АГРОХИМИЯ, 2008, № 6, с. 34-39
Регуляторы роста растений =
УДК 631.811.98:631.87
СОСТАВ И БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ПРОДУКТОВ МЕХАНОХИМИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИИ ТОРФА*
© 2008 г. А. А. Иванов, Н. В. Юдина, О. А. Рожанская1, О. И. Ломовский2
Институт химии нефти СО РАН 634021 Томск, просп. Академический, 3, Россия E-mail: ivanov@ipc.tsc.ru 1Сибирский НИИ кормов СО РАСХН 630501 Новосибирская область, пос. Краснообск, Россия E-mail: olgaro@ngs.ru 2Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН 630128 Новосибирск, ул. Кутателадзе, 18, Россия E-mail: lomov@solid.nsc.ru Поступила в редакцию 06.08.2007 г.
Изучены химический состав и биологическая активность веществ, полученных методом механохи-мической активации торфа. Показано, что максимальной биостимулирующей активностью обладает препарат, полученный при механоактивации верхового торфа с 30%-ной содой, характеризующийся высоким выходом водорастворимых веществ - полисахаридов и полифенолов; щелочная реакция среды данного препарата не оказала отрицательного воздействия на растительные ткани.
ВВЕДЕНИЕ
Создание новых торфяных препаратов, обладающих физиологической активностью, включает решение двух задач: увеличение выхода и повышение активности препаратов. Для развития современных производств особое значение приобретает разработка принципиально новых и экологически безопасных способов воздействия на исходное вещество, таких, например, как методы механохимии. Механохимические методы получения биологически активных веществ растительного происхождения основаны на твердофазном превращении этих веществ в растворимые формы путем механической обработки растительного сырья и специально подобранных реагентов [1-4]. Происходящие при интенсивном механическом воздействии на торф существенные изменения в химическом составе его основных компонентов могут привести к повышению качества стимуляторов роста, получаемых на основе торфа. В настоящее время существует большое количество химических синтетических стимуляторов роста растений, и создание для них альтернативы в виде наиболее экономически выгодных и экологически безопасных препаратов растительного происхождения является важной задачей для сельского хозяйства. Применение современных эффективных технологий переработки, создание на их основе новых продуктов и материалов, необходимых на-
* Работа проведена при поддержке междисциплинарного интеграционного проекта СО РАН < 4.
родному хозяйству, при минимальных затратах сырья и труда позволит значительно повысить эффективность полученной из торфа продукции.
Цель работы - исследование химического состава и биологической активности веществ, полученных методом механохимической активации торфа.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
В качестве объекта использовали верховой торф месторождения "Темное" Томской обл., отнесенный к моховой группе с низкой степенью разложения (5%).
Механохимическую активацию (МА) проводили в проточной виброцентробежной мельнице ВЦМ-10 (разработка Института химии твердого тела и механохимии СО РАН, г. Новосибирск). В качестве воздействующих тел применяли стальные шары диаметром 10 мм. Ускорение шаров составляло 180 м/с2. Время пребывания обрабатываемых веществ в рабочей зоне - 2 мин.
Обработка торфа проведена с добавками различных концентраций соды (от 3 до 50% Ка2СО3).
Водорастворимые (ВР) компоненты - полисахариды (ПС) и полифенолы (ПФ) выделяли из торфа горячей водой при температуре 95°С в соотношении 1 : 12, 2 раза в течение 2 ч и 20 мин соответственно [5]. Раствор упаривали до 1/5 объема, ПС осаждали 96%-ным этанолом в соотношении 1 : 5, далее из раствора с ПФ спирт удаляли в
роторном испарителе. ПС и ПФ высушивали в чашках Петри в вакуумном шкафу до постоянного веса.
При исследовании свойств торфов использовали стандартные методики определения ботанического состава и степени разложения [6].
С помощью физико-химических методов анализа изучены состав и свойства выделенных фракций гуминовых кислот (ГК) торфов.
Элементный состав ВР-компонентов определяли на анализаторе "Carlo Erba Strumentazione" модель 1106 (Италия).
Для получения информации о содержании структурных фрагментов в ВР-компонентах торфа был использован метод ЯМР 13С-спектроскопии [7]. Регистрацию спектров осуществляли на радиоспектрометре ЯМР фирмы "Bruker" (Германия), имеющем рабочую частоту по углероду 125 МГц, с использованием методики Фурье-преобразования с накоплением. Время накопления изменялось от нескольких часов до суток. Исследуемые образцы растворяли в дейтерированной воде. Для исключения ядерного эффекта Оверхаузера запись спектров яМр 13С проводилась с подавлением протонов в режиме INVGATE. В качестве внешнего стандарта использовали тетраметилсилан. Спектры снимали с задержкой 4 сек между импульсами. Кроме регистрации спектров ЯМР осуществляли их интегрирование, что позволило определить относительное содержание магнитных ядер углерода, принадлежащих к той или иной группе атомов.
