Способ защиты растений от засухи

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к способам защиты растений от засухи путем повышения их засухоустойчивости, и может быть использовано при выращивании культурных растений в районах рискованного земледелия в условиях дефицита влаги. Предложен способ защиты растений от засухи, включающий обработку водным раствором биологически активного вещества. В качестве биологически активного вещества используют пероксид водорода в концентрации 5·10^-4-1·10^-3 М (1,7·10^-2-3,4·10^-2 г/л). Обработке подвергают либо семена перед посевом с последующим подсушиванием, либо надземную поверхность растений на начальных стадиях вегетации, либо сочетают обе обработки. Данный способ позволяет существенно повысить выживаемость растений в условиях дефицита влаги. 2 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к способам защиты растений от засухи путем повышения их засухоустойчивости, и может быть использовано при выращивании культурных растений в районах рискованного земледелия в условиях дефицита влаги.

Проблема борьбы с засухой была и остается предельно актуальной. Описано большое количество разнообразных способов защиты растений от стресса дефицита влаги.

Например, для повышения засухоустойчивости растений предлагается вносить в почву фосфорно-калийные удобрения и микроэлементы бора, цинка и меди (Генкель П.А. Физиология растений. М.: Просвещение, 1975, с.160; Третьяков Н.Н., Кошкин Е.И., Макрушин Н.М. и др. Физиология и биохимия сельскохозяйственных растений. М: Колос, 1998, с.538). Однако данный способ не отличается высокой эффективностью, так как засухоустойчивость растений повышается не более чем на 5-8%.

Известны способы изменения растений на генном уровне, то есть получение новых трансгенных растительных форм: заявка RU 2007107918, C12N 15/82, А01Н 5/00, 10.09.2008; RU 2159813, C12N 15/09, C12N 15/52, 27.11.2000; RU 2152997, C12N 15/54, C12N 15/82, 20.07.2000. Но трансгенные формы представляют определенный риск для последующих поколений как растений, так и употребляющих их в пищу людей и животных, и такие способы повышения засухоустойчивости вряд ли приемлемы в широкой практике.

Наибольшее распространение получили способы повышения засухоустойчивости растений, заключающиеся в применении различных препаратов либо для предпосевной подготовки семян, либо для внекорневой обработки растений на ранних стадиях вегетации. Приводим некоторые такие способы из большого количества известных.

Для выращивания яровой пшеницы в условиях весенне-летней засухи, характерной для южных районов Сибири и Прибайкалья, предложено использовать для предпосевной подготовки семян препарат, содержащий 0,01 мас.% изофлавона формононетина в кремний-органическом составе (RU 2258344, А01С 1/00, A01N 55/10, 20.08.2005). В качестве средства, одновременно активирующего прорастание семян зерновых и повышающего устойчивость проростков к водному стрессу, предложено применять водный раствор 4-хлорметил-2-(фурил-2)-1,3-диоксолана (RU 2146447, A01N 43/90, 43/08, 43/28, 20.03.2000), β-формил-акриловую кислоту в композиции со смесью 2(5Н)-фуранона, карбоновых кислот (янтарной, малеиновой, фумаровой и муравьиной) и воды (RU 2133092, A01N 37/02, 20.07.99), препарат "Глифур", являющийся производным 1,3-диоксацикланов (RU 2138164, A01N 43/32, A01N 43/08, 27.09.99). Для повышения урожайности сои в условиях засухи предложено использовать для предпосевной обработки семян амид ω-хлорперфторпропионовой кислоты (RU 2077847, A01N 37/18, A01N 37/12, 27.04.97). Для внекорневой обработки растений сои в фазе 3-4 листьев для стимулирования выхода растений из водного стресса в условиях засухи предложено применять раствор стероидного глюкозида, выделенного из семян томата экстракцией метанолом (RU 2020822, A01N 65/00, A01N 43/08, 15.10.94).

