Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН ЯЧМЕНЯ

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к растениеводству, и может быть использовано для предпосевной обработки семян ячменя с целью повышения всхожести семян и развития растений на ранних этапах развития.

Проблема обеспечения молодого растения на протяжении периода прорастания семени необходимыми веществами в активной и доступной форме остается актуальной в течение многих лет. В настоящее время требуются новые методы и подходы для ее решения. Среди современных разработок подобного плана известна запатентованная в США технология предпосевной обработки семян экологически безопасными многокомпонентными полифункциональными наносистемами - наночипами, включающими в своем составе модифицированные природные компоненты (производные модифицированных минералов, активных углей, олиго-, поли- и аминосахаридов, олигохитозанов и препаратов на их основе) и другие физиологически активные вещества [Ruban I.N., Voropaeva N.L., Figovsky О.L. et.al. / Biologically active multifunctional nanochips and method application thereof for production of high-quality seed // Patent US 2459518. - GAU: 3644, USA. - 2012; Voropaeva N., Karpachev V., Varlamov V., Figovsky O. Influence of efficient, multicomponent, polyfunctional, physiologically active (nano) chips with herbicide activity on rice crop growth, development, yield and on weed growth inhibition // International Letters of Chemistry, Physics and Astronomy. 2014. N7. P. 62-68].

Из источников патентной информации известен способ предпосевной обработки семян ячменя, включающий бактериальное воздействие на семена путем предпосевной инокуляции, отличающийся тем, что воздействие осуществляют штаммом 10 Agrobacteium radiobacter Д-325, депонированным в коллекции Всероссийского научно-исследовательского института сельскохозяйственной микробиологии, см. патент РФ №2214082. Изобретение позволяет повысить урожайность ячменя, снизив при этом токсическое действие повышенного содержания тяжелых металлов в почве на растения.

Известен способ предпосевной обработки семян ячменя, включающий увлажнение семян, обеззараживание семян в электромагнитном поле, отличающийся тем, что семена увлажняют водой с температурой 24°С в течение 10 мин при соотношении семена : вода = 4:1 соответственно, затем обрабатывают в СВЧ-поле с мощностью 540 Вт, экспозицией 60-90 с при конечной температуре семян 46,5-52,3°С, см. патент РФ №2304372. Изобретение обеспечивает повышение качества обработки семян перед посевом, т.е. повышение посевных и фитосанитарных свойств семян за счет их обеззараживания в СВЧ-поле.

Известен способ предпосевной подготовки семян зерновых культур, включающий обработку семян гликолурилом путем их смачивания в протравителях семян с последующим подсушиванием до сыпучего состояния, отличающийся тем, что обработку семян осуществляют свежеприготовленным 0,5%-ным раствором гликолурила, предварительно растворенным в воде при температуре 90-95°С и охлажденным до комнатной температуры (20-25°С) перед использованием, см. патент РФ №2567364. Этот способ предпосевной обработки семян обеспечивает повышение всхожести семян и усиление роста растений на ранних этапах развития.

Известно использование соединений кремния для обработки и подкормки семенного материала [Воронков М.Г., Зелчан Г.И., Луковец Э.Я. Кремний и жизнь. Рига: Зинатне, 1978, 587 с.; Воронков М.Г., Кузнецов И.Г. Кремний в живой природе. Новосибирск: Наука, 1984, 156 с.; Сласти И.В., Ложникова В.Н. Влияние кремния на рост растений и баланс эндогенных фитогормонов ярового ячменя // Агрохимия. 2010. №3. С. 34-39; Сласти И.В. Влияние обработки соединениями кремния семян и вегетирующих растений на продуктивность сортов ярового ячменя // Агрохимия. 2012. №10. С. 51-59; Матыченков В.В., Бочарникова Е.А., Кособрюхов А.А., Биль К.Я. О подвижных формах кремния в растениях // Докл. РАН. 2008. Т. 418. №2. С. 279-281]. Известно, что целый ряд соединений кремния легко поглощается корневой системой растений. Это относится и к водорастворимым силикатам кремния и к некоторым кремнийорганическим соединениям кремния, например эфирам кремниевой кислоты.

