PL247209B1

PL247209B1 - Sposób wytwarzania zawiesiny wzbogaconej tlenkiem tytanu( IV), zawiesina wzbogacona tlenkiem tytanu(IV) i zastosowanie zawiesiny wzbogaconej tlenkiem tytanu(IV) w uprawie roślin

Info

Publication number: PL247209B1
Application number: PL445941A
Authority: PL
Inventors: Agnieszka Klimek-Kopyra; Anna Wisła-Świder
Original assignee: Univ Rolniczy Im Hugona Kollataja W Krakowie
Priority date: 2023-08-30
Filing date: 2023-08-30
Publication date: 2025-05-26
Also published as: PL445941A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest wytwarzanie wodnej zawiesiny wzbogaconej tlenkiem tytanu(IV) zawierającej wodną zawiesinę tlenku tytanu(IV) i wodne roztwory substancji chemicznych charakteryzującej się tym, że wodne roztwory substancji chemicznych tworzy się z mieszaniny oddzielnie sporządzonych roztworów karboksymetylocelulozy (CMC), maltozy (MT) oraz glikolu polietylenowego (PEG) odważając oddzielnie po od 0,8 g do 1,2 g, korzystnie 1,0 g, karboksymetylocelulozy (CMC), maltozy (MT) oraz glikolu polietylenowego (PEC), przy czym każdą substancję chemiczną umieszcza się w oddzielnym pojemniku, a następnie do każdego pojemnika dodaje się wodę w ilości od 98,8 g do 99,2 g, korzystnie 99,0 g, otrzymując od 0,8% do 1,2%, korzystnie 1,0% wagowo roztwory karboksymetylocelulozy, maltozy oraz glikolu polietylenowego, a wodną zawiesinę tlenku tytanu(IV) tworzy się poprzez odważenie od 2,3 g do 2,7 g, korzystnie 2,5 g, nanometrycznego TiO<sub>2</sub>, a otrzymaną odważkę tlenku tytanu(IV) umieszcza się w pojemniku, do którego dodaje się wodę w ilości od 47,3 g do 47,7 g, korzystnie 47,5 g, otrzymując od 4,6% do 5,4%, korzystnie 5,0% wagowo wodną zawiesinę tlenku tytanu(IV), którą miesza się, a w celu wytworzenia zawiesiny wzbogaconej tlenkiem tytanu(IV) do pojemnika odmierza się od 0,8% do 1,2%, korzystnie 1,0% wagowo roztworu karboksymetylocelulozy w ilości od 39,0% do 41,0%, korzystnie 40,0% wagowo zawiesiny wzbogaconej, od 0,8% do 1,2%, korzystnie 1,0% wagowo roztworu maltozy w ilości od 19,0% do 21,0%, korzystnie 20,0% wagowo zawiesiny wzbogaconej od 0,8% do 1,2%, korzystnie 1,0% wagowo roztworu glikolu polietylenowego w ilości od 19,0% do 21,0%, korzystnie 20,0% wagowo zawiesiny wzbogaconej oraz od 4,6% do 5,4%, korzystnie 5,0% wagowo wodnej zawiesiny tlenku tytanu(IV) w ilości od 7,5% do 8,5%, korzystnie 8,0% wagowo zawiesiny wzbogaconej oraz wodę w ilości dopełniającej do 100% wagowo zawiesiny wzbogaconej, po czym zawiesinę wzbogaconą tlenkiem tytanu(IV) poddaje się procesowi homogenizacji przy użyciu homogenizatora. Przedmiotem, niniejszego zgłoszenia jest również zawiesina wzbogacona tlenkiem tytanu(IV) i jej zastosowanie w uprawie roślin.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania zawiesiny wzbogaconej tlenkiem tytanu(IV), zwłaszcza nanotlenkiem tytanu (TiO2nano), zawiesina wzbogacona tlenkiem tytanu(IV), zwłaszcza nanotlenkiem tytanu (TiO2nano), i zastosowanie zawiesiny wzbogaconej tlenkiem tytanu(IV), zwłaszcza nanotlenkiem tytanu (TiO2nano), w uprawie roślin.

Wzrastająca populacja ludzi i postępujące zmiany klimatu mają znaczący wpływ na zdolność do zaspokajania światowych potrzeb żywnościowych. W obliczu tych wyzwań, poprawienie zdolności kiełkujących nasion roślin uprawnych staje się niezwykle istotne. Rośliny są fundamentalnymi jednostkami życia, które zapewniają pożywienie, odzież, leki i wiele innych niezbędnych surowców. W zależności od tego, w jakich warunkach glebowo-klimatycznych rośliny są uprawiane, wykształcają nasiona w różnej jakości, nie zawsze o najwyższej zdolności kiełkowania.

Współczesny świat stoi przed dwoma zasadniczymi problemami. Po pierwsze, liczba ludności stale rośnie, co wymaga zwiększenia produkcji żywności. Prognozy demograficzne przewidują, że do 2050 roku liczba ludzi na świecie przekroczy 9 miliardów, co oznacza wzrost zapotrzebowania na żywność o około 50%. Aby zaspokoić te potrzeby, najwyższy czas, aby skupić się na zwiększaniu wydajności i jakości upraw, a to z kolei wymaga odpowiedniego zaopatrzenia w zdrowe i kiełkujące nasiona.

Po drugie, zmiany klimatu mają poważne konsekwencje dla rolnictwa. Ekstremalne zjawiska pogodowe, takie jak susze, powodzie i zmienne warunki atmosferyczne, stwarzają trudności dla roślin uprawnych. Rosnące temperatury, zmieniające się opady deszczu i zmienność pogodowa mogą negatywnie wpływać na zdolność nasion do kiełkowania i wzrostu roślin. Dlatego istotne jest, aby rolnicy mieli dostęp do materiału siewnego o wysokiej jakości, który jest odporny na niekorzystne warunki środowiskowe.

Kiełkowanie to proces, w którym nasiona przechodzą z fazy spoczynku w fazę wzrostu. Właściwe kiełkowanie jest niezbędne do zapewnienia zdrowego i silnego startu dla roślin uprawnych, co z kolei prowadzi do większej wydajności i plonów.

