Способ предпосевной обработки семян сельскохозяйственных растений
Владельцы патента RU 2774420:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина" (RU)
Изобретение относится к области сельского хозяйства. Предложен способ предпосевной обработки семян сельскохозяйственных растений, представляющий собой обработку водным раствором биологически активных веществ, в качестве которых используют водный коллоидный раствор наночастиц железа и кобальта в весовом соотношении 1:1, концентрацией их в рабочей жидкости 0,006-0,02 г/л, стабилизированных 1%-ным полисорбатом-20. При этом водный коллоидный раствор подвергают ультразвуковой диспергации мощностью 300 Вт с частотой 23,74 кГц 5 раз по 5 мин с интервалом 3 мин. Способ обеспечивает повышение энергии прорастания, всхожести и накопления биомассы надземной части и корней проростков. 2 табл., 2 пр.
Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к растениеводству и средствам предпосевной обработки семян сельскохозяйственных растений с целью повышения их урожайности.
В настоящее время накоплен большой объем информации о препаратах и способах предпосевной обработки семян социально значимых видов сельскохозяйственных растений, стимулирующих рост и развитие растений, а также обеспечивающих их защиту от вредителей, различных заболеваний и поллютантов.
В связи с активным развитием нанобиотехнологий в последние годы в качестве стимуляторов роста [Rastogi A., Zivcak M., Sytar O., Kalaji H.M., He X., Mbarki S., Brestic M. Impact of Metal and Metal Oxide Nanoparticles on Plant: A Critical Review //Frontiers in Chemistry. 2017. V. 5. P. 78; Mali S.C., Raj S., Trivedi R. Nanotechnology a novel approach to enhance crop productivity // Biochemistry and Biophysics Reports. 2020. V. 24, Art. No 100821] и средств защиты растений [Патент RU 2463758 C2, МПК A01C 1/00, дата публикации 20.10.2012; патент RU 2539861 C1, МПК A01C 1/06, A01H 1/04, A01G 7/00, B82Y 99/00, дата публикации 27.01.2015] стали рассматривать наночастицы металлов и их оксидов. Применение наноразмерных форм, в отличие от хелатных и ионных форм микроэлементов обладают большей удельной поверхностью и высокой проникающей способностью, что способствует ускорению их транспорта в эндосперм семени и увеличению биологической активности. Кроме того, растворимые соли быстро вымываются из почвы и растений, в то время как наночастицы могут проникать в семена, становясь пролонгированным источником микроэлемента.
Из уровня техники известно техническое решение, заключающееся в обработке семян лапчатки гусиной суспензией ультрадисперсного порошка Fe, Cu или Co с размером частиц 20-50 нм в дозе 0,03 г на гектарную норму высева. Авторами показано, что ультрадисперсные порошки металлов стимулируют рост и развитие лекарственных растений. При обработке семян растений порошками не изменилось содержание данных металлов в почве. Действие порошков увеличивает всхожесть, энергию прорастания и урожайность на 25,5-32,1%. [Чурилов Г.И. Влияние нанопорошков железа, меди, кобальта в системе почва - растение // Вестник ОГУ №12 (106). - 2009. - С. 148-151].
Известен способ предпосевной обработки семян козлятника восточного Galega orientalis Lam [Патент RU 2627556 C1, МПК А01С 1/00, дата публикации: 08.08.2017], в котором семена скарифицируют и обрабатывают стимулятором роста гиббереллином ГАЗ в концентрации менее 0,001 мас.% и суспензией наночастиц Fe в концентрации 0,002-0,008 мас.% в смеси нейтрального католита рН 9 и Eh=-350…-400 мВ с водопроводной водой рН 8, Eh=+200…+250 мВ в соотношении 1:5 в вакуумной среде при давлении 650-680 мм рт. ст. с одновременным перемешиванием в барабане с частотой вращения 10 об/мин в течение 30-45 мин. Способ обеспечивает активацию проращивания семян и повышение их энергии прорастания.
Недостатками данного изобретения является необходимость дополнительной обработки гиббереллином ГАЗ и скарификация семян. Кроме того, в способе предлагается достаточно сложная схема обработки семян, включающая вакуумную среду и давление.
Известен способ предпосевной обработки семян яровой сильной пшеницы [патент RU 2700616 C1, МПК A01C 1/06, A01C 1/08, дата публикации 18.09.2019], включающий предпосевную обработку посевного материала водной суспензией биологически активных наночастиц оксида кремния и железа, размером соответственно 40,9±0,6 и 90±0,5 нм в процентном соотношении, равном 60 на 40 при дозировке не менее 0,001 масс. % в смеси со стабилизированным ЭХА водным католитом с рН 8 и Eh=-400÷-500 мВ, полученную в вакуумной среде при давлении 650-680 мм рт.ст. с одновременным перемешиванием в барабане с частотой вращения 10 об/мин в течение 10-20 мин. Предлагаемый способ предпосевной обработки семян обеспечивает повышение энергии прорастания, всхожести и морфологических показателей проростков пшеницы.