Наиболее близким техническим решением является способ, предлагаемый автором [Сласти И.В. Влияние обработки соединениями кремния семян и вегетирующих растений на продуктивность сортов ярового ячменя // Агрохимия. 2012. №10. С. 51-59]. Способ предполагает использование водных растворов низкой концентрации (0,4 масс. %), приготовленных на основе этилового эфира кремниевой кислоты (тетраэтоксисилана Si(OEt)₄ - ТЭОС), для предпосевной обработки семян ярового ячменя (из расчета 1,2 мл на 100 г семян). Было выявлено положительное влияние соединений кремния на продуктивность семенного материала, однако совершенно очевидно, что при такой технологии обработки семян невозможно добиться образования на их поверхности некоторого слоя на основе коллоидного кремнезема или полисилоксановых олигомеров.

Недостатком прототипа, равно как и всех других известных способов предпосевной обработки семян ячменя, является недостаточно эффективное их влияние на прорастание семян, рост корней и проростков.

Целью изобретения является разработка нового эффективного способа предпосевной обработки семян ячменя, обеспечивающего улучшение всхожести семян и способствующего успешному развитию растений на первых стадиях развития.

Сущность заявляемого изобретения как технического решения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше обеспечиваемого изобретением технического результата.

Согласно изобретению способ предпосевной обработки семян ячменя, включающий физико-химическое воздействие на семена, характеризуется тем, что физико-химическое воздействие на семена осуществляют с использованием тетраэтоксисилана Si(OEt)₄ в количестве от 10 до 30 масс. %, который предварительно гидролизуют в водно-спиртовом растворе при недостатке воды в присутствии щелочи с образованием кремнезоля с pH ~7-8.

В кремнезоль, полученный по п. 1, дополнительно вводят раствор необходимых минеральных добавок.

Непосредственный технический результат, достигаемый при использовании совокупности существенных признаков заявленного технического решения, заключается в том, что, используя золь-гель технологию, на поверхности семян формируется некоторое покрытие, структура которого представляет собой кремнеземную или полисилоксановую матрицу, в которую можно дополнительно ввести полезные для растения минеральные вещества. Это облегчает прорастание семян и рост растений на начальном этапе их развития, повышает их конкурентоспособность по отношению к семенам сорняков и защищает семена культурных растений от вредных воздействий. Описанный подход оказался реализуемым, так как у авторов заявленной методики имеется опыт золь-гель синтеза биоактивных покрытий на поверхности как монолитных, так и дисперсных материалов, в том числе с формированием структур типа «ядро-оболочка за счет обработки порошков в легированных кремнезолях [Патент РФ №2382059. Композиция для получения биологически стойкого покрытия / Шилова О.А., Хамова Т.В., Михальчук В.М., Власов Д.Ю., Долматов В.Ю., Франк-Каменецкая О.В., Маругин A.M. / заявл. 21.08.2008; опубл. 20.02.2010, Бюл. №5. - 7 с.; Патент РФ №2381241. Композиция для получения биологически стойкого материала / Шилова O.A., Хамова Т.В., Хашковский С.В., Долматов В.Ю., Власов Д.Ю. / заявл. 21.08.2008; опубл. 10.02.2010, Бюл. №4. - 8 с.]. Авторы имеют также опыт создания кремнийсодержащих органо-минеральных микроудобрений на основе щелочных силикатов для обработки семян и вегетирующих растений [Патент РФ №2515389. Кремнийсодержащее хелатное микроудобрение и способ его получения / Аникина Л.М., Панова Г.Г. / заявл. 29.08.2012, опубл. 10.05.2014. Бюл. №13. - 11 с.; Патент РФ №2541405. Комплексное микроудобрение и способ его получения / Аникина Л.М., Якушев В.В., Синявина Н.Г., Панова Г.Г., Чарыков Н.А., Кескинов В.А., Кескинова М.В., Семенов К.Н. / заявл. 20.06.2013, опубл. 10.02.2015. Бюл. №4. - 12 с.].

Сущность изобретения поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 представлена гистограмма, характеризующая скорость роста проростков у семян ярового ячменя в зависимости от концентрации ТЭОС в кремнезолях, наличия или отсутствия минеральных добавок в сравнении с зерном, обработанным согласно прототипу, на фиг. 2. - гистограмма, характеризующая скорость роста корней у семян ярового ячменя в зависимости от концентрации ТЭОС в кремнезолях, наличия или отсутствия минеральных добавок в сравнении с зерном, обработанным согласно прототипу.

Сравнительная таблица роста проростков семян ячменя и корней представлена в таблице 1.

