Стимулятор роста и развития растений
Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к препарату для стимуляции роста и развития растений. Препарат подготовлен на основе бактерий Halobacterium salinarum ВКПМ В-9025, содержащий бактериородопсин в количестве от 10-9 М до 10-6 М. Препарат эффективен при предпосевной обработке семян, а также при его внесение в почву при выращивании культур в неблагоприятных климатических условиях. 3 табл.
Изобретение относится к области растениеводства и сельского хозяйства и может быть использовано для повышения продуктивности сельскохозяйственных культур и ускорения роста и развития растений.
Существует несколько способов стимулирования роста и повышения продуктивности растений, в частности путем регулирования температуры и светового облучения при искусственных условиях выращивания в специальных сооружениях. Однако для этого необходимы существенные затраты на специальное оборудование или устройства, а эффект стимулирования роста и повышения продуктивности не пропорционален затраченному труду.
В последние годы проведены исследования по действию физиологически активных веществ, выделенных из растительных тканей, на жизнь растений в окружающей среде, то есть прорастание, рост, цветение, плодоношение и старение.
Однако до сих пор в практическое использование введено только ограниченное число таких веществ, и только некоторые из них пригодны к использованию на практике в существующих условиях. В настоящее время известно 6 основных групп фитогормонов: ауксины, цитокинины, гиббереллины, абсцизовая кислота, этилен и брассинолид
Наиболее эффективным физиологически активным веществом и естественным биорегулятором-фитогормоном является брассинолид (эпибрассинолид). По своему физиологическому действию брассинолид следит за балансом веществ в растении (гомеостазом) и является адаптогеном, так как участвует в синтезе антистрессовых белков [1]. В настоящее время этот биорегулятор-фитогормон интенсивно изучается [2-13].
В России зарегистрирован товарный знак на препарат "ЭПИН-ЭКСТРА Р", изготовленный на основе эпибрассинолида. "ЭПИН-ЭКСТРА Р" - уникальный препарат в семье биостимуляторов, который в микромолярных количествах обеспечивает:
- ускоренное прорастание семян;
- укоренение рассады при пикировке и пересадке;
- ускорение созревания и увеличение урожайности;
- защиту растений от заморозков и других неблагоприятных условий;
- повышение устойчивости к фитофторозу, перроноспорозу, парше, бактериозу и фузариозу;
- возрождение ослабленных и омолаживание старых растений за счет стимуляции бокового побегообразования;
- снижение в растении количества токсинов, тяжелых металлов, радионуклидов,
- избыток нитратов.
Особенно показано применение "ЭПИН-ЭКСТРА Р" при:
- заморозках,
- подтоплении,
- нашествии вредителей
- обработке растений, перед пересадкой рассады [1].
Недостатком этого препарата является:
- использование сложных органических растворителей при его синтезе
- опасность его применения для здоровья человека и состояния окружающей среды
- малая доступность препарата из-за дороговизны вследствие сложности его синтеза [13]
Задача заявляемого изобретения - расширить арсенал средств, применяемых в качестве стимуляторов роста и развития растений.
Задача решена путем применения в качестве стимулятора роста и развития растений препарата на основе биомассы бактерий Halobacterium salinarum.
Штаммы бактерий Halobacterium salinarum - естественные обитатели соленых озер, где концентрация NaCl может достигать 4 М, что в 6 раз выше, чем в морской воде [14]. Бактерии рода Halobacterium salinarum не обладают зоопатогенными или фитопатогенными свойствами и не представляют опасность для человека, поэтому работа с ними не требует специальных мер предосторожности [15].
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
ПРИМЕР 1. Получение препарата на основе биомассы бактерий Halobacterium salinarum.
Штамм галофильных бактерий Halobacterium salinarum ВКПМ В-9025 выращивают в колбах емкостью 750 мл в объеме среды выращивания 300 мл при освещении люминесцентными лампами дневного света до стационарной стадии роста на круговой качалке при 37°С и встряхивании 100 об/мин. Для выращивания используют среду следующего состава, мас.%: пептон - 1, дрожжевой экстракт - 0,5, NaCl - 25, MgSO4 - 2, KCl - 0,2, цитрат натрия - 0,3, глицерин - 0,1, CaCl2 - 0,02, вода - остальное, рН среды - 7,2-7,4.
