CC BY
49
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА
УДК 544.777
М. В. Базунова, Э. А. Шарипова, Д. Р. Валиев, Г. Е. Заиков
ПРОДУКТЫ ДЕСТРУКЦИИ ХИТОЗАНА И ЕГО ПРОИЗВОДНЫХ И ИХ БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ В КАЧЕСТВЕ ПЛЁНКООБРАЗУЮЩИХ КОМПОНЕНТОВ КОМПОЗИЦИЙ ДЛЯ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН
Ключевые слова: хитозан, сукцинат хитозана, деструкция, предпосевная обработка семян.
Проведено сравнительное исследование различных способов деструкции растворов хитозана и сукцината хитозана для получения низкомолекулярных гомологов. Определена оптимальная концентрация продуктов деструкции хитозана и сукцината хитозана в составе плёнкообразующей композиции, равная 0,001 %. По результатам предварительных биологических испытаний установлено, что 0,001 %-ные растворы продуктов деструкции хитозана (в 1 %-ной уксусной кислоте) и сукцината хитозана (в воде) оказывают положительное влияние на энергию роста и увеличивают всхожесть семян пшеницы сортов «Экада-70» и «Башкирская».
Key words: chitosan, succinate of chitosan, destruction, seedpre-treatment.
Are studied a different methods of destruction of solutions of chitosan and succinate of chitosan for receiving of low-molecular homologues. The optimum concentration of degradation products of chitosan and chitosan succinate as part of film-forming composition for seed pre-treatment is 0.001%. Preliminary biological tests 0,001% solutions of the products of destruction of chitosan (in 1% acetic acid) and chitosan succinate (in the water) have a positive influence on energy of growth and its increase the germination of seeds of variety the "Ekada-70" and the "Bashkirskaya".
Введение
Использование в сельскохозяйственном производстве экологически безопасных средств защиты растений и стимуляторов роста становится все более актуальным. Одним из наиболее эффективных способов защиты растений является метод индуцирования их устойчивости к внешним неблагоприятным условиям и болезням. Особенно перспективны в этом плане биогенные стимуляторы, в том числе природный полисахарид хитозан (ХТЗ) и его производные. В сельском хозяйстве ХТЗ используется, главным образом, как натуральное средство для обработки семян и ускоритель роста растений, а также как экологически безопасный биопестицид, который усиливает защитные свойства растений против грибковых инфекций [1].
Наибольший интерес вызывает
использование ХТЗ и его производных в качестве плёнкообразующей основы композиций для предпосевной обработки семян
сельскохозяйственных культур.
Важным моментом является то, что как и сам ХТЗ, так и его производные зачастую плохо растворяются в воде, что затрудняет их применение. Этого недостатка лишены низкомолекулярные полимергомологи ХТЗ, а также
карбоксиметилированные, сукцинилированные производные, четвертичные аммонийные соли ХТЗ, растворимые при рН выше 7-8 [2].
В связи с вышесказанным, целесообразным является сравнительное исследование различных способов деструкции растворов ХТЗ и сукцината хитозана (СХТЗ) для получения низкомолекулярных гомологов, и последующее изучение влияния
продуктов деструкции на энергию роста семян сельскохозяйственных растений.
Экспериментальная часть
В работе использованы образцы ХТЗ со степенью деацетилирования 82% и М.м.=80000 а.е.м. и СХТЗ с М.м. = 207 кДа и степенью замещения 75 % производства ЗАО «Бипрогресс» (Щелково, Россия).
Динамическую вязкость растворов ХТЗ (концентрация 1 г/дл) в 1 %-ой уксусной кислоте, СХТЗ (концентрация 2-5 г/дл) в воде и продуктов деструкции измеряли на реометре Haake Mars II (Thermo Fisher, Германия) при 200С в режиме постоянного напряжения сдвига со скоростью сдвига от 0,1 до 100 с-1.
