Способ повышения урожайности зерновых культур

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ повышения урожайности яровой и озимой пшеницы включает предпосевную обработку семян замачиванием в коллоидном водном растворе фуллерена С60 концентрации 10-9 М, причем замачивание проводят при массовом отношении указанного раствора фуллерена к семенам, равном 1:1, в течение 5-12 ч при естественном освещении, после чего обработанные семена высевают в грунт или высушивают до воздушно-сухого состояния при отложенном высеве. Изобретение позволяет повысить урожайность зерновых культур. 3 табл., 2 пр.

 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, конкретно к агрохимии, а именно к способу повышения урожайности растений на малоплодородных почвах без внесения удобрений посредством предпосевной обработки семян коллоидным водным раствором фуллерена.

Создание эффективных, экологически безопасных, относительно недорогих и несложных в применении препаратов для повышения продуктивности сельскохозяйственных и декоративных растений - актуальное современное направление научного поиска, особенно для зоны рискованного земледелия, к которой относится большая часть нечерноземной зоны Русской равнины из-за неплодородных почв и неблагоприятных погодных условий.

Перспективы тности с водорастворимыми производными фуллеренов, большинство из которых состаполучения таких препаратов с 2000-х годов связывают с углеродными наноматериалами, в часвляют соединения с гидроксильными, карбоксильными и аминогруппами [Пиотровский Л.Б., Киселев О.И. Фуллерены в биологии. СПб., 2006; Semenov K.N, Charykov N.A., Keskinov V.A. // J. Chem. Eng. Data, 2011, 56, 230-239]. Особенности и механизмы влияния водорастворимых производных фуллеренов на растения в агро- и экосистемах практически не изучены, так как эти исследования только начинают активно развиваться, но уже установлено положительное влияние на рост, развитие и продуктивность риса, редиса, репчатого лука, горькой дыни, арбуза, пшеницы, ячменя [Kole С, Kole Р., Randunu К.М., Choudhary P., Podila R., Ke P.C., Rao A.M., Marcus R.K. // BMC Biotechnology, 2013, 13, article 37: 37-58; Husen A., Siddiqi K.S. // Journal of Nanobiotechnology, 2014, 12, article 16: 1-19; Панова Г.Г., Канаш E.B., Семенов K.H., Чарыков Н.А., Хомяков Ю.В., Аникина Л.М., Артемьева A.M., Корнюхин Д.Л., Вертебный В.Е., Синявина Н.Г., Удалова О.Р., Блохина С.Ю. // Сельскохозяйственная биология, 2018, 53 (1), 38-49; Игуменова Т.И., Чичварин А.В., Синявин М.С., Едина А.С.// Патент РФ №2581658, 20.04.2016, Бюл. №11].

Однако многие из водорастворимых производных фуллеренов токсичны и способны накапливаться во всех частях растений [Kole С, Kole P., Randunu К.М., Choudhary P., Podila R., Ke P.C., Rao A.M., Marcus R.K. // BMC Biotechnology, 2013, 13, article 37: 37-58].

Незамещенные фуллерены обладают низкой токсичностью и коммерчески доступны, но они практически нерастворимы в воде, поэтому их не рассматривали в качестве препаратов для повышения продуктивности растений [Gharbi N., Pressac М., Hadchouel М., Wilson S.R., Moussa F. // Nano Lett., 2005, 5, 2578-2585]. Ситуация изменилась после разработки в 2015 году простого способа получения концентрированных водных дисперсий немодифицированных фуллеренов [Михеев И.В., Коробов М.В., Волков Д.С., Проскурнин М.А. // Патент РФ №2570083, 10.12.2015. Бюл. №34].

