Способ повышения продуктивности и устойчивости растений к стрессовым факторам

Изобретение относится к области биотехнологии. Изобретение представляет собой способ повышения продуктивности и комплексной устойчивости растений к стрессам, предусматривающий обработку семян или вегетирующих растений препаратом, где препарат готовят, отжимая биомассу ягод винограда темных сортов с помощью пресса от сока, высушивая биомассу ягод в сушильном шкафу при температуре 30°С до сухого состояния и измельчая в электрической мельнице, получают первый компонент препарата при извлечении из измельченной сухой биомассы ягод винограда действующих веществ путем экстрагирования 96%-ным этанолом в течение 14 дней при комнатной температуре (22-24°С) в соотношении 10 частей сухого вещества на 90 частей этанола,. второй компонент получают, извлекая из шлифовочной пыли, образующейся при шлифовке семенного материала сахарной свеклы, путем экстрагирования 96%-ным этанолом из сухого вещества в концентрации 0,001% и выдерживания при температуре 22-24°С в течение 2 недель, смешивают первый и второй компоненты в пропорции 3:1 в количестве 10% от общего объема и разводят наполнителем - 0,1%-ным гидрогелем полиакриламида в количестве 90% от общего объема, предпосевную обработку семян проводят при норме расхода 50, или 60, или 70 мл/т или опрыскивание вегетирующих растений в фазу 2-3 настоящих листьев при норме расхода 50 или 70 мл /га Предлагаемый способ за счет полифункционального действия нового средства экологически безопасен и позволяет повышать продуктивность сельскохозяйственных культур на 11-25%, а также устойчивость к болезням и пестицидному стрессу. 4 табл., 4 ил.

 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и предназначено для повышения урожайности и устойчивости растений к болезням и пестицидным стрессам.

Известен способ повышения урожайности сельскохозяйственных культур, состоящий в использовании средства на основе комплекса физиологически активных веществ, выделенных из лиофилизата экстракта озимой ржи (белки, витамины, полисахариды). При обработке растений пшеницы данным средством (препарат Стифун) отмечено повышение их адаптивного потенциала к стрессовым факторам (Лубянов А.А. Механизмы действия регулятора роста растений Стифун и его протекторные свойства в условиях кадмиевого стресса. Автореф. дисс. канд. биол. наук. Уфа - 2009. 24 с.). При обработке семян яровой ржи наблюдалось повышение энергии прорастания и всхожести семян, увеличивалась продуктивная кустистость растений, озерненность колоса, снижалась пораженность растений корневыми гнилями и листовыми заболеваниями, что в целом способствовало повышению урожайности до 18% (Яхин И.А., Яхин О.И., Вакуленко В.В. Стифун - новый регулятор роста растений с фунгицидной активностью // Защита и карантин растений. 2000. №4, С. 19). Недостатком данного средства является необходимость использования дорогостоящего оборудования при получении.

Известен способ повышения продуктивности и иммунитета сельскохозяйственных культур при использовании препарата на основе древесной зелени пихты - регулятора роста растений с фунгицидным действием Вэрва, который оказывает иммуно- и ростстимулирующее действие на растения и представляет собой композицию из солей тритерпеновых кислот и нейтральных компонентов хвои (Патент РФ 2298327. Кучин А.В., Хуршкайнен Т.В., Кучин В.В., Скрипова Н.Н., опубл. 10.05.2007 г.). Препарат вызывает ускорение процессов созревания сельскохозяйственных культур, проявляет иммунизирующее и антистрессовое действие на растения.

Наиболее близким к заявляемому объекту, принятым за прототип, является способ повышения продуктивности и устойчивости растений к болезням, предусматривающий использование средства Новосил на основе растительных метаболитов - тритерпенов, получаемых из пихты сибирской, который является природным регулятором роста и развития растений и, обладая комплексом полезных свойств, оказывает на растения рострегулирующее и фунгицидное действие. Применение Новосила обеспечивает повышение устойчивости растений к различным заболеваниям (И.А. Граскова, Е.В. Кузнецова, М.А. Живетьев, В.М. Чекуров, В.К. Войников. Влияние обработки хвойными экстрактами на растения картофеля // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2010. №12. С.52-58; Чекуров В.М., Козлов В.Е., Титков И.П. Устойчивость и урожайность зерновых под влиянием препаратов из хвойных // Регуляторы роста и развития растений в биотехнологиях // Матер, конф. - М. 2001. С. 291; Г.В. Якуба, В.М. Чекуров., В.В. Вакуленко, Д.Н. Гусин, В.В. Шатров, А.И. Вдовенко, СР. Черкезова. Применение терпеноидов на яблоне в условиях юга России // Защита и карантин растений. 2008. №2. С. 45-47). Недостатком прототипа является недостаточно высокая иммунизирующая и ростстимулирующая активность. Кроме того, технология получения препарата сложна, экологически небезопасна и требует дорогостоящего оборудования.

