Спосіб підвищення врожайності злаків с-4
Формула / Реферат
1. Способ повышения урожайности злаков С-4, включающий экзогенное применение бетаина, отличающийся тем, что эффективное количество бетаина экзогенно наносят на стебли и листья выращиваемых в поле жизнеспособных растений в количестве 0,2-20 кг/га, преимущественно 2-6 кг/га.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что бетаин наносят на растения, выращиваемые в стрессовых условиях.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что бетаин наносят в стрессовых условиях, включающих высокие и низкие температуры, засуху, высокую засоленность.
4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что бетаин наносят один или несколько раз на протяжении сезона роста.
5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что бетаин наносят при разовой обработке на ранней стадии роста.
6. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что бетаин наносят вместе с пестицидом или с поверхностно - активным веществом.
7. Способ по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что злак С-4 представляет собой маис, сорго или просо.
Текст
1. Способ повышения урожайности злаков С4, включающий экзогенное применение бетаина, отличающийся тем, что эффективное количество бетаина экзогенно наносят на стебли и листья выращиваемых в поле жизнеспособных растений в количестве 0,2-20 кг/га, преимущественно 26 кг/га. 42839 Водообеспеченность является наиболее важным фактором в сравнении с любым другим фактором влияния окружающей среды, даже если чувствительность растений к засухе различна. Для обеспечения достаточной водообеспеченности обычно используется орошение. Однако орошение рождает достаточно проблем, связанных со здоровьем людей и охраной среды, например, резкое сокращение водных ресурсов, ухудшение качества воды и ухудшение качества сельскохозяйственных угодий. Подсчитано, что около половины искусственно орошаемых сельскохозяйственных угодий в мире испорчены заболачиванием и засолением. Указанием на значение и масштаб проблемы является то, что в мире имеется 255 миллионов гектаров орошаемых земель, и на них расходуется 70% суммарного потребления воды. Только в США имеется около 20 миллионов гектаров орошаемых земель, главным образом в 18 западных штатах и юго-восточной части страны. Они используют 83% общих запасов воды только на орошение. Следует отметить, что использование воды для орошения возрастает с каждым годом, особенно в промышленных странах. Помимо этих проблем другим недостатком орошения является его высокая стоимость. Другим серьезным стрессовым фактором является засоленность почвы. Засоленность почвы можно определить по-разному. Согласно общему определению, почва засолена, если она содержит растворимые соли в количестве, достаточном для их влияния на рост и урожайность нескольких видов культивируемых растений. Наиболее распространенной солью является хлорид натрия, но другие соли также присутствуют в различных сочетаниях в зависимости от источника поступления содержащей их воды и от растворимости этих солей. Растениям, растущим на засоленой почве, трудно получить достаточное количество воды из почвы, имеющей отрицательный осмотический потенциал. Высокие концентрации ионов натрия и хлора губительны для растений. Дополнительной проблемой является недостаток минералов, который возникает, когда ионы натрия конкурируют с ионами калия, требуемыми для роста клеток, осморегуляции и стабилизации рН. Эта проблема возникает особенно тогда, когда низка концентрация ионов кальция. Продуктивность растений и их чувствительность к засоленности почвы зависит также от вида растений. Галофиты требуют относительно высокого содержания хлорида натрия для стимуляции оптимального роста, в то время как гликофиты имеют низкую толерантность к соли, их рост сильно подавляется уже при малых концентрациях солей. Имеются большие различия даже между различными сортами одного вида культивируемых растений. Толерантность к соли одного и того же вида или сорта может также зависеть, например, от