Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ СТИМУЛЯЦИИ РОСТА ВИДОВ РОДА RHODODENDRON L. С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СОЕДИНЕНИЙ РЯДА ПИРИМИДИН-КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к регуляторам роста растений, и может быть использовано для регулирования роста видов рода Rhododendron L.

В настоящее время проводится активный поиск стимуляторов ростовых процессов среди новых синтезированных органических веществ, которые могли бы иметь более сильное положительное действие по сравнению с имеющимися коммерческими препаратами. Было исследовано влияние соединений хинолинового ряда на всхожесть семян и высоту проростков (многолетнего) древесного растения - рододендрона Ледебура (Rhododendron ledebourii Pojark.) [Влияние соединений хинолинового ряда на всхожесть и ростовые процессы рододендрона Ледебура (Rhododendron Ledebourii Pojark.) / Е.В. Моисеева [и др.] // Фундаментальные исследования. - 2012. - №5, ч. 1. - С. 172-176; патент РФ 2490892, МПК A01N 43/42, А01Р 21/00, опубл. 27.08.2013] и (однолетних) травянистых - сальвии блестящей (Salvia splendens Ker Gawl.), бархатцев отклоненных (Tagetes patula L.) [Патент РФ 2607459, МПК A01N 31/08, A01N 43/42, А01Р 21/00; опубл. 10.01.17].

Биологические эффекты соединений хинолинового ряда на ростовую активность Salvia splendens / Т.В. Вострикова [и др.] // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Химия. Биология. Фармация. 2012, №1. - С. 103-106]. При этом отмечалось более слабое воздействие хинолинов на всхожесть семян однолетника (сальвии блестящей), чем соединений ряда пиримидин-карбоновых кислот.

Известны синтезированные органические соединения ряда пиримидин-карбоновых кислот, которые увеличивали рост сеянцев некоторых однолетников, например, бархатцев отклоненных (Tagetes patula L.): 4-метил-2-пиперидин-1-илпиримидин-5-карбоновая кислота в диапазоне концентраций 0,03-0,05%, 2-бензиламино-4-метилпиримидин-5-карбоновая кислота - при 0,01-0,05% и повышали всхожесть данного декоративно-травянистого растения: 4-метил-2-пиперидин-1-илпиримидин-5-карбоновая кислота - в концентрациях 0,01-0,05%, 2-бензиламино-4-метилпиримидин-5-карбоновая кислота - при 0,05% [Патент РФ 2490893; МПК A01N 43/48, А01Р 21/00, опубл. 27.08.2013; Влияние новых синтезированных химических соединений ряда пиримидин-карбоновых кислот на ростовую активность Tagetes patula L. / Т.В. Вострикова [и др.] // Вестник Воронежского государственного университета. Сер. Химия. Биология. Фармация. - 2012. - №2. - С. 132-135]. Кроме того, известно, что вещество 4-метил-2-пиперидин-1-илпиримидин-5-карбоновая кислота повышала всхожесть другого однолетнего декоративно-травянистого растения - сальвии блестящей в концентрациях 0,01% и 0,1%. [Ростовая активность декоративных растений под действием химических стимуляторов / Т.В. Вострикова [и др.] // Фундаментальные науки и практика: сб. науч. тр. - Томск, 2010. - Т. 1, №4. - С. 25-26].

Необходимо отметить, что данные гетероциклические карбоновые кислоты - это плохо растворимые в воде соединения, что может приводить к снижению ростостимулирующего эффекта на высоту проростков древесных растений, медленно растущих по сравнению с однолетниками.

Цель исследования состояла в выявлении эффектов воздействия предпосевной обработки семян синтезированными органическими соединениями ряда пиримидинкарбоновых кислот совместно с эмульгатором и без него на ростовые показатели (под которыми понимали всхожесть семян, высоту проростков) видов рода Rhododendron. Дополнительное введение поверхностно-активных соединений, обладающих эмульгирующими свойствами, может существенно увеличить растворимость замещенных пиримидин-карбоновых кислот, что приведет к увеличению их ростостимулирующего действия.

В связи с этим было проведено исследование высоты проростков после обработки семян синтезированными химическими соединениями ряда пиримидин-карбоновых кислот совместно с эмульгаторами (улучшающими их растворимость в воде) и без них для выяснения возможных стимулирующих эффектов ростовых процессов этих соединений, а также о наличии у самих эмульгаторов биологической активности. Кроме того, была изучена видоспецифичность действия соединений в ходе экспериментов на нескольких видах одного рода, например, высокодекоративных видов рода Rhododendron, нуждающихся в привлечении дополнительных эффективных стимуляторов роста и всхожести семян.

