Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ СТИМУЛЯЦИИ РОСТА И УРОЖАЙНОСТИ ТОМАТА ОБЫКНОВЕННОГО С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СОЕДИНЕНИЙ РЯДА ПИРИМИДИН-КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ

Изобретение относится к области сельского хозяйства, и в частности к регуляторам роста растений, и может быть использовано для стимуляции роста и урожайности для томата обыкновенного (Solarium lycopersicum L.)

Культивирование растений сталкивается с множеством проблем, связанных с экстремальным повышением и понижением температуры воздуха, недостатком почвенной влаги, поиском наиболее устойчивых и неприхотливых видов и сортов, способных произрастать в таких условиях. В связи с этим необходимо ускоренное получение устойчивого посадочного материала, что достигается использованием стимуляторов роста и всхожести семян, в том числе синтезированных химических соединений (Васин А.В. Применение стимуляторов роста при выращивании кукурузы и ячменя / А.В. Васин, А.В. Дармин, В.В. Брежнев // Кормопроизводство. - 2009. - №2. - С. 17-18; Васин В.Г. Эффективность применения стимулятора роста при выращивании кукурузы на зерно / В.Г. Васин, А.В. Дармин, А.В. Васин // Известия самарской государственной сельскохозяйственной академии. - 2008. - №4. - С. 22-24; Острошенко В.В. Влияние предпосевной обработки семян стимуляторами роста на их посевные качества / В.В. Острошенко, Л.Ю. Острошенко // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. - 2011. - №5. - С. 12.-15). Повысить резистентность растений можно различными способами: закаливанием, воздействием переменной температуры и стимуляторов роста (Марковская Е.Ф., Сысоева М.И. Феномен ежесуточного кратковременного влияния низких закаливающих температур на жизнедеятельность растения // Онтогенез. - 2008. - Т. 35, №5. - С. 323-332; Шишов А.Д. Определение ростостимулирующих концентраций новых регуляторов роста и индукторов устойчивости растений / А.Д. Шишов, Г.Л. Матевосян // Фундаментальные исследования. - 2005. - №9. - С. 46-47; 16; Синьков А.А. Влияние регуляторов роста на ограничение абиотических и биотических стрессов при выращивании озимой пшеницы на черноземе выщелоченном юга Нечерноземья: Автореф. дис. канд. с.-х. наук / А.А. Синьков. - Саратов, 2011 - 21 с.; Влияние синтетического регулятора роста цитодеф и тяжелых металлов на окислительный статус растений огурца / Д.И. Башмаков и [др.] // Физиология растений. - 2012. - Т. 59, №1. - С. 67-73). Установлено, что выращивание сеянцев при переменных температурах способствует развитию устойчивости к болезням, действию экстремально высоких и низких температур. Отмечено повышение урожайности зерна озимой пшеницы при опрыскивании посевов в разные фазы роста эпином-экстра и другими регуляторами роста.

Одной из важнейших сельскохозяйственных культур, нуждающихся в ускоренном получении посадочного материала в связи с длительным периодом вегетации в Центрально-Черноземном и других регионах, является томат обыкновенный (Solarium lycopersicum L. (Lycopersicum esculentum Mill.)). Плоды томата содержат сахара, в том числе фруктозу и глюкозу, пектиновые вещества, органические кислоты, в том числе лимонную, яблочную, щавелевую, винную, заменимые и незаменимые аминокислоты (3-каротин, витамины Е, С, В₂, В₆, РР, ликопин, биотин, макро и микроэлементы и др.) Плоды также содержат томатин, что определяет их фитонцидные свойства, а технология переработки плодов позволяет сохранить в томатопродуктах 80-100% биологически ценных веществ.