стадии роста. В случае низкой или умеренной засоленности замедленный рост гликофитов не может быть зарегистрирован в виде специфических симптомов, таких как хлороз, но он проявляется в угнетенном росте растений и в цвете их листьев, которые темнее нормальных. Более того, снижается общая площадь листьев, уменьшается поглощение двуокиси углерода и подавляется синтез белков. Растения в некоторой степени могут адаптироваться к стрессовым условиям. Эта способность значительно различается у разных видов растений. В результате вышеупомянутых стрессовых условий определенные растения начинают вырабатывать гормон роста, называемый абсцизовой кислотой (ABA), который помогает растениям закрыть их устьица, снижая тем самым степень отрицательного воздействия стресса. Однако, ABA оказывает вредное побочное влияние на продуктивность растений. ABA вызывает, например, опадание листьев, цветов и молодых завязей и подавляет формирование новых листьев, что, естественно, приводит к снижению урожайности. Стрессовые условия и особенно недостаток воды, как было также обнаружено, приводят к резкому снижению активности некоторых ферментов, таких как нитрат-редуктазы и фенилаланин-аммоний-лиазы. С другой стороны, активность альфаамилазы и рибонуклеазы возрастает. До сих пор не было описано ни одного базирующегося на указанных явлениях химического решения для защиты растений. Было также найдено, что при стрессовых условиях определенные азотные соединения и аминокислоты, такие как пролин и бетаин, накапливаются в зонах роста определенных растений. В специальной литературе дискутируется функция и назначение этих накапливающихся продуктов. С одной стороны, предположили, что эти продукты являются побочными продуктами стресса и поэтому вредны для клеток, с другой стороны полагают, что они могут защищать клетки (Wyn Jones, R.G. and Storey, R.: The Physiology and Biochemistry of Drought Resistance in Plants, Paleg, L.G. and Aspinall D. (Eds.), Academic Press, Sydney, Australia, 1981). Zhao et al. (в J. Plant Physiol. 140 (1992) 541543) описывают влияние бетаина на клеточные мембраны люцерны. Проростки люцерны были опрыснуты 0,2 М глицинбетаина, после чего проростки были вынуты из субстрата, отмыты от почвы и выдержаны при температуре от -10°С до -2°С в течение одного часа. Затем проростки были отогреты и высажены во влажный песок на одну неделю. В течение этого времени был заметен прирост на выживших растениях. Глицинбетаин явно повысил устойчивость люцерны к холоду. При воздействии холодом эффект был особенно заметен при -6°С. Все контрольные растения при экспозиции при -6°С в течение одного часа погибли, в то время как 67% проростков, обработанных глицинбетаином выжили. Itai and Paleg (в Plant Science Letters 25 (1982) 329-335) описывают влияние пролина и бетаина на восстановение ячменя и огурцов после водного стресса. Растения выращивали в промытом песке и в течение четырех дней в питательный раствор добавляли полиэтиленгликоль (ПЭГ, 4000 моль вес.), чтобы вызвать водный стресс, после чего растениям было дано на восстановление четыре дня до уборки. Листья растений были опрыснуты пролином и/или бетаином (25 мМ, рН 6,2) или в первый или третий день стресса, или непосредственно перед уборкой. Что касается ячменя, было 2 42839 замечено, что бетаин, примененный и до, и после стресса не дает эффекта, в то время как бетаин, примененный в конце стресса, был эффективен. Пролин эффекта не дал. Для огурцов не было отмечено никакого положительного эффекта. Напротив, было замечено, что как бетаин, так и пролин дают отрицательный эффект. Эксперименты, цель которых прояснить влияние бетаина и пролина на растения, пока дают противоречивые результаты. Отсутствует какоелибо промышленное применение, базирующееся на этих результатах. Задача настоящего изобретения состояла в том, чтобы найти способ частично заменить искусственное орошение таким образом, чтобы одновременно обеспечить (гарантировать) количество и качество урожая. Другая задача изобретения состояла в том, чтобы найти способ защитить растения и при других стрессовых условиях, таких как длительная высокая засоленность, часто связанная с засухой, низкие температуры и т. п. Кроме того, еще одна задача изобретения состояла в том, чтобы найти способ повысить урожайность при нормальных условиях без применения способов, которые истощают природные ресурсы или наносят вред окружающей среде. В связи с настоящим изобретением было неожиданно обнаружено, что урожайность злаков С4 можно значительно повысить посредством экзогенного применения бетаина. Было найдено, что бетаин эффективен для повышения урожайности как при нормальных, так и при стрессовых условиях, и он не оказывает таких вредных воздействий, как побочные эффекты от применения ABA. Применение бетаина делает возможным значительно снизить, например, потребность в искусственном орошении, сохраняя тем самым окружающую среду и значительно урезая соответствующие затраты. Соответственно изобретение относится к эезогенному применению бетаина для повышения урожайности злаков С-4. Особенно изобретение относится к применению бетаина для повышения урожая зерна злаков С-4. Согласно изобретению, бетаин применяют экзогенно, чтобы повысить урожайность злаков С4 как при нормальных, так и при стрессовых условиях. Изобретение, кроме того, относится к злакам С-4, экзогенно обработаным бетаином, и к их частям, особенно колосьям и зернам, и к их применению как таковых, например, в пищу, как корм для животных и в производстве фуража. Изобретение также относится к способу повышения урожайности злака С-4, в котором бетаин экзогенно применяется для стимуляции роста злаков С-4. Растения обрабатываются бетаином или в один прием или несколькими последовательными обработками. При желании обработка может быть осуществлена, например, опрыскиванием вместе с другим веществом, например, пестицидом. Бетаин, применяемый согласно изобретению, переносится к клеткам растения, где он активно регулирует осмотический баланс клеток, а также участвует в других процессах клеточного метаболиз ма. Клетка растения, обработанная бетаином, более жизнеспособна даже когда ее подвергают воздействию внешних стрессовых факторов. Обработка бетаином, согласно изобретению, экономически выгодна, и урожайность возрастает на величину, которая оправдывает и делает выгодной такую обработку. Обработка не приводит к заметному увеличению трудозатрат, так как она может быть осуществлена при опрыскивании другими веществами, и она не требует новых капиталовложений в машины, оборудование или площади. Следует также отметить, что бетаин - это нетоксичный натуральный продукт, который не оказывает отрицательных воздействий на качество урожая. Бетаин является также стабильным веществом, которое остается в клетках растений и поэтому обладает эффектом длительного действия. Бетаин относится к полностью N-метилированным аминокислотам. Бетаины являются природными продуктами, которые играют важную роль в метаболизме как растений, так и животных. Одним из наиболее общих бетаинов является производная глицина, в которой три метиловых группы присоединены к атому азота молекулы глицина. Это бетаиновое соединение обычно называют бетаином, глицинбетаином или триметилглицином. Его структурная формула представлена ниже: CH3 CH3 N+ CH2COO CH3 Другими бетаинами являются, например, аланинбетаин и пролинбетаин, которые, как, например, сообщалось, предотвращают развитие перозиса у цыплят. R.G. Wyn Jones и R. Storey подробно описывают бетаины в The Physiology and Biochemistry of Drought Resistance in Plants (Paleg, L.G. and Aspinal, D. (Eds.), Academic Press, Sydney, Australia,1981). Эта публикация включена в ссылки. Бетаин имеет биполярную структуру и содержит несколько химически активных метиловых груп, которые он может отдавать в реакциях, катализируемых ферментами. Большинство организмов может синтезировать малые количества бетаина, например, для метильной функции, но эти организмы не могут реагировать на стрессы увеличением производства и сохранением бетаина. Наиболее хорошо известными