Вегетационные опыты in vivo представляли собой проращивание семян пшеницы в растворах изучаемых веществ. Ранние стадии онтогенеза, как правило, коррелируют с более поздними параметрами развития и продуктивности растений, что позволяет использовать проростки в качестве тестового материала [8]. Навески торфяных препаратов настаивали в дистиллированной воде не менее 24 ч при комнатной температуре в концентрации 150 мг/л. Объектами исследований послужили семена пшеницы сорта Новосибирская 15 (Triticum aestivum L.). Семена в рулонах с фильтровальной бумагой (по 30 семян на рулон) проращивали в стаканах с 50 мл настоя изучаемых веществ в течение 7 сут при 22°С, затем измеряли высоту побегов, длину корней, определяли сырую массу проростков. Объем выборки составлял 90 семян на каждый вариант опыта.
Известно, что культура изолированных тканей in vitro практически невозможна без применения экзогенных регуляторов роста - фитогормо-нов [9]. Растительные системы in vitro удобны для тестирования биологической активности новых химических препаратов благодаря высокой чувствительности и возможности контроля факторов внешней среды [10, 11]. Многие регуляторы роста, не проявляя выраженной активности того
или иного типа, оказывают стимулирующее действие на процессы морфогенеза in vitro. В качестве тест-объектов использовали культуру тканей ярового рапса сорта СибНИИК 198 (Brassica napus L.). Культура тканей рапса может служить тест-объектом для определения разных типов биологической активности: при образовании каллуса на листовых эксплантах тестируется активность ауксинового типа, при регенерации побегов из каллусной ткани листового происхождения -активность цитокининового типа. В экспериментальных вариантах в состав питательных сред вводили изучаемое вещество в разных концентрациях, контрольные варианты сред готовили по базовым методикам на минеральной основе Мурасиге и Скуга (MS) или Гамборга В5 половинной концентрации (1/2 В5) [12, 13]. Навески препаратов добавляли в горячую питательную среду и тщательно перемешивали. Среды разливали в колбы и автоклавировали 30 мин при давлении 1.25 атм. В каждом варианте опыта культивировали 30 эксплантов при 16-часовом фотопериоде, дополнительной освещенности 3000 лк, температуре 18-24°С, длительности культивирования 4-6 нед. Образование каллуса на эксплантах из листовых тканей рапса происходит при добавлении в агаризованную среду MS ауксина - 2.4-ди-хлорфеноксиуксусной кислоты (2.4-Д); регенерация побегов начинается после переноса каллусной ткани на среду MS с добавлением цитокинина 6-бензиламинопурина (БАП) [14]. Рост побегов и корней при микроклональном размножении происходит на агаризованной среде В5 половинной концентрации в присутствии кинетина. В качестве тест-функций использовали параметры морфогенеза: частоту образования каллуса, корней, побегов (% от числа эксплантов), объем каллуса, высоту побегов, количество листьев и корней, длину корней. Опыты проводили в трех повторностях во времени, результаты статистически обработаны методами дисперсионного анализа [15].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Влияние добавок различных концентраций соды на выход и состав водорастворимой фракции верхового механоактивированного торфа и обоснование выбора реагентов для технологии получения препаратов торфа. Кислотность торфа относится к одной из основных агрохимических характеристик и определяется наличием в нем свободных кислот. В верховых торфах свободных кислот больше, чем в низинных. Повышенная кислотность отрицательно воздействует на сельскохозяйственные растения, культивируемые в присутствии торфа. В исходных и механо-активированных торфах определяли активную кислотность в водных вытяжках.
Таблица 1. Изменение выхода водорастворимых компонентов верхового торфа, обработанного в ВЦМ-10 при экстракции холодной водой
Условия обработки торфа Содержание, массовый % от органического вещества рНи2о
X ВР-ве-ществ ВР-компоненты
ПС ПФ
Исходный торф 0.4 0.2 0.2 5
С механохимиче-
ской активацией
без добавок 0.7 0.3 0.4 5
с №2СО3, %
3 2.7 1.3 1.4 6
5 4.0 0.8 3.2 7
10 6.7 2.9 3.8 8
20 15.8 2.1 13.7 11
30 31.0 9.5 21.5 12
40 35.7 4.0 31.7 12
50 41.3 22.4 18.9 12
Многочисленные экспериментальные данные свидетельствуют о фенольном характере химической структуры ГК - наличии в их структуре фе-нольных гидроксилов, карбонильных групп и др. [16-19]. Многие исследователи отмечают повышенную физиологическую активность гумусовых соединений из торфа, которые содержат большее количество периферических полисахаридных компонентов и фенольных остатков [20, 21]. В зависимости от условий проведения механохимической обработки торфов возможно получение препаратов, содержащих повышенные концентрации отдельных выделяемых компонентов [22, 23]. Для того чтобы повысить растворимость высокомолекулярных соединений торфа, их экстрактивность, в качестве реагентов для механохимических превращений была выбрана твердая щелочь - карбонат натрия (сода).
Добавки различных концентраций соды при механообработке торфа по-разному влияют на количество ВР веществ (табл. 1). При обработке торфа в ВЦМ-10 и дальнейш
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.