Раствор азотной кислоты после обработки мискантуса как регулятор роста гороха посевного (Pisum sativum L.)

Резюме: Мискантус во всем мире позиционируется как чрезвычайно перспективное быстровозобновляемое целлюлозосодержащее сырье для производства большого числа веществ химического и биотехнологического синтеза. В Институте проблем химико-энергетических технологий СО РАН разрабатываются авторские способы обработки мискантуса разбавленными растворами азотной кислоты, при этом количество отработанного раствора (жидкой фазы) в 20 раз больше, чем целевого продукта – твердой фазы, предназначенной для ферментативного гидролиза и дальнейшего микробиологического синтеза биоэтанола, бактериальной целлюлозы и других ценных продуктов. Была выдвинута гипотеза, что раствор азотной кислоты после обработки мискантуса, нейтрализованный гидратом аммония (далее препарат), представляет собой комбинированное лигногуминовое удобрение. Для проверки этой гипотезы исследована рострегулирующая активность препарата на примере семян гороха посевного. Установлено, что в зависимости от степени разведения и времени выдержки препарат действует двойственно: то как стимулятор, то как ингибитор роста. Так, при степени разведения 1:10 препарат действует как ингибитор, а при степени разведения 1:1 000 000 действие препарата перестает проявляться. Рабочим диапазоном является степень разведения от 1:100 до 1:10 000, когда наблюдается повышение энергии прорастания и всхожести на 2–6% по сравнению с контролем и стимулируется рост корней на 21–29%, то есть, проявляется ауксиноподобное ростстимулирующее действие. При длительной выдержке в течение 4-х суток препарат показывает ростингибирующее действие: снижаются энергия прорастания, всхожесть, длина стеблей и корней гороха посевного. Поскольку новый препарат в определенных условиях показал ростстимулирующую активность, можно считать подтвержденным, что он является комбинированным лигногуминовым удобрением.

1. Geissdoerfer M., Savaget P., Bocken N.M.P., Hultink E.J. The circular economy – a new sustainability paradigm? // Journal of Cleaner Production. 2017. Vol. 43. Р. 757–768. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2016.12.048

2. Negro C., Garcia-Ochoa F., Tanguy P., Ferreira G., Thibault J., Yamamoto S., et al. 2018. Barcelona declaration – 10th world congress of chemical engineering, 1–5 October 2017. // Chemical Engineering Research and Design. 2018. Vol. 129. P. A1–A2. https://doi.org/10.1016/j.cherd.2017.12.035

3. Kang K.E., Jeong J.-S., Kim Y., Min J., Moon S.-K. Development and economic analysis of bioethanol production facilities using lignocellulosic biomass // Journal of Bioscience and Bioengineering. 2019. Vol. 128. Issue 4. Р. 475–479. https://doi.org/10.1016/j.jbiosc.2019.04.004

4. Dubis B., Bułkowska K., Lewandowska M., Szempliński W., Jankowski K.J., Idźkowski J., et al. Effect of different nitrogen fertilizer treatments on the conversion of Miscanthus giganteus to ethanol // Bioresource Technology. 2017. Vol. 243. P. 731–737. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2017.07.005

5. Zhang Y., Oates L.G., Serate J., Xie D., Pohlmann E., Bukhman Y.V., et al. Diverse lignocellulosic feedstocks can achieve high field-scale ethanol yields while providing flexibility for the biorefinery and landscape-level environmental benefits // GCB Bioenergy. 2018. 16 p. https://doi.org/10.1111/gcbb.12533

6. Капустянчик С.Ю., Бурмакина Н.В., Яки- менко В.Н. Оценка эколого-агрохимического со- стояния агроценоза с многолетним выращивани- ем мискантуса в Западной Сибири // Агрохимия. 2020. N. 9. С. 65–73. https://doi.org/10.31857/S0002188120090082