Радикально-цепную деструкцию ХТЗ и СХТЗ осуществляли в присутствии 0,2 % пероксида водорода при температуре 65-70° С в течение 3,5-4 ч.
Кислотный гидролиз ХТЗ и СХТЗ проводили в присутствии 0,05 н раствора соляной кислоты при до 65 - 700С в течение 3,5-4 часов.
Исследование влияния растворов ХТЗ и СХТЗ и продуктов их деструкции на энергию роста семян проводили на примере семян пшеницы сортов «Экада-70» и «Башкирская», предоставленных отделом биологических испытаний Научно -исследовательского технологического института гербицидов и регуляторов роста растений (г. Уфа). Методика эксперимента: в чашки Петри помещали бумажный фильтр, затем заливали необходимым для опыта количеством жидкости и раскладывали сухие семена зерновых культур. В контрольном опыте использовалась вода. Количество жидкости зависит от размера семян - от 4 до 8 мл.
Длительность опытов составляла 3 дня. Повторность каждого варианта 3-х кратная.
Обсуждение результатов
Для получения низкомолекулярных гомологов ХТЗ и СХТЗ, обладающих лучшей растворимостью в водных средах по сравнению с исходными полисахаридами, проведено
сравнительное исследование различных способов деструкции растворов ХТЗ и СХТЗ. Установлено, что динамическая вязкость растворов ХТЗ и СХТЗ и в случае кислотного гидролиза, и в случае радикально-цепной деструкции резко уменьшается в первые 60-70 мин процесса (рис. 1, 2). Изменение динамической вязкости, которое для растворов ХТЗ и ряда его производных в области малых концентраций обычно коррелирует с изменением молекулярной массы, подчиняется уравнению первого порядка [3].
т, мин
Рис. 1 - Зависимость наибольшей динамической вязкости при 20 0С для 5%-го раствора СХТЗ от времени процесса деструкции в присутствии 0,01 моль/л Н2О2 при 65-70 0С
200 150 100 50 0
0 20 40 60 80 110140170 т, мин
Рис. 2 - Зависимость наибольшей динамической вязкости при 20 0С для 5%-го раствора СХТЗ от времени процесса кислотного гидролиза в присутствии 0,05 н НС1 при 65-70 0С
о сЬ
С
1,5 1
0,5 0
1
30 60 90 120150 180210240270 т, мин
Рис. 3 - Зависимость наибольшей динамической вязкости при 20 0С для 1%-го раствора ХТЗ в 1 %-ой уксусной кислоте от времени процесса деструкции в присутствии 0,01 моль/л Н2О2 при 65-70 0С
0,3 о 0,2
а , 0,1
о
-1-1-1-1 I •—
0 20 40 60 80 100 т, мин
Рис. 4 - Зависимость наибольшей динамической вязкости при 20 0С для 1%-го раствора хитозан в 1 %-ой уксусной кислоте от времени процесса кислотного гидролиза в присутствии 0,05 н НС1 при 65-70 0С
Оптимальная концентрация продуктов деструкции ХТЗ и СХТЗ в составе плёнкообразующей композиции для предпосевной обработки семян определена по результатам биологических испытаний в пределах концентраций плёнкообразующей основы от 10-1 до 10-4 г/л. Обработанные семена пшеницы высевались в чашки Петри диаметром 15 см по 20 семян в каждый. В течение трех дней проводились визуальные наблюдения (табл. 1).