Aby osiągnąć poprawę w tej dziedzinie, niezbędne jest prowadzenie badań nad genetyką nasion oraz technologiami ich produkcji i przechowywania. Badania nad hodowlą roślin mogą pomóc w opracowaniu odmian o większej odporności na stresy środowiskowe i choroby. Innowacje technologiczne, takie jak zaawansowane techniki nawożenia, nowoczesne techniki produkcji czy wzbogacania nasion dodatkowymi składnikami, a także nowoczesne metody przechowywania nasion, mogą również przyczynić się do zwiększenia zdolności kiełkujących nasion.

Dostęp do materiału siewnego o wysokich parametrach jakościowych, a zwłaszcza z wysokim oczekiwanym prawdopodobieństwem wykiełkowania, jest kluczowy dla zrównoważonego rolnictwa, bezpieczeństwa żywnościowego i zdolności roślin do przetrwania w dynamicznym środowisku. Dlatego tak istotne jest inwestowanie w badania, technologie i edukację, aby osiągnąć postęp w tej ważnej dziedzinie.

Aby wspomagać kiełkowanie i rozwój roślin od najwcześniejszego etapu, opracowywane są różnego rodzaju zawiesiny, które to aplikowane na nasiona czy roślinę wspomagają jej rozwój, jak choćby rozwiązanie znane z publikacji US2022281822A1.

Z publikacji GB2601329A, znany jest z kolei sposób na poprawienie wzrostu rośliny poprzez zastosowanie fotokatalizatora w postaci dwutlenku tytanu, który poprzez opryskiwanie nim roślin w fazie wzrostu, zwiększa możliwości pochłaniania azotu z atmosfery.

Z dokumentu US 8986741 B2 znane jest zastosowanie niektórych związków chemicznych, takich jak dwutlenek tytanu, dwutlenek cynku czy dwutlenek krzemu, które są wykorzystywane do natryskiwania na liście roślin, chroniąc rośliny przed promieniowaniem UV, stresem cieplnym i/albo oparzeniami słonecznymi.

Kolejna publikacja WO2022256898A1 wskazuje pozytywny wpływ zawiesiny organicznej zawierającej wosk i/albo ekstrakt z wodorostów, i/albo aminokwasy w połączeniu ze związkiem nieorganicznym, którym może być między innymi dwutlenek tytanu, na ochronę roślin przed poparzeniami słonecznymi, dzięki swoim właściwościom chroniącym przed promieniowaniem UV, ale także służącej jako biostymulator zwiększający metabolizm rośliny.

Natomiast publikacja polskiego opisu patentowego PL239605B1 przedstawia urządzenie, jak również sposób przeprowadzania przedsiewnej stymulacji nasion, co ma na celu zwiększenie plonów, ale również podwyższenie odporności roślin na różne choroby, zwłaszcza te wywoływane przez grzyby.

Z publikacji WO2023287712A1 znana jest z kolei mieszanina biostymulacyjna do poprawy lub utrzymania zdrowia rośliny, mająca na celu zwłaszcza zapobieganie rozwojowi patogenów poprzez wykorzystanie mieszanin składających się z pierwiastków metali i minimum jednego dodatku organicznego oraz ekstraktu z alg, w połączeniu z aktywacją mieszaniny przy użyciu lasera, działka elektronowego czy wzbudzenia termicznego.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu wytwarzania zawiesiny, jak również zastosowania tejże zawiesiny w celu poprawienia jakości nasion w kontekście zdolności kiełkowania nasion, przyspieszenie procesu kiełkowania, poprawa turgoru liści w przypadku suszy fizjologicznej, jak również zwiększenie koncentracji chlorofilu w liściach roślin wykiełkowanych z nasion, dla których zastosowano opracowaną zawiesinę i sposób jej aplikacji.

Istotą wynalazku jest sposób wytwarzania wodnej zawiesiny wzbogaconej tlenkiem tytanu(IV) zawierającej wodną zawiesinę tlenku tytanu(IV) i wodne roztwory substancji chemicznych, charakteryzujący się tym, że wodne roztwory substancji chemicznych tworzy się z mieszaniny oddzielnie sporządzonych roztworów karboksymetylocelulozy (CMC), maltozy (MT) oraz glikolu polietylenowego (PEG), odważając oddzielnie po od 0,8 g do 1,2 g, korzystnie 1,0 g, karboksymetylocelulozy (CMC), maltozy (MT) oraz glikolu polietylenowego (PEG), przy czym każdą substancję chemiczną umieszcza się w oddzielnym pojemniku, a następnie do każdego pojemnika dodaje się wodę w ilości od 98,8 g do 99, 2 g, korzystnie 99,0 g, otrzymując od 0,8% do 1,2%, korzystnie 1,0% wagowo roztwory karboksymetylocelulozy, maltozy oraz glikolu polietylenowego, a wodną zawiesinę tlenku tytanu(IV) tworzy się poprzez odważenie od 2,3 g do 2,7 g, korzystnie 2,5 g, nanometrycznego TiO2, a otrzymaną odważkę tlenku tytanu(IV) umieszcza się w pojemniku, do którego dodaje się wodę w ilości od 47,3 g do 47,7 g, korzystnie 47,5 g, otrzymując od 4,6% do 5,4%, korzystnie 5,0% wagowo wodną zawiesinę tlenku tytanu(IV), którą miesza się, następnie do pojemnika odmierza się od 0,8% do 1,2%, korzystnie 1,0% roztworu karboksymetylocelulozy w ilości od 39,0% do 41,0%, korzystnie 40,0% wagowo zawiesiny wzbogaconej, od 0,8% do 1,2%, korzystnie 1,0% roztworu maltozy w ilości od 19,0% do 21,0%, korzystnie 20,0% wagowo zawiesiny wzbogaconej, od 0,8% do 1,2%, korzystnie 1,0% roztworu glikolu polietylenowego w ilości od 19,0% do 21,0%, korzystnie 20,0% wagowo zawiesiny wzbogaconej oraz od 4,6% do 5,4%, korzystnie 5,0% wodnej zawiesiny tlenku tytanu(IV) w ilości od 7,5% do 8,5%, korzystnie 8,0% wagowo zawiesiny wzbogaconej oraz wodę w ilości dopełniającej do 100% wagowo zawiesiny wzbogaconej, po czym zawiesinę wzbogaconą tlenkiem tytanu(IV) poddaje się procesowi homogenizacji przy użyciu homogenizatora.

