Средство для повышения урожайности зерновых, зернобобовых и овощных культур, обладающее фунгицидными свойствами

Изобретение относится к области биохимии. Предложено средство для повышения урожайности зерновых, зернобобовых и овощных культур, обладающее фунгицидными свойствами. Средство представляет собой биологически активную смесь алифатических и дитерпеновых кислот, стеринов, дитерпеновых спиртов и полипренолов с примесью моно- и сесквитерпеновых соединений. Средство получают из пихты Abies sibirica путем экстракции воздушно-сухой измельченной древесной зелени трет-бутилметиловым эфиром. Затем промывают полученный экстракт водным раствором щелочного агента. Отделяют органический слой, содержащий нейтральные экстрактивные вещества. Концентрируют эти вещества удалением легколетучих соединений, включая экстрагент, путем дистилляции и гидродистилляции при пониженном давлении 0,1-0,3 ата и температуре от 50 до 80°С. Проводят полный гидролиз сложноэфирных компонентов водно-спиртовой щелочью с последующим подкислением реакционной смеси 10%-ной соляной кислотой до рН=7. Удаляют образовавшийся водный слой декантацией. Средство снижает поражаемость грибковыми заболеваниями сельскохозяйственных растений, стимулирует их рост и урожайность на 12-116% по общему урожаю, на 12-283% - по раннему. 7 табл.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для борьбы с болезнями растений, а также для стимулирования роста и развития растений зерновых, зернобобовых и овощных культур.

В последние годы во всем мире наметилась тенденция к созданию средств защиты растений из природного возобновляемого сырья, поскольку указанные средства малотоксичны и безопасны для окружающей среды.

Имеется несколько аналогов заявляемого средства по назначению, произведенных из пихты. Это препарат «РастСтим», полученный из древесной зелени пихты [В.М.Чекуров и др. Способ получения биологически активной суммы нейтральных изопреноидов. RU 2199861, 26.10.2001], и препарат «Вэрва» [А.В.Кучин и др. Регулятор роста растений с фунгицидным действием «Вэрва». RU 2298327, 20.01.2006]. Оба средства позиционируются как биостимуляторы роста растений с противогрибковым эффектом.

Эффективность препарата «РастСтим» [RU 2199861] показана только на томатах. Информация, раскрытая в патенте RU 2199861, указывает на большие нормы расхода препарата «РастСтим», учитывая 3-кратность обработки с/х культур (600 г на тонну воды), что является недостатком этого аналога. К недостаткам препарата «Вэрва» относится необходимость работы со щелочами высокой концентрации, что может при контакте с кожей вызывать колликвационные некрозы, келоидные рубцы. Попадание гидроксильных анионов в кровь приводит к развитию алкалоза, что влечет за собой нарушение сердечной деятельности, поражение центральной нервной системы.

Задачей изобретения является создание нового низкодозного экологически чистого природного средства для борьбы с болезнями растений и стимулирования роста растений зерновых, зернобобовых и овощных культур.

Поставленная задача решается новым средством, содержащим в качестве действующего вещества смесь алифатических и дитерпеновых кислот, нейтральные ди- и тритерпеноиды, стерины, полипренолы с примесью моно- и сесквитерпеновых соединений.

Заявленное средство получают из воздушно-сухой древесной зелени пихты в результате последовательного выполнения следующих этапов:

1. Экстракция трет-бутилметиловым эфиром и предварительная отмывка из экстракта свободных тритерпеновых кислот водной щелочью (водная фаза после этого может быть использована для получения препарата «Новосил»);

2. Отгонка экстрагента из органического экстракта и получение суммы нейтральных экстрактивных веществ, которую используют на следующем этапе 3;

3. Фракционная отгонка (дистилляция) и гидродистилляция легколетучих терпеновых фракций в техническом вакууме (остаточное давление 0,1-0,3 ата) в условиях постепенного повышения температуры в кубе с 50 до 80°С;

4. Гидролиз кубового остатка после этапа 3 водно-спиртовым раствором щелочи;

5. Подкисление реакционной смеси 10%-ным раствором соляной кислоты до рН=7, отделение органической фазы декантацией.