Недостатком данного изобретения, как и предыдущего, является применение сложной схемы обработки семян, включающей вакуумную среду и давление.
Известен способ предпосевной обработки семян пшеницы Triticum aestivum [патент RU 2582499 C1, МПК A01C 1/00, дата публикации 27.04.2016], включающий предпосевную обработку посевного материала водной суспензией наночастиц железа в концентрации 0,035-0,0087% в электрохимически активированном катодном растворе с рН 8-9 и редокс-потенциалом -350…-400 мВ, стабилизированном желатином в концентрации не менее 0,01 мас. %.
Недостатком данного изобретения является применение электрохимически активированном катодном раствора, процесс получения которого относится к крайне неравновесным.
Известен способ выращивания зеленых гидропонных кормов с использованием наноматериалов [патент RU 2623471 C2, МПК A01C 1/00, B82B 1/00, дата публикации 26.06.2017], включающий предварительную обработку семян электрохимически активированной катодной водной суспензией наночастиц комплекса железо-кобальт размером 62,5±0,6 нм, синтезированного методом высокотемпературной конденсации на установке Ми-ген-3 при процентном соотношении железа к кобальту, равном 70 на 30, и вводится в дозировке к раствору при замачивании 0,001 мас. %, при этом при аэрации корневой системы и непосредственно растений в течение их вегетации используется электрохимически активированная катодная вода с рН 7-8 и Eh=-350…-400 мВ, стабилизированная желатином в концентрации не менее 0,01 мас. % при постоянном ее принудительном барботаже кислородом воздуха. Способ позволяет повысить активацию прорастания семян и урожайность.
Недостатком изобретения является необходимость создания специальных условий для обработки семян, включая барботаж кислородом, что не позволяет использовать изобретение без дополнительного переоборудования.
Известно средство стимулирования роста сельскохозяйственных культур, преимущественно пшеницы [RU 2635103 C1, МПК A01C 1/06, дата публикации 9.11.2017], представляющее собой водный раствор наночастицы железа и оксида кремния в весовом соотношении 1:1, концентрацией их в рабочей жидкости 5*10-5-10*10-5г/л.
Недостатком данного изобретения является неравномерность обработки семян при их замачивании ввиду нестабильности применяемых суспензий, а в случае распыления на полях - высокая стоимость обработки за счет высокой стоимости исходных наночастиц.
Известно средство и способ для предпосевной обработки семян сельскохозяйственных растений [RU 2735268 C1, МПК A01C 1/06, дата регистрации 29.10.2020], представляющее собой водную суспензию наночастиц меди и/или кобальта сферической формы размером 20-40 нм и полисахаридного комплекса, выделенного из травы горца птичьего и воды. При этом компоненты перемешивают в течение 15 минут при помощи ультразвуковой обработки мощностью не менее 300 Вт с частотой 23,74 кГц, полученный нанокомпозит осаждают этанолом, промывают ацетоном и сушат. Изобретение обеспечивает получение высокоэффективного средства для предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур.
Недостатком средства является необходимость использования специфического полисахаридного комплекса, выделенного из травы горца птичьего, что усложняет его использование в больших масштабах.
В качестве ближайшего аналога было выбрано средство стимулирования роста яровой пшеницы [Патент RU 2705272 C1, МПК A01C 1/06, дата публикации 6.11.2019], представляющее собой водный раствор наночастицы железа и молибдена при диаметре наночастиц от 90 до 110 нм для железа и от 100 до 120 нм для молибдена, в весовом соотношении 1:1, концентрацией их в рабочей жидкости 1*10-4-5*10-4г/л. Обработку семян проводят путем замачивания в течение 30 мин с последующим высушиванием. Изобретение обеспечивает повышение энергии прорастания, всхожести и повышение жизнестойкости растений.
Недостатком данного изобретения является необходимость в дополнительных манипуляциях по замачиванию и высушиванию семян, а также неравномерность обработки семян при их замачивании ввиду нестабильности применяемых суспензий.
Технический результат заключается в повышении энергии прорастания, всхожести и накоплении биомассы надземной части и корней проростков, что важно при возделывании сельскохозяйственных культур, а также расширении ассортимента эффективных биологически активных веществ для предпосевной обработки семян.
Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе предпосевной обработки семян сельскохозяйственных растений, включающем обработку семян перед посевом биологически активным коллоидным раствором, в качестве которого используют водную композицию наночастиц железа с размером частиц 25-35 нм и кобальта с размером частиц 25-35 нм в весовом соотношении 1:1 в концентрации их в рабочей жидкости 0,006-0,02 г/л, стабилизированных 1%-ным полисорбатом-20.
Исходными компонентами для приготовления биологически активного коллоидного раствора являются:
- наночастицы железа с размером частиц 25-35 нм и площадью удельной поверхности 25 м2/г;
- наночастицы кобальта с размером частиц 25-35 нм и площадью удельной поверхности 22 м2/г;
- полисорбат-20 - Полиоксиэтилен (20) сорбитан монолаурат с коммерческим названием Tween 20, производителя Sigma-Aldrich, США;
- дистиллированная вода.