Korzystnie, stosunek 1,0% roztworu karboksymetylocelulozy : 1,0% roztworu maltozy : 1,0% roztworu glikolu polietylenowego : 5% wodnej zawiesiny tlenku tytanu(IV) : wody wynosi wagowo 40,0 : 20,0 : 20,0 : 8,0 : 12,0.

Korzystnie, przed procesem homogenizowania zawiesiny wzbogaconej tlenkiem tytanu(IV) do zawiesiny, w miejsce wody w ilości od 0,7% do 0,9%, korzystnie 0,8% wagowo zawiesiny wzbogaconej, dodaje się nanoglinkę bentonitową w ilości od 0,7% do 0,9%, korzystnie 0,8% wagowo zawiesiny wzbogaconej.

Preferowany rozwój wynalazku przewiduje, że stosunek 1,0% roztworu karboksymetylocelulozy : 1,0% roztworu maltozy : 1,0% roztworu glikolu polietylenowego : 5% wodnej zawiesiny tlenku tytanu(IV) : nanoglinki bentonitowej : wody wynosi wagowo 40,0 : 20,0 : 20,0 : 8,0 : 0,8 : 11,2.

Tlenek tytanu(IV) może być nanotlenkiem tytanu(IV) (TiO2nano) i może mieć postać cząstek o rozmiarze od 5 nm do 10 μm, korzystnie 21 nm.

Istotą wynalazku jest również zawiesina wzbogacona tlenkiem tytanu(IV) zawierająca wodną zawiesinę tlenku tytanu(IV), wodne roztwory substancji chemicznych oraz ewentualnie nanoglinkę bentonitową, charakteryzująca się tym, że wodne roztwory substancji chemicznych zawierają od 0,8% do 1,2%, korzystnie 1,0%, roztwory karboksymetylocelulozy, maltozy oraz glikolu polietylenowego, przy czym zawartość wodnego roztworu karboksymetylocelulozy wynosi od 39,0% do 41,0%, korzystnie 40% wagowo zawiesiny wzbogaconej, zawartość wodnego roztworu maltozy wynosi od 19,0% do 21,0%, korzystnie 20,0% wagowo zawiesiny wzbogaconej, a zawartość wodnego roztworu glikolu polietylenowego wynosi od 19,0% do 21,0%, korzystnie 20,0% wagowo zawiesiny wzbogaconej, zaś wodna zawiesina tlenku tytanu(IV) jest od 4,6% do 5,4%, korzystnie 5,0%, zawiesiną tlenku tytanu(IV) w ilości od 7,5% do 8,5%, korzystnie 8,0% wagowo zawiesiny wzbogaconej, a zawartość wody w zawiesinie wzbogaconej jest w ilości dopełniającej do 100,0% wagowo.

W miejsce wody w ilości od 0,7% do 0,9%, korzystnie 0,8% wagowo zawiesiny wzbogaconej, zawiesina może zawierać nanoglinkę bentonitową w ilości od 0,7% do 0,9%, korzystnie 0,8% wagowo zawiesiny wzbogaconej.

Istotą wynalazku jest ponadto zastosowanie zawiesiny wodnej wzbogaconej tlenkiem tytanu(IV), określonej powyżej, w uprawie roślin, jako powłoki naniesionej na nasiona, przy czym przed wysianiem nasion, zawiesinę wzbogaconą tlenkiem tytanu(IV) aplikuje się na nasiona i pozostawia na nich w temperaturze pokojowej do wyschnięcia.

Korzystnie, po naniesieniu powłoki nasiona poddaje się suszeniu w temperaturze pokojowej, a następnie poddaje się fotostymulacji za pomocą lasera.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia schemat blokowy kroków sposobu wytwarzania wodnej zawiesiny wzbogaconej tlenkiem tytanu(IV), Fig. 2A, 2B, 2C i 2D przedstawiają zdolność kiełkowania nasion soi w zależności od sposobu naświetlania i rodzaju zastosowanej zawiesiny 14 dni po wysiewie nasion, Fig. 3A, 3B, 3C i 3D przedstawiają zdolność kiełkowania nasion soi w zależności od sposobu naświetlania i rodzaju zastosowanej zawiesiny 21 dni po wysiewie nasion, Fig. 4A, 4B, 4C i 4D przedstawiają zdolność kiełkowania nasion soi w zależności od sposobu naświetlania i rodzaju zastosowanej zawiesiny 28 dni po wysiewie nasion, Fig. 5 przedstawia na wykresie słupkowym współdziałanie fotostymulacji i stosowanych zawiesin na wielkość indeksu zieloności liści (SPAD) z zaznaczonym zwykłym odchyleniem rozkładu próbkowania, Fig. 6 przedstawia na wykresie słupkowym współdziałanie fotostymulacji i stosowanych zawiesin na zawartość chlorofilu A w liściach z zaznaczonym zwykłym odchyleniem rozkładu próbkowania, Fig. 7 przedstawia na wykresie słupkowym współdziałanie fotostymulacji i stosowanych zawiesin na zawartość chlorofilu B w liściach z zaznaczonym zwykłym odchyleniem rozkładu próbkowania, Fig. 8 przedstawia na wykresie słupkowym współdziałanie fotostymulacji i stosowanych zawiesin na wielkość wskaźnika uwodnienia liści (WBI) w liściach z zaznaczonym zwykłym odchyleniem rozkładu próbkowania, Fig. 9 przedstawia rośliny soi po fotostymulacji nasion laserem LR (3 x 3) w sprzężeniu z aplikacją zawiesin o różnej formulacji podanej w Tabeli 3, Fig. 10 przedstawia rośliny soi po fotostymulacji nasion laserem LB (3 x 1) w sprzężeniu z aplikacją zawiesin o różnej formulacji podanej w Tabeli 3, Fig. 11 przedstawia rośliny soi po fotostymulacji nasion kombinacją różnych długości fal LR (3 x 3) + LB (3 x 1) w sprzężeniu z aplikacją zawiesin o różnej formulacji podanej w Tabeli 3 i Fig. 12 przedstawia rośliny soi bez fotostymulacji z aplikacją zawiesin o różnej formulacji podanej w Tabeli 3.

