RU2601578C1

RU2601578C1 - Method of stimulation germination of wheat seeds

Info

Publication number: RU2601578C1
Application number: RU2015125316/13A
Authority: RU
Inventors: Ирина Николаевна Юркова; Александр Владимирович Омельченко
Priority date: 2015-06-25
Filing date: 2015-06-25
Publication date: 2016-11-10

Abstract

FIELD: agriculture.

SUBSTANCE: invention relates to agriculture, in particular, to plant growing and nanobiotechnologies. Method of stimulation germination of wheat seeds includes seeds treatment with solution of biologically active substance, wherein used biologically active substance is water-soluble composition of selenium nanoparticles in sodium alginate with concentration of 1.0-3.0 mg/l (by selenium).

EFFECT: proposed method of preplanting treatment of wheat seeds with nanocomposition, based on selenium allows to accelerate wheat seed germination, increase capacity and accumulation of biomass of aboveground part and roots of seedlings and can be used in plant cultivation during development of new methods of growth stimulation and protection of plants.

1 cl, 1 tbl, 5 ex

Description

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к растениеводству и нанобиотехнологиям, и может быть использовано для предпосевной обработки семян пшеницы.The invention relates to agriculture, in particular to crop production and nanobiotechnology, and can be used for presowing treatment of wheat seeds.

К числу основных факторов повышения урожайности и качества сельскохозяйственных культур относятся биологически активные вещества, которые повышают иммунитет растений, улучшают усвоение питательных веществ почвы, стимулируют рост и развитие растений.Among the main factors that increase the yield and quality of crops are biologically active substances that increase the immunity of plants, improve the absorption of nutrients in the soil, and stimulate the growth and development of plants.

Известны различные препараты для стимуляции всхожести семян сельскохозяйственных растений, представляющие собой вещества химического, биологического и минерального происхождения, которые в малых концентрациях влияют на обмен веществ высших растений. К ним относятся препараты, содержащие различные формы селена. Известна основная биохимическая функция селена - участие в построении антиоксидантного фермента и защита организма от действия свободных радикалов, а селенодефицит может вызвать ряд разнообразных заболеваний у человека.Various preparations are known for stimulating the germination of seeds of agricultural plants, which are substances of chemical, biological and mineral origin, which in low concentrations affect the metabolism of higher plants. These include drugs containing various forms of selenium. The main biochemical function of selenium is known - participating in the construction of an antioxidant enzyme and protecting the body from the action of free radicals, and selenodeficiency can cause a number of various diseases in humans.

Известен способ увеличения продуктивности и биомассы фасоли под влиянием водного раствора селенита натрия с концентрацией 0,001% после замачивания семян и опрыскивания растений (Усубова Е.З., Жижаев A.M., Миронов П.В. Влияние селена на физиологические показатели и продуктивность фасоли сорта «Сакса» (Phaseolus vulgaris L. // Фундаментальные исследования. - 2012, №3. - С. 257-260).There is a method of increasing the productivity and biomass of beans under the influence of an aqueous solution of sodium selenite with a concentration of 0.001% after soaking the seeds and spraying the plants (Usubova E.Z., Zhizhaev AM, Mironov P.V. Influence of selenium on the physiological parameters and productivity of the Saksa beans (Phaseolus vulgaris L. // Basic research. - 2012, No. 3. - S. 257-260).

Известен способ стимуляции роста и развития растений клевера, включающий предпосевную обработку семян водным раствором, содержащим селенат натрия в концентрации 0,001% (пат. РФ №2183394, кл. А01С 1/00, А01С 1/08).A known method of stimulating the growth and development of clover plants, including pre-sowing seed treatment with an aqueous solution containing sodium selenate at a concentration of 0.001% (US Pat. RF No. 2183394, CL A01C 1/00, A01C 1/08).

Общим недостатком этих способов является их невысокая эффективность и высокая токсичность селенита и селената натрия.A common disadvantage of these methods is their low efficiency and high toxicity of selenite and sodium selenate.

Известен селенсодержащий препарат ДАФС-25 (производитель: ЗАО Сульфат" г. Саратов), который в 38-40 раз менее токсичен селенита Na, а селен в нем находится в более доступной органической форме. Однако, как указывают сами авторы, его действие на разных стадиях роста и развития растений неоднозначно (Давидчук II.В., Пучнин A.M. Селенсодержащие препараты (ДАФС-25) при возделывании кормовых растений // Фундаментальные исследования. - 2005. - С. 42-43).The well-known selenium-containing drug DAFS-25 (manufacturer: ZAO Sulfate ", Saratov), which is 38-40 times less toxic than Na selenite, and selenium in it is in a more accessible organic form. However, as the authors themselves indicate, its effect on different the stages of plant growth and development are ambiguous (Davidchuk II.V., Puchnin AM Selenium-containing preparations (DAFS-25) for the cultivation of fodder plants // Basic Research. - 2005. - P. 42-43).