Выход заявленного средства составляет 94% от загруженного кубового остатка или до 50% в расчете на сумму эфироэкстрактивных веществ древесной зелени пихты. Заявляемое композиционное средство представляет собой плотную пасту зеленовато-коричневого цвета. Хромато-масс-спектрометрический анализ целевого продукта показал, что до 10% веса составляют непредельные кислоты с 20 атомами углерода и от 1 до 4 непредельных связей, до 15% - предельные кислоты с числом атомов углерода от 23 до 34. В продукте идентифицированы тетрадекановая, пентадекановая, гексадекановая, 14-метилгексадекановая, гептадекановая, олеиновая, линолевая (включая изомеры), линоленовая (включая изомеры), 14-октадеценовая, стеариновая, нонадекановая, эйкозатриеновая, 5,11,14,17-эйкозатетраеновая, 11,14-эйкозадиеновая, 11-эйкозеновая, эйкозановая, левопимаровая, абиетиновая, дегидроабиетиновая, генэйкозановая, докозановая, трикозановая, тетракозановая, гексакозановая, октакозановая, триаконтановая, дотриаконтановая, тетратриаконтановая кислоты. Основными по содержанию являются олеиновая (до 25%) и линолевая (до 20%, включая изомеры). Среди нейтральных соединений идентифицированы борнеол, кариофиллен, гумулен, -бизаболен, кариофилленоксид, гумулен-6,7-эпоксид, бизаболол, эпиманоилоксид, эпиманоол, цис-абиенол, неоабиенол, дегидроабиетол, 10-нонакозанол, полипренолы с длиной цепи от 12 до 22 изопреновых единиц, витамин Е, кампестерин, -ситостерин, стигма-4-ен-3-он. Анализ химического состава средства выполнен методом хромато-масс-спектрометрии на газовом хроматографе Hewlett-Packard 5890/II с квадрупольным масс-спектрометром (HP MSD 5971) в качестве детектора. Применялась кварцевая колонка НР-5 длиной 30 м, с внутренним диаметром 0.25 мм и толщиной пленки неподвижной фазы 0.25 µм (сополимер 5% дифенила - 95% диметилсилоксана). Анализ полипренолов осуществлялся методом ВЭЖХ. Для анализа использован жидкостный хроматограф Милихром с УФ-детекцией при длине волны 210 нм; колонка 6.3×0.2 см, заполненная сорбентом Lichrosorb RP-18 (зерно 5 мкм); элюент - смесь метанола с ацетоном (1:3 по объему).

Известны данные по биологической активности компонентов заявляемого средства. Так, монотерпеновые спирты и углеводороды проявляют фунгицидные и бактерицидные свойства [Abad M.J. et al., Arcivos, 2007, VII, 116-145], [Т.Arif et al., Journal of Asian Natural Products Research, 11, 7, 2009, 621-638], [М.Krauze-Baranowska et al., Z. Naturforsch. 2002, 57 c. 478-482], [М.Shahid et al., Anti-Infective Agents in Medicinal Chemistry, 2009, 8, 36-49], [Saito К. et al., Mokuzai Gakkaishi, 1996, 42, 677-680], [Kotan В., et al., Z. Naturforsch. 2007, 62, 7-8, 507-513], [J-D.Cha, Journal of Bacteriology and Virology, 2007, Vol.37, 3, 129-136], [Saito К. et al., Mokuzai Gakkaishi, 1996, 42, 677-680]. Особенно выделяются борнеол, кариофилленоксид, бизаболановые соединения [N.Tabanca et al., J.Agric. Food Chem., 2001, 49, 9, 4300-4303], [D.Yang, et al. Mycopathologia, 148, 2, 79-82], [Mitova М. et al., Zeitschrift fur Naturforschung, 2003, 58c. 697-703]. Концентрат алифатических и дитерпеновых кислот проявляет фунгицидные свойства и увеличивает всхожесть семян [RU 2372930, 28.05.2008], [Savluchinske F.S., et al., J.Microbiol. Methods, 1999, 35, 3, 201-206]. Выявлена ростстимулирующая роль растительного концентрата, содержащего токоферолы, ситостерин и полипренолы [Умаров А. и др. // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. - 2005. - N 2. С.13-15].