W celu wytworzenia wodnej zawiesiny wzbogaconej tlenkiem tytanu(IV) najpierw przygotowywano roztwory wodne karboksymetylocelulozy (CMC), maltozy (MT), glikolu polietylenowego (PEG) oraz tlenku tytanu(IV) w krokach 1-4 i 5-8. Wodny roztwór karboksymetylocelulozy (CMC) w jednym przykładzie wykonania przygotowano w taki sposób, aby zawierał 0,8% karboksymetylocelulozy (CMC) wagowo w roztworze wodnym, w innym 1,2% karboksymetylocelulozy (CMC) wagowo w roztworze wodnym, a w jeszcze innym korzystnie 1% wagowo karboksymetylocelulozy (CMC) w roztworze wodnym, dodając do pojemnika, w którym umieszczono po odważeniu 0,8 g w jednym przykładzie wykonania, 1,2 g w innym przykładzie wykonania, i korzystnie 1,0 g w jeszcze innym przykładzie wykonania, wodę w ilości dopełniającej do 100% wagowo roztworu, czyli odpowiednio w ilości 99,2 g, 98,8 g, korzystnie 99,0 g. Na tej samej zasadzie sporządzono wodne roztwory maltozy (MT) i glikolu polietylenowego (PEG), gdzie w jednym przykładzie wykonania roztwory wodne zawierały 0,8% wagowo, odpowiednio maltozy (MT) albo glikolu polietylenowego (PEG), w innym przykładzie wykonania roztwory wodne zawierały 1,2% wagowo, odpowiednio maltozy (MT) albo glikolu polietylenowego (PEG), a w jeszcze innym przykładzie wykonania roztwory wodne zawierały korzystnie 1,0% wagowo, odpowiednio maltozy (MT) albo glikolu polietylenowego (PEG). Opisane wcześniej roztwory CMC, MT oraz PEG każdorazowo przygotowano poprzez odważenie w naczynku wagowym odpowiedniej ilości substancji na wadze precyzyjnej, przykładowo wadze serii PS X2, wyprodukowanej przez firmę Radwag, z dokładnością do 0,01 g. Oprócz podanej wagi serii PS X2, do odważania ilości substancji nadaje się każda waga ważąca z dokładnością 0,01 g. Odważki substancji przeniesiono ilościowo do pojemników, przykładowo butelek szklanych z nakrętką, zawierających dipol magnetyczny, a następnie uzupełniono wodą. W celu całkowitego rozpuszczenia substancji mieszano w temperaturze pokojowej od 18°C - 24°C zawartość butelek przez 1,5 h - 2,5 h, na mieszadłach magnetycznych, przykładowo mieszadłach MR Hei-Tec, wyprodukowanych przez firmę Heidolph, z elektroniczną regulacją prędkości obrotowej, przy prędkości 450-550 obr/min. Oprócz podanego mieszadła magnetycznego MR Hei-Tec, do mieszania substancji nadaje się każde mieszadło z elektroniczną regulacją prędkości obrotowej w zakresie 100-1400 obr/min.

Za pomocą takich samych urządzeń i w takich samych warunkach sporządzono zawiesinę tlenku tytanu(IV), w przypadku której tlenek tytanu(IV) w jednym przykładzie wykonania stanowił 4,6% wagowo w roztworze wodnym, w innym przykładzie wykonania tlenek tytanu(IV) stanowił 5,4% wagowo w roztworze wodnym, a w jeszcze innym przykładzie wykonania tlenek tytanu(IV) stanowił korzystnie 5,0% wagowo w roztworze wodnym. W jeszcze innych przykładach wykonania powyższe stężenia uzyskano przez odważenie odpowiednio 2,3 g, 2,7 g, korzystnie 2,5 g, nanometrycznego TiO2, ściślej mówiąc nanotlenku tytanu (TiO2nano), a otrzymaną odważkę tlenku tytanu(IV) czy nanotlenku tytanu(IV) (TiO2nano), po umieszczeniu w pojemniku, uzupełniono wodą do 50,0 g, dodając odpowiednio 47,7 g, 47,3 g, korzystnie 47,5 g, po czym mieszano.

Następnie wszystkie w ten sposób przygotowane roztwory wodne mieszano ze sobą w kroku 10, tworząc wodną zawiesinę wzbogaconą tlenkiem tytanu(IV), a w razie potrzeby powstałą zawiesinę uzupełniano wodą w kroku 9, co zostało przedstawione na Fig. 1. Udział wagowy poszczególnych składników mieszaniny w korzystnym przykładzie wykonania w przeliczeniu na 100,0 g roztworu przygotowanej zawiesiny wynosił: 0,4 g karboksymetylocelulozy (CMC), 0,2 g glikolu polietylenowego (PEG), 0,2 g maltozy (MT) oraz 0,4 g tlenku tytanu(IV) TiO2, w szczególności nanotlenku tytanu (TiO2nano).

W jeszcze innym przykładzie wykonania, ujmując odpowiednią ilość wody, zawiesinę wzbogacano nanoglinką bentonitową, która jest surowcem, zawierającym ponad 70 minerałów, takich jak: krzem, glin, żelazo, sód, magnez, wapń, tytan, potas i inne, i mającym postać cząstek o rozmiarze w większości przypadków nie większym niż 20 nm. W jednym przykładzie wykonania nanoglinka bentonitowa stanowiła 0,7% wagowo powstałej zawiesiny wzbogaconej tlenkiem tytanu będącej przedmiotem wynalazku, w innym przykładzie wykonania nanoglinka bentonitowa stanowiła 0,9% wagowo w zawiesinie, a w jeszcze innym przykładzie, nanoglinka bentonitowa stanowiła korzystnie 0,8% wagowo w zawiesinie.

