Этапы становления и развития производства регуляторов роста и развития растений

Актуальность темы

В настоящее время среди химических средств защиты растений особое место занимают регуляторы роста растений. Применение их является перспективным направлением развития технологии сельского хозяйства, направленной на получение максимального урожая, отвечающего по качеству современным экологическим требованиям.

Регуляторы роста и развития растений (в дальнейшем — регуляторы) представляют собой либо природные, либо синтетические органические соединения и применяются с целью полезного изменения жизненных процессов или структуры растений, например, повышения урожайности, либо улучшения качества, либо облегчения уборки урожая, либо защиты растений от экстремальных условий среды.

К регуляторам относятся и фитогормоны (продуцируемые самими растениями — ауксины, гиббереллины, цитокинины и ингибиторы) и их «синтетические аналоги.

Наиболее широко в течение последних десятилетий регуляторы применялись для уничтожения сорняков, поскольку экономический эффект от применения гербицидов достигается быстро. Но поскольку потребность в гербицидах быстро удовлетворялась, все чаще стал проявляться интерес к другим аспектам их использования. Это и послужило исходным моментом в создании регуляторов.

Применение регуляторов помогает растению лучше раскрыть унаследованный им потенциал, который в конкретных условиях по ряду причин оставался раньше не реализованным. Регуляторы ни в коем случае не заменяют удобрения. Они лишь активизируют физиологически важные процессы развития растений. Регуляторы не в состоянии повысить урожайность и устранить последствия ошибок, допущенных при несбалансированном применении удобрений, неправильного выбора сорта, нарушении сроков посева и т. д. Регуляторы являются следующей ступенью технологии, направленной на получение максимальной продуктивности удобрений, когда возможности удобрений, пестицидов и традиционной агротехники исчерпаны. Там, где получают свыше 30−40 ц/га зерна, применение регуляторов не формальный агротехнический прием, а действенное средство для повышения высоких урожаев.

В настоящее время полное отсутствие государственного контроля внутреннего рынка пестицидов привело к неуправляемому катастрофическому складу их производств. Отечественное производство химических средств защиты растений, в том числе и регуляторы роста и развития растений практически ликвидировано. Отмечается и существенное отставание химизации земледелия Республики Башкортостан от мирового уровня.

Поэтому в преддверии нового тысячелетия, XXI века, особенно важно проанализировать состояние производства химических средств защиты $ растений с целью выявления перспективных направлений их развития. В связи с этим изучение историко-технического развития состояния производства регуляторов роста и развития растений является актуальным и своевременным.

Цель работы. Изучение исторического процесса зарождения, становления и развития производства" регуляторованализ технико-технологического состояния процессов получения некоторых типов регуляторов ростаизучение технико-экономического состояния отдельных производствпоиск перспективных путей развития отечественных рост регулирующих препаратов.

Научная новизна работы заключается в том, что проведена аналитическая оценка историко-технического состояния производства регуляторов роста. Рассмотрены пути и методы проведенных научных исследований по регуляторам роста в различных научных учреждениях Башкортостана. Впервые систематически отображено развитие производства регуляторов роста в Башкортостане — на базе научно-исследовательского технологического института гербицидов (НИТИГ) — ведущего научного учреждения в России по пестицидам.

Осуществлено системное исследование исторических аспектов развития научно-исследовательских, опытно-конструкторских работ, а также производства и применения регуляторов роста и развития растений в Республике Башкортостан.

Подробно изучены технологические решения для получения широкого ряда перспективных препаратов развития растений и выявлены мероприятия по совершенствованию их производства.

Впервые проведено исследование историко-технического состояния, становления, развития научных исследований и производства препаратов развития растений в Республике Башкортостан. Разработаны рекомендации по эффективному использованию полученных технических решений с целью повышения производства сельскохозяйственной продукции и определены перспективные направления научных исследований по созданию регуляторов.