Осуществление заявленного способа подтверждается следующими примерами его практической реализации.

Для обработки семян были приготовлены три серии пленкообразующих золей, отличающихся содержанием основного пленкообразователя (прекурсора) - Si(OEt)₄ - тетраэтоксисилана (ТЭОС) - 10, 20 и 30% (по синтезу).

Для легирования 1 пленкообразующих кремнезолей во всех трех сериях экспериментов использовались растворы макро- и микроэлементов: N, P, K, Ca, Mg, S, Fe, B, Zn, Cu, Mn и органических кислот.

Приготовление пленкообразующих композиций для предпосевной обработки семян осуществлялось по следующей методике.

Композиции готовили по одностадийной методике щелочного гидролиза ТЭОС при избытке этанола с разной концентрацией по ТЭОС. Для этого последовательно смешивались следующие исходные компоненты EtOH, 0,01 н. KOH, Si(OEt)₄. Для приготовления легированных золей вместо этанола использовался водно-спиртовой раствор микро- и макроэлементов. В результате получали легированные кремнезоли с избыточным количеством этилового спирта со следующими соотношениями основных компонентов (об. %):

10%-ый раствор по ТЭОС: Si(OEt)₄ : EtOH : H₂O : 0,01 н. KOH = 10:85:3:2;

20%-ый раствор по ТЭОС: Si(OEt)₄ : EtOH : H₂O : 0,01 н. KOH = 20:70:6:4;

30%-ый раствор по ТЭОС: Si(OEt)₄ : EtOH : H₂O : 0,01 н. KOH = 30:55:9:6.

Приготовленные вышеописанным образом растворы выдерживались в течение 2 суток перед дальнейшим использованием.

Обработка семян осуществлялась в результате перемешивания 25 семян в 40 мл кремнезоля в течение 10 минут с помощью магнитной мешалки. После обработки семена сушились при комнатной температуре на воздухе (до высыхания) и затем при 30°С в течение 50 минут в сушильном шкафу. Обработанные семена хранились при комнатной температуре в течение 2 суток перед посевом.

Проращивание семян и оценку их ростовых показателей осуществляли по стандартной методике [Методика выполнения измерений всхожести семян и длины корней проростков высших растений для определения токсичности техногенно загрязненных почв М-П-2006 / Федеральный реестр ФР.1.39.2006.02264. Санкт-Петербург, 2009. 16 с.]. В чашки Петри диаметром 10 см вносили предварительно увлажненную до 60% от полной влагоемкости дерново-подзолистую супесчаную почву слоем около 1 см. Поверхность почвы выравнивали и равномерно высаживали семена ярового ячменя сорта «Пиркка» на глубину 1-2 мм. Норма высева - 25 семян на чашку. Повторность опыта - трехкратная. Чашки Петри закрывали крышками и ставили на проращивание в помещение, где температура поддерживалась на уровне 22-25°С. На протяжении 7 суток поддерживали в чашках Петри влажность почвы на уровне 60% от полной влагоемкости посредством ежедневного их взвешивания и добавления необходимого количества воды. Биометрические показатели роста проростков (длина корней и ростков) оценивались на 7-е сутки после высева в тонкий слой почвы.

Средний размер проростков в контроле (для 25 семян) составил 84 мм (таблица 1, фиг. 1) при погрешности 8 мм (т.е. наблюдался большой разброс показателей). А для семян, обработанных в золях, содержащих 20 об. % ТЭОС, без минеральных добавок или с добавкой минерального раствора, составил соответственно 115 мм (для 22 семян, погрешность 4 мм) и 116 мм (для 21 семени, погрешность 5 мм). Таким образом, для семян, обработанных по предлагаемому способу, зафиксированы лучшие показатели и по росту ростков, и по более однородным результатам эксперимента (таблица 1, фиг. 1).

Показатель - рост корней - тоже достаточно интересен в нашем эксперименте. По данным таблицы и гистограмме (фиг. 2) можно оценить рост корней в контроле и для семян, обработанных в кремнезолях. Анализ результатов опытов показывает, что в контроле рост корней составил 49 мм (погрешность 4 мм), для обработанных семян - от 49 до 65 мм (погрешность от 3 до 4). Таким образом, рост корней превышает контроль для золей, особенно для легированных кремнезолей, т.е. дополнительное питание в виде раствора минеральных веществ оказывает положительное влияние на рост корней (таблица 1, фиг. 2).