Применяющиеся в известных способах защиты растений от действия засухи препараты либо сами являются токсичными веществами, небезопасны при использовании и неблагоприятно сказываются на экологической обстановке, либо их способы получения являются сложными, дорогостоящими и экологически опасными.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ защиты растений от засухи, заключающийся в трехкратном в течение трех суток попеременном замачивании и подсушивании семян. Замачивание производят в теплом водном растворе (30-35°С) аминокислоты пролина и сахарозы или глюкозы при следующем весовом соотношении компонентов: для первого замачивания вода:пролин:сахароза = 100:1:4, для второго - вода:пролин:глюкоза = 50:1:5, для третьего - вода: пролин:сахароза = 20:1:4. Подсушивают семена после каждого замачивания с использованием искусственного вентилирования нагретым до 38-40°С воздухом. Способ позволяет повысить выживаемость бобовых кормовых культур (эспарцета, клевера и люцерны) при выращивании их в условиях жесткого водного дефицита (RU 2239299, А01С 1/00, 10.11.2004 - прототип). Способ основан на известной информации о том, что аминокислота пролин, накапливающаяся эндогенно или экзогенно в вегетативных органах растений в период стресса, вызванного водным дефицитом или заморозками, способствует трансформации свободной воды в тканях растений в связанную, что повышает их засухоустойчивость или морозостойкость. Причем накопление пролина усиливается на фоне повышенного содержания в тканях углеводов (Савицкая И.Н. О физиологической роли пролина в растениях // Науч. доклады Высшей школы, 1976, №2, с.55; Рубин Б.А. Курс физиологии растений. М.: Высшая школа, 1976, с.546; Стаценко А.П. О криозащитной роли аминокислот в растениеводстве // Физиология и биохимия культурных растений, 1992, Т.24, №6, с.550-564).

Недостатками известного способа-прототипа являются многоэтапность, сложность и длительность технологии его применения (трехразовое попеременное намачивание и высушивание семян), а также высокая стоимость и сложность химического процесса получения компонентов используемого препарата.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка эффективного и простого в применении, универсального, то есть пригодного для всех сельскохозяйственных культур, способа защиты растений от засухи, использующего экологически чистое, широко доступное и низкое по цене средство.

Решение поставленной задачи достигается предлагаемым способом защиты растений от засухи, включающим обработку водным раствором биологически активного вещества, в котором в качестве биологически активного вещества используют пероксид водорода (ПВ) в концентрации 5·10^-4-1·10^-3 М (1,7·10^-2-3,4·10^-2 г/л), при этом обработке подвергают либо семена перед посевом с последующим подсушиванием, либо надземную поверхность растений на начальных стадиях вегетации, либо сочетают обе обработки.

Обработку семян перед посевом можно осуществлять полусухим методом при массовом соотношении водный раствор ПВ:семена 1:1,5-2,2.

Обработку надземной поверхности растений можно проводить при норме расхода водного раствора ПВ 400-500 л/га.

Предлагаемый способ был испытан в лабораторных условиях и в условиях, приближенных к полевым. Объектами испытаний были растения, имеющие определенную значимость в сельском хозяйстве и относящиеся к разным видам (однодольные, злаковые, сложноцветные): кукуруза, пшеница, рожь, земляника безусая, сельдерей листовой, рапс яровой. Растения выращивались в условиях дефицита влаги, эксперименты длились в течение 15-24 суток при температуре 18-20°С до частичной гибели растений. Учитывали количество выживших растений, морфологические изменения, их физиологическое состояние.

Приводим примеры испытаний.

А. Предпосевная обработка семян.

Пример 1.

Семена ржи сорт «Былина» обрабатывали полусухим способом: на 11 г семян брали 5 мл воды в контроле и в опыте на 11 г семян брали 5 мл водного раствора ПВ концентрации 1·10^-3 М (3,4·10^-2 г/л). Слегка подсушенные семена высевали в культуральные сосуды на песок, однократно увлажненный водой. На 21 сутки опыта учитывали количество живых растений ржи. В контроле осталось 10% растений, в опыте - 36%.

Пример 2.