Практическая значимость работы. В работе показано, что даже в период депрессивного состояния химизации сельского хозяйстваБашкортостан, без особых усилий, может обеспечить потребность сельского хозяйства в регуляторах роста и развития растений. Имеющийся аналитический материал способен положительно стимулировать направленные разработки и производства препаратов с заданными рострегулирующими свойствами. Результаты исследований могут быть использованы при реконструкции и модернизации действующих установок производства регуляторов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы изложены в четырех публикациях, включая и тематическую монографию по регуляторам роста и развития растений.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 182 страницах машинописного текста, включая 8 таблиц, 11 рисунков, список литературы (124 наименования), 2-х приложений.

Ныне миллионы горожан становятся владельцами садовых участков, многие имеют дачи. И им, практически, самостоятельно и заново приходится изучать и осваивать тайны растений, чтобы получить высокий урожай со своих грядок. Эти приобретенные положительные знания распространяются затем стихийно: от соседа к соседу. Многие горожане сейчас переезжают в сельскую местность на постоянное жительство — им тоже необходимы знания о жизни растений, о тех средствах, которые защищают и помогают растениям в экстремальных условиях среды произрастания.

Невежество в области познаний растений поразительно: школьники, да порой и взр9слые, не могут назвать самые обычные травы, растущие под ногамиочень беден ассортимент декоративных деревьев, кустарников, трав на улицах городов, поселков. Причина этому одна — равнодушие к растениямпервооснове жизни на Земле. А в каком состоянии находятся городскиенасаждения .

Растения, как и животные, обладают способностью к росту. В течение своей жизни, иногда очень продолжительной, деревья увеличиваются в массе и объеме, у них появляются новые ветки, листья. Они растут. Что же такое рост? Под ростом ученые понимают необратимое увеличение размеров растения, в основе которого лежит новообразование органов, тканей, клеток или клеточных элементов (цитоплазмы, пластид, митохондрий). Следовательно, рост — это количественное нарастание массы растения. Развитие — это качественные морфологические (гр. morfe — форма + logos — учение, понятие) и физиологические (гр. physic — природа + logos — учение) изменения, происходящие в растительном организме. В то же время оба процесса едины.

Рост растений завщрит как от внешних воздействий, так и от внутренних факторов. Отсюда и высокая чувствительность растений ко всем неблагоприятным условиям среды.

Известно, что в человеческом организме вырабатываются гормонывещества с высокой физиологической активностью, которые проявляют свое действие в ничтожно малых концентрациях. Гормоны продуцируются железами внутренней секреции и попадая в кровь, участвуют в регуляции функций человеческого организма.

Растения также вырабатывают гормоны, влияющие на физиологические процессы. Их называют фитогормонами (гр. рЬ^оп — растение). Эти вещества синтезируются определенными клетками и предназначены для регуляции деятельности других клеток. Основная же их функция — управление ростовыми процессами у растений. Одни гормоны стимулируют рост (ауксины, цитокинины, гиббереллины), другие ингибируют его (абсцизовая кислота).

Следует отметить, что в настоящее время известна большая группа синтетических соединений, которые, не являясь продуктами жизнедеятельности растений, способны стимулировать их рост. И у них также прекрасные перспективы использования в практике.

И фитогормоны и их синтетические аналоги известны под одним названием — регуляторы роста и развития растений.

Регуляторы роста широко используются в сельскохозяйственной практике как для повышения продуктивности культур, так и при защите их от экстремальных условий среды.

Нередко у людей, впервые узнавших о регуляторах роста, возникает вопрос: не будут ли вредными для человека продукты, полученные с обработанных препаратом растений? Вопрос вполне естественный, поскольку в последнее время много нелестных слов сказано относительно химизации сельского хозяйства.

Можно утверждать, что обработка растений регуляторами роста производится растворами очень слабой концентрации. Растение получает очень маленькое количество препарата. Но даже если некоторое количество препарата все же попало в организм, не следует ожидать отрицательных последствий, поскольку поедая зеленые растения с грядок, мы вводим в организм некоторое количество этих же веществ даже в том случае, если растения не были обработаны.

Применение регуляторов роста и развития растений — это лечение и исправление недостатков растения, то есть своеобразная фитофармокология (В.И.Кефели, 1983 г.).

Сельскохозяйственные угодья России раскинулись на площади около 210 млн. га, из нщ: 16,5 млн. га пашни характеризуются очень низким содержанием гумуса, 21 млн. га — низким, что значительно затрудняет развитие растений [1].