Tlenek tytanu(IV) zawierał cząstki o rozmiarze 5 nm w jednym przykładzie wykonania, 10 000 nm w innym przykładzie wykonania, korzystnie 21 nm w jeszcze innym przykładzie wykonania. W dalszym kroku, tak otrzymaną zawiesinę nanoszono na nasiona roślin uprawnych, poprzez opryskiwanie albo namaczanie albo zamgławianie albo polewanie nasion, po czym stosowano przerwę technologiczną T1, trwającą w jednym przykładzie wykonania 1 h, w innym 24 h, a w jeszcze innym przykładzie wykonania korzystnie trwającą 2 h.

W jednym przykładzie wykonania podczas badań nasiona zostały wysiane do doniczek i przeniesione do komory wegetacyjnej. W komorze wegetacyjnej zastosowano warunki siewu przypadające na 3 dekadę kwietnia / 1 dekadę maja, tak aby zasymulować optymalne warunki, w których wschodzą nasiona w polu. Przyjęto wilgotność powietrza w komorze wegetacyjnej na poziomie 40,0-50,0%, fotoperiod 10 dni dnia / 11 dni nocy, temperaturę powietrza 15°C. Doświadczenie prowadzono w komorze wegetacyjnej 2 miesiące.

W innym przykładzie wykonania nasiona przed wysianiem poddano fotostymulacji, używając lasera diodowego LB i/albo lasera LR. W jeszcze innych przykładach może to być laser aleksandrytowy albo neodymowo-yagowy. W opisywanych przykładach wykonania, naświetlania nasion dokonano w kilku interwałach, gdzie w jednym przykładzie wykonania było to 1 naświetlanie, w innym przykładzie wykonania było to 5 naświetlań, natomiast korzystnie były to 3 naświetlania. W przykładzie wykonania, w którym fotostymulacja nasion roślin uprawnych została powtórzona kilkukrotnie, stosowano interwały czasowe T2, gdzie w jednym przykładzie wykonania interwał czasowy wynosił 1 s, w innym przykładzie interwał czasowy wynosił 5 s, natomiast w jeszcze innym przykładzie, interwał czasowy fotostymulacji laserem korzystnie wynosił 3 s. W opisywanym przykładzie wykonania, gdzie do fotostymulacji użyto lasera, długość fali, w jednym przykładzie wykonania wynosiła 400 nm w przypadku lasera LB, a w innym przykładzie wykonania wynosiła 800 nm w przypadku lasera LR. W opisywanym przykładzie wykonania, moc lasera wykorzystanego do fotostymulacji w jednym przykładzie wykonania wynosiła 2,0 mW/cm², a w innym przykładzie wykonania 8,0 mW/cm². Po wykonanej laserem fotostymulacji, nasiona roślin uprawnych przeznaczonych do wysiewu wymagały przerwy technologicznej T2 przed wysianiem ich do gruntu. W jednym przykładzie wykonania przerwa technologiczna przed wysianiem do gruntu wynosiła 12 h, w innym przykładzie wykonania 36 h, a w jeszcze innym przykładzie wykonania, przerwa technologiczna od momentu fotostymulacji do momentu wysiania wynosiła korzystnie 24 h.

Wyniki badań, które zostały przeprowadzone na nasionach i z użyciem różnych zawiesin, spośród których najbardziej obiecujące wyniki dały badania przeprowadzone na soi, zostały przedstawione na figurach, spośród których na Fig. 2A-2D przedstawiono zdolność kiełkowania nasion soi, w zależności od sposobu naświetlania i rodzaju zastosowanej zawiesiny, zbadaną w 14 dniu po wysiewie nasion.

PL 247209 Β1

Badania przeprowadzono na próbkach zawierających po 20 nasion. W innym przykładzie wykonania próbki zawierały 15 nasion, a w innym przykładzie wykonania próbki zawierały 25 nasion. Próbki mogą zawierać inne ilości nasion. Ostatecznie o ilości nasion w próbce decydowała łatwość obliczania średniej procentowej zdolności kiełkowania nasion i ewentualnie wielkość nasion i powierzchnia podłoża, która była do dyspozycji przy prowadzeniu badań.

Z Fig. 2A-2D wynika, że największą zdolność kiełkowania w 14 dniu po wysiewie nasion, wynoszącą średnio 40%, miały nasiona pokryte wodną zawiesiną tlenku tytanu(IV) z nanoglinką bentonitową i poddane fotostymulacji za pomocą lasera diodowego LR, w kombinacji 3-krotna stymulacja w interwale 3 sekund, a niewiele mniejszą, bo wynoszącą średnio 30%, miały nasiona pokryte wodną zawiesiną tlenku tytanu(IV) bez nanoglinki bentonitowej i nie poddane fotostymulacji.

Po upływie kolejnych 7 dni, to jest w 21 dniu od wysiewu nasion, jak wynika z Fig. 3A-3D, nadal najlepsze efekty kiełkowania zaobserwowano w obiektach, w których nasiona pokryto zawiesiną nanotlenku tytanu TiO2nano z nanoglinką bentonitową, a następnie poddano stymulacji laserem LR, 3-krotnie w interwale 3 sekund. Trend ten został utrzymany aż do 28 dnia od wysiewu nasion, jak to wynika z Fig. 4A-4D.

Po upływie 90 dni od wysiewu nasion w prawidłowo wykształconych roślinach oznaczono indeks zieloności liści (SPAD) za pomocą miernika SPAD 502 Minolta, a zwartość chlorofilu A i chlorofilu B oraz stopień uwodnienia liści (WBI) za pomocą spektrometru firmy CID Bio-Science. Wybrane wskaźniki spektralne wykorzystane do mierzenia roślin przedstawiono w Tabeli 1.