Заявляемое средство легко растворимо в большинстве органических растворителей - гексане, трет-бутилметиловом эфире, этиловом спирте, изопропаноле, ацетоне, этилацетате, образует эмульсии различных концентраций в воде (до 30%) с эмульгаторами, разрешенными к применению в сельском хозяйстве. Консистенция полученных эмульсий позволяет легко их дозировать и разбавлять водой, что удобно для: а) предпосевной обработки семян методом замачивания; б) опрыскивания растений в любой фазе вегетации.

Расширенные полевые испытания эмульсионного препарата на основе заявляемого средства (см. примеры 3-6) выявили существенное положительное влияние, оказываемое на развитие выбранных сельскохозяйственных культур, и повышенную эффективность заявляемого средства в сравнении с препаратами «РастСтим» и «Новосил» - известными препаратами подобного биологического действия.

Преимущества заявляемого средства:

- высокая биологическая активность в качестве фунгицидного средства ростостимулирующего действия, обеспечивающего в тестовых экспериментах прибавку к урожаю 12-116%, по раннему урожаю 12-283%;

- предложенная водная эмульсия заявляемого средства является удобной препаративной формой его использования и дозирования;

- состав заявляемого средства способствует снижению дозировки эмульгатора при приготовлении препаративной формы;

- ослабление экологической нагрузки на окружающую среду от его использования вследствие сокращения кратности обработок с/х растений, снижения общей нормы расхода средства и агрессивности входящих компонентов;

- способ его получения состоит из простых технологических операций, не требующих использования дорогостоящего специального оборудования, что позволяет проводить крупномасштабную наработку заявляемого средства на производствах, занятых переработкой отходов лесозаготовки пихты;

- заявленное средство получают в схеме безотходной переработки экстрактивных веществ древесной зелени пихты с получением его параллельно наработке других биологически активных веществ по RU 2108803, RU 2336889, RU 2348168, RU 2372930 и RU 2355170.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Получение заявляемого средства.

Воздушно-сухую измельченную ДЗ пихты (80 кг) в мешках из бязи помещают в экстрактор, приливают трет-бутилметиловый эфир (350 л) из мерника и настаивают при комнатной температуре в течение 8 ч. Экстракт сливают (220 л), приливают свежий трет-бутилметиловый эфир (260 л) и вновь настаивают в течение 8 ч. Сливают вторую порцию экстракта (260 л). Экстракты объединяют и обрабатывают 2%-ным водным раствором едкого натра (150 л) при перемешивании в аппарате с мешалкой. Смесь перемещают в делительную воронку-отстойник, дожидаются полного расслоения и разделяют слои - водно-щелочной и органический экстракты.

Водно-щелочной экстракт удаляют.

Проэкстрагированную ДЗ пихты отделяют фильтрованием и отбрасывают.

Органический экстракт порциями загружают в перегонный аппарат и отгоняют трет-бутилметиловый эфир при разрежении 0,1-0,3 ата (вакуум водокольцевого насоса) и температуре в кубе не выше 50°С. Получают свободную от экстрагента липофильную фракцию экстракта (4,8 кг), содержащую легколетучие компоненты (пихтовое масло). Накапливают липофильную фракцию в количестве 45-55 кг, загружают ее в емкостной аппарат, добавляют 7-10 кг воды и при температуре 50-80°С и остаточном давлении 0,1-0,3 ата (вакуум водоструйного насоса) отгоняют (гидродистиллируют) пихтовое масло (легколетучие компоненты). Выход органической части отгона составляет 18%, кубового остатка - 77% от загруженного.

