Биостимулятор роста сельскохозяйственных растений из хитина ракообразных и способ получения биостимулятора роста сельскохозяйственных растений из хитина ракообразных

Биостимулятор роста сельскохозяйственных растений из хитина ракообразных и способ получения биостимулятора роста сельскохозяйственных растений из хитина ракообразных

Реферат

Изобретение относится к области сельского хозяйства к средству для стимулирования роста бахчевых и овощных культур и способу его получения на основе биологически активного вещества (БАВ) - низкомолекулярного хитозана, полученного из хитина ракообразных.

Известен стимулятор роста растений на основе хитозана, содержащий мас.%: хитозан с молекулярной массой 800-50000 Д и степенью деацетилирования 70-90% - 0,1-0,3; молочную кислоту 0,07-0,21; янтарную кислоту 0,03-0,09; калий кремнекислый мета 0,02-0,06; диметилсульфоксид 0,01-0,03; вода - остальное, при pH раствора 6,0-6,5 и при соотношении хитозан: органическая кислота, в мас.ч., равном 1:1 (см. патент РФ №2144768, 1999 г).

Его недостаток состоит в том, что состав стимулятора роста является многокомпонентным, содержит неорганические соединения, которые чужды естественному обмену веществ в растениях и предназначен для монокультуры - риса.

Известна биологически активная композиция на основе водных растворов хитозана, насыщенных ионами серебра, представляющая собой гель, прошедший магнитную обработку и содержащий, в г/л: хитозан со степенью деацетилирования 75-88% - 1,0-50; молочную кислоту 1,0-50; ионы серебра -7,5-10 мг/л и вода - остальное (см. патент РФ №2316963, 2006).

К недостаткам данного препарата относятся следующие: нет подтверждения достоверности растворения хитозана, препарат представляет собой гель, что затрудняет его использование для предпосевной обработки семян (при их замачивании) и опрыскивании растений в фазу цветения, используется дорогостоящий хитозан зарубежного производства.

Наиболее близким по сути аналогом (прототипом) является известный препарат «Агрохит», действующее вещество лактат хитозана, содержащий: 4%-ный раствор низкомолекулярного хитозана с молекулярной массой 5-20 кДа в 1% растворе молочной, уксусной или соляной кислоты (см. Немцев С.В. Научное обоснование комплексной технологии хитина, хитозана из панциря промысловых ракообразных и продукции на их основе. - автореф. дисс. на соискание уч. степ, д-ра техн. наук. - М.: ВНИРО, 2006, 39-40 с). Хитозан для препарата «Агрохит» получают из хитина дальневосточных крабов отечественного производства, однако данное средство включено в список препаратов, разрешенных к применению только для картофеля и яблонь.

Технической задачей предполагаемого изобретения является создание экологически чистого и безопасного биостимулятора роста бахчевых и овощных растений на основе растворенного низкомолекулярного хитозана, полученного из хитина панцирьсодержащего сырья речных раков Волго-Каспийского бассейна.

Технический результат - повышение энергии прорастания и всхожести семян, увеличение урожайности бахчевых и овощных культур.

Он достигается тем, что предложенный состав представляет собой раствор, содержащий, масс.%:

низкомолекулярный хитозан с молекулярной массой 10-25 кДа	0,5-3
0,5-1% водный раствор молочной кислоты	10-90
молочная сыворотка	10-90

Хитозан - природный полисахарид - поли-(1-4)-2-ацетамидо-2-дезокси-Д-глюкопиранозид- производное природного биополимера - хитина, второго (после целлюлозы) по распространенности в природе органического вещества.

На сегодняшний день хитозан получают из хитина, произведенного из панциря креветок и дальневосточных крабов. Тестированные требования по показателям качества и безопасности отсутствуют, но есть разработанные и утвержденные технические условия ТУ 9289-002-11418234-99 «Хитозан низкомолекулярный пищевой». Для приготовления биостимулятора используют низкомолекулярный хитозан, полученный из хитина панциря речных раков Волго-Каспийского бассейна. Хитин получают по способу, описанному в патенте РФ №2269913. Способ получения из хитина низкомолекулярного хитозана и биостимулятора на его основе приведен ниже.

Основные качественные характеристики низкомолекулярного хитозана следующие: цвет светло-кремовый, без запаха, размер частиц 0,5-1,0 мм, плотность 0,25-0,3 кг/м³, содержание воды 5,4-5,8%, азотистых веществ 0,87-0,92%, минеральных веществ 0,22-0,27%, нерастворимых веществ 0,3-0,4%, молекулярная масса 6-25 кДа, степень деацетилирования (СД) 77-82%, вязкость 1%-ного раствора в уксусной кислоте 1,7-2,5 мм²/с,

Молочная кислота - природная органическая кислота (d-оксипропионовая кислота). Молочную кислоту используют в предложенном способе 40%-ной концентрации и отечественного производства. (ГОСТ 490-79).