Таблица 1 - Влияние хитозана и его производных на энергию роста семян пшеницы
Плёнкообразующая основа Конц. в рабочем р^ г/л Длина стебля, см Длина корня, см Всхожесть семян, % Заражен-ность семян, %
- - 3,3±0,2 6,3±0,7 82±6,3 23±5,2
ХТЗ 0,1 1,8±0,1 1,1±0,2 35±5,1 18±4,8
0,01 6,6±0,3 11,9±1,6 87±8,9 6±2,1
0,001 5,5±0,7 9,7±0,9 87±4,6 23±7,4
0,0001 4,2±0,4 6,2±0,8 83±6,7 10±3,6
Продукт 0,1 2,5±0,2 1,9±0,4 70±2,8 0±0
ного 0,01 6,6±0,8 9,0±1,2 78±9,5 3±0,9
гидролиза ХТЗ 0,001 9,0±1,3 12,0±1,5 87±5,1 5±1,3
0,0001 6,7±1,1 9,2±1,6 78±7,0 1±0,2
Продукт 0,1 3,9±0,4 5,0±0,9 82±6,2 0±0
ного 0,01 3,0±0,2 4,0±0,3 72±8,4 3±1,1
гидролиза
0,001 4,5±1,1 8,8±0,8 92±9,3 0±0
СХТЗ 0,0001 4,3±0,6 5,8±1,1 85±5,6 0±0
Продукт радикально- 0,1 0±0 0±0 0±0 25±7,4
0,01 6,0±1,2 8,5±0,7 88±10,1 1±0,4
деструк- 0,001 5,9±0,5 8,1±0,9 87±9,4 1±0,1
ции ХТЗ 0,0001 4,8±0,2 6,3±1,0 85±4,9 1±0,6
Продукт радикально- 0,1 0±0 0±0 0±0 15±2,9
0,01 5,5±1,4 9,6±1,4 82±3,6 11±3,2
деструк- 0,001 5,4±0,8 8,3±0,8 87±4,2 6±0,8
ции СХТЗ 0,0001 6,1±1,6 8,7±1,3 78±8,9 13±3,9
Данные, приведённые в таблице 1, показывают, что производные ХТЗ стимулируют начальные процессы роста растений пшеницы, значительно увеличивая всхожесть семян, в сравнении с контрольным вариантом, где семена обрабатывались водой.
Установлено, что 0,001 %-ные растворы продуктов деструкции хитозана (в 1 %-ной уксусной кислоте) и сукцината хитозана (в воде) оказывают положительное влияние на энергию роста семян пшеницы сортов «Экада-70» и «Башкирская».
Выводы
Таким образом, результаты
предварительных биологических испытаний продуктов деструкции ХТЗ и СХТЗ показали их
положительное влияние на энергию роста семян пшеницы сорта Экада-70, следовательно, их можно рекомендовать в качестве плёнкообразующей основы композиций для предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур.
Литература
1. С. Галактионов, Биологически активные вещества. Молодая гвардия, Москва, 1988, 270 с.
2. М.Д. Мукатова, Т.В. Боева, РЫБПРОМ, Биостимулятор повышения урожайности для сельскохозяйственных культур, 3 (2010)
3. Е.И. Кулиш, И.Ф. Туктарова, В.В. Чернова, С.В. Колесов, Вестник Башкирского университета, Изучение процесса ферментативного расщепления хитозана в растворе уксусной кислоты, 18, 3, 688-690 (2013)
© М. В. Базунова - канд. хим. наук, доц. каф. высокомолекулярных соединений и общей химической технологии, Башкирский госуд. ун-тет (г. Уфа), mbazunova@mail.ru; Э. А. Шарипова - студ. той же кафедры; Д. Р. Валиев - инж. той же кафедры, valief@mail.ru; Г. Е. Заиков - д-р хим. наук, проф. каф. технологии пластических масс КНИТУ, chembio@sky.chph.ras.ru.
© M. V. Bazunova - the candidate of the chemical sciences, the docent of the department of high-molecular connections and general chemical technology of the chemistry faculty of the Bashkir State University, mbazunova@mail.ru; E. A. Sharipova -the student in the same department; D. R. Valiev - the engineer in the same department, valief@mail.ru; G. E. Zaikov - Doctor of Chemistry, Professor of Plastics Tecnology Department, Kazan National Research Technological Univercity, chembio@sky.chph.ras.ru.
