Средство для повышения морозоустойчивости растений
Изобретение относится к криопротекторам - веществам, повышающим устойчивость растений к действию отрицательных температур, и может быть использовано в сельском хозяйстве, растениеводстве для повышения морозостойкости зерновых культур, многолетних трав и других растений. Средство содержит водный раствор биологически активного ингредиента. В качестве последнего используют пероксид водорода в концентрации 1·10-4-1·10-2 М (3,4·10-3-3,4·10-1 г/л). Использование средства позволит повысить устойчивость растений к действию отрицательных температур. 3 табл.
Изобретение относится к криопротекторам - веществам, повышающим устойчивость растений к действию отрицательных температур, и может быть использовано в сельском хозяйстве для нужд растениеводства для повышения морозостойкости озимых зерновых культур, многолетних трав и других растений.
Наша страна находится в зоне рискованного земледелия, поэтому поиск криопротекторов является весьма актуальной проблемой - для большей части территории страны характерны длительные временные периоды с температурами ниже нуля градусов.
Из литературы известно, что для защиты растений от вымерзания можно использовать водные растворы сахаров, например, глюкозы, сахарозы и др., в которые погружают растения. Криопротекторные свойства сахаров обусловлены снижением температуры замерзания растительных тканей (при повышении содержания в них сахаров) на 8-10°С (Рубин Б.А. Курс физиологии растений. - М.: Высшая школа, 1976, с.546; Туманов И.И. Физиология закаливания и морозостойкость растений. - М.: Наука, 1979, с.280).
Известны также криозащитные свойства некоторых аминокислот, в частности пролина (Стаценко А.П. О криозащитной роли аминокислот в растениеводстве. //Физиология и биохимия культурных растений. - 1992, т.24, №6, с.550-564). Некоторые авторы предлагают использовать аминокислоты в смеси с сахарами (Бабенко В.И., Махиовская М.Л. Повышение морозостойкости озимой пшеницы под действием экзогенных аминокиислот. //Доклады ВАСХНИЛ - 1977, №9, с.13-15).
Наиболее близким к предлагаемому криопротекторному средству по технической сущности (прототипом) является криопротектор, представляющий собой 1,8%-ный водный раствор смеси сахарозы и аминокислоты пролина при массовом соотношении сахароза: пролин 5:1 (молярная концентрация пролина в криопротекторе составляет 0,027 М), описанный в патенте РФ №2200381 С2, А 01 G 7/00, А 01 С 1/00, 20. 03. 2003. Данный известный криопротектор применяют следующим образом: семена озимой пшеницы предварительно замачивают в течение 20 минут в теплом (30-35°С) водном 0,02 молярном растворе пролина с последующим получасовым подсушиванием в хорошо проветриваемом помещении на рыхлой фильтровальной бумаге, затем проращивают на указанном криопротекторном растворе (смесь сахарозы и пролина) в течение 10 суток, затем проростки подвергают холодовому закаливанию при температурах от нуля до минус 5°С в два этапа: пять суток в темноте и трое суток на свету, после чего их дополнительно обрабатывают проливом путем опрыскивания 0,01 молярным водным раствором. Для испытания на морозостойкость обработанные по описанной выше методике проростки выдерживают в течение одних суток при температуре -14...-15°С. Сообщается, что выживаемость по сравнению с контролем увеличилась на 35-40%.
Недостатком известного криопротектора (прототипа) являются многоэтапность, сложность и длительность технологии его применения, а также высокая стоимость и сложность химического процесса его получения.
Задачей предлагаемого изобретения является создание достаточно эффективного и экологически чистого криопротекгорного средства, дешевого, удобного и простого в использовании.
Решение поставленной задачи достигается предлагаемым средством для зашиты растений от вымерзания, представляющим собой водный раствор биологически активного ингредиента - пероксида водорода - в концентрации 1·10-4-1·10-2 М (3,4·10-3-3,4·10-1 г/л).
Предлагаемое криопротекторное средство было испытано в лабораторных условиях.
