Состав для пролонгированной доставки биологически активного ингредиента к семенам и растениям и способ применения состава

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Состав для пролонгированной доставки биологически активного ингредиента к семенам и растениям включает полимерную матрицу и распределенный в полимерной матрице активный ингредиент - пероксид водорода (ПВ). Полимерная матрица состоит из поливинилпирролидона (ПВП) с М.М. 25000-30000, растворенного в воде в концентрации 1-2%. Массовое соотношение ПВ:ПВП в составе 1:29-1180. Предложен также способ применения данного состава, заключающийся в нанесении состава на семена в количестве 0,3-0,5 л на 1 кг семян и подсушивании до сыпучего состояния. Изобретение позволяет получать экологически безопасный состав более простым способом. 2 н.п. ф-лы, 9 табл.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к составам для пролонгированной доставки активного ингредиента к семенам и растениям, а также к способам обработки семян и растений такими составами, и может быть использовано в сельском и частном приусадебном хозяйстве для повышения урожайности и товарных качеств различных культур, а также для повышения морозостойкости растений.

Большинство составов с активными ингредиентами, такими как регуляторы роста растений, различные биоциды, удобрения и др., наносят либо на семена, либо на растения в начале вегетационного периода, и для поддержания эффективности препарата в течение длительного периода времени используют средства и составы, в которых активный ингредиент распределен в полимерной матрице, что обеспечивает постепенное поступление активного ингредиента к семенам и растениям (см., например, RU 2243657, А01N 25/10, А01С 1/06, A01N 25/32, 10.01.2005; RU 2130723, A01N 25/08, A01N 25/10, A01N 25/14, 27.05.1999; US 5725869, НКИ 424/401, МКИ А61К 9/52, 10.03.1998; US 4172119, НКИ 424/419, МКИ А61К 9/50, A01N 9/00, 23.10.1979; US 4915947, НКИ 424/408, МКИ A01N 25/34. B01J 13/02, 10.04.1990).

Недостатком известных составов и средств является использование в качестве полимерной матрицы полимеров, ингибирующих прорастание семян, что требует введения в препараты больших количеств стимуляторов роста. Кроме того, многие используемые в известных средствах полимеры токсичны для семян и почвенной флоры.

Наиболее близкими к предлагаемому изобретению являются состав для пролонгированной доставки активного ингредиента к семенам и растениям и способ применения этого состава, описанные в патенте RU 2203547, A01N 43/653, A01N 25/10, 10.05.2003 (прототип).

В данном патенте предложен состав, представляющий собой микрочастицы, имеющие средний диаметр 0,2-200 мкм, полученные из раствора полимера и активного ингредиента в органическом растворителе. Активный ингредиент является фунгицидом, регулятором роста растений, питательным веществом для растений или их комбинацией. Микрочастицы содержат от 1 до 50% по весу активного ингредиента (предпочтительно 15-50%), распределенного в полимерной матрице. Способ получения состава включает следующие стадии: 1) растворение активного ингредиента и полимера (выбранного из группы, включающей полиметилметакрилат, полимер молочной кислоты, сополимеры молочной и гликолевой кислоты, ацетатбутират целлюлозы, полистирол, акриловый полимер, сополимер винилпирролидона и винилацетата и др.) в легко летучем органическом растворителе (обычно в метиленхлориде, можно в хлороформе или CCl4) с образованием гидрофобного раствора; 2) смешивание гидрофобного раствора и водной среды до образования эмульсии; 3) выпаривание из эмульсии органического растворителя; 4) отделение водной среды от осажденных микрочастиц декантацией или использование состава в виде дисперсии микрочастиц в водной среде.

Способ применения данного состава (описанный в указанном патенте RU 2203547) заключается либо в нанесении состава на поверхность почвы, либо в борозду, либо на растения в таком количестве, чтобы на один гектар посевной площади приходилось от 1 г до примерно 10 кг активного ингредиента, либо в обработке семян составом таким образом, чтобы на 100 кг семян было нанесено от 1 г до 500 г активного ингредиента.

Главным недостатком известных состава и способа его применения, выбранных за прототип, является сложная технология изготовления состава, а также необходимость использования при его получении токсичных хлорсодержащих органических растворителей. Недостатком является также то, что для полимерной матрицы в составе в основном используются гидрофобные нерастворимые в воде полимеры, не способные удерживать в своих пустотах воду.

