Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРЕРЫВАНИЯ ПЕРИОДА ЕСТЕСТВЕННОГО ПОКОЯ КЛУБНЕЙ КАРТОФЕЛЯ И УСКОРЕНИЯ ИХ ПРОРАСТАНИЯ

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к способам прерывания периода естественного покоя клубней картофеля и ускорения их прорастания.

Картофель (Solanum tuberosum) - одна из наиболее распространенных с/х культур, имеет все более возрастающую значимость как ценная техническая культура (источник крахмала, спирта и др.) и является незаменимой по калорийности пищевой культурой. Множество исследований посвящено исследованию биологических особенностей картофеля. В настоящее время актуальным является исследование физиологических жизненных циклов картофеля с целью разработки методов прерывания периода естественного покоя клубней, стимулирования их прорастания и активации пробуждения наибольшего количества глазков для получения нескольких высоких урожаев за один год.

Для биологически активного воздействия на клубни картофеля используют различные по природе воздействия способы стимулирования их прорастания. Картофель обрабатывают либо физическими методами: воздействуют на клубни магнитным полем (RU 2058698, A01C 1/00, 27.04.1996), электрическим (SU 1134127, A01C 1/00, 15.01.1985), электромагнитным (RU 2088066, A01C 1/00, 27.08.1997; RU 2175826, A01C 1/00, 20.11.2001), плазмой газового разряда (RU 2293456, A01C 1/00, 20.02.2007), либо обрабатывают клубни химическими соединениями, например, RU 2101277, C07C 251/24, C07D 213/53, A01N 43/40, 10.01.1998; US 4119667, A01N 35/08, A01N 35/00, С07С 119/00, 10.10.1978. Во всех указанных известных способах соответствующую обработку картофеля производят непосредственно перед посадкой, когда период глубокого покоя клубней уже закончился.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ ускорения прорастания клубней картофеля, описанный в патенте RU 2172099, A01G 1/00, A01N 59/00, A01C 1/00, 20.08.2001 (прототип). Авторы предлагают в качестве средства, стимулирующего прорастание картофеля, применять водный раствор, содержащий пероксид водорода (ПВ), а именно использовать 10%-ный водный раствор пероксисольвата карбоната натрия (Na₂CO₃·1,5H₂O₂), смешанный для загущения с 2%-ным водным раствором метилцеллюлозы.

Впервые применять разбавленные водные растворы перекиси водорода для обработки семян перед посевом для повышения всхожести и интенсивности прорастания было предложено Мюллером в 1933 г. для семян пшеницы (пат. США 1927988, 26.09.33, пат. США 1962996, 12.06.34), о чем сообщается в книге: У. Шамб, Ч. Сеттерфилд, Р. Вентворс «Перекись водорода», М., ИЛ, 1958, с.515-516. Затем появились исследования на других растениях (Корзинников Ю.С. Экологически безопасные средства защиты растений. Вестник РАСХН. 1997, №2, с.44-47; Апашева Л.М., Комиссров Г.Г. Влияние пероксида водорода на развитие растений. Изв. РАН, сер. биол. 1996, №5, с.621-623). В отличие от большинства известных стимуляторов роста растений, которые токсичны, небезопасны при использовании и неблагоприятно сказываются на экологической обстановке, ПВ является экологически безопасным и нетоксичным высокоэффективным стимулятором роста.

Недостатками способа-прототипа является высокое содержание ПВ (теоретически до 32,5 г/л) в используемом для обработки картофеля водном растворе, а главное, способ нельзя использовать для прерывания периода естественного покоя клубней картофеля - как и в других известных способах ускорения прорастания клубней картофеля, обработку картофеля по способу-прототипу проводят непосредственно перед посадкой после окончания периода естественного покоя клубней, что исключает возможность получения нескольких урожаев за один год.

Задачей изобретения является разработка такого способа ускорения прорастания клубней картофеля, который одновременно обеспечит прерывание периода естественного покоя клубней картофеля, что позволит получать несколько урожаев за один год.

