе перекисью водорода в указанных условиях увеличивается по сравнению с контролем в среднем на 4% через одну неделю и на 7% через две недели.
Таким образом, предложен эффективный и экологически чистый стимулятор образования крахмала при фотосинтезе высших растений, применимый для любых сельскохозяйственных культур. Наиболее удобным и экономически оправданным (благодаря широкой доступности и низкой стоимости пероксида водорода) представляется применение заявленного стимулятора при поливе и орошении полей, садов и огородов с использованием разбрызгивающих оросительных устройств.
| Таблица 1. | ||||
| Влияние концентрации H2O2 на относительное содержание крахмала в листьях герани (лабораторные испытания) | ||||
| Концентрация | Величина (Δ I/I0)· 100% при времени контакта листа с раствором Н2О2 в темноте, равном | |||
| H2O2, моль/л | 2 ч | 4 ч | 14 ч | 21 ч |
| 5· 10-2 | -6 | -6 | 0 | 0 |
| 5· 10-3 | -5 | 7 | 6 | 4 |
| 5· 10-4 | 3 | 3 | 4 | 6 |
| 5· 10-5 | 2 | 5 | 6 | 12 |
| 5· 10-6 | 0 | 3 | 6 | 11 |
| 5· 10-7 | 0 | 0 | 1 | 2 |
| Таблица 2 | ||
| Влияние Н2О2 (в концентрации 5· 10-4 М) на содержание крахмала в листьях салата (полевые испытания) | ||
| № листа | Величина (Δ I/I0)· 100% через 1 неделю | Величина (Δ I/I0)· 100% через 2 недели |
| 1 | 3 | 6 |
| 2 | 4 | 8 |
| 3 | 6 | 6 |
| 4 | 3 | 9 |
| 5 | 4 | 8 |
| 6 | 3 | 10 |
| 7 | 3 | 8 |
| 8 | 4 | 6 |
| 9 | 5 | 7 |
| 10 | 4 | 6 |
Средство для стимулирования образования крахмала в процессе фотосинтеза высших растений, включающее водный раствор биологически активного ингредиента, отличающееся тем, что в качестве биологически активного ингредиента оно содержит пероксид водорода в концентрации 5·10-6-5·10-3 М (1,7·10-4-1,7·10-1 г/л).