Задачей заявляемого изобретения является создание экологически безопасного и нетоксичного состава для пролонгированной доставки биологически активного ингредиента к семенам и растениям, который будет прост при изготовлении, безопасен при изготовлении и применении и обеспечит постепенное выделение биологически активного ингредиента из полимерной матрицы в виде водного раствора.

Задачей заявляемого изобретения является также разработка способа применения предлагаемого состава, который обеспечит пролонгированную доставку биологически активного ингредиента к семенам и растениям в эффективном количестве в течение длительного периода времени.

Решение поставленной задачи достигается предлагаемым составом для пролонгированной доставки биологически активного ингредиента к семенам и растениям, включающим полимерную матрицу и распределенный в полимерной матрице активный ингредиент, который в качестве активного ингредиента содержит пероксид водорода, обладающий ростстимулирующими и криопротекторными свойствами, полимерная матрица в составе состоит из поливинилпирролидона с М.М. 25000-30000, растворенного в воде в концентрации 1-2%, при этом массовое соотношение пероксида водорода и поливинилпирролидона составляет 1:29-1180.

Решение поставленной задачи достигается также предлагаемым способом применения состава для пролонгированной доставки биологически активного ингредиента к семенам и растениям, включающим нанесение состава на семена, в котором согласно изобретению семена обрабатывают составом, содержащим в качестве активного ингредиента пероксид водорода, распределенный в полимерной матрице, состоящей из поливинилпирролидона с М.М. 25000-30000, растворенного в воде в концентрации 1-2%, при массовом соотношении пероксида водорода и поливинилпирролидона 1:29-1180, в количестве 0,3-0,5 л на 1 кг, семян и подсушивают до сыпучего состояния.

В качестве биологически активного ингредиента предлагаемый состав содержит нетоксичный и уникальный по многим показателям регулятор роста растений - пероксид водорода (ПВ).

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 (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; Кунавин Г.А. Обработка семян томата раствором перекиси водорода. Проблемы науки и производства в условиях аграрной реформы. Тезисы докладов, Новосибирск, 1993, с.15-17; RU 2142707, A01N 59/00, 20.12.1999; RU 2172099, A01G 1/00, A01N 59/00, А01С 1/00, 20.08.2001). В книге: У.Шамб, Ч.Сеттерфилд, Р.Вентворс "Перекись водорода". М.: ИЛ, 1958, с.515-516, сообщается, что впервые применять разбавленные водные растворы ПВ 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), затем появились исследования на других растениях. В патенте RU 2253235, A01N 59/00, А01С 1/00, A01G 1/00, 10.06.2005 впервые предложено применять водные растворы ПВ для эффективного стимулирования образования крахмала при фотосинтезе высших растений. Существенным свойством ПВ, важным для России с зонами рискованного земледелия, частыми перепадами температур и заморозками является криопротекторная способность ПВ, обнаруженная и исследованная в патенте RU 2264070, А01С 1/00, A01G 7/00, 20.11.2005, на различных зерновых культурных растениях (как озимых, так и яровых).

Эффективность действия ПВ на растения объясняется уникальными свойствами ПВ: во-первых, он является источником кислорода (водорода) при фотосинтезе, и, кроме того, ПВ снижает температуру замерзания внутриклеточной воды (Комиссаров Г.Г. Фотосинтез: физико-химический подход. М.: УРСС, 2003 г. 224 с.; У.Шамб, Ч.Сеттерфилд, Р.Венторс. Перекись водорода. М.: ИЛ, 1958 г. 578 с.).

Недостатком использования разбавленных водных растворов ПВ для стимулирования роста и развития растений либо для защиты растений от действия низких температур является кратковременность контакта семян или развившихся растений с ПВ.

При создании предлагаемого состава в качестве полимерной матрицы для связывания ПВ были исследованы различные водорастворимые полимеры. Полимеры, токсичные для почвенной микрофлоры, были исключены. Было обнаружено, что некоторые полимеры обладают очень специфичным неблагоприятным действием не только по отношению к ПВ, но и по отношению к некоторым классам растений. Наиболее пригодным по своим свойствам оказался поливинилпирролидон (ПВП), для которого характерны отсутствие токсичности, высокая гидрофильность и, главное, способность связывать и удерживать до 50-60% ПВ по массе (Панарин Е.Ф., Калиньш К.К, Пестов Д.В. Докл. РАН, 1998, Т.363, №2, с.208). При экспериментальном исследовании ПВП с различной молекулярной массой оптимальным вариантом оказался ПВП с М.М. 25000-30000, хорошо растворимый в воде и способный образовывать при высушивании водных растворов эластичную и хорошо прилипающую к листьям и семенам пленку. При исследовании влияния концентрации ПВП в составе было установлено, что заявленный предел 1-2% обеспечивает свойства полимерной пленки, необходимые для постепенной доставки ПВ к растениям. Снижение концентрации ПВП уменьшает толщину пленки и сокращает длительность поступления ПВ в ткани растений, а повышение концентрации приводит к меньшей стабильности пленки.