7. Капустянчик С.Ю., Поцелуев О.М., Галицын Г.Ю., Лихенко И.Е., Будаева В.В., Гисматулина Ю.А. [и др.]. Эколого-биологическая оценка перспективной технической культуры Miscanthus sacchariflorus // Достижения науки и техники АПК. 2020. Т. 34. N 1. С. 42–46. https://doi.org/10.24411/0235-2451-2020-10108

8. Dorogina O.V., Vasilyeva O.Yu., Nuzhdina N.S., Buglova L.V., Gismatulina Yu.A., Zhmud E.V., et al. Resource potential of some species of the genus Miscanthus Anderss. under conditions of continental climate of West Siberian foreststeppe // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2018. Т. 22. N 5. C. 553–559. https://doi.org/10.18699/VJ18.394

9. Budaeva V.V., Makarova E.I., Gismatulina Yu.A. Integrated Flowsheet for Conversion of Non-woody Biomass into Polyfunctional Materials // Key Engineering Materials. 2016. Vol. 670. Р. 202–206. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.670.202

10. Skiba E.A., Budaeva V.V., Baibakova O.V., Zolotukhin V.N., Sakovich G.V. Dilute nitric-acid pretreatment of oat hulls for ethanol production // Biochemical Engineering Journal. 2017. Vol. 126. P. 118–125. https://doi.org/10.1016/j.bej.2016.09.003

11. Gismatulina Yu.A., Budaeva V.V. Chemical composition of five Miscanthus sinensis harvests and nitric-acid cellulose therefrom // Industrial Crops and Products. 2017. Vol. 109. Р. 227–232. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2017.08.026

12. Корчагина А.А., Гисматулина Ю.А., Будаева В.В., Золотухин В.Н., Бычин Н.В., Сакович Г.В. Мискантус гигантский сорта «Камис» – новое сырье для нитратов целлюлозы // Журнал Сибирского федерального университета. Химия. 2020. Т. 13. N 4. С. 565–577. https://doi.org/10.17516/1998-2836-0206

13. Skiba E.A., Gladysheva E.K., Golubev D.S., Budaeva V.V., Aleshina L.A., Sakovich G.V. Selfstandardization of quality of bacterial cellulose produced by Medusomyces gisevii in nutrient media derived from Miscanthus biomass // Carbohydrate Polymers. 2021. Vol. 252. Р. 117178. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2020.117178

14. Gismatulina Y.A., Budaeva V.V., Sakovich G.V. Nitrocellulose synthesis from Miscanthus cellulose // Propellants Explosives Pyrotechics. 2018. Vol. 43. Issue 1. P. 96–100. https://doi.org/10.1002/prep.201700210

15. Попов А.И. Гуминовые вещества: свойства, строение, образование / под ред. Е.И. Ермакова. СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2004. 248 с.

16. Духанина И.Я., Верещагин А.Л., Егорова Е.Ю., Степанова Н.В. Влияние состава экстрактов торфа и биогумуса на их физиологическую активность // Химия растительного сырья. 1998. N. 4. С. 47–51.

17. Суханова И.М., Алиев Ш.А., Газизов Р.Р., Ильясов М.М., Рахманова Г.Ф., Сидоров В.В. Влияние обработки семян органоминеральными суспензиями и их наноаналогами на морфометрические параметры проростков // Эффективное растениеводство. 2017. N. 8. С. 70–72.

18. Белопухов С.Л., Гришина Е.А. Исследование химического состава и ростстимулирующего действия экстрактов из гумифицированной льняной костры // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2012. N. 1 (2). С. 97–103.

19. Прусакова Л.Д., Кефели В.И., Белопухов С.Л., Вакуленко В.В., Кузнецова С.А. Роль фенольных соединений в растениях // Агрохимия. 2008. N. 7. С. 86–96.

20. Павлова А.А., Верещагин А.Л., Чащилов Д.В. Влияние препаратов из частей растений вьюнка полевого (Cоnvolvulus arvensis L.) и сроков сбора на морфометрические показатели прорастающих семян гороха (Pisum sativum L.) // Вестник алтайской науки. 2014. N. 4. С. 162-165.