1 кг кубового остатка гомогенизируют в 1 л этанола, добавляют 0,65 л водного 50%-ного раствора едкого натра. Кипятят смесь (т. кип. этанола 78°С) при перемешивании в течение 2 часов, затем отгоняют водный этанол при пониженном давлении (вакуум водоструйного насоса) и температуре в кубе не выше 80°С. Добавлением 10%-ного водного раствора соляной кислоты доводят гидролизат до рН 7. При этом гидролизат расслаивается на целевой продукт - плотную пасту темно-коричневого цвета, выход которой составляет 0,94 кг, и нейтральный водный слой, который отделяют декантацией и направляют в отходы.

Полученное заявляемое средство для испытания его биологической активности переводили в форму водной 5%-ной эмульсии (испытуемый препарат). В качестве эмульгатора при приготовлении испытуемого препарата применяли «Мыло жидкое для технических целей» по ТУ 9144-080-00279611-2001.

Пример 2. Подготовка заявляемого средства к использованию

В стеклянный стакан вместимостью 300 мл, помещенный в водяную баню, вносят эмульгатор (8 г) и нагревают до 80°С. Затем прибавляют нагретое до 80°С заявляемое средство (12 г) и в течение 15 мин интенсивно перемешивают механической лопастной мешалкой. Смесь разжижается и превращается в желеобразную массу. К этой смеси заявляемого средства и эмульгатора (30 г) прибавляют горячую воду (220 г) порциями по 20-25 мл в течение 15 мин, затем интенсивно перемешивают дополнительно 15-20 мин, после чего испытуемый препарат готов к проведению биологических испытаний.

Сравнительное исследование эффективности применения препаратов из заявляемого средства по примеру 1, прототипа РастСтим [RU 2199861], Новосила [RU 2108803] по отношению к контролю на показатели урожайности с/х культур, подавление грибковых заболеваний, лабораторную всхожесть семян проведено совместно с ГНУ СибНИИРС СО РАСХН.

Пример 3.

Объект исследования: перец сорта «Гогошары». Горшечная рассада выращена в течение 70 дней в теплице, затем высажена под пленочное укрытие.

Внекорневая обработка проведена однократно из расчета 2 мл 5%-ной эмульсии заявляемого средства на 1 литр воды. Контролем (К-1) служил полив водой. В качестве эталонов использованы препараты РастСтим и Новосил в равной заявляемому средству концентрации. Результаты приведены в таблице 1.

На культуре перца «Гогошары» заявляемое средство показало превышение по раннему урожаю над контролем в ~4 раза, над НОВОСИЛом и РастСтимом - в 1,65 раза. По общему урожаю - превышение в 1,5 раза над контролем.

Пример 4.

Объекты исследования: пшеница сорта «Скала», ячмень сорта К-25086, овес сорта «Зенит», инфицированные возбудителями болезней. Учет проведен по листовым болезням в течение вегетационного периода. В конце вегетации проведен учет по головневым заболеваниям и корневым гнилям. Сноповой анализ семян проведен по элементам продуктивности.

Семена перед посевом обрабатывали заявляемым средством с увлажнением из расчета 10 л воды на тонну. Норма расхода 5%-ной водной эмульсии препаратов - 100 мл на тонну семян. Контролем служили семена, инфицированные возбудителями болезней и не обработанные биоактивными средствами (К-1) и здоровые (неинфицированные) (К-2).

Результаты испытаний приведены в таблицах 2-4.