Через 6 суток осадок отделяют центрифугированием при 7000 g 10 мин и полученную биомассу взвешивают. Затем к осадку (20 г) приливают дистиллированную воду в объеме 300 мл и инкубируют при перемешивании в условиях комнатной температуры в течение 16 часов. После центрифугирования при 7000 g в течение 10 мин полученный препарат стандартизуют по содержанию в надосадочной жидкости бактериородопсина - основного компонента клеточных мембран, количество которого определяют при длине волны 570 нм, а концентрацию вычисляют по следующей формуле:
С=D·Mr·Vp-pa·Vкюв·/Ебр·Vпробы
где D - оптическая плотность раствора при длине волны 570 нм;
Mr - молекулярная масса бактериородопсина (26700);
Vp-pa - общий объем раствора бактериородопсина;
Vкюв - объем раствора бактериородопсина в спектрофотометрической кювете;
Ебр - коэффициент молярного поглощения бактериородопсина (63000 М-1см-1);
Vпробы - объем пробы бактериородопсина в спектрофотометрической кювете.
Концентрация бактериородопсина 1 мг/мл.
ПРИМЕР 2. Влияние препарата на основе биомассы бактерий Halobacterium salinarum на энергию прорастания и всхожесть семян овса
Препарат на основе биомассы бактерий Halobacterium salinarum (далее HS) применяют в качестве стимулятора роста и развития растений в опыте с проростками. В качестве контролей служили: контроль 1 - вода и контроль 2 - раствор препарата "ЭПИН-ЭКСТРА Р" (далее Эпин) (партия N 1, ТУ 2387-002-42719567-98, номер гос. регистрации: 09-02901-0082-1, срок годности препарата - до марта 2007 г, производитель - ННПП "НЭСТ М") [16].
Опыт проводят в соответствии со стандартной методикой [17-21], когда показатели интенсивности образования корешков растений отражают энергию прорастания и всхожесть семян. Эти показатели фиксировались соответственно на 5 и 10 сутки после начала опыта. В качестве тест-культуры используют овес сорта "Комет". Семена этой культуры в течение 1 суток замачивают в растворе препарата HS или Эпина или воды. Через сутки семена закладывают на проращивание. Для изучения эффективности препарата HS и Эпина берут следующие концентрации образцов: Эпин согласно рекомендованной инструкцией в концентрации 0,5×10-7 М, а HS - 0,4×10-7 М в расчете на бактериородопсин. Опыт заложен в трехкратной повторности в чашках Петри. Каждый вариант содержит 60 штук семян (по 20 штук семян в чашке). Для замачивания 60 штук семян расходуют по 5 мл раствора указанных концентраций или воды. Результаты приведены в таблице 1.
| Таблица 1 | ||
| Вариант | Энергия прорастания семян. Кол-во проросших семян (%) | |
| 5 сутки | 10 сутки | |
| Контроль 1 | 63 | 63 |
| Контроль 2 | 92 | 93 |
| Препарат HS | 90 | 92 |
На 5 и 10 сутки после обработки семян овса в заявляемом препарате HS энергия прорастания семян такая же, как в контроле 2 (Эпин) и в 1,5 раза выше, чем при замачивания в воде (92% против 63% соответственно). Препарат HS содержит в своем составе только воду, в то время как Эпин содержит 0,05% спирта, кроме того, работа с препаратом HS, в отличие от препарата Эпин, не требует индивидуальных средств защиты.
Другие стимуляторы роста зерновых менее эффективны. Так сложное органическое вещество декарбамид иодида никеля повышает всхожесть семян на 14-40% по сравнению с контролем [22], препарат БТТМ (смесь тетраметилмочевины с борной кислотой) увеличивает лабораторную всхожесть семян яровой пшеницы на 14% [23]. Более низкий чем у препарата HS процент прорастания семян проса и ячменя (62% и 27% соответственно) на 7 сутки дает и стимулятор аценафтен [24].
ПРИМЕР 3. Эффективность препарата на основе биомассы бактерий Halobacterium salinarum при предпосевной обработке семян овса и рапса.
Для обеспечения высокой точности результатов вегетационных опытов осуществляют все необходимые работы по специальной подготовке почвы, сосудов и питательных растворов для выращивания растений [5-9].
