АГРОХИМИЯ, 2015, № 6, с. 59-63
УДК 631.811.98:547.421:547.722
РОСТСТИМУЛИРУЮЩАЯ АКТИВНОСТЬ ЦИКЛИЧЕСКИХ ФУРАН- И ДИГИДРОФУРАНСОДЕРЖАЩИХ АЦЕТАЛЕЙ
© 2015 г. Л.А. Бадовская1, Т.Г. Дедикова1, Л.В. Поварова1, Н.И. Ненько2
Кубанский государственный технологический университет 350072 Краснодар, ул. Московская, 2, Россия 2Северо-Кавказский зональный научно-исследовательский институт садоводства и виноградарства
350901 Краснодар, ул. 40 лет Победы, 39, Россия E-mail: kubansad@kubannet.ru
Поступила в редакцию 09.12.2014 г.
Изучена ростстимулирующая активность ряда фуран- и дигидрофурансодержащих циклических ацеталей на семенах пшеницы. Установлено, что все изученные соединения проявляли ростстимулирующую активность и повышали устойчивость проростков семян пшеницы к водному стрессу. Степень этой активности определялась химическим строением циклического ацеталя. Выявлены соединения, значительно превышающие активность регулятора роста фуролан, использованного для сравнения.
Ключевые слова: ростстимулирующая активность, циклические фуран- и дигидрофурансодержа-щие ацетали.
ВВЕДЕНИЕ
Известно, что циклические 1,3-ацетали (ди-оксоланы) обладают широким спектром биологической активности [1, 2]. Из их числа 2-фур-2-ил-1,3-диоксолан (фуролан) проявил себя как высокоэффективный регулятор роста растений [3-5] и в 2008 г. был включен в список регуляторов роста, разрешенных к применению на территории России под названием фуролан.
В настоящей работе поставлена цель впервые на семенах озимой пшеницы изучить ростсти-мулирующую активность соединений ряда фу-рилзамещенных 1,3-диоксоланов, содержащих различные структурные фрагменты, связанные с ацетальным циклом, и циклического диацеталя-2,5-диэтокси-2,5-дигидрофурана, а также установить влияние этих соединений на устойчивость проростков к водному стрессу в сопоставлении с препаратом фуролан.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследована ростстимулирующая активность соединений ряда фуран- и ди-гидрофурансодержащих циклических
ацеталей: II - 4-хлорметил-2-фур-2-ил-1,3-ди-оксолана, III - 2-изопропил-4(фур-2-ил)ме-
тиленоксиметилен-1,3-диоксолана, IV - 2-ме-тил-4-метилен-2-фурфурилиден-1,3-диоксолана, V - 4-метилен-2-фур-2-ил-1,3-диоксолана, VI -2,5-диэтокси-2,5-дигидрофурана - на семенах озимой пшеницы, а также их влияние на устойчивость проростков к водному стрессу. В качестве эталона сравнения использован известный регулятор роста растений фуролан (I) -2-фур-2-ил-1,3-диоксолан, являющийся основой ряда фурилзамещенных циклических ацеталей. Его получали по известной методике [3, 4]. Ди-оксоланы II, III получали усовершенствованным авторами методом [6], основанным на реакциях соответствующих карбонильных соединений с оксиранами в среде четыреххлористого углерода при 40-45°С в присутствии катализатора 8пС14. Циклический ацеталь IV, содержащий 2-кратные связи, впервые получен авторами путем конденсации эпихлоргидрина с фурфурилиденацетоном и последующего дегидрохлорирования продукта конденсации [6, 7]. В синтезе ацеталя II использовали фурфурол и эпихлоргидрин, в синтезе аце-таля III - 2-метилпропаналь и фурфурилглицид-ный эфир. Диоксолан V был синтезирован путем дегидрохлорирования диоксолана II [7]. Химический состав веществ приведен в табл. 1. Строение всех синтезированных диоксоланов доказано элементным анализом и методами ИК-, ПМР-спектроскопии [6, 7].