организмами, аккумулирующими бетаин, являются растения, принадлежащие к семейству Chenopodiaceae, например сахарная свекла, и некоторые микробы и морские безпозвоночные. Главной причиной накопления бетаина в этих организмах является, по-видимому, то, что бетаин действует как осмолитик и поэтому защищает клетки от влияния осмотических стрессов. Одной из главных функций бетаина в этих растениях и микробах является повышение осмотического давления в клетках, когда этого требуют условия, например, в случае высокой засолености или засухи, что предотвращает потерю воды. В отличие от многих солей бетаин хорошо совместим с ферментами, поэтому содержание бетаина в клетках и клеточных органеллах может 3 42839 быть высоким, не оказывая отрицательного влияния на метаболизм. Было также обнаружено, что бетаин имеет устойчивое влияние на функцию макромолекул; он повышает теплостойкость и ионотолерантность ферментов и клеточных мембран. Бетаин можно извлекать, например, из сахарной свеклы методами хроматографии. Промышленное производство бетаина осуществляет фирма Cultor Oy, Finnsugar Bioproducts в виде кристаллического безводного бетаина. Другие бетаиновые продукты, такие как бетаинмоногидрат, бетаингидрохлорид и сырые бетаинсодержащие жидкости, также выпускаются промышленностью, и их можно использовать в целях настоящего изобретения. Согласно настоящему изобретению бетаин применяют экзогенно так, чтобы повысить урожайность злаков С-4, таких как маис, сорго, просо, осока, бизонова трава, ползучий сорняк, шамантрава и т. п. Согласно изобретению, бетаин применяют для повышения урожайности злаков С-4 как при нормальных, так и при стрессовых условиях, т.е. когда растения подвергаются периодическим или постоянным внешним стрессам. Такие внешние стрессовые факторы включают, например, засуху, высокие температуры, высокую засоленность почвы, загрязнение воздуха такими веществами как озон, окиси азота, диоксид серы и серная кислота (кислотный дождь), токсины, гербициды, пестициды и т.д. Экзогенная обработка растений, подвергающихся стрессовым воздействиям, повышает, например, адаптацию растений к таким условиям и поддерживает их ростовой потенциал в течение более длительного времени, тем самым повышая урожайность растений. Бетаин является также стабильным веществом, которое остается в клетках растений. Положительное влияние бетаина является поэтому долговременным и снижается только постепенно вследствие разбавления в процессе роста. Хотя здесь и в формуле используют слово "бетаин", ясно, что согласно настоящему изобретению при желании можно применять несколько бетаинов. Следует также отметить, что бетаин используют здесь как общий термин, который охватывает различные известные бетаины. Бетаин применяют для обработки растений или разово, или в несколько последовательных этапов. Применение в виде разовой дозы считают предпочтительным. Применяемое количество изменяется в зависимости от вида злака С-4 и почвы, и от стадии и условий роста. Полезным, например, может быть количество от 0,2 до 20 кг бетаина на гектар. Указанные здесь количества являются только ориентировочными; объем настоящего изобретения включает любые количества, которые действуют так, как описано выше. Любой метод, пригодный для указанной цели, может быть использован для нанесения бетаина. Бетаин может быть применен отдельно или вместе с другими веществами для защиты растений, пестицидами или питательными веществами, такими как фунгициды и мочевина или микроэлементы. Бетаин может быть легко нанесен, например, распылением. Внекорневое применение бетаина и возможных других агентов посредством распыления является предпочтительным способом, который обеспечивает более быстрый отклик, чем способы, использующие корневую обработку. Однако в связи с этим методом могут возникнуть различные проблемы, такие как низкие концентрации, проникающие в листья с толстой кожицей, скатывание капель с водоотталкивающих поверхностей, смывание дождем, быстрое высыхание раствора и повреждение листьев. При желании могут быть