В 2019 году было продемонстрировано влияние коллоидного водного раствора фуллерена С60 на улучшение прорастания семян и увеличение урожайности пшеницы [Ямскова О.В., Кондратьева В.В., Воронкова Т.В., Олехнович Л.С., Бидюкова Г.Ф., Енина О.Л., Карташов М.И., Курилов Д.В., Егоров А.С, Ямсков И.А., Бондарева ТА., Бондарев Н.И. // Научные основы пищевых технологий, 2019, №3 (56), 39-45]. В этой работе был предложен способ повышения урожайности, в котором для использования в полевом опыте проводят предпосевное выдерживание семян в пяти- или шестикратном по массе количестве коллоидного водного раствора фуллерена С60 с концентрацией 10^-9 М в течение 24 ч и последующий посев малогабаритной сеялкой. Указанный способ по ряду существенных признаков близок к заявляемому и был выбран в качестве прототипа заявляемого изобретения.

Применение способа-прототипа в сельскохозяйственной практике ограничивается его существенными недостатками: большим расходом коллоидного водного раствора фуллерена С60 и значительным временем обработки семян, составляющем 24 ч. Семена зерновых культур за 24 ч замачивания способны сформировать ростки длиной до 5 мм (в зависимости от температуры среды), которые сильно повреждаются при механизированном посеве.

Задачей заявляемого изобретения является разработка эффективного способа повышения урожайности зерновых культур, применимого для механизированного посева, посредством предпосевной обработки семян коллоидным водным раствором фуллерена.

Задача решается способом повышения урожайности зерновых культур посредством предпосевной обработки семян коллоидным водным раствором фуллерена, например С60, концентрации 10^-9 М, причем замачивание семян проводят при массовом отношении раствора фуллерена к семенам, равном 1:1, в течение 5-12 ч при естественном освещении, после чего обработанные семена сразу высевают в грунт или высушивают до воздушно-сухого состояния при отложенном высеве.

В качестве тест-объектов использовали семена яровой пшеницы сорта Лада и озимой - сорта Рубежная, для обработки семян - 10^-9 М коллоидный водный раствор фуллерена С60, который получали разбавлением дистиллированной водой насыщенного коллоидного водного раствора фуллерена С60, в свою очередь полученного ультразвуковым воздействием (ультразвуковая ванна с рабочей частотой 42 кГц и мощностью 50 Вт) на гетерогенную систему, состоящую из насыщенного раствора фуллерена С60 в толуоле и дистиллированной воды [Михеев И.В., Коробов М.В., Волков Д.С., Проскурнин М.А. // Патент РФ №2570083, 10.12.2015. Бюл. №34; Ямскова О.В., Кондратьева В.В., Воронкова Т.В., Олехнович Л.С, Бидюкова Г.Ф., Енина О.Л., Карташов М.И., Курилов Д.В., Егоров А.С, Ямсков И.А., Бондарева Т.А., Бондарев Н.И. // Научные основы пищевых технологий, 2019, №3 (56), 39-45]. Полевые опыты проводили на малоплодородной почве Москвы и Московской области (зона рискованного земледелия) без применения удобрений.

Был проведен полевой опыт с семенами яровой пшеницы при ручном посеве в параллельные рядки длиной 1 м на опытном участке Главного ботанического сада им. Н.В. Цицина Российской академии наук (ГБС РАН) в Москве. Неожиданно оказалось, что предварительное замачивание семян в течение светового дня в равном по массе количестве раствора фуллерена, соответствующем их влагоемкости, позволило получить прибавку урожая в среднем на 15% за счет роста числа зерен и массы зерна с одного колоса и одного растения (табл.1). Такая же прибавка была получена при использовании способа-прототипа, но для этого потребовалось в 6 раз большее количество раствора фуллерена.

Затем был проведен полевой опыт с семенами озимой пшеницы при механизированном посеве на опытной делянке площадью 10 м отдела отдаленной гибридизации ГБС РАН (Московская область). Замачивание семян вновь проводили при массовом соотношении семена: раствор фуллерена, равном 1:1, на свету, однако сократили срок замачивания до 5 ч. Использование таких условий предпосевной обработки семян позволило увеличить урожай зерна пшеницы на 21% за счет роста основных показателей структуры урожая: длины колоса и количества колосков в нем, количества колосьев на одно растение, числа зерен и массы зерна с одного колоса, массы зерна с одного растения (табл.2). Отметим, что в прототипе при использовании в 5 раз большего количества раствора фуллерена и 24-часового замачивания семян урожайность повысилась только на 15%.