Из данных таблиц 2-4 следует, что гидролизат, полученный в условиях примера 1, угнетает болезни зерновых культур, превосходя по положительному эффекту в ряде случаев препарат-прототип РастСтим и эталон НОВОСИЛ. Урожай увеличивается в ~2 раза относительно контроля по инфицированным и в ~1,3 раза относительно контроля по здоровым растениям.

Пример 5.

Объект исследования: горох сорта «Новосибирец» зернового направления, листочкового морфотипа с индетерминантным типом роста стебля. Учитывали лабораторную всхожесть семян, индекс развития болезни. Для структурного анализа отбирали по 2 растения с кв.м. Растения анализировали по следующим показателям: длина стебля, число продуктивных узлов, число бобов на растении.

Перед посевом семена обрабатывали заявляемым средством с увлажнением из расчета 10 л воды на тонну. Норма расхода 5%-ной водной эмульсии - 100 мл на тонну семян (5 г ДВ/ тонну). Размер делянки 5 кв.м, повторность 4-кратная.

Опрыскивание растений эмульсией заявляемого средства проводили в фазу бутонизации. Норма расхода 5%-ной эмульсии - 600 мл/300 л воды/1 га (30 г ДВ/га). Размер делянки 2 кв.м, повторность 4-кратная. Контролем (К-1) служили семена/растения без обработки препаратами (Для опрыскивания и замачивания использовалась вода).

Результаты испытаний приведены в таблицах 5, 6.

На культуре гороха заявляемое средство показало превышение над контрольными результатами (13-44%) и препаратом РастСтим (16-58%), уступая Новосилу при раздельных предпосевной обработке семян (-17%) и опрыскивания (-24.6%). При сочетании обоих способов обработки незначительно превосходит Новосил (+4%).

Пример 6.

Объект исследования: огурец-гибрид КМ-67 «Димка». Горшечная рассада выращивалась в течение 30-35 дней в теплице, затем высажена в контейнеры под пленочное укрытие. Учет урожая - 3 раза в неделю.

Внекорневая обработка растений проведена однократно из расчета 2 мл 5%-ной эмульсии заявляемого средства на 1 литр воды (100 г ДВ/тонну воды). Контролем (К-1) служил полив водой. Результаты приведены в таблице 7.

На культуре огурца заявляемое средство показало превышение над контрольными результатами (12-13%) и препаратом РастСтим, незначительно уступая Новосилу (3-14%).

В целом анализ данных, приведенных в примерах 3-6, свидетельствует о положительном влиянии заявляемого средства на сельскохозяйственные культуры. Отмечено существенное снижение грибковых заболеваний зерновых культур и увеличение урожайности, в том числе ранней, по сравнению с обработкой контрольными и эталонными препаратами (РастСтим и Новосил).

Формула изобретения

Средство для повышения урожайности зерновых, зернобобовых и овощных культур, обладающее фунгицидными свойствами, содержащее биологически активную смесь алифатических и дитерпеновых кислот, стерины, дитерпеновые спирты и полипренолы с примесью моно- и сесквитерпеновых соединений, полученное из пихты Abies sibirica путем экстракции воздушно-сухой измельченной древесной зелени трет-бутилметиловым эфиром, промывки полученного экстракта водным раствором щелочного агента, отделения органического слоя, содержащего нейтральные экстрактивные вещества, концентрирования этих веществ путем удаления легколетучих соединений, включая экстрагент, путем дистилляции и гидродистилляции при пониженном давлении 0,1-0,3 ата и температуре от 50 до 80°С и полного гидролиза сложноэфирных компонентов водно-спиртовой щелочью с последующим подкислением реакционной смеси 10%-ной соляной кислотой до рН 7 и удалением водного слоя декантацией.

PD4A Изменение наименования, фамилии, имени, отчества патентообладателя

(73) Патентообладатель(и): Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Новосибирский институт органической химии им. Н.Н. Ворожцова Сибирского отделения Российской академии наук (RU)

Дата внесения записи в Государственный реестр: 28.08.2012

Дата публикации: 20.09.2012