Объектами испытаний были трех- или четырехдневные проростки следующих культур: озимая пшеница Инна, озимая пшеница Губерния, кукуруза гибрид Краснодарский 303, ячмень сорт Карина и сафлор сорт Милютинский. Исследовали действие пероксида водорода (ПВ) в разных концентрациях: от 1·10-5 до 1·10-2 моль/л (концентрации выше 10-2 М уже превышают физиологически приемлемые и приводят к гибели растений). Промораживание проростков после закалки при низких плюсовых температурах (+2...+3°С) в течение 12-17 часов проводили в морозильных камерах при температурах от -3 до -10°С в течение 24-48 часов, после чего их размораживали при низкой плюсовой температуре (+2...+3°С) в течение 5-10 часов. После отмывания контрольные и опытные проростки доращивали в одинаковых условиях (при постоянном освещении в культуральных сосудах) и через 5-10 суток оценивали количество жизнеспособных растений.
Пример 1.
Семена сафлора сорт Милютинский (сафлор - масличное засухоустойчивое растение) замачивали в растворе ПВ (концентрация ПВ 10-5-10-2 М), контрольные - в дистиллированной воде. На четвертые сутки жизнеспособные проростки отбирали и помещали в холодильную камеру с температурой +3°С на 12 часов для закалки, затем в морозильную камеру с температурой -5°С на 24 часа, после размораживания при +3°С в течение 5 часов их доращивали на среде без ПВ в течение 5 суток. В контроле через 5 суток количество жизнеспособных растений составило 20%, после обработки ПВ - в зависимости от концентрации - от 21 до 62%: для концентрации 1·10-2 М - 60%, для концентрации 1·10-3 М - 62%, для концентрации 1·10-4 М - 31%, для концентрации 1·10-5 М - 21%.
Пример 2.
Семена ячменя сорт Карина замачивали в растворе ПВ (концентрация 1·10-5-1·10-2 М), контрольные - в дистиллированной воде. На четвертые сутки жизнеспособные проростки отбирали и помещали в холодильную камеру с температурой +3°С на 12 часов для закалки, затем в морозильную камеру с температурой -5°С на 48 часов, после размораживания при +3°С в течение 5 часов их доращивали на среде без ПВ в течение 5 суток. В контроле через 5 суток количество жизнеспособных растений составило 30%, после обработки ПВ в зависимости от концентрации от 30 до 65%: для концентрации 1·10-2 М - 65%, для концентрации 1·10-3 М - 50%, для концентрации 1·10-4 М - 40%, для концентрации 1·10-5 М - 30%.
Пример 3.
Семена ячменя сорт Карина испытывали как в примере 2, но при температуре в морозильной камере, равной -10°С (в течение 48 часов). В контроле через 5 суток жизнеспособных растений не было, после обработки ПВ жизнеспособные растения были обнаружены только для концентрации 1·10-2 М в количестве 8%, для меньших концентраций ПВ (10-5-10-3 М) через 5 суток жизнеспособные растения в опыте отсутствовали
Пример 4.
Семена озимой пшеницы Губерния замачивали в растворе ПВ в концентрации 1·10-3-5·10-4 М, контрольные - в дистиллированной воде при температуре +20°С. Жизнеспособные четырехдневные проростки помещали в камеры с температурой +3°С на 17 часов, затем в морозильную камеру с температурами -3°С либо -5°С на 24 час. Размораживание вели при температуре +3°С в течение 10 часов. Доращивали проростки контрольные на дистиллированной воде, а опытные на растворах ПВ в тех же концентрациях. При анализе количество жизнеспособных растений к 10-м суткам опыта получены следующие результаты. В варианте с промораживанием до -3°С в опыте было 60% живых растений, в контроле - 20%. В варианте с промораживанием до -5°С в опыте живых растений было 44%, в контроле - 15%. Отметим, что более развитые корни были у опытных растений, длина гипокотеля в опыте была 2-2.5 см, в контроле - 0.5-0.7 см.
Пример 5.