Известно положительное влияние на семена сельскохозяйственно-значимых культур суспензии наночастиц селена, полученных путем инжекции в воду под воздействием лазерного импульса большой мощности (Никонов И.Н., Иванов Л.И.. Коваленко Л.В., Фолманис Г.Э. Влияние наноразмерного селена на рост сельсохозяйственно-значимых культур. - Перспективные материалы. - 2009. - №4. - С. 54-57). Наночастицы, полученные физическими методами, в том числе воздействием лазерного импульса, обладают низкой агрегативной устойчивостью и быстро коагулируют. Это значительно снижает их биологическую активность.A known positive effect on seeds of agricultural crops of suspension of selenium nanoparticles obtained by injection into water under the influence of a high-power laser pulse (Nikonov I.N., Ivanov L.I. Kovalenko L.V., Folmanis G.E. Effect of nanoscale selenium on the growth of agricultural crops. - Promising materials. - 2009. - No. 4. - S. 54-57). Nanoparticles obtained by physical methods, including the action of a laser pulse, have low aggregative stability and quickly coagulate. This significantly reduces their biological activity.

Наиболее близким по технической сущности является способ предпосевной обработки семян пшеницы водорастворимой биологически активной композицией наночастиц серебра в альгинате натрия в концентрации 0,1-10,0 мг/л (по серебру) (Пат. UA 87159, кл. A61K 33/38, A61K 31/725, 2013), выбранный в качестве прототипа. Недостатком описанного способа являются невысокие показатели ростовой активности пшеницы.The closest in technical essence is the method of presowing treatment of wheat seeds with a water-soluble biologically active composition of silver nanoparticles in sodium alginate at a concentration of 0.1-10.0 mg / l (silver) (Pat. UA 87159, class A61K 33/38, A61K 31/725, 2013), selected as a prototype. The disadvantage of this method is the low growth activity of wheat.

В основу изобретения поставлена задача ускорения прорастания семян пшеницы, увеличения всхожести и накопления биомассы надземной части и корней проростков, а также расширение ассортимента эффективных биологически активных веществ для предпосевной обработки семян пшеницы.The basis of the invention is the task of accelerating the germination of wheat seeds, increasing germination and biomass accumulation of the aerial parts and roots of seedlings, as well as expanding the range of effective biologically active substances for presowing treatment of wheat seeds.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом способе стимуляции всхожести семян пшеницы, включающем замачивание семян перед посевом в течение 4 ч в растворе биологически активного вещества, в качестве биологически активного вещества используют водорастворимую композицию наночастиц селена в концентрации 1,0-3,0 мг/л (по селену).The problem is solved in that in the proposed method for stimulating the germination of wheat seeds, including soaking the seeds before sowing for 4 hours in a solution of a biologically active substance, a water-soluble composition of selenium nanoparticles in a concentration of 1.0-3.0 mg / l (in selenium).

Композиция наночастиц селена представляет собой водный раствор наночастиц селена, где в качестве восстановителя используют L-цистеин, а в качестве стабилизатора - альгинат натрия. Действующими веществами этой композиции являются стабильные наноразмерные частицы селена и альгинат натрия. Соотношение селена к альгинату натрия 0,05-0,2.The composition of selenium nanoparticles is an aqueous solution of selenium nanoparticles, where L-cysteine is used as a reducing agent, and sodium alginate is used as a stabilizer. The active substances of this composition are stable nanosized particles of selenium and sodium alginate. The ratio of selenium to sodium alginate is 0.05-0.2.

Альгинат натрия относится к полисахаридам бурых морских водорослей и обладает широким спектром биологической активности (иммуномодулирующей, противоопухолевой, противовоспалительной, противовирусной, противогрибковой), а также не имеет побочных эффектов.Sodium alginate belongs to the polysaccharides of brown seaweed and has a wide range of biological activity (immunomodulating, antitumor, anti-inflammatory, antiviral, antifungal), and also has no side effects.

Новизна технического решения заключается в использовании в качестве биологически активного вещества водорастворимой композиции наночастиц селена.The novelty of the technical solution lies in the use of a water-soluble composition of selenium nanoparticles as a biologically active substance.

Причинно-следственная связь между отличительными признаками и техническим результатом - ускорением прорастания семян пшеницы, увеличением всхожести и накоплением биомассы надземной части и корней проростков заключается в следующем.A causal relationship between the distinguishing features and the technical result is the acceleration of germination of wheat seeds, increased germination and the accumulation of biomass of the aerial part and the roots of seedlings is as follows.