Семена пшеницы сорт «Инна» обрабатывали полусухим способом: на 10 г семян брали 5 мл воды в контроле, а в опыте на 10 г семян брали 5 мл водного раствора ПВ концентрации 5·10^-4 М (1,7·10^-2 г/л). Подсушенные до сыпучести семена высевали в культуральные сосуды на песок, однократно увлажненный водой. На 10 сутки опыта оценивали количество растений, имеющих 2-й настоящий лист. В контроле это отмечено у 6% растений, в опыте - у 24% растений от количества оставшихся в живых.

Пример 3.

Семена пшеницы сорт «Губерния» обрабатывали полусухим способом: на 7,5 г семян брали 5 мл воды в контроле, а в опыте на 7,5 г семян брали 5 мл водного раствора ПВ концентрации 8·10^-4 М (2,7·10^-2 г/л). Подсушенные до сыпучести семена высевали в культуральные сосуды на песок, однократно увлажненный водой. На 15 сутки опыта оценивали количество растений, имеющих высоту более 4 см. В контроле таких растений от количества оставшихся в живых было 27%, в опыте - 50%.

Пример 4.

Семена рапса ярового обрабатывали полусухим способом: на 10 г семян брали 5 мл воды в контроле, а в опыте на 10 г семян 5 мл водного раствора ПВ концентрации 5·10^-4 М (1,7·10^-2 г/л). Слегка подсушенные семена высевали в культуральные сосуды на песок, однократно увлажненный водой, и оценивали всхожесть на 4 сутки, а на 7 сутки количество растений с длиной корня более 2 см и с величиной стебля более 4 см. Всхожесть семян в контроле была 80%, в опыте - 91%. Живых растений на 7 сутки с длиной корня более 2 см было в контроле 70%, в опыте - 87%, с величиной стебля более 4 см в контроле было 50%, в опыте - 71%.

Б. Обработка надземной поверхности растений.

Пример 5.

Растения сельдерея листового до фазы 1-го настоящего листа выращивали на двух делянках в условиях нормальной влажности - не менее 60% ППВ (предельной полевой влагоемкости). Затем растения опрыскивали одинаковым объемом (из расчета 50 мл/м²): контрольные водой, опытные водным раствором ПВ с концентрацией 5·10^-4 М (1,7·10^-2 г/л), после чего создавали стрессовые условия почвенной засухи. Оценивали количество жизнеспособных растений к 5 и 24 суткам после опрыскивания. На 5 сутки в контроле было 80% живых растений, в опыте - 95%, на 24 сутки в контроле было 20% живых растений, в опыте - 45%.

Пример 6.

Растения земляники безусой до фазы 1-го настоящего листа выращивали на двух делянках в условиях нормальной влажности - не менее 60% ППВ. Затем растения опрыскивали одинаковым объемом (из расчета 40 мл/м²): контрольные водой, опытные водным раствором ПВ с концентрацией 1·10^-3 М (3,4·10^-2 г/л), после чего создавали стрессовые условия почвенной засухи. Оценивали количество жизнеспособных растений на 11 сутки после опрыскивания: в контроле осталось живых растений 70%, в опыте - 93%.

В. Сочетание предпосевной обработки семян с обработкой надземной поверхности растений.

Пример 7.

Семена земляники безусой обрабатывали полусухим способом: на 10 г семян брали в контроле 5 мл воды, а в опыте на 10 г семян брали 5 мл водного раствора ПВ концентрации 5·10^-4 М (1,7·10^-2 г/л). Подсушенные семена высевали в культуральные сосуды на почвенную среду с нормальной влажностью и отслеживали время появления 1-го настоящего листа: в опыте он появился к 25 суткам, в контроле - к 30 суткам. Затем (на 30-е сутки) растения опрыскивали одинаковым объемом (из расчета 50 мл/м²): контрольные водой, опытные водным раствором ПВ с концентрацией 5·10^-4 М (1,7·10^-2 г/л), после чего создавали стрессовые условия почвенной засухи. Оценивали количество жизнеспособных растений к 5 и 20 суткам после опрыскивания. На 5 сутки в контроле было 80% живых растений, в опыте - 98%, на 20 сутки в контроле было 20% живых растений, в опыте - 50%.