Термин "полимерная матрица" в предлагаемом изобретении означает окружающий материал (ПВП), в котором равномерно молекулярно распределен активный ингредиент (ПВ). Поскольку предлагаемый состав представляет собой водный раствор, то помимо ПВ полимерная матрица содержит также молекулы воды, при подсушивании состава количество воды в ней уменьшается, а при контакте с водой снова увеличивается - сначала полимерная пленка набухает, образуется гель, из которого за счет медленных диффузионных процессов выделяется активный ингредиент, в данном случае водный раствор ПВ, а в дальнейшем происходит постепенное растворение полимерной пленки и окончательное поступление ПВ в ткани растения.

Предлагаемый состав получают следующим образом: готовят раствор ПВ нужной концентрации: от 5·10-4 до 1·10 -2 М (1,7·10-2-3,4·10 -1 г/л) (концентрации ПВ выше 1·10 -2 M уже превышают физиологически приемлемые для растений, а концентрации ПВ ниже 5·10-4 М недостаточно эффективны) путем разбавления водой выпускаемого промышленностью пероксида (обычно концентрация ПВ в нем 30%.). Далее в этот раствор при помешивании добавляют необходимую навеску ПВП с М.М. 25000-30000 для получения его концентрации 1-2% и массового соотношения ПВ:ПВП, составляющего от 1:30 до 1:1200 (1:29-1180). Растворение ПВП происходит быстро, состав сразу готов к употреблению.

Заявляемый состав можно использовать для нанесения на семена и на растения.

При нанесении состава на семена к 1 кг семян добавляют 0,3-0,5 л предлагаемого состава и встряхивают в течение 3-5 минут до получения на семенах равномерного пленочного покрытия. Уменьшение количества наносимого состава приводит к уменьшению толщины пленки, а увеличение делает пленку менее стабильной. Затем семена подсушивают в условиях внешней среды до сыпучего состояния и либо сразу высевают, либо используют через удобный интервал времени, желательно не более 5-7 суток.

Ростстимулирующие и криопротекторные свойства заявляемого состава были испытаны в лабораторных условиях.

Объекты испытаний.

Испытания проводились на растениях нескольких семейств и разного типа прорастания (надземного - с выносом семядолей, то есть первых фотосинтезирующих листьев, и подземного - без выноса семядолей). Растения отличались также по свойствам поверхности семян (гладкие, шероховатые и т.д.). Все испытанные растения имеют практическую значимость и широко используются в сельском хозяйстве. Объектами испытаний были представители однодольных, злаковых, сложноцветковых и двудольных растений, а именно:

1. Sorghum - сорго.

2. Triticum aestivum - пшеница.

3. Beta vulgaris - свекла.

4. Fagopyrum esculentum - гречиха.

5. Amaranthus lividus candatus - амарант.

6. Cucumis sativus - огурец.

7. Carthamus tinctorius - сафлор.

Методика испытаний при нанесении состава на семена была следующей. Опытные семена обрабатывали предлагаемым составом. Контрольные семена обрабатывали: 1) 1-2% водным раствором ПВП (без ПВ); 2) водным раствором ПВ концентрации 5·10 -4-1·10-2 М (без ПВП); и 3) только водой. После обработки контрольные и опытные семена подсушивали в условиях лаборатории до сыпучего состояния и помещали в культуральные сосуды на многослойные увлажненные фильтры либо высевали во влажный песок и подращивали при температуре +18...+20°С. Анализ эффективности предлагаемого состава проводили в несколько этапов: в контроле и опыте оценивали величину корня и гипокотеля, степень развития образования настоящего листа, а также количество жизнеспособных растений к определенному моменту времени эксперимента. Для получения более четких эффектов для испытаний были специально отобраны партии семян с пониженной всхожестью.

Пример 1.

