Способ повышения урожайности картофеля и томатов

Описывается способ внекорневой подкормки картофеля и томатов водным 10-4 М раствором 6-бензиламинопурина (БАП) и выращивание растений до получения урожая согласно технологии, принятой для культуры. Рекомендуется проводить трехкратную обработку растений в течение вегетации: в фазу бокового ветвления, в начале формирования хозяйственно ценных органов и сразу после завершения их роста. Техническим результатом является эффективное повышение урожайности важнейших овощных культур - томатов и картофеля. 6 табл.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно технологии выращивания овощных культур, в частности картофеля, томатов и др.

Известны способы выращивания овощных культур, включающие их обработку на определенных этапах онтогенеза синтетическими регуляторами роста для повышения урожайности. К используемым в настоящее время регуляторам относятся фуролан - 2-(2-фурил)-1,3-диоксолан; Краснодар-1 (5-этил-5-гидроксиметил-2-(фурил-2)-1,3-диоксан; эмистим (продукты метаболизма симбионтного гриба Acremonium lichenicola); квартазин (хлорид-N,N-диметил-N-(2-хлорэтил)-гидразиния) и ряд других соединений (Список пестицидов и агрохимикатов, разрешенных к применению на территории Российской Федерации. - 2001. - 336 с. (Приложение к журналу "Защита и карантин растений". - № 3. - 2001)).

Недостатком существующих способов является то, что растения обладают относительно невысокой чувствительностью к этим регуляторам и потому дают небольшую прибавку урожая. Кроме того, растения не имеют специализированных ферментных систем для утилизации этих синтетических соединений. В связи с этим последние имеют низкую скорость метаболизации в растительных тканях и вместе с пищей могут попадать в организм человека.

Синтетические цитокинины имеют преимущества перед другими регуляторами роста, поскольку являются аналогами природных фитогормонов. В силу этого они, во-первых, обладают высокой эффективностью действия, что позволяет применять их в чрезвычайно низких концентрациях. Во-вторых, для них характерна высокая скорость распада в растительных тканях, включение в метаболизм растений и полное разложение до истинно природных соединений в течение 1-2 суток после внекорневой подкормки (Letham D.S., Palni L.M.S. The Biosynthesis and Metabolism of Cytokinins (Биосинтез и метаболизм цитокининов) //Annu. Rev. Plant Physiol. and Plant Mol. Biol. 1983. V. 34. - P. 163-197). Сочетание таких свойств синтетических цитокининов обеспечивает экологическую чистоту продукции после их применения на сельскохозяйственных культурах.

Среди синтетических цитокининов наиболее близкими по строению к природным цитокининам и обладающими наиболее высокой активностью являются кинетин (6-фурфуриламинопурин) и БАП (6-бензиламинопурин). Причем БАП превосходит кинетин по активности воздействия и продолжительности оказываемых эффектов (Основы химической регуляции роста и продуктивности растений /Муромцев Г.С., Чкаников Д.И., Кулаева О.Н., Гамбург К.З. - М.: Агропромиздат, 1987. - 384 с.).

Известно использование БАП для повышения урожая ряда сельскохозяйственных культур. Так, БАП повышает массу и площадь листьев и в целом продуктивность кормовых трав второго года жизни овсяницы луговой и овсяницы тростниковидной (Чернядьев И.И., Козловских А.Л; Образцов А.С., Лукашевич П.И. Влияние 6-бензиламинопурина, тидиазурона и картолина-2 на продуктивность многолетних злаков //Агрохимия. - 1989. - № 7. - С. 102-106). Авторы опрыскивали растения БАП под первый укос - через 30-35 суток от начала вегетации, в фазу выхода в трубку, под второй - через 30-35 суток после отрастания трав, в фазу кущения. Анализ продуктивности проводили через 25-29 суток после соответствующей обработки. Доза препарата, подобранная по максимальной продуктивности растений, составляла 100 мг д.в./л из расчета 1 мл раствора на 10 г сырой массы растений.