применены и другие способы применения бетаина. Согласно изобретению, предпочтительно применение водного раствора бетаина. Время обработки согласно изобретению может также варьироваться. Если бетаин применяют в виде разовой обработки, обработку обычно выполняют на ранней стадии роста, например, на растениях около 5-20 см, или когда когда листья только появляются. Если бетаин применяют в несколько последовательных этапов, новое опрыскивание проводят предпочтительно в начале цветения или когда по прогнозам погоды предвидится стресс. Обработка бетаином, согласно изобретению, значительно повышает урожайность растений, например, количество и качество урожая. Обработка согласно настоящему изобретению может также снижать потребность в искусственном орошении. Обработка согласно изобретению является экономически выгодной, поскольку повышение урожайности является значительным и приносит прибыль. Изобретение показало, что, например, урожай маиса может быть увеличен более чем на 20% при соответствующей дозировке бетаина, например, около 6 кг/га. Следует также отметить, что даже при значительном увеличении количества урожая, его качество не снижается. Согласно изобретению урожай злаков С-4 может быть повышен как при нормальных, так и при стрессовых условиях, которые в дополнение к засухе включают, например, высокую засоленность, часто связанную с засухой, высокую температуру, и т.д. Более того, изобретение делает возможным выращивание злаков С-4 на землях, которые прежде считались непригодными для их культивации. Изобретение будет описано более детально с помощью нижеследующих примеров. Примеры служат только для иллюстрации изобретения, ни в коей мере нельзя считать, что ими ограничивается объем изобретения. Пример 1 Влияние бетаина на урожай сорго Влияние применения бетаина на урожай сорго было проверено в Мюрдокском Университете, Перт, Австралия. Эксперимент был проведен в полевых условиях жарким и сухим летом 19941995 г. Эксперимент был проведен согласно схеме расщепленных делянок, использующей делянки по 10 м2. Делянки были поделены на четыре подделянки, которые были обработаны различными концентрациями бетаина. Использовались концентрации бетаина 0 (контроль), 2 кг/га, 4 кг/га и 6 кг/га. Почва была песчаной (98% песка, 1% ила и 1% глины) с низким содержанием азота, фосфора и калия, малым содержанием влаги и низкой способностью удерживать питательные вещества. 4 42839 Степень орошения была нормальной. Культиватор - Trump. Результаты показаны в табл. 1. Результаты показывают, что урожайность увеличилась, в сравнении с контрольным участком, во всех проведенных экспериментах. Лучшие результаты были получены с применением бетаина в количестве от 4 до 6 кг/га. Пример 2 Влияние применения бетаина на урожайность сорго при сухих условиях Влияние применения бетаина на рост сорго при водном стрессе был исследован повторением эксперимента, описанного в примере 1, но с 50% снижением орошения в сравнении с оптимальным количеством. Результаты показаны в табл. 2. Урожайность также явно увеличивается в этом эксперименте в сравнении с контрольным участком. Можно также заметить, что применение бетаина согласно настоящему изобретению при низком уровне орошения (50%) обеспечивает результаты, подобные результатам при оптимальном орошении. Это значит, что тот же результат может быть получен при снижении орошения, если одновременно используют большее количество бетаина. Пример 3 Влияние применения бетаина на урожайность маиса Влияние применения бетаина на урожайность маиса было проверено в Мюрдокском университете, Перт, Австралия. Эксперимент был проведен в полевых условиях в жаркое и сухое лето 19941995 г. Эксперимент был проведен согласно схеме расщепленных делянок, использующей делянки по 10 м2. Делянки были поделены на четыре подделянки, которые были обработаны различными концентрациями бетаина. Использовались концентрации бетаина 0 (контроль), 2 кг/га, 4 кг/га и 6 кг/га. Почва была песчаной (98% песка, 1% ила и 1% глины) с низким содержанием азота, фосфора и