Семена сафлора, сорт Милютинский, обрабатывали по методике, приведенной выше. К 100 г семян сафлора добавляли 50 мл состава, содержащего ПВП с М.М. 25000 в 1%-ной концентрации и ПВ в концентрации 5·10 -4 М (1,7·10-2 г/л), массовое соотношение ПВ:ПВП=1:590. В контроле концентрация ПВП составляла также 1%, концентрация ПВ - 5·10-4 М. Подсушенные до сыпучего состояния контрольные и опытные семена подращивали на влажном песке при температуре +18...+20°С. Результаты испытаний приведены в таблице 1. На всех стадиях испытаний у опытных растений наблюдали значительно более развитые корень и гипокотель. Настоящий зеленый лист появлялся к 10-м суткам в опыте у 12% живых растений и у 3% растений, обработанных раствором ПВ (без ПВП), в остальных контрольных вариантах к этому времени были растения только с семядольными листьями.

Пример 2 (контрольный).

Семена сафлора, сорт Милютинский, обрабатывали аналогично примеру 1, только концентрация ПВ в составе и в контроле составляла 1·10-4 М (3,4·10 -3 г/л), массовое соотношение ПВ:ПВП=1:2900. Результаты испытаний приведены в таблице 2.

Пример 3.

Семена амаранта, сорт Кизлярец, обрабатывали и подращивали аналогично примеру 1. К 100 г семян добавляли 30 мл состава, содержащего ПВП с М.М. 30000 в 2%-ной концентрации и ПВ в концентрации 5·10 -3 М (1,7·10-1 г/л), массовое соотношение ПВ:ПВП=1:118. Контроль: концентрация ПВП - 2%, концентрация ПВ - 5·10-3 М. Результаты приведены в таблице 3.

Пример 4.

Семена гречихи, сорт Сахаровская, обрабатывали и подращивали аналогично примеру 1. К 100 г семян добавляли 40 мл состава, содержащего ПВП с М.М. 25000 в 2%-ной концентрации и ПВ в концентрации 1·10 -2 М (3,4·10-1 г/л), массовое соотношение ПВ:ПВП=1:59. В контроле концентрация ПВП составляла также 2%, концентрация ПВ - 1·10-2 М. Результаты испытаний приведены в таблице 4.

Пример 5.

Семена свеклы кормовой обрабатывали аналогично примеру 1: к 100 г семян добавляли 50 мл состава, содержащего ПВП с М.М. 25000 в 2%-ной концентрации и ПВ в концентрации 5·10-4 М (1,7·10 -2 г/л), массовое соотношение ПВ:ПВП=1:1180. В контроле концентрация ПВП составляла также 2%, концентрация ПВ - 5·10 -4 М. Подсушенные до сыпучего состояния контрольные и опытные семена либо подращивали на влажном песке при температуре +18...+20°С либо раскладывали на влажные многослойные фильтры и выдерживали 15 часов при температуре +18...+20°С, затем переносили на 20 часов в морозильную камеру с температурой -2...-3°С, далее выдерживали 3 часа при температуре +3°С и высаживали на влажный песок, где подращивали при температуре +18...+20°С. Результаты испытаний приведены в таблице 5.

Пример 6.

Семена пшеницы, сорт Губерния, обрабатывали аналогично примеру 1: к 100 г семян добавляли 50 мл состава, содержащего ПВП с М.М. 30000 в 1%-ной концентрации и ПВ в концентрации 1·10 -2 М (3,4·10-1 г/л), массовое соотношение ПВ:ПВП=1:29. Контроль: концентрация ПВП - 1%, концентрация ПВ - 1·10-2 M. Контрольные и опытные семена раскладывали на влажный песок и помещали на 16 часов в темные камеры при температуре +18...+20°С, затем выдерживали 12 часов в морозильных камерах при температуре -5°С. Размораживание проводили при температуре +3°С в течение 6 часов, затем растения переносили в условия дневного освещения при температуре +18...+20°С для подращивания. На 10-е сутки гипокотель и корень в опытных образцах превышали по длине контроль (во всех контрольных вариантах) в 1,2-1,5 раза. Результаты испытаний приведены в таблице 6.

Пример 7.

Семена сорго, сорт Перспективное, обрабатывали аналогично примеру 1: к 100 г семян добавляли 50 мл состава, содержащего ПВП с М.М. 25000 в 2%-ной концентрации и ПВ в концентрации 5·10 -4 М (1,7·10-2 г/л), массовое соотношение ПВ:ПВП=1:1180. В контроле концентрация ПВП составляла также 2%, концентрация ПВ - 5·10-4 М (1,7·10-2 г/л). Подсушенные до сыпучего состояния контрольные и опытные семена помещали на влажные многослойные фильтры и 20 часов выдерживали в темной камере при температуре +18...+20°С. Далее на 15 часов семена переносили в морозильную камеру с температурой -1°С, после чего подращивание опытных и контрольных семян продолжали при +18...+20°С на влажном песке. Результаты испытаний приведены в таблице 7. На 8-е сутки эксперимента у 40% выживших растений в опыте отмечен второй настоящий лист, в контроле растений со вторым настоящим листом на 8-е сутки не обнаружено во всех контрольных вариантах.