Известно применение БАП для увеличения продуктивности винограда при обмакивании гроздей взрослых растений в 8,9·10-3 М раствор этого вещества (Weaver R.J., Shindy W.W., Kliewer W.M. Growth Regulator Induced Movement of Photosynthetic Products into Fruits of "Black Corinth" Grapes (Регуляторы роста индуцировали передвижение продуктов фотосинтеза в ягоды винограда сорта "Black Corinth") //Plant Physiol. - 1969. - V. 44. - № 2. - P. 183-186). Авторы обнаружили усиление притока 14С-ассимилятов в грозди, увеличение включения 14С в сахарозу, а также увеличение сырой и сухой массы обработанных БАП ягод.

Однако эти разработки не могут быть применены к овощным культурам, в том числе к картофелю и томатам, поскольку выполнены на зерновых, плодово-ягодных культурах или кормовых травах. Ограничения по применению связаны со спецификой действия цитокининов, определяющейся систематическим положением растений, их компетентностью (чувствительностью) к регулятору, места его воздействия, зависимостью оказываемых эффектов от фазы роста и развития растений, особенностями онтогенеза, технологией выращивания культуры и рядом других факторов (Основы химической регуляции роста и продуктивности растений /Муромцев Г.С., Чкаников Д.И., Кулаева О.Н., Гамбург К.З. - М.: Агропромиздат, 1987. - 384 с.).

Для овощных культур, в частности картофеля и томатов, технология повышения урожайности с помощью БАП до сих пор не разработана.

Предпринятые попытки повысить урожайность картофеля с помощью БАП были неудачными (Чайлахян М.Х. Фотопериодическая и гормональная регуляция клубнеобразования у растений. - М.: Наука, 1984. 72 с.).

Ближайшим аналогом предлагаемого способа является способ обработки томатов водным раствором, содержавшим смесь регуляторов - 4,5·10-5 М БАП и 6,8·10 -5 М гиббереллинов А4+7, описанный в (Leonard М, Kinet J. - M., Bodson М; Bernier G. Enhanced Inflorescence Development in Tomato by Growth Substance Treatment in Relation to C-Assimilate Distribution (Стимуляция развития цветочной кисти томатов путем обработки регулятором роста в связи с распределением 14С-ассимилятов в растении) //Physiol. Plant. - 1983. - V. 57. - Fasc. 1. - Р. 85-89). Обработку растений начинали через 6 дней после появления цветочной кисти и проводили 5 раз с интервалом 2 дня. Такая обработка стимулировала фотосинтез листьев, усиливала приток 14С-ассимилятов в кисть. Этот способ принят за прототип. К недостаткам известного способа можно отнести:

1. Эффект основан на одновременном воздействии двух типов регуляторов - БАП и гиббереллинов, что усложняет и удорожает технологию выращивания томатов по сравнению с использованием одного лишь БАП.

2. Обработку регуляторами проводили лишь на одной стадии развития растения - в начале цветения - с целью стимуляции митотической активности клеток завязи. Иные фазы развития растения, влияющие на формирование урожая, авторы не учли и не проанализировали. Кроме того, не была изучена концентрационная зависимость эффекта, не подобрано необходимое и достаточное количество обработок для максимального увеличения продуктивности. Поэтому разработанный авторами способ оказался недостаточно эффективным для получения наибольшего эффекта.

3. Многократная (пятикратная) обработка регуляторами увеличивает стоимость продукции, снижая экономическую эффективность технологии.

Таким образом, известные способы, в том числе и способ-прототип, не позволяют получить высокий прирост урожайности томатов и картофеля.

Задачей изобретения является эффективное повышение урожайности важнейших овощных культур - томатов и картофеля.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в заявляемом способе предусмотрена внекорневая подкормка картофеля и томатов водным 10-4 М раствором БАП и выращивание растений до получения урожая согласно технологии, принятой для той или иной культуры. Предлагается проводить трехкратную обработку растений в течение вегетации: в фазу бокового ветвления, в начале формирования хозяйственно ценных органов и сразу после завершения их роста. Норма расхода препарата составляет 6,8-9,0 г/га, расход рабочей жидкости 300-400 л/га. Эффект БАП обусловлен тем, что первая обработка растений регулятором ускоряет и стимулирует развитие и функционирование фотосинтетического аппарата, стимулирует синтез ассимилятов, формирование и функциональную активность фотосинтетического аппарата. Вторая обработка усиливает функционирование фотосинтетического аппарата, активирует синтез ассимилятов, улучшает их отток из листьев и поступление в запасающие органы, у надземных хозяйственно ценных органов ускоряет и стимулирует их рост, развитие и функционирование, отложение питательных веществ в запас в них. Третья обработка активирует рост заканчивающих рост надземных запасающих органов, задерживает старение растений, и тем самым продлевает период активного накопления ассимилятов в хозяйственно ценных органах. В конечном итоге, применение БАП по предлагаемому способу обеспечивает повышение урожая картофеля на 29, томатов - на 55%.