Четырехдневные проростки озимой пшеницы Инна, одинаковые по размерам, в течение 2 суток доращивали на дистиллированной воде - контрольные, а опытные - на растворах ПВ с концентрацией 10-5-10-2 М. Затем проростки переносили в холодильную камеру с температурой +2°С на 17 часов для закалки, после чего помещали в морозильные камеры с температурой -3, -5, -7 и -10°С на 48 часов, после размораживания при +2°С в течение 10 часов их доращивали на среде без ПВ в течение 10 суток. Полученные результаты представлены в таблицах 1 и 2.
| Таблица 1 | |||||
| Количество (%) живых растений озимой пшеницы Инна в зависимости от концентрации ПВ и температуры промораживания - время промораживания 24 часа. | |||||
| Температура °С | Контроль | Концентрация ПВ моль/л | |||
| 10-2 | 10-3 | 10-4 | 10-5 | ||
| -3 | 90 | 100 | 100 | 100 | 90 |
| -5 | 30 | 75 | 75 | 60 | 35 |
| -7 | 15 | 30 | 25 | 20 | 15 |
| -10 | 0 | 10 | 15 | 10 | 2 |
| Таблица 2 | |||||
| Количество (%) живых растений озимой пшеницы Инна в зависимости от концентрации ПВ и температуры промораживания - время промораживания 48 часов. | |||||
| Температура °С | Контроль | Концентрация ПВ моль/л | |||
| 10-2 | 10-3 | 10-4 | 10-5 | ||
| -3 | 90 | 100 | 100 | 95 | 90 |
| -5 | 20 | 65 | 65 | 40 | 30 |
| -7 | 10 | 20 | 20 | 15 | 10 |
| -10 | 0 | 10 | 10 | 5 | 0 |
Пример 6.
Четырехдневные проростки кукурузы гибрид Краснодарский 303, одинаковые по размерам, в течение 2 суток доращивали на дистиллированной воде - контрольные, а опытные - на растворах ПВ с концентрацией 10-5-10-2 М. Затем проростки переносили в холодильную камеру с температурой +2°С на 15 часов для закалки, после чего помещали в морозильные камеры с температурой -3, -5, -7 и -10°С на 30 часов, после размораживания при +2°С в течение 10 часов их доращивали на среде без ПВ в течение 10 суток. Полученные результаты представлены в таблице 3.
| Таблица 3 | |||||
| Количество (%) живых растений кукурузы в зависимости от концентрации ПВ и температуры промораживания (время промораживания 30 часов). | |||||
| Температура °С | Контроль | Концентрация ПВ моль/л | |||
| 10-2 | 10-3 | 10-4 | 10-5 | ||
| -3 | 28 | 55 | 50 | 40 | 30 |
| -5 | 7 | 25 | 25 | 20 | 10 |
| -7 | 0 | 5 | 5 | 0 | 0 |
| -10 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
Как видно из приведенных результатов, обработка проростков ПВ в концентрации 1·10-5 М не была эффективной; промораживание проростков при -10°C привело к полной гибели проростков в контроле и к незначительной (10-15%) выживаемости опытных растений пшеницы. Промораживание растений при -3°С для пшеницы не было губительным - подавляющее количество проростков (исключение - 10% в контроле) оставались жизнеспособными на всем протяжении эксперимента. После промораживания проростков пшеницы при -5°С в течение 24 и 48 часов к 10 суткам доращивания на свету среди контрольных оставались живыми 20-30% растений, в опыте у 60-75% растений наблюдали хорошо развитый корень, зеленый гипокотель, а затем и зеленый настоящий лист. Кукурузные проростки оказались менее стойкими.
Одним из объяснений механизма защитного действия ПВ при низкотемпературных стрессах может быть представление о том, что криорезистентность растений зависит от соотношения в клетках свободной и связанной воды. Нами в специальных экспериментах показано, что обработка проростков зерновых растворами ПВ увеличивает в растительных клетках содержание связанной воды и одновременно уменьшает содержание свободной воды
Таким образом, предложено эффективное и экологически чистое средство для защиты растений от действия отрицательных температур, дешевое, удобное и простое в применении. Достаточно допосевной обработки семян, обработки среды культивирования растений после сева или внекорневой обработки растений при угрозе заморозков. Предложенное средство может быть использовано для повышения морозостойкости зерновых культур (как озимых, так и яровых), озимого чеснока, многолетних растений, растений подзимнего сева.
Средство для повышения морозоустойчивости растений, включающее водный раствор биологически активного ингредиента, отличающееся тем, что в качестве биологически активного ингредиента оно содержит пероксид водорода в концентрации 1·10-4-1·10-2 М (3,4·10-3-3,4·10-1 г/л).