С давних пор человечество стремилось защитить сельскохозяйственные посевы, лесные массивы от вредителей, сорняков, болезней. Одновременно все усилия практиков были устремлены на повышение продуктивности этих объектов. Формирование продуктивных лесных массивов, посевов, является сложным биологическим процессом, в основе которого лежит тесное взаимодействие растительного организма и среды. Более благоприятно это происходит при максимальном приспособлении растений, целых биоценозов (гр. биос — жизнь + гр. кайнос — общий) к среде произрастания. В практическом плане это способствует формированию адаптивного растениеводства, которое в полной мере должно использовать все достижения биотехнологии, семеноводства, генетики, селекции, технологий возделывания. Однако, в теоретическом отношении это остается острой и трудно решаемой проблемой биологии на всех направлениях и этапах исследований.

Повысить интенсивность ростовых процессов, ослабить отрицательное воздействие экстремальных условий среды можно с помощью удобрений, химических средств защиты растений, орошения и других способов. В сельском хозяйстве за последние годы остро обозначились экологические проблемы. В средствах массовой информации усиленно подаются материалы о негативных сторонах химизации земледелия, постоянно ставятся вопросы получения экологически чистой продукции. Но при этом умалчивается, то что во всем мире грамотное применение больших доз минеральных удобрений, необходимых средств защиты растений остается основой получения высоких и устойчивых урожаев, продукции высокого качества при сохранении высокой продолжительности жизни человека. По литературным данным в СССР, в 1991 году вносили 120 кг/га минеральных удобрений, в Голландии — 800, а урожайность зерновых выглядела соответственно как 18 и 70 ц/га. В СССР пестицидами обрабатывалось 30−3 5%' посевных площадей, в США — 90%, в Японии — 100%, в то же время продолжительность жизни человека соответственно равняется 70, 75 и 78 годам. По данным ФАО — внесение 1 кг питательных веществ с удобрениями за рубежом дает 7,3 кг зерновых единиц, а в Российской Федерации 3−3,5 кг [2].

Еще академик Д. Н. Прянишников утверждал, что 40−50% урожая формируется за счет удобрений. В настоящее время каждый четвертый житель планеты кормится благодаря использованию минеральных удобрений. На пахотных землях Великобритании применяется свыше 350 кг/га питательных веществ, во Франции — 320, ФРГ и Японии — около 500, в Голландии — 800, а в России — чуть больше 100, безусловно, это все сказывается и на урожайность. Урожайность зерновых культур в Великобритании в последние годы составила 55−65 ц/га, во Франции — 50−60, ФРГ и Японии — 60, а в России — около 20 ц/га.

Современны^.-сорта и гибриды сельскохозяйственных культур обладают высоким потенциалом продуктивности. Так, зерновые культуры способны производить свыше 100 ц/га, картофель и сахарная свекла — 1000 ц/га, кукуруза — свыше 200 ц/га. Но в тоже время большинство из них недостаточно устойчивы к болезням, экстремальным условиям среды (засуха, низкие и высокие температуры, кислотность, засоленность почв и т. д.) Интенсивные сорта, как правило, имеют ослабленную систему резистентности (лат. resistereсопротивляться) и толерантности (лат. tolerantia — устойчивость). Потенциал их продуктивности полностью реализуется только в условиях интенсивных технологий и постоянного мониторинга (лат. monitor — предостерегающий) за ходом формирования урожая. Получение низких урожаев сельскохозяйственных культур связано с отставанием уровня технологий производств от интенсивности сортов и гибридов.

Биологический потенциал растительного генофонда полностью не реализуется. Поэтому на протяжении всей истории развития биологической науки и земледельческой практики проблемы роста и развития растений всегда привлекали внимание исследователей. Частично этот интерес способствовал созданию учения о фитогормонах и химических регуляторах роста и развития растений. Годы своей жизни посвятили этому Дарвин (1882), Холодный (1935, 1939), Вент (1938), Чайлахян (1964), Турецкая (1961), Кефели (1964), Никелл (1984), Шевелуха (1977) и другие [4, 5, 6, 7, 8, 9, 10].

