Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ СТИМУЛЯЦИИ ВСХОЖЕСТИ СЕМЯН ПШЕНИЦЫ

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к растениеводству и нанобиотехнологиям, и может быть использовано для предпосевной обработки семян пшеницы.

К числу основных факторов повышения урожайности и качества сельскохозяйственных культур относятся биологически активные вещества, которые повышают иммунитет растений, улучшают усвоение питательных веществ почвы, стимулируют рост и развитие растений.

Известны различные препараты для стимуляции всхожести семян сельскохозяйственных растений, представляющие собой вещества химического, биологического и минерального происхождения, которые в малых концентрациях влияют на обмен веществ высших растений. К ним относятся препараты, содержащие различные формы селена. Известна основная биохимическая функция селена - участие в построении антиоксидантного фермента и защита организма от действия свободных радикалов, а селенодефицит может вызвать ряд разнообразных заболеваний у человека.

Известен способ увеличения продуктивности и биомассы фасоли под влиянием водного раствора селенита натрия с концентрацией 0,001% после замачивания семян и опрыскивания растений (Усубова Е.З., Жижаев A.M., Миронов П.В. Влияние селена на физиологические показатели и продуктивность фасоли сорта «Сакса» (Phaseolus vulgaris L. // Фундаментальные исследования. - 2012, №3. - С. 257-260).

Известен способ стимуляции роста и развития растений клевера, включающий предпосевную обработку семян водным раствором, содержащим селенат натрия в концентрации 0,001% (пат. РФ №2183394, кл. А01С 1/00, А01С 1/08).

Общим недостатком этих способов является их невысокая эффективность и высокая токсичность селенита и селената натрия.

Известен селенсодержащий препарат ДАФС-25 (производитель: ЗАО Сульфат" г. Саратов), который в 38-40 раз менее токсичен селенита Na, а селен в нем находится в более доступной органической форме. Однако, как указывают сами авторы, его действие на разных стадиях роста и развития растений неоднозначно (Давидчук II.В., Пучнин A.M. Селенсодержащие препараты (ДАФС-25) при возделывании кормовых растений // Фундаментальные исследования. - 2005. - С. 42-43).

Известно положительное влияние на семена сельскохозяйственно-значимых культур суспензии наночастиц селена, полученных путем инжекции в воду под воздействием лазерного импульса большой мощности (Никонов И.Н., Иванов Л.И.. Коваленко Л.В., Фолманис Г.Э. Влияние наноразмерного селена на рост сельсохозяйственно-значимых культур. - Перспективные материалы. - 2009. - №4. - С. 54-57). Наночастицы, полученные физическими методами, в том числе воздействием лазерного импульса, обладают низкой агрегативной устойчивостью и быстро коагулируют. Это значительно снижает их биологическую активность.

Наиболее близким по технической сущности является способ предпосевной обработки семян пшеницы водорастворимой биологически активной композицией наночастиц серебра в альгинате натрия в концентрации 0,1-10,0 мг/л (по серебру) (Пат. UA 87159, кл. A61K 33/38, A61K 31/725, 2013), выбранный в качестве прототипа. Недостатком описанного способа являются невысокие показатели ростовой активности пшеницы.

В основу изобретения поставлена задача ускорения прорастания семян пшеницы, увеличения всхожести и накопления биомассы надземной части и корней проростков, а также расширение ассортимента эффективных биологически активных веществ для предпосевной обработки семян пшеницы.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом способе стимуляции всхожести семян пшеницы, включающем замачивание семян перед посевом в течение 4 ч в растворе биологически активного вещества, в качестве биологически активного вещества используют водорастворимую композицию наночастиц селена в концентрации 1,0-3,0 мг/л (по селену).

Композиция наночастиц селена представляет собой водный раствор наночастиц селена, где в качестве восстановителя используют L-цистеин, а в качестве стабилизатора - альгинат натрия. Действующими веществами этой композиции являются стабильные наноразмерные частицы селена и альгинат натрия. Соотношение селена к альгинату натрия 0,05-0,2.

Альгинат натрия относится к полисахаридам бурых морских водорослей и обладает широким спектром биологической активности (иммуномодулирующей, противоопухолевой, противовоспалительной, противовирусной, противогрибковой), а также не имеет побочных эффектов.

Новизна технического решения заключается в использовании в качестве биологически активного вещества водорастворимой композиции наночастиц селена.

Причинно-следственная связь между отличительными признаками и техническим результатом - ускорением прорастания семян пшеницы, увеличением всхожести и накоплением биомассы надземной части и корней проростков заключается в следующем.

Биологические свойства элемента селена наиболее активно проявляются в состоянии наночастиц. Попадая в биологические объекты, наночастицы селена образуют многочисленные, довольно длительно действующие скопления ионов, которые непрерывно образуются в незначительных концентрациях вокруг каждой частицы. Благодаря этому свойству наночастицы сильно отличаются по своему биологическому воздействию от ионов солей. В отличие от ионных форм наноразмерный селен менее токсичен и обладает пролонгированным действием, которое способствует повышению поглощения минеральных веществ, углеводного обмена, фотосинтеза и дыхания клеток. Таким образом, наноселен способствует защите иммунной системы и повышает сопротивляемость к неблагоприятным факторам внешней среды, благодаря чему происходит ускорение прорастания семян сельскохозяйственных растений, сокращение вегетационного периода, повышение иммунитета растений, снижение их заболеваемости и стимуляция роста и развития, что в конечном итоге обеспечивает повышение урожайности сельскохозяйственных культур.

Как видно из приведенных аналогов, соединения селена, в т.ч. наноселена, полученного другими способами, применялись в растениеводстве, однако особенно хороших результатов достигнуто не было. Механизм достижения высокой урожайности в нашем способе заключается, видимо, в химическом восстановлении селена цистеином и стабилизации альгинатом, что обеспечивает высокую стабильность наночастиц селена, и этот механизм ранее известен не был.

Таким образом, благодаря композиции высокостабильных наноразмерных частиц селена, полученных за счет его химического восстановления цистеином и стабилизацией альгинатом, достигаются особо хорошие результаты в стимулировании показателей ростовой активности пшеницы, решается давно существующая проблема, развивается новое направление применения нанотехнологий в сельском хозяйстве, что говорит в пользу неочевидности технического решения.

Примеры реализации изобретения для заявляемого способа предпосевной обработки семян пшеницы представлены в таблице. Во всех примерах семена пшеницы замачивали в течение 4 часов в растворе композиции наночастиц селена в альгинате натрия, а затем проращивали на фильтровальной бумаге в чашках Петри при температуре 24°С в течение 7 суток. На 7 сутки определяли всхожесть семян и накопление сухой биомассы корней и надземной части растений.

Как видно из данных, приведенных в таблице, максимальные значения всхожести и накопления биомассы проростков пшеницы наблюдалось при концентрации наноселена 1,0-3,0 мг/л (пример 2-4). При этом значительный прирост биомассы корней свидетельствует об усилении адаптивных свойств проростков.

Предложенный способ предпосевной обработки семян пшеницы нанобиокомпозицией на основе селена может быть использован в растениеводстве при разработке новых способов стимуляции роста и защиты растений.