Технический результат заключается в разработке более эффективного способа стимуляции роста растений видов рода Rhododendron L.

Технический результат достигается тем, что в способе стимуляции роста видов рода Rhododendron L., включающем предпосевную обработку семян в водном растворе химического соединения, согласно изобретению, в качестве химического соединения используется 4-метил-2-пиперидин-1-илпиримидин-5-карбоновая кислота, или 2-бензиламино-4-метилпиримидин-5-карбоновая кислота, или 4-метил-2-морфолин-4-илпиримидин-5-карбоновая кислота в концентрации 0,01-0,1%, в водном растворе дополнительно используется эмульгатор, являющийся смесью моноглицеридов жирных кислот подсолнечного масла, моноглицеридов жирных кислот пальмового масла и гептаэфиров полиглицерина и жирных кислот пальмового масла в соотношении 1:1:2, в концентрации 0,1%.

Объектами исследований являлись декоративные древесные растения (кустарники): полувечнозеленый рододендрон Ледебура {Rhododendron ledebourii Pojark.) и листопадные - рододендрон желтый (Rhododendron luteum Sweet.), рододендрон мягкий (Rh. molle (Blume) G. Don), незначительно различающиеся по морфологическим признакам, рододендрон Шлиппенбаха (Rh. schlippenbachii Maxim.), занесенный в Красную Книгу России [Александрова М.С. Рододендроны / М.С. Александрова. - М.: Фитон+, 2003. - 192 с.].

Исследования проводили на базе ботанического сада им. проф. Б.М. Козо-Полянского Воронежского госуниверситета, где данные виды произрастают и достаточно зимостойки и засухоустойчивы, ежегодно плодоносят. Изучали влияние синтезированных органических соединений ряда пиримидин-карбоновых кислот совместно с эмульгатором и без него на всхожесть семян и высоту проростков Rh. ledebourii Rh. luteum Rh. molle и Rh. schlippenbachii. Соединения и эмульгаторы синтезированы на кафедре органической химии Воронежского госуниверситета.

Перед проращиванием семена замачивали в водных суспензиях 4-метил-2-пиперидин-1-илпиримидин-5-карбоновой кислоты, 2-бензиламино-4-метилпиримидин-5-карбоновой кислоты или 4-метил-2-морфолин-4-илпиримидин-5-карбоновой кислоты в концентрации 0,01%; 0,05%; 0,1% без добавления эмульгаторов, а также в соединении с одним из эмульгаторов в концентрации 0,1% с экспозицией 18 ч. В качестве контроля использовали семена тех же видов рододендрона, замоченные в водопроводной воде и растворе стандартного стимулятора роста эпибрассинолида (коммерческий препарат Эпин-экстра, производства ННПП «НЭСТ М», РФ) в рабочей концентрации согласно инструкции к применению - 0,05%. Для проверки влияния эмульгаторов на ростовые показатели использовали семена рододендронов, замоченные в водной суспензии каждого из них в концентрации 0,1%. Для каждой из концентраций исследуемых соединений и контроля эксперимент проводили в трех повторностях по 100 семян. После замачивания семена двух видов рододендрона помещали в чашки Петри на фильтровальную бумагу, проращивали в лабораторных условиях при постоянной температуре 22°С, на 21 день эксперимента подсчитывали число проросших семян и измеряли высоту проростков при помощи линейки.

Проросток - растение, находящееся в одной из начальных стадий онтогенеза, в период с момента прорастания семени (то есть с момента, когда развивающийся зародыш пробивает семенную кожуру) до момента развертывания листа главного побега (побега, развивающегося из зародышевой почечки) [Коровкин О.А. Анатомия и морфология высших растений: словарь терминов. - М.: Дрофа, 2007. - 268 с.].

Проращивание семян и определение всхожести осуществляли по ГОСТу 13056.6-97. Лабораторную всхожесть семян определяли как отношение числа проросших семян к общему числу семян и выражали в %, согласно рекомендациям (ГОСТ 13056.6-97).