Решение поставленной задачи достигается предлагаемым способом ускорения прорастания клубней картофеля путем биологически активного воздействия, включающего обработку картофеля водным раствором, содержащим пероксид водорода, в котором биологически активное воздействие на клубни картофеля осуществляют непосредственно после уборки урожая, что обеспечивает прерывание периода естественного покоя клубней картофеля и их ускоренное прорастание, для чего клубни картофеля сначала обрабатывают водным раствором пероксида водорода в концентрации 1·10^-4-1·10^-3 М (3,4·10^-3-3,4·10^-2 г/л), подсушивают и затем обрабатывают 5-10%-ным водным раствором окисленного крахмалсодержащего продукта, полученного окислением отходов кукурузного производства в калиевом щелочном растворе в присутствии катализатора, имеющим pH 7,0-7,5.

В предлагаемом способе применяют последовательную двухэтапную обработку клубней картофеля водными растворами двух биологически активных веществ - сначала водным раствором ПВ с последующим подсушиванием, затем водным раствором окисленного крахмалсодержащего продукта - калиевой формы окисленного кукурузного крахмала (ОКК).

ПВ, как уже упоминалось выше, является экологически безопасным и нетоксичным высокоэффективным стимулятором роста, ОКК также не токсичен и экологически безопасен, легко разлагается в почве на полезные для растений соединения, дополнительно к биологической активности защищает клубни от повреждений, так как обладает прекрасными клеящими свойствами и высокой адгезией к поверхности клубней. В заявленном способе используют 5-10%-ный водный раствор ОКК, который готовят разбавлением водного раствора исходного водорастворимого продукта, получаемого окислением крахмалсодержащего кукурузного сырья кислородом или воздухом в растворе гидроксида калия в присутствии катализатора по известному способу, описанному в патенте RU 2017750, С08В 30/18, C09J 103/02, 15.08.1994.

Предлагаемый способ был испытан на двух сортах картофеля: «Удача» (сорт получен во ВНИИКХ, раннеспелый, устойчив к типичным вирусным болезням) и «Кураж» (выведен в Голландии, среднеранний, устойчив к вирусным заболеваниям, засухоустойчив). Для эксперимента отбирали клубни, калиброванные по величине поперечного диаметра 30-40 мм. Вызревшие здоровые клубни после выкопки из почвы промывали водой и высушивали. Опытные образцы обрабатывали водным раствором ПВ в концентрации 1·10^-4-1·10^-3 М (3,4·10^-3-3,4·10^-2 г/л), подсушивали и затем обрабатывали 5-10%-ным (50-100 г/л) водным раствором ОКК с pH 7,0-7,5. Контролем служили клубни картофеля, обработанные только водой. Далее опытные и контрольные образцы закладывали в темные камеры с температурой 8-10°C.

Тестирование проводили через 30-70 суток после начала эксперимента. Оценивали количество проросших клубней, тургор клубня, сохранность кожицы, подсчитывали количество проросших почек в глазках, учитывали величину ростков - будущих продуктивных побегов. Кроме того, методом ПМР в контрольных и опытных образцах исследовали изменение времени спин-спиновой релаксации T₂ внутриклеточной воды и определяли количественное соотношение свободной и связанной внутриклеточной воды. Для ПМР-исследований из центра клубня вырезали образцы весом 0,4 г и помещали их в закрытую ампулу с диаметром 10 мм. Измерение времени спин-спиновой релаксации T₂ проводили на приборе МИНИСПЕК PC 120 с рабочей частотой по протонам 20 МГц.

Пример 1.

Клубни картофеля сорта «Удача» обрабатывали водным раствором ПВ в концентрации 1·10^-3 М (3,4·10^-2 г/л), подсушивали и далее обрабатывали 7%-ным (70 г/л) водным раствором ОКК с pH 7,0. Обработанные и контрольные клубни помещали в темную камеру с температурой +8°C. На 30-е сутки инкубации проводили подсчет количества проросших клубней картофеля с наклюнувшимися глазками и почками размером 1 мм. В контроле проросших клубней было 5%, а в опыте - 51%.

Методом ПМР измеряли время спин-спиновой релаксации T₂ в контрольных и опытных образцах и определяли процентное соотношение количеств свободной и связанной внутриклеточной воды. В опытных образцах наблюдали уменьшение времени спин-спиновой релаксации T₂ на 33% по отношению к контролю. Это свидетельствует об уменьшении подвижности протонов внутриклеточной воды, то есть об усилении взаимодействия внутриклеточной воды с неводными клеточными структурами, в результате количество свободной внутриклеточной воды уменьшается, что характерно для клубней, вышедших из периода естественного покоя.