При культивировании томата (Lycopersicum esculentum Mill.) пониженная температура имела положительное действие и стимулирующий эффект, который приводил к увеличению активности некоторых белков и ферментов, способствуя развитию адаптации растений к холоду. С помощью спектрофотометрических методов в проростках и культуре клеток томата было выявлено влияние пониженной температуры (4°C) на активность ряда ферментов окислительного метаболизма (Попов В.Н., Епринцев А.Т., Мальцева Е.В. Активация генов, кодирующих белки несопряженного и разобщенного дыхания в митохондриях томата при воздействии холода и активных форм кислорода // Физиология растений. - 2011. - Т. 58, №5. - С. 758-765). Был выявлен положительный эффект обработки семян томата обыкновенного перекисью водорода в качестве стимулятора роста и дезинфицирующего средства (патент РФ 142707, МПК A01N 59/00, опубл. 20.12.1999). Позднее исследовано влияние предпосевной обработки семян томата (Lycopersicum esculentum Mill.) растворами перманганата калия и перекиси водорода на всхожесть семян, высоту сеянцев, урожайность и среднюю массу плода томата обыкновенного (Баранова Т.В. Экологически безопасные стимуляторы роста для предпосевной обработки семян / Т.В. Баранова (Вострикова), В.Н. Калаев, А.А. Воронин // Вестник Балтийского федерального университета им. И. Канта. - 2014. - Вып. 7. - С. 96-102.). Было показано, что обработка эпибрассинолидом приводит к ускорению темпов роста томата обыкновенного (Лихачева Т.С. Влияние эпибрассинолида на гормональный баланс, энергодающие процессы, рост и продуктивность растений: томаты, фасоль: дис. канд. биол. наук / Т.С. Лихачева. - М., 2004. - 169 с). Известен способ стимулирования плодообразования у томатов (патент РФ 2083110, МПК A01N 63/04, А01 67/100, опубл. 2000).

Томат наиболее распространенная культура семейства пасленовых (Solanacea). Другой пасленовой культурой, на семенах которой были испытаны синтезированные химические соединения хинолинового ряда, является баклажан обыкновенный (патент РФ 2607460, МПК A01N 31/08, A01N 43/42, А01Р 21/00, опубл. 10.01.2017).

Известны синтезированные органические соединения ряда пиримидинкарбоновых 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% (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; патент РФ 2490893, МПК A01N 43/48, А01Р 21/00, опубл. 27.08.2013). 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 - плохо растворимые в воде соединения, что может приводить к снижению ростостимулирующего эффекта.

Цель исследования состояла в выявлении эффектов воздействия предпосевной обработки семян синтезированными органическими соединениями ряда пиримидин-карбоновых кислот на морфометрические показатели (под которыми мы понимали всхожесть семян, высоту растения и среднюю массу плода) и урожайность томата обыкновенного, являющегося ценной овощной культурой.

Технический результат заключается в повышении стимулирующего эффекта на всхожесть, высоту растения, урожайность и среднюю массу плода томата обыкновенного (Solarium lycopersicum L.)

Технический результат достигается тем, что в способе стимуляции роста и урожайности томата обыкновенного, 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 в концентрации 0,01-0,1% совместно со 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%.

В качестве объекта исследований был выбран томат обыкновенный - Solarium lycopersicum L. (Lycopersicum esculentum Mill.) сорта «Новичок». Материалом служили приобретенные семена фирмы «Аэлита» (г. Москва) с гарантийным сроком хранения - март 2018 г., качество которых соответствует ГОСТ Р 52171-2003. Семена обрабатывали синтезированными органическими соединениями ряда пиримидин-карбоновых кислот совместно с эмульгатором и без использования эмульгатора.

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, 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 томата, 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 томата, 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.