Почву (пахотный горизонт) отбирают в поле, затем слегка подсушивают и просеивают через сито с размером ячеек 3 мм. После тщательного перемешивания в почве определяют влажность для расчета поливного веса сосудов. Отобранные по весу сосуды ополаскивают водопроводной, затем дистиллированной водой. Для обеспечения нормальных условий развития корневой системы растений на дно сосуда укладывают дренаж (битое стекло, покрытое марлей); стеклянную аэрационную трубку помещают на стекло через отверстие в марле, которую тщательно прижимают к стенкам сосуда влажным песком. Тарирование сосудов до одинакового веса проводят небольшим количеством песка. Перед закладкой опыта проводят пробную набивку для определения оптимального по высоте уровня почвы (2-2,5 см от верхнего края сосуда).
Агрохимическая характеристика почвы следующая: содержание гумуса - 0,98%; P2O5 - 7,7 мг/100 г; К2О - 1,8 мг/100 г; pHkcl - 4,0; Нг. - 2,5 мг-экв/100 г, то есть почва, взятая для опыта, сильно кислая, бедна питательными веществами. На такого типа почве можно наблюдать не только ростстимулирующие свойства заявляемого препарата HS и препарата Эпин (контроль 2), но и их адаптогенные свойства (способность роста на обедненной питательными веществами почве). Опыт закладывают в трехкратной повторности в сосудах, вмещающих 3,6 кг подготовленной почвы. Влажность почвы в сосудах поддерживают на уровне 60% от полной полевой влагоемкости путем ежедневного полива сосудов по весу. В качестве источников азота, фосфора и калия вносят питательные соли по 0,1 г на сосуд (питательные соли: азот - NH4NO3; фосфор - Са(H2PO4)2·Н2О и калий- K2SO4).
В качестве тест-культур используют овес сорта "Комет" и рапс яровой "Луговской". По 60 штук семян каждого из этих растений обрабатывают 5 мл растворами препарата HS, контроля 1 и контроля 2, как в примере 2. На следующий день после обработки проводят посев семян овса и рапса. Повторность опыта каждого варианта трекратная. Уборку овса и рапса на зеленую массу проводят на 40 день после посева. Убранные растения взвешивают, затем высушивают до воздушно-сухого состояния. Результаты представлены в таблице 2.
| Таблица 2 | ||||||||||
| Вариант | Овес | Рапс | ||||||||
| Высота (см) | Вес массы (г/сосуд) | Прибавка к контролю сухой массы | Высота (см) | Вес массы (г/сосуд) | Прибавка к контролю сухой массы | |||||
| сырой | сухой | г/сосуд | % | сырой | сухой | г/сосуд | % | |||
| Контроль 1 | 58 | 65 | 10,1 | - | - | 45 | 48 | 5,4 | - | - |
| Контроль 2 | 57 | 61 | 10,3 | 0,2 | 2,0 | 51 | 53 | 6,3 | 0,9 | 16,7 |
| Препарат HS | 60 | 66 | 10,4 | 0,3 | 3,0 | 50 | 57 | 6,7 | 1,3 | 24,1 |
| НСР05 | 0,45 г/сосуд | 0,70 г/сосуд |
В вегетационном опыте ростстимулирующее действие препаратов Эпин и HS статистически достоверны при наименьшем статистическом различии (НСР05) у овса 0,45 г/сосуд и рапса 0,70 г/сосуд. Ростстимулирующее и адаптагенное действие заявляемого препарата HS на растения в 1.5 раза выше, чем у препарата Эпин, при сохранении других преимуществ HS, указанных ранее. Для сравнения, применение препарата Эпин в комбинации с жасмоновой кислотой дает значительно меньшую прибавку массы пшеницы по сравнению с Эпином (20%) [25], чем заявляемый препарат HS (50%) на овсе и рапсе.
ПРИМЕР 4. Эффективность препарата на основе биомассы бактерий Halobacterium salinarum при его внесении в почву, используемую для посева овса и рапса.