Для приготовления коллоидного раствора в сосуд с дистиллированной водой добавляют точные навески наночастиц железа и кобальта. Для получения стабильного коллоидного раствора добавляют 1 % полисорбата-20, после чего помещают в ультразвуковую ванну и подвергают ультразвуковой диспергации мощностью 300 Вт с частотой 23,74 кГц 5 раз по 5 мин с интервалом 3 мин. Данный режим позволяет получить стабильный коллоидный раствор и избежать нагрева раствора.
Возможность реализации заявляемого изобретения подтверждается следующими примерами.
Пример 1
Для оценки эффективности заявляемого способа проводили опыты на ячмене яровом сорта «Эксплоер». Семена опрыскивали приготовленным коллоидным раствором наночастиц железа и кобальта в весовом соотношении 1:1 в концентрации их в рабочей жидкости 0,006-0,02 г/л, стабилизированных 1%-ным полисорбатом-20 и оставляли на 10 мин на воздухе для подсушивания. В чашки Петри клали по 50 шт. семян ячменя, обработанных коллоидным раствором наночастиц железа и кобальта. Контрольная группа - семена без обработки. Опыты проводили в трехкратной повторности. В соответствии с ГОСТ 12038-84 на 3-й день определяли энергию прорастания семян, на 7-ой день опыта семена промывали проточной водой, промокали бумажным полотенцем и определяли всхожесть и морфометрические характеристики проростков. Для определения энергии прорастания отделяли проросшие, гниющие, набухшие семена и подсчитывали. К всхожим семенам относили только проросшие семена. У нормально проросших семян в каждой пробе замеряли с помощью линейки в мм отдельно длину ростков и длину корешков.
Усредненные по трем повторностям результаты опыта представлены в Таблице 1.
| Таблица 1. Энергия прорастания, всхожесть и морфометрические характеристики ячменя ярового обработанного суспензией с наночастицами (НЧ) | |||||
| Группа | Энергия прорастания, % | Всхожесть, % | Корень, шт | Корень, мм | Росток, мм |
| НЧ Fe+Co 0,006 г/л | 88 | 85,3 | 4,65 | 47,27 | 33,03 |
| НЧ Fe+Co 0,02 г/л | 92,7 | 91,4 | 5,13 | 47,69 | 45,7 |
| Контроль | 78 | 77,4 | 4,53 | 46,97 | 31,63 |
Результаты показывают, что предлагаемый способ предпосевной обработки семян позволяет увеличить энергию прорастания и всхожесть ярового ячменя на 8-15%, а длину зеленой части растения на 4,5-44,5%, что подтверждает его эффективность.
Пример 2
Для оценки эффективности заявляемого способа проводили опыты на сое сорта «Аннушка». Семена опрыскивали приготовленным коллоидным раствором наночастиц железа и кобальта в весовом соотношении 1:1 в концентрации их в рабочей жидкости 0,006-0,02 г/л, стабилизированных 1%-ным полисорбатом-20 и оставляли на 10 мин на воздухе для подсушивания. В чашки Петри клали по 50 шт. семян сои, обработанных коллоидным раствором наночастиц железа и кобальта. Контрольная группа - семена без обработки. Опыты проводили в трехкратной повторности. В соответствии с ГОСТ 12038-84 на 3-й день определяли энергию прорастания семян, на 7-ой день опыта семена промывали проточной водой, промокали бумажным полотенцем и определяли всхожесть и морфометрические характеристики проростков. Для определения энергии прорастания отделяли проросшие, гниющие, набухшие семена и подсчитывали. К всхожим семенам относили только проросшие семена. У нормально проросших семян в каждой пробе замеряли с помощью линейки в мм длину проростков.
Усредненные по трем повторностям результаты опыта представлены в Таблице 2.
| Таблица 2. Энергия прорастания, всхожесть и морфометрические характеристики сои, обработанной суспензией с наночастицами (НЧ) | |||
| Группа | Энергия прорастания, % | Всхожесть, % | Проросток, мм |
| НЧ Fe+Co 0,006 г/л | 90,1 | 89,5 | 39,5 |
| НЧ Fe+Co 0,02 г/л | 93,2 | 93,1 | 43,3 |
| Контроль | 80,1 | 79,8 | 35,9 |
Результаты показывают, что предлагаемый способ предпосевной обработки семян позволяет увеличить энергию прорастания и всхожесть ярового ячменя на 9-13,3%, а длину проростков на 10-20,5%, что подтверждает его эффективность.
Способ предпосевной обработки семян сельскохозяйственных растений, представляющий собой обработку водным раствором биологически активных веществ, отличающийся тем, что в качестве биологически активных веществ используют водный коллоидный раствор наночастиц железа и кобальта в весовом соотношении 1:1, концентрацией их в рабочей жидкости 0,006-0,02 г/л, стабилизированных 1%-ным полисорбатом-20, который подвергают ультразвуковой диспергации мощностью 300 Вт с частотой 23,74 кГц 5 раз по 5 мин с интервалом 3 мин.