Семена проращивали в лабораторных условиях при постоянной температуре 22°C. Подсчет проростков для изучения лабораторной всхожести и их посадку в ящики в закрытом грунте (теплице) производили на 14 день после начала проращивания. Высоту сеянцев измеряли на 50 день начала эксперимента при помощи линейки. Перенос растений из теплицы в открытый грунт осуществляли на 50 день начала эксперимента, предварительно закалив сеянцы (с 30 дня). Полевой эксперимент закладывали согласно Б.А. Доспехову (Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). 5-е изд. доп. и перераб. - учеб. пособ. для ВУЗа / Б.А. Доспехов. - М.: Агропромиздат, 1985. - 351 с.) методом расщепленных делянок в трехкратной повторности. В открытый грунт рассаду томата высаживали из расчета 5 растений на 1 м². Высоту растения подсчитывали на 50 день от начала эксперимента. Урожайность и среднюю массу плода определяли после сбора плодов на 120 день от посадки проростков в ящики. Подсчитывали массу плодов с 1 м².

Под термином "проросток" понимали 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). Сеянцем называют любое молодое растение, выращенное из семян с момента появления первого настоящего листа.

Статистическую обработку результатов проводили с использованием пакета программ "Stadia". Процедура группировки данных и их обработка изложены в работе А.П. Кулаичева (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. Всхожесть семян в контрольном и опытных вариантах сравнивали по согласию частот с использованием Z - статистики. Рассчитывали увеличение всхожести, высоты проростков урожайность и среднюю массу плода томата обыкновенного в опыте относительно контроля в %.

На фигуре приведена таблица показателей всхожести семян, высоты сеянцев, урожайности и средней массы плода томата обыкновенного Solarium lycopersicum L. (Lycopersicum esculentum Mill.) сорта «Новичок» после обработки семян синтезированными органическими соединениями, где МССТ-моносульфосукцинат моноглицеридов жирных кислот подсолнечного масла; композиция эмульгаторов - моноглицериды жирных кислот подсолнечного масла, моноглицериды жирных кислот пальмового масла и гептаэфиры полиглицерина и жирных кислот пальмового масла; 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); Ув, % - увеличение высоты сеянцев в опыте относительно контроля

Всхожесть семян томата под воздействием синтезированных органических веществ ряда пиримидин-карбоновых кислот в испытанных концентрациях повышается после обработки семян как совместно с эмульгаторами (в среднем от 18,9% до 31,6%), так и без использования эмульгаторов (в среднем от 12,3% до 22,6%). Однако присутствие эмульгаторов, особенно смеси, существенно усиливало стимулирующий эффект (различия в опыте с использованием эмульгатора и без использования эмульгатора достоверны (Р<0,05)).

Всхожесть семян томата в большей степени повышала 4-метил-2-пиперидин-1-илпиримидин-5-карбоновая кислота совместно со смесью моноглицеридов жирных кислот подсолнечного масла, моноглицеридов жирных кислот пальмового масла и гептаэфиров полиглицерина и жирных кислот пальмового масла (от 26,7% до 38,6%), а также 4-метил-2-морфолин-4-илпиримидин-5-карбоновая кислота совместно со смесью (от 18,9% до 31,6%), в то время как при использовании МССТ стимулирующий эффект составил в первом случае от 13,6% до 22,8%, во втором - от 12,3% до 22,6%.

Таким образом, наибольший эффект повышения всхожести семян томата обыкновенного производили соединения: 4-метил-2-пиперидин-1-илпиримидин-5-карбоновая кислота и 4-метил-2-морфолин-4-илпиримидин-5-карбоновая кислота в концентрации 0,01%; 0,05%; 0,1% совместно со смесью моноглицеридов жирных кислот подсолнечного масла, моноглицеридов жирных кислот пальмового масла и гептаэфиров полиглицерина и жирных кислот пальмового масла. Всхожесть семян томата обыкновенного под воздействием синтезированных органических веществ в испытанных концентрациях повышается от 18,9% до 38,6%.