Методом высокоэффективной жидкостной хроматографии были исследованы остаточные количества БАП и его прямого метаболита - рибозида БАП в продуктах урожая - клубнях картофеля сорта "Невский" и плодах томатов сорта "Balkonzauber" в течение 72 ч после обработки. В плодах томатов остаточные количества БАП обнаруживались не дольше, чем через 24 ч после экзогенной обработки и были незначительны - 0.07±0.01 мг/кг сырой массы. Через 48, и тем более через 72 ч после нанесения БАП уже обнаружен не был. Рибозид БАП в плодах томатов мы не обнаруживали в течение всего изученного нами временного интервала. Это свидетельствовало о быстрой и полной деградации БАП в тканях плодов, который благодаря близости по химической структуре к природным цитокининам полностью вписывается в метаболизм растения, разлагаясь с образованием, в конечном итоге, истинно природных соединений, являющихся важнейшими метаболитами у всех живых организмов - аденина, аланина, аденозина, аденозин-, гуанозин- и инозинмонофосфатов и уреидов (Letham D.S., Palni L.M.S. The Biosynthesis and Metabolism of Cytokinins (Биосинтез и метаболизм цитоккинов) //Annu. Rev. Plant Physiol. and Plant Mol. Biol. - 1983. - V. 34. - P. 163-197). В клубнях картофеля мы не обнаруживали остаточных количеств БАП и рибозида БАП ни в одной временной точке. Это связано с тем, что экзогенные цитокинины малоподвижны и при внекорневой подкормке остаются в месте нанесения (Mothes К. The Role of Kinetin in Plant Regulation // Colloques Intern. Center Nat. Recherche Sci. - 1964. - V. 123. - № 1. - P. 131-141) (у картофеля - в ботве), не транспортируясь в другие органы (у картофеля в клубни). Полученные данные свидетельствуют об экологической безопасности использования БАП для повышения урожайности сельскохозяйственных растений.

ПРИМЕРЫ КОНКРЕТНОГО ВЫПОЛНЕНИЯ

Пример 1. Растения картофеля сорта "Невский" выращивали в открытом грунте в мелкоделяночных опытах с соблюдением агротехники, принятой для этой культуры, без использования пестицидов. Надземную часть растения трижды в течение вегетации (в фазу бокового ветвления, в конце бутонизации - начале цветения (при переходе 50% растений к цветению, что совпадало с начальными этапами формирования клубней) и в фазу пожелтения нижних листьев) опрыскивали водным 10-4 М раствором БАП из расчета 300-400 л/га. Контрольные растения обрабатывали тем же количеством дистиллированной воды. В течение вегетации через 5 суток после соответствующей обработки анализировали ассимиляционный потенциал (суммарную листовую поверхность), содержание хлорофилла в листьях, интенсивность оттока 14 С-ассимиятов из листьев и их поступление в клубни, сухую массу клубней. Биологическая повторность опытов - 5-кратная. Результаты представлены в табл. 1.

Как видно из представленных в табл. 1 данных, при экзогенной обработке ботвы уже на ранних этапах развития БАП стимулировал формирование листьев, увеличивая площадь листовой поверхности, активировал фотосинтетическую функцию листьев, увеличивал отток из листьев 14С-ассимилятов и их накопление в клубнях. Большинство из этих эффектов проявлялось уже на ранних этапах развития растений и сохранялось с увеличением возраста растения, снижаясь лишь в конце вегетации. В этот период наиболее значительным эффектом была задержка БАП старение растений (о чем свидетельствовала задержка деградации хлорофилла и отмирания листьев). Стимуляция БАП роста и функциональной активности листьев, задержка старения растений приводила к увеличению сухой массы хозяйственно ценной части растений картофеля - клубней.