Таким образом, из приведенных примеров видно, что предлагаемый способ позволяет существенно повысить выживаемость растений в условиях дефицита влаги.

Одним из объяснений механизма защитного действия ПВ в условиях дефицита влаги может быть представление о том, что засухоустойчивость растений зависит от соотношения в клетках свободной и связанной воды. Нами были проведены специальные эксперименты с использованием метода протонной спин-спиновой релаксации, которые показали, что обработка растений (семян или надземной части) водным раствором ПВ увеличивает содержание в растительных клетках связанной воды и одновременно уменьшает содержание свободной воды. Процессы спин-спиновой релаксации описываются временем релаксации Т2. Для фракции свободной воды времена релаксации составляют сотни мсек, а для воды, более связанной с клеточными структурами, времена релаксации существенно меньше - десятки мсек. Во всех опытных образцах растений, обработанных водным раствором ПВ (либо в виде семян перед посевом, либо методом орошения надземной части) наблюдали увеличение вклада в кривую продольной намагниченности быстрой компоненты Т2, что соответствует более связанному состоянию протонов воды. Таким образом, можно сделать вывод, что под влиянием ПВ происходит перераспределение фракций воды в клетках -увеличивается содержание воды, более связанной с клеточными структурами. Например, в контрольных растениях значения Т2, соответствующие более связанной воде, составляют 11-14% от общего количества воды в клетках, а в опытных образцах вклад связанной воды достигает 20-40%.

Кроме того, следует подчеркнуть, что ПВ обладает уникальными свойствами: ПВ является источником кислорода (водорода) при фотосинтезе (Комиссаров Г.Г. «Фотосинтез: физико-химический подход» М, УРСС, 2003 г. 224 с.), ПВ является экологически безопасным и нетоксичным стимулятором роста растений (пат. США 1927988, 26.09.33; пат. США 1962996, 12.06.34; Апашева Л.М., Комиссров Г.Г. Влияние пероксида водорода на развитие растений. Изв. РАН, сер. биол. 1996, №5, с.621-623; Корзинников Ю.С. Экологически безопасные средства защиты растений. Вестник РАСХН, 1997, №2, с.44-47; RU 2305404, A01N 59/00, A01N 25/10, А01С 1/06, 10.09.2007), ПВ является эффективным стимулятором образования крахмала при фотосинтезе высших растений (RU 2253235, A01N 59/00, А01С 1/00, A01G 1/00, 10.06.2005). Безусловно, такие свойства ПВ способствуют повышению эффективности действия ПВ на растения в условиях засухи. В частности, стимулирование образования крахмала - главной реакции фотосинтеза - в стрессовых условиях засухи благоприятно скажется на жизнеспособности растений и на скорости их роста: при дефиците влаги продуктивность растений в накоплении урожая очень заметно снижается, так как даже при временном завядании устьица листьев закрываются, и процесс фотосинтеза резко замедляется.

Таким образом, предложен эффективный, простой, применимый для любых сельскохозяйственных культур способ защиты растений от засухи, использующий экологически чистое, широко доступное и низкое по цене биологически активное вещество - пероксид водорода, обладающий рядом уникальных свойств. Достаточно предпосевной обработки семян или внекорневой обработки растений при угрозе засухи.

1. Способ защиты растений от засухи, включающий обработку водным раствором биологически активного вещества, отличающийся тем, что в качестве биологически активного вещества используют пероксид водорода в концентрации 5·10^-4-1·10^-3 М (1,7·10^-2-3,4·10^-2 г/л), при этом обработке подвергают либо семена перед посевом с последующим подсушиванием, либо надземную поверхность растений на начальных стадиях вегетации, либо сочетают обе обработки.

2. Способ защиты растений от засухи по п.1, отличающийся тем, что обработку семян перед посевом осуществляют полусухим методом при массовом соотношении водный раствор пероксида водорода : семена 1:1,5-2,2.

3. Способ защиты растений от засухи по п.1, отличающийся тем, что обработку надземной поверхности растений проводят при норме расхода водного раствора пероксида водорода 400-500 л/га.