Статистическую обработку результатов проводили с использованием пакета программ "Stadia". Процедура группировки данных и их обработка изложены в работе А.П. Кулаичева [Кулаичев А.П. Методы и средства комплексного анализа данных / А.П. Кулаичев. - М.: ФОРУМ: ИНФА-М, 2006. - 512 с.]. Сравнение средних значений осуществляли с использованием t-критерия Стьюдента. Считали коэффициент вариации (Cv) согласно рекомендациям Г.Ф. Лакина. Cv менее 10% соответствует низкой степени варьирования признака, от 10 до 25% - средней, свыше 25% - высокой [Лакин Г.Ф. Биометрия / Г.Ф. Лакин. - М.: Высшая школа, 1990. - 352 с.]. Всхожесть семян в контрольном и опытных вариантах сравнивали по согласию частот с использованием Z-апроксимацией для критерия равенства частот. Рассчитывали увеличение всхожести и высоты проростков в опыте относительно контроля (в %).

На фиг. 1 приведена таблица показателей всхожести семян и высоты проростков рододендрона Ледебура (Rh. ledebourii) после обработки семян синтезированными органическими соединениями; на фиг. 2 - рододендрона желтого (Rh. luteum); на фиг. 3 - рододендрона мягкого (Rh. molle); на фиг. 4 - рододендрона Шлиппенбаха (Rh. schlippenbachii), где МССТ-моносульфосукцинат моноглицеридов жирных кислот подсолнечного масла; композиция эмульгаторов соответствует заявленному эмульгатору; Cv - коэффициент вариации; * - различия с контролем достоверны (Р<0,05); ** - различия с контролем достоверны (Р<0,01); *** - различия с контролем достоверны (Р<0,001); ¹ - различия с результатами варианта «Эпин» достоверны (Р<0,05); ² - различия с результатами варианта «Эпин» достоверны (Р<0,01); ³ - различия с результатами варианта «Эпин» достоверны (Р<0,001); ^а - различия в опыте с использованием эмульгатора и без использования эмульгатора достоверны (Р<0,05); У, % - увеличение высоты проростков в опыте относительно контроля.

Всхожесть семян Rh. ledebourii под воздействием синтезированных органических веществ ряда пиримидин-карбоновых кислот в испытанных концентрациях повышается от 16,1 до 41,5%, Rh. luteum - от 14 до 27,7%, Rh. molle - от 12,3 до 32,6%, Rh. schlippenbachii - от 16,6 до 51,3%.

Использование эмульгаторов позволяет повысить растворимость синтезированных органических соединений ряда пиримидин-карбоновых кислот, а вследствие того - улучшить эффект воздействия стимуляторов. Особенно это касается 4-метил-2-морфолин-4-илпиримидин-5-карбоновой кислоты, которая в сочетании с эмульгаторами в большей степени повышала всхожесть испытуемых видов рода Rhododendron (различия с вариантом без использования эмульгатора достоверны, Р<0,05).

Использование эмульгатора смеси моноглицеридов жирных кислот подсолнечного масла, моноглицеридов жирных кислот пальмового масла и гептаэфиров полиглицерина и жирных кислот пальмового масла позволяет повысить стимулирующий эффект 4-метил-2-пиперидин-1-илпиримидин-5-карбоновой кислоты на всхожесть Rh. ledebourii (на 28,2-40,2%), Rh. schlippenbachii (на 37,1-50%); 4-метил-2-морфолин-4-илпиримидин-5-карбоновой кислоты на всхожесть Rh. ledebourii (на 28,8-41,5%), Rh. luteum (на 22,5-25,5%), Rh. molle (17,4-32,6%), Rh. schlippenbachii (на 37,7-51,3%). Применение 4-метил-2-морфолин-4-илпиримидин-5-карбоновой кислоты в сочетании с моносульфосукцинатом моноглицеридов жирных кислот подсолнечного масла позволяет увеличить стимулирующий эффект на всхожесть Rh. ledebourii (на 29,1-38,7%), Rh. luteum (на 20,4-25,8%), Rh. schlippenbachii (на 38,1-48,3%).

Морфологически близкие виды Rh. luteum, Rh. molle аналогичным образом реагировали на семенную обработку соединениями ряда пиримидин-карбоновых кислот совместно с эмульгатором и без использования эмульгатора. Различия в изменении их всхожести и величине проростков были незначительны. Пределы колебаний высоты проростков этих видов были практически в одинаковы, хотя семенное потомство Rh. luteum было более однородным, характеризуясь низким и средним коэффициент вариации (Cv), а данный признак Rh. molle - средним Cv, свидетельствуя о большей гетерогенности потомства (фиг. 1-2). Первое утверждение справедливо и для Rh. ledebourii (низкий и средний Cv), а второе - для Rh. schlippenbachii (средний Cv) (фиг. 3, 4).