Цель настоящего изобретения состоит в усилении устойчивости растений к фитопатогенам и повышении их продуктивности при обработке средством, полученным из плодоэлементов двух растений: виноград {Vitis vinifera L.) и сахарная свекла {Beta vulgaris L.). Средство получается методом экстрагирования биологически активных компонентов из ягод винограда и шлифовочной пыли, образующейся при шлифовке плодов сахарной свеклы и состоящей, в основном, из околоплодников, в которых содержится большое количество растительных гормонов.

В медицинской промышленности известны способы получения экстрактов биологически активных веществ из растительных материалов путем экстрагирования этиловым спиртом (патент РФ 2001134259,27.07.2003; патент РФ 2336888, 20.07.2014; патент РФ 1737797, 30.11.1994). Данные средства не предназначены для использования в сельском хозяйстве в целях повышения урожайности и устойчивости растений к болезням и пестицидным стрессам. Однако известен способ получения 70% этаноловых экстрактов биологически активных веществ из растений ревеня, которые предназначены для снижения развития фитопатогенов на различных сельскохозяйственных культурах (Гладкая А.А. Исследование растительного сырья Rheum rhaponticum и определение биологической эффективности экстрактов для защиты рассады огурца от мучнистой росы. (Перспективы лекарственного растениеведения, Международная научная конференция. Москва, 2018, с. 388-395. ISBN 978-5-87019-084; Гладкая А.А. автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук «Биологическое обоснование использования экстрактов из растений рода Rheum в качестве средств защиты растений». Кишинэу, 2019 г. 28 с.).

Задачей настоящего изобретения является индукция иммунных реакций растений по отношению к фитопатогенам и стимуляция ростовых процессов при использовании экологически безопасного средства на основе биологически активных веществ, полученных методом экстракции этаноловым спиртом из растительного материала (плодоэлементы винограда и сахарной свеклы).

Техническим результатом является способ повышения продуктивности и устойчивости растений к стрессовым факторам при обработке семян или вегетирующих растений с использованием нового средства, в качестве активного начала которого используется комплекс природных биологически активных веществ, обладающих элиситорным действием, извлекаемых 96% этанолом из ягод винограда темных сортов и семенного материала, образующегося при шлифовке плодов сахарной свеклы в концентрации соответственно 10 и 0,001% и последующем их смешивании в пропорции 3:1 с разбавлением наполнителем - 0,1% полиакриламидным гидрогелем в пропорции 1: 9.

Осуществление изобретения. Результат достигается тем, что для повышения продуктивности и комплексной устойчивости растений к стрессам используется средство, получаемое путем экстракции 96% этанолом биологически активных веществ, содержащихся в растительной массе высушенных и измельченных ягод винограда, а также шлифовочной пыли семенного материала сахарной свеклы, при последующем смешивании их с 0,1% полиакриламидным гидрогелем в пропорции 1: 9.

Сущность данного изобретения поясняется графическими изображениями, где на фиг. 1 изображен график влияния нового средства на индукцию защитных реакций растений озимой пшеницы по отношению к септориозу листьев;

на фиг. 2 изображен график влияния нового средства на рост и развитие растений сои;

на фиг. 3 изображен график антистрессового действия нового средства при химическом протравливании семян кукурузы (лабораторный опыт);

на фиг. 4 изображен график эффективности полифункционального действия нового средства при предпосевной обработке семян кукурузы.

Данный способ предусматривает:

1. Отжим биомассы с помощью пресса от сока, высушивание ягод винограда темных сортов в сушильном шкафу при температуре 30°С до сухого состояния и последующее измельчение их в электрической мельнице.

2. Получение первого компонента средства при извлечении из сухой биомассы ягод винограда темных сортов действующих веществ: минеральные элементы (калий, фосфор, кальций, цинк, железо, бор - от 7,8×10^-7% до 3,3×10^-3%) и органические соединения (полифенолы, аминокислоты, глюканы, витамины, природные гормоны и др. в естественном соотношении), путем экстрагирования 96% этанолом в течение 14 дней при комнатной температуре (22-24°С) в 10% концентрации (10 частей сухого вещества 90 частей этанола). При химико-аналитических исследованиях содержание аминокислот - не менее 0,0025%, полифенола ресвератрол - не менее 0,0017%.