Рост растений является сложным физиологическим процессом и очень чутко реагирует на любые изменения как внутренних, так и внешних факторов. Основой внутренней регуляции ростовых процессов является генетический аппарат, контролирующий все системы и механизмы в растении, а в первую очередь это осуществляется через гормональную систему. Следовательно, весь гормональный статус растений контролируется генетически, что отражается на интенсивности, направленности и локализации ростовых процессов. Недостаток фитогормонов существенно снижает потенциальную продуктивности растений. Фитогормоны, их динамика, инактивация, деструкция в растительном организме, большое влияние оказывают на масштабность, направленность, интенсивность, структуру, качество морфологических эффектов. Однако, фитогормоны не получили широкого распространения в сельскохозяйственной практике. Их получение, применение на нынешнем этапе развития науки и производства оказалось малоэффективным.

Гормональная теория развития растений зародилась в 1880 году и начало ей положил Сакс, который предположил, что к моменту цветения в растениях происходит накопление особого цветообразующегося вещества. Спустя примерно 30 лет эта гипотеза возродилась в работах Вента. Он, как и Сакс, пытался объяснить развитие целого растения и отдельных его органов действием особых веществ — органообразователей: ризокалинов (корнеобразователей) — каулокалинов (стеблеобразователей) — филлокалинов (образователей листьев) и т. д. [11].

Идея использования фитогормонов на практике привела к созданию синтетических регуляторов роста растений аналогичного действия. Эффект синтетических регуляторов роста способствовал созданию целого научного направления в химической промышленности.

По мнению Л.Дж.Никелла, с практической точки зрения, регуляторы роста растений (РРР) — это, как правило, природные или синтетические вещества, применяемые для обработки растений в целях изменения процессов жизнедеятельности или структуры для улучшения их качества, увеличения урожайности или облегчения уборки. Основное их качество — достижение вызываемого эффекта в исключительно малых дозах [9].

Экономическая выгодность использования синтетических регуляторов роста растений (РРР) доказана при обработке каучуковых деревьев (увеличение выхода латекса), сахарного тростника (ускорение его созревания), лука и.

12 картофеля (ускорение прорастания), разданной продукции растениеводства при хранении (улучшение их лежкости), для индукции корнеобразования, цветения, созревания плодов, старения, сексуализации и т. д. Синтетические РРР гораздо стабильнее в растительном организме и способны более длительное время контролировать развитие растений, поскольку, иногда растения способны уже на поздних стадиях своего развития компенсировать нежелательные воздействия, которые влияли на него на ранних стадиях роста.

ВЫВОДЫ.

На основании проведенных исследований по анализу отечественного производства химических средств защиты растений (и регуляторов в том числе) можно заключить, что:

1) Производство отечественных пестицидов необходимо приблизить к уровню зарубежных, при этом учитывая необходимость строго государственного контроля над внутренним рынком пестицидов.

2) Выявлена необходимость насыщения внутреннего рынка обоснованным ассортиментом эффективных химических средств защиты растений (регуляторов в том числе), при обязательном регламентированном подходе к оценке пестицидов в промышленности.

3) Одновременно необходима проработка вопроса о дальнейшем производстве продуктов этой отрасли химии. В связи с чем необходимо рациональное финансирование научно-исследовательских работ (занятость разработками рострегуляторных препаратов в настоящее время составляет 50% от 19 901 991 годов).

За рубежом на изыскание пестицидов химические концерны расходуют до 3 млрд долл. в год, что составляет около 12% средств от объема продаж пестицидов.

По нашему мнению, возможна реанимация производства широкого ряда регуляторов роста и развития растений на базе НИТИГа и полного удовлетворения потребности в них сельского хозяйства Республики Башкортостан.

Благодарности. Настоящая работа представляет собой проанализированный и тщательно переработанный многолетний труд сотрудников НИТИГа, потративших на каждый этап исследований годы своей жизни. Некоторые этапы работ были защищены кандидатскими диссертациями, часть работпритом большая — осталась лежать «мертвым» грузом в архивных документах института. Приношу свои извинения за то, что без индивидуального разрешения каждого сотрудника попыталась проанализировать этот материал. Искренне признательна сотрудникам чей труд, в любой мере, был использован в данной работе. Спасибо.