Используемая вода для растворения молочной кислоты должна отвечать нормам СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества». Разбавляют молочную кислоту до содержания ее в воде 0,1-1%).

Молочная сыворотка. В соответствии с ОСТ 10 213-97 (взамен ОСТ 10.02.023-87) «Сыворотка молочная» по органолептическим показателям сыворотка должна соответствовать следующим требованиям: однородная жидкость зеленоватого цвета, без посторонних примесей. Допускается наличие белого осадка, а для фильтрата - однородная, прозрачная жидкость зеленоватого цвета, допускается слабая опалесценция. Вкус и запах чистый, свойственный молочной сыворотке, для казеиновой и творожной - кисловатый, без посторонних привкусов и запахов. По физико-химическим показателям молочная сыворотка должна соответствовать следующим требованиям: плотность не менее 1019-1023 кг/м³; кислотность 20-75°T; массовая доля сухих веществ, не менее 4,5-5,0%, в т.ч. массовая доля лактозы, не менее 3,5-4,0%; массовая доля жира, не более 0,1%; pH 5,3-5,75 По микробиологическим показателям сыворотка молочная не должна содержать патогенных микроорганизмов. Критерии безопасности сыворотки молочной, кроме микробиологических показателей, в соответствии с действующим СанПиН 2.3.2.1078-01.

Биостимулятор представляет собой раствор сухого хитозана в разбавленной молочной кислоте и молочной сыворотке (лактат хитозана) с pH 2,5-5,5, без запаха, плотностью 0,65-0,7 г/см³, с содержанием сухих веществ 2-4,0%.

Выявлена высокая эффективность биостимулятора на посевные качества бахчевых растений арбуза сорта «Астраханский». Проведено сравнение предложенного биостимулятора по обработке семян растений арбуза сорта «Астраханский». Применение биостимулятора предусматривает разбавление его водой до концентрации 0,01-0,04% в зависимости от культуры и стадии обработки. Выявлено, что применение биостимулятора концентрацией выше 0,04% является экономически не эффективным, а ниже 0,01% способствует снижению стимуляции роста растений. Продолжительность обработки составила 4-6 часов. Параллельно проводилась обработка семян обычной питьевой водой. Контролем служили сухие семена. Установлено, что предпосевная обработка семян арбуза сорта «Астраханский» усиливает энергию прорастания, лабораторную и полевую всхожесть на 5, 6 и 12% соответственно, по сравнению с контролем (см. табл.1).

Таблица 1
Влияние биостимулятора на энергию прорастания и всхожесть семян арбуза сорта «Астраханский»
Варианты обработки семян	Энергия прорастания, %	Всхожесть, %
лабораторная	полевая
Семена сухие (контроль)	87	91	81
Семена, замоченные в воде,	89	94	83
Семена, замоченные в водном растворе биостимулятора	92	97	92

Урожайность при обработке семян биостимулятором выросла на 10,1 т/га и составила 51 т/га, что на 24,6% выше, в сравнении с контролем (40,9 т/га) (см. табл.2).

Предпосевная обработка семян биостимулятором способствовала увеличению в плодах аскорбиновой кислоты (витамин С), сухих веществ и накоплению сахаров, по сравнению с контролем (табл.3).

Таблица 2
Влияние биостимулятора на урожайность и хозяйственно-ценные признаки арбуза сорта «Астраханский»
Варианты обработки семян	Урожайность, т/га	Масса плода, кг	Масса семян из одного плода, г	Кол-во семян в плоде, шт.
Семена сухие (контроль)	40,9	5,1	24,8	263
Семена, замоченные в воде	44,9	5,4	26,5	265
Семена, замоченные в водном растворе биостимулятора	51,0	6,4	29,5	298

Таблица 3
Влияние биостимулятора на биохимические показатели плодов арбуза сорта «Астраханский»
Варианты обработки семян	Аскорбиновая кислота, мг %	Содержание, в %
	сухих веществ	суммы сахаров
Семена сухие (контроль)	2,73	10,05	8,08
Семена, замоченные в воде	2,94	10,20	8,12
Семена, замоченные в водном растворе биостимулятора	4,03	11,6	9,86