Tabela 1

Zastosowanie	Symbol	Nazwa	Źródło informacji
Zawartość chlorofilu w liściach	SPAD	lndex zieloności liści	Kleiber2012
Chlorofil A (pg/cm³)	Chlorofil A	Pazurkiewicz Kocot i in 2011
Chlorofil B (pg/cm³)	Chlorofil B	Pazurkiewicz - Kocot i in 2011
Ocena zawartości wody w liściach	WBI	Wskaźnik uwodnienia liści (Water Band lndex)	Peńuelas i in. 1997

Tabela 2

Czynnik	SPAD	Chlorofil A (pg/cm³)	Chlorofil B (pg/cm³)	WBI
Fotostymulacja (F)	LR (3 x 3)	11,2	18,7	0,97	33,8
LB (3 x1)	10,9	17.7	0,89	33,3
Brak stymulacji	11,4	18,9	0,87	33,8
LB (3x1) + LR (3x3)	11,2	18,5	0,91	35,3
Zawiesina nanocząstek (ZN)	Nanotlenek tytanuj IV) (TiOznano) i nanoglinką bentonitowa	11,1	18,7	0,96	32,3
Nanotlenek tytanuj IV) (TiOznano)	11,2	18,4	0,98	34,9
Nośnik	11,1	18,0	0,95	33,4
Kontrola	10,7	17,7	0,94	31,1

PL 247209 Β1

Na podstawie badań stwierdzono wyższą zawartość chlorofilu w liściach w obiektach, w których zastosowano zawiesinę nanotlenku tytanu TiO2nano w sprzężeniu z fotostymulacją. Najlepsze efekty uzyskano w kombinacji pokrycia nasion zawiesiną nanotlenku tytanu(IV) (TiO2nano) w połączeniu z fotostymulacją za pomocą lasera LR. Ponadto stwierdzono, że zawiesiny bez stosowanej stymulacji mają potencjał do zwiększania chlorofilu w liściach. W analizowanych obiektach stwierdzono istotny statystycznie wpływ stosowanej zawiesiny tlenku tytanu(IV) samodzielnie lub w sprzężeniu z fotostymulacją światłem lasera na wielkość wskaźnika SPAD oraz zawartość chlorofilu A i B w liściach soi, co zaprezentowano w Tabeli 2. Zawartość chlorofilu B była istotnie większa w obiekcie, w którym zastosowano tlenek tytanu(IV) bez nanoglinki bentonitowej. Stwierdzono istotne współdziałanie fotostymulacji i stosowanej zawiesiny na kształtowanie zawartości chlorofilu w liściach soi. Zastosowanie tlenku tytanu(IV) z nanoglinką bentonitową w sprzężeniu z przedsiewną fotostymulacją nasion laserem LR (3 x 3) przyczyniło się do wzrostu wskaźnika SPAD do wartości wynoszącej 38, w porównaniu z kontrolą o wartości wskaźnika SPAD wynoszącej 28, co jest widoczne z Fig. 5. Ponadto wykazano, że zawiesina bez stosowanej stymulacji w sprzężeniu z fotostymulacją przy kombinacji LB (3 x 1) + LR (3 x 3) ma potencjał do zwiększania wskaźnika SPAD.

Tabela 3

Kombinacje obiektowe	Obiekt
Stymulacja laser	Zawiesiny nanocząstek
LR (3x3)	Tlenek tytanu(IV) (TiO2nano) bez nanoglinki bentonitowej	1
LB (3x1)	Tlenek tytanu(IV) (TiChnano) bez nanoglinki bentonitowej	2
LB (3x1) +LR (3x3)	Tlenek tytanu(IV) (TiChnano) bez nanoglinki bentonitowej	3
Brak stymulacji	Tlenek tytanu(IV) (TiOinano) bez nanoglinki bentonitowej	4
LR (3x3)	Tlenek tytanu(IV) (TiChnano) z nanoglinką bentonitową	5
LB (3x1)	Tlenek tytanujIV) (TiC>2nano) z nanoglinką bentonitową	6
LB (3x1) +LR (3x3)	Tlenek tytanu(IV) (TiChnano) z nanoglinką bentonitową	7
Brak stymulacji	Tlenek tytanu(IV) (TiChnano) z nanoglinką bentonitową	8
LR (3x3)	Nośnik	9
LB (3x1)	Nośnik	10
LB (3x1) +LR (3x3)	Nośnik	11
Brak stymulacji	Nośnik	12
LR (3x3)	Kontrola	13
LB (3x1)	Kontrola	14
LB (3x1) +LR (3x3)	Kontrola	15
Brak stymulacji	Kontrola	16

Stwierdzono, że zastosowanie tlenku tytanu(IV) i nanoglinki bentonitowej w sprzężeniu z przedsiewną fotostymulacją nasion laserem LR (3 x 3) przyczyniło się do wzrostu zawartości chlorofilu A i chlorofilu B w liściach soi w porównaniu z kontrolą, co wynika z Tabeli 2 oraz Fig. 6 i 7.

Podczas prowadzonych badań wykonano test uwodnienia tkanek, określony wskaźnikiem WBI, przy wykorzystaniu spektrometru, w celu potwierdzenia hipotezy, że nanocząstki tlenku tytanu(IV) mają pozytywny wpływ na turgor roślin, co potwierdzają wyniki przedstawione na Fig. 8. Rośliny poddano krótkotrwałemu stresowi abiotycznemu, który symulował suszę. Rośliny miały ograniczony dostęp do wody, nie podlewano ich przez okres 10 dni. Po tym czasie rośliny zostały wyprowadzone ze stresu i ponownie podlewane stałą ilością wody. Potwierdzono hipotezę, że zastosowanie zawiesin nanocząstek tlenku tytanu(IV) pozytywnie wpływało na kondycję roślin. W warunkach krótkotrwałej suszy w obiektach, w których stosowano zawiesiny tlenku tytanu(IV) bez nanoglinki bentonitowej wykazano istotnie wyższy turgor liści (stan uwodnienia liści) w porównaniu z kontrolą. Po wyprowadzeniu roślin z suszy fizjologicznej zaobserwowano zróżnicowanie w kondycji roślin, które jako obiekty opisano w Tabeli 3 i pokazano na Fig. 9-12.