3. Получение второго компонента: гормоны (в т.ч. абсцизовая кислота) и другие биологически активные вещества извлекаются из шлифовочной пыли, образующейся при шлифовке семенного материала сахарной свеклы, путем экстрагирования 96% этанолом из сухого вещества (0,001%) и выдерживания при температуре 22-24°С в течение 2 недель.

4. Первый и второй компоненты средства смешиваются в пропорции 3: 1 (10% от общего объема) и разводятся наполнителем - 0,1% гидрогелем полиакриламида (90% от общего объема).

5. Предпосевная обработка семян или опрыскивание вегетирующих растений в оптимальные сроки в определенных дозировках.

Установлено, что в составе нового средства, помимо необходимых растениям микроэлементов, имеется комплекс биологически активных веществ, проявляющих элиситорное действие (ресвератрол, аюсцизовая кислота, аминокислоты), при этом, сигнальные вещества запускают НАДФ-оксидазную и салицилатную сигнальные системы клеток, которые, в свою очередь, включают в работу иммунные и гормональные реакции, приводящие к усилению природного иммунитета растений и ростовых процессов.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами:

Опыт 1. Цель опыта состояла в сравнительной оценке биологической эффективности (иммунизирующий эффект) и рострегулирующего действия нового средства и фунгицида Тачигарен при предпосевной обработке семян в норме расхода 60 мл/т.

В полевом опыте было установлено существенное положительное влияние нового средства на устойчивость растений к корнееду всходов. Всхожесть: по отношению к контролю увеличилась на 5,7%, к химическому протравителю Тачигарен - на 2,6% (таблица 1).

Индуцированные обработкой данным средством защитные реакции в растениях позволили снизить вредоносность листовых болезней на 63,2%, в то время, как химический фунгицид не обладал системным пролонгированным действием.

Ростстимулирующее действие нового средства выразилось в увеличении массы корнеплода, что отразилось на повышении урожайности относительно контроля на 11%, в то время как токсическое действие фунгицида вызвало снижение урожайности культуры. Средство способствовало также увеличению содержания Сахаров в корнеплодах на 1,7%, что вызвало увеличение технологического выхода сахара с 1 га на 21,5%.

Опыт 2. Цель опыта состояла в сравнительной оценке эффективности полифункционального действия нового средства и регулятора роста Новосил при обработке вегетирующих растений ячменя.

По защитному действию по отношению к возбудителям гельминтоспориозных пятнистостей на листьях новое средство проявило более высокую эффективность, чем эталонный препарат Новосил (таблица 2).

Иммунизирующий эффект до 26% сохранялся вплоть до молочной спелости зерна. По активации фотосинтетических процессов новое средство было примерно на одном уровне с эталоном, но влияние на вегетативный рост было существенно более сильным. По всем показателям структуры урожая средство превзошло показатели эталона, ростстимулирующее действие которого в условиях вегетационного сезона не проявилось. В результате прибавка урожая в опытном варианте составила 15,9%. Основным фактором, вызвавшим увеличения урожайности, было повышение продуктивной кустистости растений.

Опыт 3. Цель опыта состояла в сравнительной оценке нового средства (70 мл/га) при однократной обработке растений озимой пшеницы в фазу кущения весной и регулятора роста растительного происхождения Новосил в рекомендуемой дозировке (50 мл/га) при двукратной обработке в фазу кущения и начала колошения.

На фоне невысокого развития корневых гнилей по влиянию на иммунные реакции растений по отношению к данным заболеваниям существенных различий в действии обоих биопрепаратов не было установлено, однако по уровню индукции иммунных реакций относительно основного вредоносного заболевания - септориоза на листьях, - новое средство превосходило эталонный препарат Новосил (фиг. 1). Причем, к фазе молочной спелости системный пролонгированный иммунитет в эталоне отсутствовал, а в опытном варианте он оставался ощутимым на достаточно высоком инфекционном фоне (в контроле развитие болезни 24,6%).

Обработка растений новым средством положительно повлияла на фотосинтетическую активность растений в фазу молочной спелости, которая превосходила контрольные значения до 24% (эталон - на 5%). Площадь листьев увеличивалась на 12% (эталон - 2,3%).

Обработка растений новым средством индуцировала антистрессовую активность растений, что в условиях засушливого периода вегетации оказало существенное влияние на сохранность растений. Положительное влияние на рост и развитие растений проявилось в увеличении продуктивной кустистости и ассимиляционной площади листьев, что в целом привело к повышению урожайности зерна на 15,9%. Эффективность Новосил а была на уровне контрольных значений (таблица 3).