Биостимулятор был испытан при выращивании овощных культур томата сорта «Подарочный» Были апробированы следующие варианты предпосевной обработки семян томата биостимулятором:

1 вариант - замачивание в 0,2% водном растворе биостимулятора в течение 6 ч;

2 вариант - замачивание в 0,2% водном растворе биостимулятора в течение 6 ч + 1 опрыскивание растений 60 мл/га;

3 вариант - замачивание в 0,2% водном растворе биостимулятора в течение 6 ч + 2 опрыскивание растений 60 мл/га;

4 вариант - 1-ное опрыскивание растений 60 мл/га без замачивания семян;

5 вариант - 2-ное опрыскивание растений 60 мл/га без замачивания семян;

6 вариант - обработка водой (контроль)

Предпосевная обработка семян томата проводилась посредством замачивания их в водном растворе биостимулятора в течение 6 ч, после чего семена слегка подсушенные были посеяны в открытый грунт. Первое опрыскивание растений томата биостимулятором проводилось в фазе бутонизации, 2-ое опрыскивание - во время цветения растений. Учет всхожести безрассадного томата показал, что предпосевное замачивание семян в растворе биостимулятора активизирует ростовые процессы. Полевая всхожесть семян, обработанных препаратом, увеличилась на 10% (см. табл.4).

Таблица 4
Влияние биостимулятора на полевую всхожесть семян томата
Наименование показателя	Варианты обработки семян препаратом	НСР0,05
1	2		4	5	6
Всхожесть семян	67,5	67,8	69,2	57,0	58,8	56,0	5,6

Биометрические измерения, проведенные: во время цветения растений томата и в начале созревания плодов, подтверждают положительное влияние биостимулятора на рост и развитие растений, показывают, что предпосевная обработка семян и двукратное опрыскивание растений во время вегетации повышает массу растений, увеличивает количество листьев, побегов, кистей и плодов (см. табл.5).

Таблица 5
Влияние биостимулятора на развитие растений томата во время цветения/в начале созревания плодов
Варианты обработки семян биостимулятором	Биометрические показатели в фазу цветения
масса, г	высота, см	листья, шт.	побеги, шт.	общая длина побегов, см	общее количество, шт.
плодов,	кистей
1	28,8/29,2	98,8/105,5	18,5/17,0	1,8/2,2	94,5/98,2	3,0/3,2	6,2
2	36,2/1035,0	96,5/105,2	21,8/22,2	2,2/4,0	114,0/103,8	3,2/4,2	8,5
3	41,5/980,0	96,8/122,5	21,5/27,8	2,2/3,2	116,0/196,2	3,5/5,8	9,2
4	37,5/962,5	99,5/105,8	15,5/27,5	1,8/4,0	89,0/123,2	3,0/5,0	7,2
5	34,2/455,0	96,5/92,0	14,5/20,5	1,5/2,2	81,5/126,5	2,5/3,2	8,0
6	22,5/262,0	79,2/91,2	13,8/13,8	1,2/2,0	51,3/92,0	2,2/2,8	5,5
HCP0,05	123,6/146,0	12,3/21,2	2,9/6,3	0,2/0,9	36,1/63,7	0,7/1,0	0

Предпосевная обработка семян биостимулятором способствует сдерживанию развития болезни альтернариоз у растений томата. Самые высокие показатели эффективности биостимулятора против альтернариоза были установлены во время первого учета, в вариантах с предпосевной обработкой семян и опрыскиванием растений во время вегетации.

Влияние биостимулятора на рост и развитие растений томата и значительное сдерживание развития альтернариоза повлияло на урожайность (см. табл.6). В варианте 3 с предпосевным замачиванием семян и двукратным опрыскиванием растений во время вегетации биостимулятором произошло увеличение урожайности на 18,8%. Однократное опрыскивание препаратом во время вегетации дало 9,4% прибавки урожайности (вариант 5). Предпосевная обработка семян (замачивание) биостимулятором повысила урожайность на 3,7% (табл.6).