Пример 2. Растения картофеля сорта "Невский" выращивали до получения урожая в открытом грунте с соблюдением агротехники, принятой для этой культуры, без использования пестицидов. Надземную часть растения трижды в течение вегетации (в фазу бокового ветвления, в конце бутонизации - начале цветения (при переходе 50% растений к цветению, что совпадало с начальными этапами формирования клубней) и в фазу пожелтения нижних листьев) опрыскивали водным раствором БАП из расчета 300-400 л/га.

Для разработки технологии применения БАП проводили вегетационно-полевые опыты. В них варьировали концентрацию раствора БАП от 10-6 до 5·10 -4 М и количество обработок от трех в течение вегетации (в фазы бокового ветвления, в конце бутонизации - начале цветения (при переходе 50% растений к цветению, что совпадало с начальными этапами формирования клубней) и пожелтения нижних листьев) до еженедельной обработки. Контрольные растения обрабатывали аналогичным образом дистиллированной водой. В конце вегетации анализировали урожай товарных клубней. Воспроизведение опыта 3-кратное, биологическая повторность в каждом из них - 5-кратная. Результаты представлены в табл. 2.

Для оценки действия БАП на урожайность картофеля в условиях агроценозов проводили мелкоделяночные опыты. Вариантов опыта было 2 (контроль - опрыснутые водой растения, опыт - опрыснутые 10М раствором БАП растения), повторность каждого варианта - 4-кратная. Количество делянок - 8, размер каждой делянки - 25 м2 , схема посадки - 70×35 см, количество кустов на делянке - 100, общая площадь под опытом - 0.02 га. Обработку проводили трижды в течение вегетации (в фазы бокового ветвления, в конце бутонизации - начале цветения (при переходе 50% растений к цветению, что совпадало с начальными этапами формирования клубней) и пожелтения нижних листьев). В конце вегетации отбирали и анализировали урожай товарных клубней. Опыты воспроизводили в течение трех вегетационных сезонов. Полученные результаты представлены в табл. 3.

Данные, приведенные в табл. 2, показывают, что массу клубней картофеля можно увеличить с помощью обработки БАП. При изучении концентрационной зависимости этого эффекта мы выяснили, что он отсутствовал при использовании 10-6 М раствора, появлялся при увеличении концентрации раствора до 10-5 М, возрастал при дальнейшем повышении концентрации и становился максимальным при обработке растений 10-4 М раствором препарата. Для отчетливого проявления эффекта было достаточно лишь трех обработок в течение вегетации. В этом случае урожай клубней с растения и средняя масса клубня под действием 10-4 М БАП повышались приблизительно в 1.3 раза. Увеличение количества обработок 10-5 или 10-4 М раствором до 1 раза в неделю, либо повышение концентрации раствора до 5·10-4 М приводило к меньшему увеличению продуктивности этой культуры.

Как видно из представленных в табл. 3 данных, использование 10 -4 М раствора БАП по предлагаемому способу позволило существенно повысить урожай картофеля в посевах. Прибавка урожая картофеля в результате обработки растений БАП составила 29% (30 кг с 25 м2, т.е. около 119 ц/га).

Пример 3. Растения томатов сорта "Balkonzauber" выращивали до получения урожая согласно технологии, принятой для этой культуры, пестициды в течение всего опыта не применяли. Надземную часть растения опрыскивали водным раствором БАП из расчета 300-400 л/га.

Для разработки технологии применения БАП томаты выращивали в условиях защищенного грунта в пленочных теплицах на солнечном обогреве. Варьировали концентрацию раствора БАП от 10-6 до 5·10-4 М и количество обработок от трех в течение вегетации (в фазы бокового ветвления, налива плодов и молочной спелости плодов) до еженедельной обработки. Контрольные растения обрабатывали аналогичным образом дистиллированной водой. В конце вегетации анализировали урожай плодов. Воспроизведение опыта 3-кратное, биологическая повторность в каждом из них - 5-кратная. Полученные результаты представлены в табл. 4.