Obiekty 1-4 pokazane na Fig. 9-12 są roślinami soi mającymi od kilku do kilkunastu liści, w przypadku których nasiona soi zostały pokryte zawiesiną nanotlenku tytanu(IV) (TiO2nano) bez nanoglinki bentonitowej, a obiekty 5-8 pokazane na Fig. 9-12 są roślinami soi mającymi od kilku do kilkunastu liści, w przypadku których nasiona soi zostały pokryte zawiesiną nanotlenku tytanu(IV) (TiO2nano) z nanoglinką bentonitową. Z kolei obiekty 9-12 pokazane na Fig. 9-12 są roślinami soi mającymi od kilku do kilkunastu liści, w przypadku których nasiona soi zostały pokryte nośnikiem, którym była mieszania roztworów wodnych karboksymetylocelulozy (CMC), maltozy (MT), glikolu polietylenowego (PEG) bez nanocząstek tlenku tytanu(IV) (TiO2nano) i bez nanoglinki bentonitowej, a obiekty 13-16 pokazane na Fig. 9-12 są roślinami soi mającymi od kilku do kilkunastu liści, w przypadku których nasiona soi nie zostały pokryte jakąkolwiek zawiesiną ani innymi roztworami.

Nawiązując do Fig. 9-12, tylko w wybranych obiektach roślinom powrócił pierwotny stan uwodnienia liści pokazany na Fig. 9. Odnotowano bardzo dobry stan roślin w obiektach, w których nasiona były poddane fotostymulacji laserem diodowym LR (3 x 3) i aplikacji nanotlenkiem tytanu(IV) (Obiekt 1 na Fig. 9) lub nośnika, którym była mieszanina roztworów wodnych karboksymetylocelulozy (CMC), maltozy (MT), glikolu polietylenowego (PEG) bez nanocząstek tlenku tytanu(IV) (TiO2nano) i bez nanoglinki bentonitowej (Obiekt 9 na Fig. 9).

Zastosowanie fotostymulacji laserem diodowym LB (3 x 1) w interakcji z zawiesinami z dodatkiem tlenku tytanu(IV) skutkowało utrzymaniem bardzo dobrej kondycji roślin w warunkach stresu suszy. Wysoka kondycja roślin została zaobserwowana w obiektach, w których zastosowano tlenek tytanu(IV) z nanoglinką bentonitową (Obiekt 2 na Fig. 10), tlenek tytanu(IV) bez nanoglinki bentonitowej (Obiekt 6 na Fig. 10), nośnika bez tlenku tytanu(IV) (Obiekt 10 na Fig. 10).

Zastosowanie fotostymulacji laserami o różnej długości fal w kombinacji LR (3 x 3) + LB (3 x 1) i w interakcji z zawiesinami z dodatkiem tlenku tytanu(IV) skutkowało utrzymaniem bardzo dobrej kondycji roślin w warunkach stresu suszy. Wysoka kondycja roślin została zaobserwowana w obiektach, w których zastosowano tlenek tytanu(IV) z nanoglinką bentonitową (Obiekt 3 na Fig. 11), tlenek tytanu(IV) bez nanoglinki bentonitowej (Obiekt 7 na Fig. 11).

Stosowanie zawiesin bez uprzedniej fotostymulacji nasion laserem diodowym skutkowało słabą kondycją roślin po wyprowadzeniu ich ze stanu suszy, na co wskazuje Fig. 12. Bez względu na rodzaj stosowanej zawiesiny zaobserwowano postępujące więdnięcie roślin, które nie wróciły do stanu pierwotnego przed wprowadzeniem suszy fizjologicznej.

Podsumowując badania, zastosowanie zawiesiny o formulacji zgodnej z wynalazkiem istotnie skraca czas kiełkowania soi i zwiększa zawartość chlorofilu w liściach.

Claims

1. Sposób wytwarzania wodnej zawiesiny wzbogaconej tlenkiem tytanu(IV) zawierającej wodną zawiesinę tlenku tytanu(IV) i wodne roztwory substancji chemicznych, znamienny tym, że wodne roztwory substancji chemicznych tworzy się z mieszaniny oddzielnie sporządzonych roztworów karboksymetylocelulozy CMC, maltozy MT oraz glikolu polietylenowego PEG, odważając oddzielnie po od 0,8 g do 1,2 g, korzystnie 1,0 g, karboksymetylocelulozy CMC, maltozy MT oraz glikolu polietylenowego PEG, przy czym każdą substancję chemiczną umieszcza się w oddzielnym pojemniku, a następnie do każdego pojemnika dodaje się wodę w ilości od 98,8 g do 99, 2 g, korzystnie 99,0 g, otrzymując od 0,8% do 1,2%, korzystnie 1,0% wagowo roztwory karboksymetylocelulozy, maltozy oraz glikolu polietylenowego, a wodną zawiesinę tlenku tytanu(IV) tworzy się poprzez odważenie od 2,3 g do 2,7 g, korzystnie 2,5 g, nanometrycznego TiO2, a otrzymaną odważkę tlenku tytanu(IV) umieszcza się w pojemniku, do którego dodaje się wodę w ilości od 47,3 g do 47,7 g, korzystnie 47,5 g, otrzymując od 4,6% do 5,4%, korzystnie 5,0% wagowo wodną zawiesinę tlenku tytanu(IV), którą miesza się, na stępnie do pojemnika odmierza się od 0,8% do 1,2%, korzystnie 1,0% roztworu karboksymetylocelulozy w ilości od 39,0% do 41,0%, korzystnie 40,0% wagowo zawiesiny wzbogaconej, od 0,8% do 1,2%, korzystnie 1,0% roztworu maltozy w ilości od 19,0% do 21,0%, korzystnie 20,0% wagowo zawiesiny wzbogaconej, od 0,8% do 1,2%, korzystnie 1,0% roztworu glikolu polietylenowego w ilości od 19,0% do 21,0%, korzystnie 20,0% wagowo zawiesiny wzbogaconej oraz od 4,6% do 5,4%, korzystnie 5,0% wodnej zawiesiny tlenku tytanu(IV) w ilości od 7,5% do 8,5%, korzystnie 8,0% wagowo zawiesiny wzbogaconej oraz wodę w ilości dopełniającej do 100% wagowo zawiesiny wzbogaconej, po czym zawiesinę wzbogaconą tlenkiem tytanu(IV) poddaje się procesowi homogenizacji przy użyciu homogenizatora.