Хотя повышение всхожести видов рода Rhododendron под воздействием 2-бензиламино-4-метилпиримидин-5-карбоновой кислоты (совместно с эмульгатором и без использования эмульгатора) отмечалось, в основном, в концентрациях 0,05%; 0,1%, данное соединение имело сильное воздействие на высоту растения. Увеличение высоты растения по сравнению с контролем выявлено во всех опытных вариантах, но 2-бензиламино-4-метилпиримидин-5-карбоновая кислота показала наибольшую стимулирующую активность в концентрациях 0,01%; 0,05%; 0,1% (совместно со смесью) для испытуемых видов рода Rhododendron (фиг. 1-4). Отмечено увеличение высоты проростков Rh. ledebourii от 75 до 100%, Rh. luteum, Rh. molle - от 45,5 до 63,6%, Rh. schlippenbachii от 40 до 60% относительно контроля. 2-бензиламино-4-метилпиримидин-5-карбоновая кислота дольше остальных соединений сохраняет стимулирующее действие, Rh. ledebourii наиболее отзывчив на обработку семян соединениями ряда пиримидин-карбоновых кислот.

Стимулирующий эффект в наибольшей степени отмечался в опыте совместно с эмульгатором смеси моноглицеридов жирных кислот подсолнечного масла, моноглицеридов жирных кислот пальмового масла и гептаэфиров полиглицерина и жирных кислот пальмового масла. Значительно увеличилась высота проростков при использовании эмульгатора данной композиции (различия с вариантом без использования эмульгатора достоверны, Р<0,05). Применение веществ ряда пиримидин-карбоновых кислот в концентрациях 0,01%; 0,05%; 0,1% совместно со смесью позволяет повысить высоту проростков Rh. ledebourii на 25%, Rh. luteum, Rh. molle - на 18%, Rh. schlippenbachii - на 20% относительно варианта обработки без использования эмульгатора (см. фиг.1-4 в таблицах).

Таким образом, всхожесть семян Rh. ledebourii под воздействием синтезированных органических веществ ряда пиримидин-карбоновых кислот в концентрациях 0,01%; 0,05%; 0,1% (совместно с эмульгатором и без использования эмульгатора) повышается от 16,1 до 41,5%, Rh. luteum - от 14 до 27,7%, Rh. molle - от 12,3 до 32,6%, Rh. schlippenbachii - от 16,6 до 51,3%. Для увеличения всхожести видов рода Rhododendron наиболее эффективна 4-метил-2-морфолин-4-илпиримидин-5-карбоновая кислота в концентрации 0,1% совместно с эмульгатором в концентрации 0,1%, повышающая всхожесть Rh. ledebourii (на 28,8-41,5%), Rh. luteum (на 22,5-25,5%), Rh. molle (17,4-32,6%), Rh. schlippenbachii (на 37,7-51,3%).

Обработка семян соединениями ряда пиримидин-карбоновых кислот в концентрациях 0,01%; 0,05%; 0,1% позволяет увеличить высоту проростков Rh. ledebourii от 37,5 до 100%, Rh. luteum, Rh. molle - от 18,2 до 63,6%, Rh. schlippenbachii от 20 до 60% относительно контроля. Для увеличения высоты проростков наиболее эффективна 2-бензиламино-4-метилпиримидин-5-карбоновая кислота в концентрациях 0,05%; 0,1% совместно с эмульгатором - смесью моноглицеридов жирных кислот подсолнечного масла, моноглицеридов жирных кислот пальмового масла и гептаэфиров полиглицерина и жирных кислот пальмового масла в концентрации 0,1%. Увеличение высоты проростков составляет для Rh. ledebourii от 75 до 100%, Rh. luteum, Rh. molle - от 45,5 до 63,6%, Rh. schlippenbachii от 40 до 60% относительно контроля.

Использование эмульгатора - смеси моноглицеридов жирных кислот подсолнечного масла, моноглицеридов жирных кислот пальмового масла и гептаэфиров полиглицерина и жирных кислот пальмового масла - в концентрации 0,1% позволяет повысить стимулирующий эффект соединений ряда пиримидин-карбоновых кислот в концентрациях 0,01%; 0,05%; 0,1%:

увеличить всхожесть и высоту проростков видов рода Rhododendron. Использование соединений ряда пиримидинкарбоновых кислот в сочетании со смесью моноглицеридов жирных кислот подсолнечного масла, моноглицеридов жирных кислот пальмового масла и гептаэфиров полиглицерина и жирных кислот пальмового масла позволяет повысить высоту проростков Rh. ledebourii на 25%, Rh. luteum, Rh. molle - на 18%, Rh. schlippenbachii - на 20% относительно варианта обработки без использования эмульгатора.