Пример 2 (контрольный).

Клубни картофеля сорта «Удача» обрабатывали аналогично примеру 1, но ПВ использовали в концентрации 1·10^-5 М (3,4·10^-4 г/л). На 30-е сутки инкубации провели подсчет количества проросших клубней с наклюнувшимися глазками. В контроле проросших клубней было 5%, а в опыте - 14%.

Пример 3 (контрольный).

Клубни картофеля сорта «Удача» обрабатывали аналогично примеру 1, но ПВ использовали в концентрации 1·10^-2 М (3,4·10^-1 г/л). На 30-е сутки инкубации провели подсчет количества проросших клубней с наклюнувшимися глазками. В контроле проросших клубней было 5%, а в опыте - 7%.

В опытных образцах методом ПМР наблюдали уменьшение времени спин-спиновой релаксации T₂ на 5% по отношению к контролю.

Пример 4.

Клубни картофеля сорта «Удача» обрабатывали аналогично примеру 1 и помещали в темную камеру с температурой +8°C. На 50-е сутки инкубации вели учет количества проросших клубней с ростком размером более 2 мм. В контрольных образцах таких клубней было 13%, в опыте - 45%.

В опытных образцах методом ПМР наблюдали уменьшение времени спин-спиновой релаксации T₂ на 37% по отношению к контролю.

Пример 5 (контрольный).

Клубни картофеля сорта «Удача» обрабатывали аналогично примеру 1, но водный раствор ОКК с pH 7,0 использовали в концентрации 12% (120 г/л). На 50-е сутки инкубации вели учет количества проросших клубней с ростком размером более 2 мм. В контрольных образцах таких клубней было 12%, в опыте - 46%.

Пример 6 (контрольный).

Клубни картофеля сорта «Удача» обрабатывали аналогично примеру 1, но водный раствор ОКК с pH 7,0 использовали в концентрации 4% (40 г/л). На 50-е сутки инкубации вели учет количества проросших клубней с ростком размером более 2 мм. В контрольных образцах таких клубней было 13%, в опыте - 26%.

Пример 7.

Клубни картофеля сорта «Удача» обрабатывали водным раствором ПВ в концентрации 1·10^-4 М (3,4·10^-3 г/л), подсушивали и далее обрабатывали 5%-ным (50 г/л) водным раствором ОКК с pH 7,5. Обработанные и контрольные клубни помещали в темную камеру с температурой +10°C. Учет проросших клубней с ростками величиной 20 мм вели на 69-е сутки инкубации, в контроле их не обнаружено, в опыте определено 37% проросших клубней с ростками около 20 мм.

Пример 8.

Клубни картофеля сорта «Кураж» обрабатывали водным раствором ПВ в концентрации 1·10^-4 М (3,4·10^-3 г/л). ОКК применяли в концентрации 100 г/л (10%), pH 7,0. На 70-е сутки инкубации в контроле определено 20% проросших клубней, имеющих по одному ростку величиной 1-2 мм. В опыте проросло 87% клубней, количество клубней, имеющих 1-2 ростка величиной более 2 мм, составило 65%.

Исследование влияния концентрации ПВ от 1·10^-5 до 1·10^-2 моль/л на эффективность прерывания периода покоя клубней картофеля и стимулирование их прорастания показало (см. контрольные примеры 2 и 3), что концентрация ПВ 1·10^-5 М недостаточно эффективна, а концентрация 1·10^-2 М уже тормозит прорастание клубней.

Исследование влияния концентрации ОКК за рамками заявленного интервала показало (контрольные примеры 5 и 6), что использование ОКК в концентрации выше 10% не приводит к повышению эффективности предлагаемого способа, а концентрация ниже 5% менее эффективна, что связано, по-видимому, с неравномерным покрытием поверхности клубней пленкой ОКК. Использование кислого водного раствора ОКК - с pH<7 - неблагоприятно сказывается на развитии нежных ростков в глазках клубня вплоть до их гибели, а повышение pH до 8 уже тормозит прорастание клубней картофеля.

Таким образом, из приведенных примеров видно, что предлагаемый способ позволяет прерывать период естественного покоя клубней картофеля и существенно ускорять их прорастание, что создает возможность получения нескольких урожаев за один год.