Таблица 6
Влияние биостимулятора на урожайность томата
Варианты обработки семян биостимулятором	Средняя масса плода, г	Урожайность	В том числе
т/га	% к контролю	стандарт, т/га	нестандарт, т/га	больные плоды, т/га
1	100,2	30,9	103,7	28,3	2,3	0,3
2	101,4	33,0	110,7	30,6	2,1	0,3
3	100,4	35,4	118,8	33,2	2,0	0,2
4	100,8	35,1	117,8	32,6	2,2	0,3
5	101,2	32,6	109,4	30,1	2,3	0,2
6	99,8	29,8	100,0	25,1	4,2	0,5
HCP0,05		2,0		1,8	2,1	0,1

Применение биостимулятора отразилось и на качестве урожая, так как содержание в нем больных плодов значительно сократилось. В варианте 3 с предпосевной обработкой и двукратным опрыскиванием растений во время вегетации, содержание больных плодов в урожае сократилось в два раза. Двукратное опрыскивание растений томата во время вегетации (вариант 5) также в два раза сокращает содержание больных плодов в урожае, по сравнению с контролем. Применение препарата не оказало отрицательного влияния на среднюю массу плодов.

Таким образом, применение биостимулятора изготовленного на основе биогенного полимера (хитозана), будет способствовать выращиванию экологически чистой, безопасной овощной и бахчевой продукции.

Основная функция биостимулятора - элиситорная, заключающаяся в индуцировании естественного потенциала (защитных реакций) растительной ткани, что способствует повышению урожайности, болезнеустойчивости, содержанию ценных органических веществ.

Отличительная особенность биостимулятора - негормональная основа препарата. Препарат прост в применении и не требует специальных условий хранения. Натуральные компоненты биостимулятора не накапливаются в тканях растений и не наносят вред окружающей среде, животным и человеку.

Предложенный биостимулятор получают на основе низкомолекулярного хитозана, который получают из хитина ракообразных.

Известен способ получения из хитина низкомолекулярного хитозана и биостимулятора на его основе, включающий деацетилирование крабового хитина в 50%-ном растворе щелочи при температуре 100-105°C, продолжительности 3 ч. для получения высокомолекулярного хитозана (ВМХ), промывку ВМХ водой до pH 7, его сушку, растворение ВМХ при рН 4,9-5,4 в 0,2 М ацетатном буфере, гидролиз ферментным препаратом актиномицета Streptomyces kurssanovii в количестве 1,0±0,4 ед/г при температуре 45°C, осаждение НМХ раствором щелочи, промывку НМХ до pH=9, растворение НМХ в соляной кислоте, распылительную сушку раствора НМХ, приготовление 4% раствора НМХ в 1%-ном растворе молочной, уксусной или соляной кислоты с концентрацией 1% для получения средства защиты растений (см. Немцев СВ. Научное обоснование комплексной технологии хитина, хитозана из панциря промысловых ракообразных и продукции на их основе. - автореф. дисс.на соискание уч. степ, д-ра техн. наук. - М.: ВНИРО, 2006, 39-40 с).

Недостатком данного способа является многостадийность процесса получения НМХ и его дополнительное растворение в соляной кислоте перед сушкой.

Наиболее близким по сути является способ получения из хитина низкомолекулярного хитозана и биостимулятора на его основе, включающий деацетилирование хитина 40%-ной щелочью при температуре 95-98°C, продолжительности 24 ч. для получения ВМХ, промывку ВМХ водой до pH 7, сушку при температуре 50-55°C, фракционирование ВМХ посредством просеивания, кислотный гидролиз ВМХ, осаждение НМХ, растворение НМХ в 1%-ном растворе молочной кислоты с концентрацией 1% для получения средства защиты растений (см. Мукатова М.Д., Боева Т.В. «Биостимулятор повышения урожайности для сельскохозяйственных культур // Рыбпром, №3. - 2010 г., С.106-107)

Недостатком данного способа является применение кислоты, жестких режимов гидролиза ВМХ, что способствует получению большого процента мономера (глюкозамина).

Техническая задача - получение биостимулятора на основе НМХ, полученного из хитина ракообразных (речных раков) с применением ферментативного гидролиза ВМХ.

Технический результат - усовершенствование способа получения биостимулятора роста на основе НМХ

Он достигается тем, что НМХ получают из ВМХ посредством гидролиза ферментным препаратом папаин 0,3-0,5% в течение 5-6 часов при температуре 45-50°C или ферментным препаратом протосубтилин 2-3% в течение 5-7 часов при температуре 40-45°C и растворение 0,5-3% НМХ с молекулярной массой 10-25 кДа в водном растворе молочной кислоты концентрацией 0,5-1% взятой в количестве 10-90% и молочной сыворотке взятой в количестве 10-90% от общей массы, для получения средства защиты растений.