Пример 8.

Семена огурцов сорта Вязниковские обрабатывали аналогично примеру 1: к 10 г семян огурцов добавляли 5 мл состава, содержащего ПВП с М.М. 30000 в 2%-ной концентрации и ПВ в концентрации 1·10-3 М (3,4·10 -2 г/л), массовое соотношение ПВ:ПВП=1:590. В контроле концентрация ПВП составляла также 2%, концентрация ПВ - 1·10 -3 М (3,4·10-2 г/л). Подсушенные до сыпучего состояния контрольные и опытные семена помещали во влажный песок сначала на 20 часов при комнатной температуре, далее в морозильную камеру на 5 час при температуре -5°С. Далее еще раз повторяли культивирование в течение 20 часов при комнатной температуре и в течение 5 часов при температуре -5°С. Затем опытные и контрольные образцы подращивали в термостате в условиях дневного освещения при +20°С. Результаты испытаний приведены в таблице 8. При подращивании семян огурцов без воздействия отрицательных температур в режиме +18...+20°С прорастание опытных семян и обработанных раствором ПВ (без ПВП) наступало ранее двух других контрольных вариантов, образование хорошо развитого настоящего листа отмечено в опыте на 24-36 час ранее, чем во всех контрольных вариантах.

Пример 9.

Семена огурцов сорта Родничок обрабатывали аналогично примеру 1: к 10 г семян добавляли 5 мл состава, содержащего ПВП с М.М. 30000 в 1%-ной концентрации и ПВ в концентрации 5·10 -4 М, массовое соотношение ПВ:ПВП=1:590. Контроль: концентрация ПВП 2%, концентрация ПВ 5·10-4 М. Контрольные и опытные семена раскладывали на влажные фильтры и помещали в темную камеру с температурой +20°С на 22 час, затем в морозильную камеру с температурой -3°С на 18 час, после чего оттаивали в течение 4 час при температуре +3°С и затем подращивали в термостате в условиях дневного освещения при температуре +20°С. Результаты испытаний приведены в таблице 9.

Как уже упоминалось, заявляемый состав можно использовать и для нанесения на растения. Обрабатывать растения составом можно на любых стадиях развития: проростки, растения с семядольными листьями и сформировавшиеся растения с настоящими листьями. Нами проводилась обработка семядольных листьев растений огурцов сорта Вязниковские составом, содержащим ПВП с М.М. 30000 в 1%-ной концентрации и ПВ в концентрации 5·10 -4 М (1,7·10-2 г/л), массовое соотношение ПВ:ПВП=1:590. Контрольные растения обрабатывали раствором ПВ с концентрацией 5·10-4 М. Наблюдалось ускорение образования и развертывания настоящего листа в опыте до 1,5 суток ранее чем в контроле.

Таким образом, приведенные результаты испытаний показывают, что предложенный состав и способ его применения обеспечивают длительный контакт семян и растений с биологически активным ПВ и постепенное поступление ПВ в ткани растений, что позволяет использовать состав для любых сельскохозяйственных культур в качестве стимулятора роста и для защиты растений от действия отрицательных температур. Достаточно допосевной обработки семян или внекорневой обработки растений.

Формула изобретения

1. Состав для пролонгированной доставки биологически активного ингредиента к семенам и растениям, включающий полимерную матрицу и распределенный в полимерной матрице активный ингредиент, отличающийся тем, что в качестве активного ингредиента он содержит пероксид водорода, обладающий ростстимулирующими и криопротекторными свойствами, полимерная матрица состоит из поливинилпирролидона с М.М. 25000-30000, растворенного в воде в концентрации 1-2%, при этом массовое соотношение пероксида водорода и поливинилпирролидона составляет 1:29-1180.

2. Способ применения состава для пролонгированной доставки биологически активного ингредиента к семенам и растениям, включающий нанесение состава на семена, отличающийся тем, что семена обрабатывают составом по п.1 в количестве 0,3-0,5 л на 1 кг семян и подсушивают до сыпучего состояния.

MM4A Досрочное прекращение действия патента из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 12.01.2012

Дата публикации: 10.11.2012