Таблица 1. Химический состав ацеталей, исследованных на ростстимулирующую активность
Соединение Вычислено, % Найдено, %
№ Брутто-формула C H C H
I C7H8O3 60.00 5.72 59.86 5.86
II C8H9O3C1 50.92 4.77 50.50 4.41
III C12H18O4 63.72 7.96 63.57 7.82
IV C11H12O3 68.75 6.25 68.94 6.48
V C8H8O3 63.16 5.26 63.20 5.41
VI C8H14O3 60.74 8.92 60.54 8.86
Таблица 2. Влияние фурилзамещенных циклических ацеталей (концентрация раствора 0.001%) на посевные качества семян и устойчивость к водному стрессу проростков озимой пшеницы сорта Краснодарская 70
Энергия прорастания, % Длина проростка Воздушно-сухая масса проростка
Соединение, № побег корень побег корень
см прирост*, % см прирост, % мг прирост, % мг прирост, %
Без водного стресса
H2O (контроль) 82 6.53 - 6.28 - 6.19 - 5.39 -
I 90 7.98 22.2 7.21 14.8 6.88 11.1 5.71 5.9
II 92 9.54 46.1 8.78 39.8 7.62 23.1 6.44 19.5
III 87 7.63 16.8 7.04 12.1 6.90 11.5 5.93 10.0
IV 93 9.35 43.2 9.56 52.3 7.82 26.3 6.44 19.5
V 92 7.99 22.4 8.18 30.3 7.43 20.0 6.93 28.6
В условиях водного стресса
H2O (контроль) - 5.56 - 5.43 - 5.52 - 4.60 -
2I - 8.44 51.8 7.97 46.8 8.74 58.3 6.53 42.0
II - 8.28 48.9 8.15 50.1 7.55 36.8 5.20 13.0
IV - 9.07 63.1 8.73 60.8 7.83 41.9 6.20 34.8
* Прирост дан по отношению к контролю. Разница с контролем существенна на 5%-ном уровне. То же в табл. 3.
Диацеталь 2,5-диэтокси-2,5-дигидрофуран (VI) был получен по разработанному авторами способу [8, 9] окислением фурана пероксидом водорода при 25°С в присутствии катализатора VOSO4 в водно-этанольной среде. Строение вещества VI доказано спектральными методами (масс-спект-рометрия, ИК-спектроскопия, ПМР, ЯМР 13С) и элементным анализом [10].
Все полученные вещества представляют собой жидкости, хорошо растворимые в спиртах, эфи-рах, СС14, ДМСО, ДМФА, но не растворимые в воде. В связи с этим при изучении ростстимули-рующей активности готовили концентрированные растворы исследованных веществ в ДМСО, а затем доводили водой в мерной колбе до заданных концентраций, использованных в опытах. Во всех случаях объемное соотношение ДМСО : вода со-
ставляло 1 : 99. Полученные растворы веществ I—VI были устойчивы при хранении.
При определении ростстимулирующей активности соединений I-VI в качестве контроля использовали семена озимой пшеницы сорта Краснодарская 70 и яровой пшеницы сорта Спектр, обработанные водой, в качестве варианта сравнения - фуроланом. Семена пшеницы замачивали в растворах с массовой долей исследованных веществ 0.01, 0.005, 0.001, 0.0005% в течение 18 ч, затем проращивали в чашках Петри на влажной фильтровальной бумаге в течение 3 сут и доращивали в течение 4 сут в рулонах фильтровальной бумаги при 20-22°С.