Все необходимые работы, состоящие в специальной подготовке почвы, сосудов и питательных растворов для выращивания растений проводят, как в примере 3. Заявляемый препарат HS вносят в почву сосудов под рапс и овес в растворе 5 мл и концентрации 0,4×10-6 М на сосуд, а препарат Эпин применяют согласно инструкции, а именно: семена овса и рапса обрабатывают раствором Эпина и проводят посев семян как в примере 3 (контроль 2). Семена овса и рапса обрабатывают раствором дистиллированной воды и проводят посев семян в примере 3 (контроль 1).
Уборку овса и рапса на зеленую массу и анализ убранных растений проводят как в примере 3. Результаты представлены в таблице 3.
| Таблица 3 | ||||||||||
| Вариант | Овес | Pane | ||||||||
| Высота (см) | Вес массы (г/сосуд) | Прибавка к контролю сухой массы | Высота (см) | Вес массы (г/сосуд) | Прибавка к контролю сухой массы | |||||
| сырой | сухой | г/сосуд | % | сырой | сухой | г/сосуд | % | |||
| Контроль 1 | 58 | 65 | 10,1 | - | - | 45 | 48 | 5,4 | - | - |
| Контроль 2 | 57 | 61 | 10,3 | 0,2 | 2,0 | 51 | 53 | 6,3 | 0,9 | 16,7 |
| Препарат HS | 62 | 65 | 10,9 | 0,8 | 8,0 | 52 | 59 | 6,7 | 1,3 | 24,1 |
| НСР05 | 0,45 г/сосуд | 0,70 г/сосуд |
Результаты, представленные в таблице 3, статистически достоверны. Они подтверждают, что ростстимулирующее и адаптагенное действие заявляемого препарата HS, внесенного в почву, сохраняется. Оно выше, чем у препарата Эпин, в 1.5 раза на рапсе, а на овсе - в 4 раза.
Таким образом заявляемый препарат HS обладает ростостимулирующими и адалтогенными свойствами, не уступающими, а в некоторых случаях превосходящими таковые у широкоиспользуемого в настоящее время стимулятора роста препарата Эпин.
Значительным преимуществом заявляемого препарата является его экологичность, так как он нетоксичен, растворим в воде и получен путем микробиологического синтеза на основе непатогенных бактерий. Препарат эффективен в микромолярных количествах как при предпосевной обработке семян, так и при его внесение в почву перед посевом. Препарат HS может быть рекомендован для обработки почв и семян при выращивании культур в неблагоприятных климатических условиях.
Источники информации
1. http://herba.msu.ni/russian/departments/physiology/spezkursi/chub/7-2-8-1.html.
2. USA patent 2003150025.
3. USA patent 2002115570.
4. USA patent 6534313.
5. USA patent 5071466.
6. USA patent 4346226
7. USA patent 4959091.
8. USA patent 4961775.
9. USA patent 5763366.
10. USA patent 6063731.
11. USA patent 6239073.
12. USA patent 6849576.
13. http://www.vitusltd.ru/ch-epin-br.html.
14. Cavalier-Smith T. The neomuran origin of archaebacteria, the negibacterial root of the universal tree and bacterial megaclassification. Int. J. Of Syst. and Envir. Microb. 2002, 52, 7-76.
15. Санитарные правила СП 1.2.731-99.
16. http://senpolia.tskm.ru/preparats/epin.shtml.
17. А.В.Соколов. Методика полевых и вегетационных опытов с удобрениями и гербицидами. - М.: Наука, 1967, 180 с.
18. 3.И.Журбицкий. Теория и практика вегетационного метода. АН СССР. Изд-во "Наука". Москва, 1968, 244 с.
19. Ю.А.Баскаков, А.А.Шаповалов. Регуляторы роста растений. - М.: Знание 1982. - 64 с.
20. Б.А.Доспехов. Планирование полевого опыта и статистическая обработка его данных. - М.: Колос, 1972.
21. Методические рекомендации по проведению лабораторного скрининга синтетических стимуляторов роста растений. Отд. НИИТЭхима. г.Черкассы, 1985. - 1-28 с.
22. А.с. РФ N 1639452.
23. Патент РФ N 2179806.
24. Патент РФ N 2088084.
25. Патент РФ N 2145165.
Препарат для стимуляции роста и развития на основе бактерий Halobacterium salinarum ВКПМ В-9025, содержащий бактериородопсин в количестве от 10-9 до 10-6 М.