Способ осуществляют следующим образом. Хитин из панцирьсодержащего сырья речных раков, полученный по способу, описанному в патенте РФ №2269913, деацетилировали 45%-ным раствором гидроксида натрия при гидромодуле (ГМ) 1:10, температуре 90-100°C, продолжительности 3-4 ч для получения ВМХ, промывали ВМХ водой до pH 7, сушили конвективным способом при температуре 35-40°C, фракционировали ВМХ посредством просеивания с последующим растворением ВМХ в 0,2 М ацетатном буфере и проводили гидролиз ферментным препаратом папаином 0,3-0,5%) в течение 5-6 часов при температуре 45-50°C или протосубтилином 2-3% в течение 5-7 часов при температуре 40-45°C. В гидролизат добавляли 10%) раствор гидроксида натрия для осаждения НМХ. После осаждения НМХ его отделяли фильтрованием, промывали водопроводной водой до pH 8 и сушили конвективным способом при температуре 35-40°C до остаточной влажности 8-10%.

Для получения биостимулятора роста, НМХ в количестве 0,5-3% с молекулярной массой 10-25 кДа растворяли в 0,5-1% растворе молочной кислоты, взятой в количестве 10-97% и добавляли к нему молочную сыворотку, взятую в количестве 10-97% от общей массы.

Предложенный способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1

Способ получения биостимулятора роста сельскохозяйственных растений.

Хитин из панцирьсодержащего сырья речных раков, полученный по способу, описанному в патенте РФ №2269913, деацетилировали 45%-ным раствором гидроксида натрия при гидромодуле (ГМ) 1:10, температуре 90°C, продолжительности 4 ч для получения ВМХ, промывали ВМХ водой до pH 7, сушили конвективным способом при температуре 35-40°C, фракционировали ВМХ посредством просеивания, растворяли ВМХ в 0,2 М ацетатном буфере и проводили гидролиз ферментным препаратом папаином 0,3% в течение 6 часов при температуре 50°C. В полученный гидролизат добавляли 10% раствор гидроксида натрия для осаждения НМХ. После осаждения НМХ его отделяли фильтрованием, промывали водопроводной водой до pH 8 и сушили конвективным способом при температуре 35°C до остаточной влажности 8%.

Для получения биостимулятора роста; НМХ в количестве 1% с молекулярной массой 20 кДа растворяли в 1% растворе молочной кислоты, взятой в количестве 50% и добавляли молочную сыворотку, взятую в количестве 50% от общей массы.

Пример 2

Способ получения биостимулятора роста сельскохозяйственных растений.

Способ получения биостимулятора роста сельскохозяйственных растений из хитина ракообразных осуществляли аналогичным способом, различие состояло в том, что гидролиз высокомолекулярного хитозана проводили ферментным препаратом протосубтилином концентрацией 2% в течение 6 часов при температуре 40°C и низкомолекулярный хитозан в количестве 2% с молекулярной массой 20 кДа растворяли в 1% растворе молочной кислоты, взятой в количестве 40% и добавляли к нему молочную сыворотку взятую в количестве 60% от общей массы.

Биостимулятор и способ его получения позволяют повысить энергию прорастания и всхожести семян, увеличить урожайность бахчевых и овощных культур, путем использования вещества - низкомолекулярного хитозана, экологически чистого и безопасного для окружающей среды.

1. Биостимулятор роста бахчевых и овощных культур, характеризующийся тем, что он представляет собой раствор, содержащий, мас.%:

низкомолекулярный хитозан с молекулярной массой 10-25 кДа	0,5-3
0,5-1%-ный водный раствор молочной кислоты	10-90
молочная сыворотка	10-90

2. Способ получения биостимулятора роста бахчевых и овощных культур из хитина ракообразных, характеризующийся тем, что хитин деацетилируют 45%-ным раствором гидроксида натрия при гидромодуле 1:10, температуре 90-100°C, продолжительности 3-4 ч, получают высокомолекулярный хитозан, промывают его водой до pH 7, сушат конвективным способом при температуре 35-40°C, фракционируют ВМХ посредством просеивания, растворяют ВМХ в 0,2 M ацетатном буфере и проводят гидролиз ферментным препаратом папаином концентрацией 0,3-0,5% в течение 5-6 ч при температуре 45-50°C или ферментным препаратом протосубтилином концентрацией 2-3% в течение 5-7 ч при температуре 40-45°C, осаждают полученный низкомолекулярный хитозан с молекулярной массой 10-25 кДа 10%-ным раствором гидроксида натрия, промывают водопроводной водой до pH 8 и сушат при температуре 35-40°C до остаточной влажности 8-10%, растворяют 0,5-3% хитозана в 0,5-1%-ном растворе молочной кислоты, взятом в количестве 10-90%, с добавлением молочной сыворотки, взятой в количестве 10-90% от общей массы.