2. Sposób wytwarzania zawiesiny wzbogaconej tlenkiem tytanu(IV) według zastrz. 1, znamienny tym, że stosunek 1,0% roztworu karboksymetylocelulozy : 1,0% roztworu maltozy : 1,0% roztworu glikolu polietylenowego : 5% wodnej zawiesiny tlenku tytanu(IV) : wody wynosi wagowo 40,0 : 20,0 : 20,0 : 8,0 : 12,0.

3. Sposób wytwarzania zawiesiny wzbogaconej tlenkiem tytanu(IV) według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że przed procesem homogenizowania zawiesiny wzbogaconej tlenkiem tytanu(IV) do zawiesiny, w miejsce wody w ilości od 0,7% do 0,9%, korzystnie 0,8% wagowo zawiesiny wzbogaconej, dodaje się nanoglinkę bentonitową w ilości od 0,7% do 0,9%, korzystnie 0,8% wagowo zawiesiny wzbogaconej.

4. Sposób wytwarzania zawiesiny wzbogaconej tlenkiem tytanu(IV) według zastrz. 3, znamienny tym, że stosunek 1,0% roztworu karboksymetylocelulozy : 1,0% roztworu maltozy : 1,0% roztworu glikolu polietylenowego : 5% wodnej zawiesiny tlenku tytanu(IV) : nanoglinki bentonitowej : wody wynosi wagowo 40,0 : 20,0 : 20,0 : 8,0 : 0,8 : 11,2.

5. Sposób wytwarzania zawiesiny wzbogaconej tlenkiem tytanu(IV) według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że tlenek tytanu(IV) jest nanotlenkiem tytanu(IV) (TiO2nano) i ma postać cząstek o rozmiarze od 5 nm do 10 μm, korzystnie 21 nm.

6. Zawiesina wzbogacona tlenkiem tytanu(IV) zawierająca wodną zawiesinę tlenku tytanu(IV), wodne roztwory substancji chemicznych oraz ewentualnie nanoglinkę bentonitową, znamienna tym, że wodne roztwory substancji chemicznych zawierają od 0,8% do 1,2%, korzystnie 1,0%, roztwory karboksymetylocelulozy, maltozy oraz glikolu polietylenowego, przy czym zawartość wodnego roztworu karboksymetylocelulozy wynosi od 39,0% do 41,0%, korzystnie 40% wagowo zawiesiny wzbogaconej, zawartość wodnego roztworu maltozy wynosi od 19,0% do 21,0%, korzystnie 20,0% wagowo zawiesiny wzbogaconej, a zawartość wodnego roztworu glikolu polietylenowego wynosi od 19,0% do 21,0%, korzystnie 20,0% wagowo zawiesiny wzbogaconej, zaś wodna zawiesina tlenku tytanu(IV) jest od 4,6% do 5,4%, korzystnie 5,0%, zawiesiną tlenku tytanu(IV) w ilości od 7,5% do 8,5%, korzystnie 8,0% wagowo zawiesiny wzbogaconej, a zawartość wody w zawiesinie wzbogaconej jest w ilości dopełniającej do 100,0% wagowo.

7. Zawiesina wzbogacona tlenkiem tytanu(IV) według zastrz. 6, znamienna tym, że stosunek 1,0% roztworu karboksymetylocelulozy : 1,0% roztworu maltozy : 1,0% roztworu glikolu polietylenowego : 5% wodnej zawiesiny tlenku tytanu(IV) : wody wynosi wagowo 40,0 : 20,0 : 20,0 : 8,0 : 12,0.

8. Zawiesina wzbogacona tlenkiem tytanu(IV) według zastrz. 6 albo 7, znamienna tym, że w miejsce wody w ilości od 0,7% do 0,9%, korzystnie 0,8% wagowo zawiesiny wzbogaconej, zawiera nanoglinkę bentonitową w ilości od 0,7% do 0,9%, korzystnie 0,8% wagowo zawiesiny wzbogaconej.

9. Zawiesina wzbogacona tlenkiem tytanu(IV) według zastrz. 8, znamienna tym, że stosunek 1,0% roztworu karboksymetylocelulozy : 1,0% roztworu maltozy : 1,0% roztworu glikolu polietylenowego : 5% wodnej zawiesiny tlenku tytanu(IV) : nanoglinki bentonitowej : wody wynosi wagowo 40,0 : 20,0 : 20,0 : 8,0 : 0,8 : 11,2.

10. Zawiesina wzbogacona tlenkiem tytanu(IV) według zastrz. 6 albo 7, albo 8, albo 9, znamienna tym, że tlenek tytanu(IV) jest nanotlenkiem tytanu(IV) (TiO2nano) i ma postać cząstek o rozmiarze od 5 nm do 10 μm, korzystnie 21 nm.

11. Zastosowanie zawiesiny wodnej wzbogaconej tlenkiem tytanu(IV), określonej w zastrz. od 6 do 10, w uprawie roślin, jako powłoki naniesionej na nasiona, przy czym przed wysianiem nasion zawiesinę wzbogaconą tlenkiem tytanu(IV) aplikuje się na nasiona i pozostawia na nich w temperaturze pokojowej do wyschnięcia.

12. Zastosowanie zawiesiny wzbogaconej tlenkiem tytanu(IV) według zastrz. 11, znamienne tym, że po naniesieniu powłoki nasiona poddaje się suszeniu w temperaturze pokojowej, a następnie poddaje się fotostymulacji za pomocą lasera.