При изучении устойчивости проростков к водному стрессу семена озимой пшеницы сорта Краснодарская 70 (вещества I, II, IV) и яровой пшеницы сорта Спектр (вещества I, VI) обрабатывали
Таблица 3. Влияние регулятора роста 2,5-диэтокси-2,5-дигидрофурана на посевные качества семян и устойчивость к водному стрессу проростков яровой пшеницы сорта Спектр
Энергия прорастания, % Длина проростка Воздушно-сухая масса проростка
Соединение, № Концент- побег корень побег корень
рация, % см прирост, % см прирост, % мг прирост, % мг прирост, %
Без водного стресса
Вода(контроль) - 85 4.9 - 8.6 - 4.4 - 5.2 -
I 0.01 90 6.6 34.7 9.3 8.1 4.9 11.4 6.3 21.2
VI 0.01 93 6.7 36.7 9.8 14.0 5.2 18.2 6.5 25.0
VI 0.001 91 5.9 20.4 9.5 10.5 4.8 9.1 5.6 7.7
В условиях водного стресса
Вода(контроль) - - 4.9 - 5.5 - 4.2 - 4.4 -
I 0.01 - 6.2 26.5 6.9 25.4 4.8 14.3 5.4 22.7
VI 0.01 - 6.3 28.6 7.1 29.1 4.6 9.5 5.6 27.3
VI 0.001 - 5.8 18.4 6.1 10.9 4.3 2.4 5.2 18.2
растворами веществ в приведенных выше концентрациях и проращивали в течение 3 сут. Затем половину 3-суточных проростков подсушивали в течение 1 ч, после чего продолжали проращивание всех семян в рулонах фильтровальной бумаги в течение 4 сут при температуре 20-22°С.
В каждом варианте опыта использовали по 50 шт. семян, повторность опытов трехкратная. Ростстимулирующую активность веществ I-V изучали на семенах озимой пшеницы сорта Краснодарская 70; веществ I, VI - на семенах яровой пшеницы сорта Спектр. Эффективность ростсти-мулирующего действия веществ I-VI определяли по таким показателям, как энергия прорастания семян, длина и масса побеговой и корневой систем проростков.
В табл. 2 и 3 приведены средние результаты из трех повторений опытов. Статистическую обработку результатов проводили общепринятым методом [11].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Установлено, что все исследованные циклические ацетали II-VI в сравнении с контролем проявляли ростстимулирующую активность. Они увеличивали энергию прорастания семян пшеницы, а также обусловливали прирост длины и массы побега и корневой системы проростков (табл. 2, 3). При этом для диоксоланов I-V наилучшие результаты получены при концентрации их раствора 0.001% (табл. 2).
Ростстимулирующая активность фурилдиоксо-ланов II, IV, V оказалась выше, чем у известного стимулятора роста незамещенного фурилдиок-солана I. Эффективность действия веществ П-У зависела как от взаимного положения в молекуле фуранового и диоксоланового циклов, так и от характера заместителей в диоксолановом цикле. Наилучший результат в сравнении с фуроланом I получен при обработке семян ацеталем IV, содержащим межциклическую и экзоциклическую кратные связи, а вещество III, в молекуле которого фурановый цикл изолирован от диоксоланового цикла структурным фрагментом С-О-С, проявило меньшую ростстимулирующую активность, чем фуролан I.
При использовании вещества IV по сравнению с фуроланом достигнуто увеличение энергии прорастания на 3%, прироста длины побегов и корней - на 43 и 52%, воздушно-сухой массы побегов и корней - на 26 и 19%.
Вещества II и V, имеющие 4-хлорметильный и, соответственно, 4-метиленовый фрагменты, связанные с диоксолановым циклом, превышали ростстимулирующую активность фуролана I, но их эффективность была меньше, чем вещества IV (табл. 2).
Диацеталь VI с двумя экзоциклическими полу-ацетальными фрагментами также проявил заметную ростстимулирующую активность (табл. 3). При использовании его растворов с концентрацией 0.01% эффект превышал активность фуролана I, однако при концентрации растворов 0.001% его активность была больше контроля, но меньше,
чем у фуролана. Видимо, наличие в молекулах бой, как в соединениях II, IV, V, обусловливало циклических ацеталей фуранового и замещенно- повышенную ростстимулирующую активность го диоксоланового циклов, связанных между со- по сравнению с соединениями III и VI:
О п
исн2с\
:н2осн2-
HV
СН(СН3)с ш
ч \\
о"
I ь „ 0 ic^J
^сн.
°ч
сн,
Н5
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.