Биологические свойства элемента селена наиболее активно проявляются в состоянии наночастиц. Попадая в биологические объекты, наночастицы селена образуют многочисленные, довольно длительно действующие скопления ионов, которые непрерывно образуются в незначительных концентрациях вокруг каждой частицы. Благодаря этому свойству наночастицы сильно отличаются по своему биологическому воздействию от ионов солей. В отличие от ионных форм наноразмерный селен менее токсичен и обладает пролонгированным действием, которое способствует повышению поглощения минеральных веществ, углеводного обмена, фотосинтеза и дыхания клеток. Таким образом, наноселен способствует защите иммунной системы и повышает сопротивляемость к неблагоприятным факторам внешней среды, благодаря чему происходит ускорение прорастания семян сельскохозяйственных растений, сокращение вегетационного периода, повышение иммунитета растений, снижение их заболеваемости и стимуляция роста и развития, что в конечном итоге обеспечивает повышение урожайности сельскохозяйственных культур.The biological properties of the selenium element are most actively manifested in the state of nanoparticles. Once in biological objects, selenium nanoparticles form numerous, rather long-acting accumulations of ions that continuously form in small concentrations around each particle. Due to this property, nanoparticles differ greatly in their biological effects from salt ions. Unlike ionic forms, nanosized selenium is less toxic and has a prolonged action, which helps to increase the absorption of minerals, carbohydrate metabolism, photosynthesis and respiration of cells. Thus, it is applied that helps to protect the immune system and increases resistance to adverse environmental factors, due to which there is an acceleration of seed germination of agricultural plants, a reduction in the growing season, an increase in plant immunity, a decrease in their morbidity, and stimulation of growth and development, which ultimately provides an increase in yield agricultural crops.

Как видно из приведенных аналогов, соединения селена, в т.ч. наноселена, полученного другими способами, применялись в растениеводстве, однако особенно хороших результатов достигнуто не было. Механизм достижения высокой урожайности в нашем способе заключается, видимо, в химическом восстановлении селена цистеином и стабилизации альгинатом, что обеспечивает высокую стабильность наночастиц селена, и этот механизм ранее известен не был.As can be seen from the above analogues, selenium compounds, incl. nanoselen obtained by other methods were used in crop production, however, especially good results were not achieved. The mechanism for achieving high yields in our method apparently consists in the chemical reduction of selenium with cysteine and stabilization with alginate, which ensures high stability of selenium nanoparticles, and this mechanism was not previously known.

Таким образом, благодаря композиции высокостабильных наноразмерных частиц селена, полученных за счет его химического восстановления цистеином и стабилизацией альгинатом, достигаются особо хорошие результаты в стимулировании показателей ростовой активности пшеницы, решается давно существующая проблема, развивается новое направление применения нанотехнологий в сельском хозяйстве, что говорит в пользу неочевидности технического решения.Thus, due to the composition of highly stable nanosized particles of selenium obtained due to its chemical reduction with cysteine and stabilization with alginate, particularly good results are achieved in stimulating the growth activity of wheat, a long-standing problem is being solved, a new area of nanotechnology application in agriculture is developing, which speaks in favor non-obviousness of a technical solution.

Примеры реализации изобретения для заявляемого способа предпосевной обработки семян пшеницы представлены в таблице. Во всех примерах семена пшеницы замачивали в течение 4 часов в растворе композиции наночастиц селена в альгинате натрия, а затем проращивали на фильтровальной бумаге в чашках Петри при температуре 24°С в течение 7 суток. На 7 сутки определяли всхожесть семян и накопление сухой биомассы корней и надземной части растений.Examples of the invention for the proposed method of pre-sowing treatment of wheat seeds are presented in the table. In all examples, wheat seeds were soaked for 4 hours in a solution of selenium nanoparticle composition in sodium alginate, and then germinated on filter paper in Petri dishes at a temperature of 24 ° C for 7 days. On day 7, seed germination and accumulation of dry biomass of roots and aerial parts of plants were determined.

Как видно из данных, приведенных в таблице, максимальные значения всхожести и накопления биомассы проростков пшеницы наблюдалось при концентрации наноселена 1,0-3,0 мг/л (пример 2-4). При этом значительный прирост биомассы корней свидетельствует об усилении адаптивных свойств проростков.As can be seen from the data given in the table, the maximum values of germination and accumulation of biomass of wheat seedlings were observed at a concentration of 1.0-3.0 mg / l deposited (example 2-4). At the same time, a significant increase in root biomass indicates an increase in the adaptive properties of seedlings.

Предложенный способ предпосевной обработки семян пшеницы нанобиокомпозицией на основе селена может быть использован в растениеводстве при разработке новых способов стимуляции роста и защиты растений.The proposed method for presowing treatment of wheat seeds with a selenium-based nanobiocomposition can be used in crop production when developing new methods of stimulating growth and plant protection.

Claims

A method of stimulating the germination of wheat seeds, comprising treating the seeds with a solution of a biologically active substance, characterized in that a water-soluble composition of selenium nanoparticles in sodium alginate at a concentration of 1.0-3.0 mg / l (for selenium) is used as a biologically active substance.