Для оценки действия БАП на урожайность томатов в производственных условиях растения выращивали в мелкоделяночных опытах в условиях открытого грунта. Вариантов опыта было 2 (контроль - опрыснутые водой растения, опыт - опрыснутые 10-4 М водным раствором БАП растения), повторность каждого варианта - 4-кратная. Площадь, занятая одной повторностью для каждого из вариантов опыта составляла 20 м2, количество растений - 4 шт./м2 (80 шт. для каждой повторности), общая площадь под опытом - 0.016 га. Обработку растений БАП проводили трижды в течение вегетации (в фазу бокового ветвления, в фазу налива плодов и молочной спелости плодов). Опыты воспроизводили в течение трех вегетационных сезонов. Полученные результаты представлены в табл. 5.

Из данных табл. 4 видно, что массу плодов у томатов можно увеличить обработкой БАП. Изучение концентрационной зависимости этого эффекта показало, что он начинал проявляться уже при использовании 10 -6 М раствора, но постепенно нарастал по мере увеличения концентрации раствора, становясь максимальным при обработке растений 10-4 М раствором препарата. Для отчетливого проявления эффекта было достаточно лишь трех обработок в течение вегетации. В этом случае 10-4 M раствор БАП повышал выход плодов с растения и среднюю массу плода в 1.8 раза. Увеличение количества обработок до 1 раза в неделю и концентрации раствора до 5·10 -4 М приводило к меньшему повышению продуктивности.

Как видно из данных табл. 5, 10-4 М раствор БАП, применяемый по предлагаемому способу, позволяет повысить урожай томатов и достичь продуктивности, приближающейся к максимальной для изученного нами сорта "Balkonzauber". Прибавка урожая томатов у этого сорта после обработки БАП составила 55% (19 кг с 20 м 2, т.е. 94 ц/га).

Пример 4. Для подтверждения эффективности способа проведено сравнение урожайности томатов, выращенных по предлагаемому способу и способу-прототипу. Томаты сорта "Balkonzauber" выращивали до получения урожая в условиях защищенного грунта в пленочных теплицах на солнечном обогреве согласно технологии, принятой для этой культуры, пестициды в течение всего опыта не применяли. В одном варианте опыта надземную часть растений трижды в течение вегетации (в фазы бокового ветвления, налива плодов и молочной спелости плодов) опрыскивали водным 10-4 М раствором БАП из расчета 300-400 л/га (предлагаемый способ). В другом варианте опыта цветочные кисти томатов через 6 дней после их появления обрабатывали водным раствором, содержавшим смесь регуляторов - 4,5·10-5 М БАП и 6,8·10 -5 М гиббереллинов A4+7. Обработку проводили 5 раз с интервалом в 2 дня (способ-прототип). Контрольные растения в обоих случаях обрабатывали аналогичным образом дистиллированной водой. В конце вегетации анализировали урожай плодов. Биологическая повторность опыта - 5-кратная. Полученные результаты приведены в табл. 6.

Данные, приведенные в табл. 6, указывают на то, что для повышения продуктивности томатов предлагаемый способ значительно (на 42%) эффективнее способа-прототипа. Кроме того, эффект основан на прямом физиологическом действии единственного регулятора - БАП, а не на одновременном действии нескольких регуляторов, а количество обработок уменьшено с 5 до 3. Это увеличивает экономическую эффективность технологии и упрощает ее.

Таким образом, представленные в примерах 1-4 данные доказывают, что предлагаемый способ может быть успешно применен в растениеводстве при технологии выращивания овощных культур с целью повышения их урожайности. Путем обработки растений БАП по предлагаемому способу можно получить прибавку урожая 29-55%. Высокая цитокининовая активность препарата позволяет экономически эффективно применять его в чрезвычайно низких концентрациях (г/га), что в сочетании с его быстрой деградацией в растениях обеспечивает экологическую чистоту сельскохозяйственной продукции.

Формула изобретения

Способ повышения урожайности картофеля и томатов, включающий внекорневую подкормку водным раствором 6-бензиламинопурина (БАП) и выращивание растений до получения урожая согласно технологии, принятой для культуры, отличающийся тем, что обработку проводят трижды в течение вегетации: в фазу бокового ветвления, в начале формирования хозяйственно ценных органов и сразу после завершения их роста, при этом концентрация раствора БАП составляет 10 -4 М, а расход рабочей жидкости - 300-400 л/га.

MM4A - Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 02.07.2008

Извещение опубликовано: 27.06.2010        БИ: 18/2010