Заявляемое изобретение имеет существенные преимущества перед прототипом при равных и даже лучших результатах по повышению урожайности (см. табл.3):

уменьшение количества используемого фуллерена С60 в 5-6 раз;

сокращение времени замачивания семян с 24 до 5-12 ч, что позволяет избежать их прорастания и повреждения проростков в процессе механизированного сева;

возможность высушивания обработанных семян до воздушно-сухого состояния, что позволяет заранее подготовить для посева партию семян.

Заявляемый способ обеспечивает повышение урожайности пшеницы на 15-21% при существенном уменьшении времени предпосевной обработки семян и количества раствора, используемого для вымачивания семян. Способ может быть использован в зоне рискованного земледелия.

Технический результат - эффективный способ повышения урожайности зерновых культур, применимый для механизированного сева, позволяющий сократить время предпосевной обработки семян и уменьшить расход раствора для вымачивания семян. Результат достигается без применения удобрений.

Отметим, что применение сверхнизкой концентрации действующего вещества для предпосевной обработки семян безопасно для микрофлоры почвы и экосистемы в целом.

Для проведения опытов используют фуллерен С60 (NeoTechProduct, Россия, 99,5%). Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Влияние обработки семян раствором фуллерена С60 на продукционные показатели яровой пшеницы сорта Лада

Порции по 100 шт. семян, помещенные в чашки Петри, заливали каждую 10^у М коллоидным водным раствором фуллерена С60 или дистиллированной водой в объеме 4 мл (что соответствует предварительно определенной влагоемкости этого количества семян) и выдерживали при комнатной температуре и естественном освещении в течение 12 ч. Затем семена из каждой чашки высевали в почву в параллельные рядки длиной 1 м с расстоянием 15 см между рядками на делянки на опытном участке ГБС РАН (Москва) в начале мая 2018 г. После наступления технической спелости семян в начале августа подсчитывали продукционные показатели выросших растений по повторностям, крайние рядки не учитывали. Полученные данные приведены в табл.1.

Пример 2. Влияние обработки семян водным коллоидным раствором фуллерена С60 на урожайность и структуру урожая озимой пшеницы Рубежная в полевом опыте 2019/2020 г.

Семена озимой пшеницы сорта Рубежная замачивали в коллоидном водном растворе фуллерена в концентрации 10^-9 М или в дистиллированной воде (в качестве контроля) из расчета на 200 г семян (в предположении 5 млн. шт. всхожих семян на гектар) 200 мл жидкости (площадь опытной делянки 10 м²), выдерживали на свету в течение 5 ч и просушивали. Посев семян проводили в условиях отдела отдаленной гибридизации ГБС РАН (Московская область) на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве сеялкой СН-16 в рекомендуемые сроки для Московской области. Посев осуществляли в 5-кратной повторности для семян, обработанных водой (контрольный опыт) и исследуемым раствором, соответствующие участки, согласно методике полевого опыта, размещали относительно друг друга рандомизированно (в случайном порядке). Уборку проводили селекционным комбайном Сампо-500 при наступлении фазы полной спелости. Предварительно были отобраны пробные снопы для учета биологической урожайности и структуры урожая по методике Госсорткомиссии. Результаты опыта представлены в табл.2.

Способ повышения урожайности яровой и озимой пшеницы, включающий предпосевную обработку семян замачиванием в коллоидном водном растворе фуллерена С60 концентрации 10^-9 М, отличающийся тем, что замачивание проводят при массовом отношении указанного раствора фуллерена к семенам, равном 1:1, в течение 5-12 ч при естественном освещении, после чего обработанные семена высевают в грунт или высушивают до воздушно-сухого состояния при отложенном высеве.