Опыт 4. Цель опыта состояла в сравнительной оценке эффективности полифункционального действия нового средства и эталонного регулятора роста растительного происхождения - Новосил, при различных регламентах применения на сое. Эталон применялся по рекомендуемым регламентам.

По активности иммунизирующего действия в отношении антракноза испытываемое средство при однократной обработке растений в фазу 2-3 тройчатых листьев показало биологическую эффективность - 25,3%, Новосил - 16,0%.

При оценке влияния регуляторов роста на растения было установлено, что, как эталонный препарат, так и новое средство при двукратном использовании (обработка семян и в фазу 2-3 настоящих листа) оказывали некоторое угнетающее действие на ассимиляционную поверхность растений. При норме расхода испытываемого средства 50 мл при однократной обработке семян или вегетирующих растений было достигнуто существенное увеличение содержания хлорофилла в листья, а также площади тройчатого листа, что в итоге вызвало усиление продуктивности фотосинтеза соответственно на 11,5 и 19,5% (фиг. 2).

В неблагоприятных погодных условиях (холодная весна и засуха в августе) новое средство показало значительную эффективность полифункционального действия. Прибавка урожая относительно контроля при обработке семян составила 20,3%, а при обработке вегетирующих растений - 16,9%. При применении Новосила прибавка урожая составила 9,3%. Это является свидетельством более высокой антистрессовой и ростстимулирующей активности нового средства. Увеличение урожайности было достигнуто за счет усиления ветвления растений - до 47% относительно контроля, увеличение количества соцветий и бобов - до 15-27% (эталон - соответственно на 4,3 и 5,1-20,5%) (таблица 4).

Опыт 5. Цель опыта состояла в доказательстве антистрессовых свойств нового средства при обработке семян кукурузы совместно с фунгицидом Максим XL.

В лабораторном опыте при предпосевной обработке семян показано, что фунгицид оказал стрессовое действие на растения, что привело к существенному снижению всхожести семян кукурузы, в то время как при добавлении в рабочую смесь для обработки нового средства в норме расхода 70 мл/т пестицидный стресс был снят.Также отмечено положительное влияние нового средства на развитие ростков, в то время как при обработке одним фунгицидом, длина ростка была существенно ниже контроля (фиг. 3).

Опыт 6. Цель полевого опыта состояла в сравнительном испытании нового средства с химическим протравителем Максим XL и биопрепаратом Спринталга на основе природных компонентов из водорослей. За счет снятия пестицидного стресса и повышения всхожести семян, густота стояния растений относительно применения одного химического протравителя увеличилась при сочетании его с новым средством до 23%. За счет положительного полифункционального действия на растения урожайность зерна кукурузы в сравнении с использованием одного химического протравителя повысилась на 14,9% (фиг. 4).

Таким образом, в результате лабораторных и полевых исследований установлена более высокая рост- и иммуностимулирующая активность нового средства по сравнению с прототипом (Новосил) и другими препаратами. Антистрессовое действие нового средства позволяет снизить негативные эффекты применения химических пестицидов и при совместном использовании с ними повысить густоту стояния растений, а также урожайность зерна кукурузы и корнеплодов сахарной свеклы до 11-16%. Прибавки урожая различных культур за счет полифункционального действия нового средства составляли от 11 до 25%.

Способ повышения продуктивности и комплексной устойчивости растений к стрессам, предусматривающий обработку семян или вегетирующих растений препаратом, отличающийся тем, что препарат готовят, отжимая биомассу ягод винограда темных сортов с помощью пресса от сока, высушивая биомассу ягод в сушильном шкафу при температуре 30°С до сухого состояния и измельчая в электрической мельнице, получают первый компонент препарата при извлечении из измельченной сухой биомассы ягод винограда действующих веществ путем экстрагирования 96%-ным этанолом в течение 14 дней при комнатной температуре 22-24°С в соотношении 10 частей сухого вещества на 90 частей этанола, второй компонент получают, извлекая из шлифовочной пыли, образующейся при шлифовке семенного материала сахарной свеклы, путем экстрагирования 96%-ным этанолом из сухого вещества в концентрации 0,001% и выдерживания при температуре 22-24°С в течение 2 недель, смешивают первый и второй компоненты в пропорции 3:1 в количестве 10% от общего объема и разводят наполнителем - 0,1%-ным гидрогелем полиакриламида в количестве 90% от общего объема, предпосевную обработку семян проводят при норме расхода 50, или 60, или 70 мл/т или опрыскивание вегетирующих растений в фазу 2-3 настоящих листьев при норме расхода 50 или 70 мл /га.