Высота сеянцев томата обыкновенного после обработки семян химическими соединениями ряда пиримидин-карбоновых кислот повышалась как в присутствии, так и без использования эмульгатора (различия с контролем достоверны (Р<0,05; Р<0,01; Р<0,001)). Увеличение высоты сеянцев в опыте относительно контроля составило от 29,9% до 70,1%. Совместная обработка семян пиримидин-карбоновыми кислотами со смесью имела наибольший стимулирующий эффект, повышая высоту сеянцев от 43,7% до 70,1% (различия в опыте с использованием эмульгатора и без использования эмульгатора достоверны (Р<0,05)). Однако сочетание 2-бензиламино-4-метилпиримидин-5-карбоновой и 4-метил-2-морфолин-4-илпиримидин-5-карбоновая кислот с МССТ было не менее эффективно, увеличивая высоту сеянцев от 39,1% до 63,2% (различия в опыте с использованием эмульгатора и без использования эмульгатора достоверны (Р<0,05)).

Урожайность после обработки семян соединениями ряда пиримидинкарбоновых кислот повышалась как в присутствии, так и без использования эмульгатора (различия с контролем достоверны (Р<0,05; Р<0,01; Р<0,001)). Урожайность увеличивалась от 20,5% до 56,8%. В большей степени стимулирующий эффект на урожайность пиримидинкарбоновых кислот в концентрации 0,01%; 0,05%; 0,1% отмечался в присутствии смесью моноглицеридов жирных кислот подсолнечного масла, моноглицеридов жирных кислот пальмового масла и гептаэфиров полиглицерина и жирных кислот пальмового масла. Для 4-метил-2-пиперидин-1-илпиримидин-5-карбоновой кислоты повышение урожайности составило от 38,6% до 55,7%; для 2-бензиламино-4-метилпиримидин-5-карбоновой кислоты - от 42% до 56,8%; 4-метил-2-морфолин-4-илпиримидин-5-карбоновой кислоты - от 39,8% до 53,4%. Стимулирующее действие 2-бензиламино-4-метилпиримидин-5-карбоновой кислоты в концентрации 0,01%; 0,05%; 0,1% значительно усиливалось в сочетании с моносульфосукцинатом моноглицеридов жирных кислот подсолнечного масла (от 40,9% до 50%); 4-метил-2-морфолин-4-илпиримидин-5-карбоновая кислота также повышала урожайность (от 33% до 47,7%).

Средняя масса плода в опыте увеличивается от 3,8% до 16,3% относительно контроля. Увеличение средней массы плода была наибольшей после обработки семян 4-метил-2-пиперидин-1-илпиримидин-5-карбоновой кислотой совместно со смесью (от 11,1% до 15,7%) и 4-метил-2-морфолин-4-илпиримидин-5-карбоновой кислотой как совместно со смесью (от 11,3% до 16,3%), так и с МССТ (от 11,4% до 15,2%) (табл. 1).

Стимулирующее действие пиримидин-карбоновых кислот в концентрации 0,01%; 0,05%; 0,1% на всхожесть, высоту сеянцев, урожайность и среднюю массу плода томата обыкновенного наиболее усиливалось в сочетании со смесью моноглицеридов жирных кислот подсолнечного масла, моноглицеридов жирных кислот пальмового масла и гептаэфиров полиглицерина и жирных кислот пальмового масла (различия в опыте с использованием эмульгатора и без использования эмульгатора достоверны (Р<0,05)).

Таким образом, всхожесть семян томата обыкновенного под воздействием синтезированных органических веществ в испытанных концентрациях повышается от 18,9% до 38,6%. Высота сеянцев увеличивается от 29,9% до 70,1%. Урожайность повышается от 20,5% до 56,8%. Средняя масса плода увеличивается от 3,8% до 16,3%.

Использование соединений ряда пиримидин-карбоновых 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 всхожесть (на 11-13%), высоту сеянцев (на 8-13%), урожайность (на 8-15%) и среднюю массу плода (на 5-8%) томата обыкновенного относительно варианта обработки без использования эмульгатора.

Предпосевная обработка семян томата обыкновенного соединений ряда пиримидин-карбоновых кислот совместно с моносульфосукцинатом моноглицеридов жирных кислот подсолнечного масла способствует повышению высоты сеянцев (на 7-8%), урожайности (на 7-9%) и средней массы плода (на 2-8%) относительно варианта обработки без использования эмульгатора.