калия, малым содержанием влаги и низкой способностью удерживать питательные вещества. Степень орошения была нормальной. Культиватор - SR-73. Результаты показаны в табл. 3. Результаты показывают, что урожайность увеличилась, в сравнении с контрольным участком, во всех проведенных экспериментах. Лучшие ре зультаты были получены с применением бетаина в количестве от 4 до 6 кг/га. Пример 4 Влияние применения бетаина на урожайность маиса при сухих условиях Влияние применения бетаина на рост маиса при водном стрессе был исследован повторением эксперимента, описанного в примере 3, но с 50% снижением орошения в сравнении с оптимальным количеством. Результаты показаны в табл. 4. Урожайность также явно увеличивается в этом эксперименте в сравнении с контрольным участком. Лучшие результаты были получены с применением бетаина в количестве 4-6 кг/га. Можно также заметить, что применение бетаина согласно настоящему изобретению при низком уровне орошения (50%) обеспечивает результаты, подобные результатам при оптимальном орошении. Это значит, что тот же результат может быть получен при снижении орошения, если одновременно используют большее количество бетаина. Пример 5 Влияние применения бетаина на ранее развитие Влияние бетаина на раннее развитие маиса было проведено с использованием воды для контроля. Семена маиса были типа Jubilee Hybride Lot #1987-14, произведенные Northrup King Co. Пять различных тестовых растворов были приготовлены для экспериментов: Тестовый раствор рн А деионизированая вода 7,01 В бетаин (0,02 г/л) 6,34 С бетаин (0,02 г/л) 6,80 Бетаином был Betafin ВС, Finish Sugar Co. Двадцать маисовых зерен замачивали в течение 24 часов в 330 мл одного из вышеуказанных тестовых растворов. Затем зерна были высушены на экранах из нержавеющей стали и высажены в почву, по два зерна в каждый контейнер. Контейнеры были затем помещены на подоконник, освещаемый солнцем с южной стороны, и затем их поливали ежедневно деионизированой водой. Через десять дней был начат эксперимент, измерили высоту побегов. Второе измерение провели через 19 дней после начала эксперимента. Результаты показывают, что бетаин вызвал более быстрое прорастание растений. Результаты приведены в табл. 5. Таблица 1 Влияние применения бетаина на урожайность сорго Уровень орошения % Количество бетаина кг/га 100 0 (контроль) 2 4 6 5 Урожай семян сорго (кг/ га) блок I блок II средний 2091 2201 2146 2207 2302 2254 2267 2354 2310 2347 2435 2391 42839 Таблица 2 Влияние бетаина на урожай сорго при водном стрессе Уровень орошения % Количество бетаина кг/га 50 0 (контроль) 2 4 6 Урожай семян сорго (кг/га) блок I блок II средний 1891 1913 1902 2105 2018 2061 2185 2089 2137 2059 2185 2122 Таблица 3 Влияние применения бетаина на урожайность маиса Уровень орошения % Количество бетаина кг/га 100 0 (контроль) 2 4 6 блок I 4129 4380 4591 4972 Урожай маиса (кг/га) блок II средний 4342 4235 4710 4545 4754 4672 5046 5009 Таблица 4 Влияние бетаина на урожай маиса при водном стрессе Уровень орошения % Количество бетаина кг/га 50 0 (контроль) 2 4 6 Урожай семян маиса (кг/га) блок I блок II средний 3202 3204 3203 3704 3882 3793 3815 4484 4149 4179 4394 4286 Таблица 5 Влияние применения бетаина на раннее развитие маиса Концентрация бетаина средняя высота побегов % от контрольных при обработке (9/1) (см/дюймы) экземпляров А контроль 0 5,87/2,31 100 В бетаин 0,02 11,02/4,34 187 С бетаин 2 8,03/3,16 137 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 6
ДивитисяДодаткова інформація
Назва патенту англійськоюImproving the yield of c-4 cereals
Автори англійськоюVirtanen Erkki, Pehu Eija
Назва патенту російськоюСпособ повышения урожайности злаков с-4
Автори російськоюВиртанен Еркки, Пеху Ейя
МПК / Мітки
МПК: A01N 33/12, C05C 11/00, A01N 37/44, A01G 7/00, A01P 21/00
Мітки: підвищення, спосіб, злаків, врожайності
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/6-42839-sposib-pidvishhennya-vrozhajjnosti-zlakiv-s-4.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб підвищення врожайності злаків с-4</a>