Мелафен – перспективный препарат нового поколения для сельского хозяйства, биотехнологии и экобиотехнологии

Фаттахов С.Г. (кандидат химических наук), Резник В.С. (доктор химических наук, профессор), Коновалов А.И. (доктор химических наук, академик РАН), Барчукова А.Я. (кандидат сельскохозяйственных наук), Синяшин О.Г. (доктор химических наук, академик РАН)

Институт органической и физической химии им. А.Е. Арбузова Казанского научного центра РАН, 420088, РФ, г. Казань, ул. Арбузова, 8

e-mail: arbuzov@iopc.knc.ru

Изучая ответные реакции растительных организмов на воздействие солей гетероароматических оснований, мы обнаружили, что меламиновая соль бис(оксиметил)фосфиновой кислоты (I) проявляет интересные рострегулирующие свойства.

(I)

Исследования, проведенные на одноклеточной водоросли Хлорелла, показали, что чем ниже концентрация препарата, разумеется до определенного порога, тем больший положительный эффект он оказывает на рост и деление клеток, дыхание и фотосинтез, а энергопотери при этом остаются практически на уровне контроля. Это говорит о том, что клетка накапливает энергию. Из исследованного диапазона концентраций 1^.10^-1 – 1^.10^-12 % наиболее эффективной является концентрация 1^.10^-8 %. Для большей наглядности можно сказать, что это та концентрация, когда 1 г вещества растворяют в 10 миллионах литрах воды.

Полученные на Хлорелле данные позволили, естественно, поставить вопрос: а как же препарат влияет на высшие растения? Последующие изучения препарата показали (табл. 1), что предпосевная обработка семян препаратом в концентрации 1^.10^-8 % - 1^.10^-7 % повышает энергию прорастания на 5-20 % и всхожесть семян на 5-15 %. В таблице 1 приведен неполный перечень культур, у которых изучались эти параметры.

Таблица 1

Влияние препарата на энергию прорастания и всхожесть семян

Культура	Концент-рация Мелафена %	Энергия прораста-ния, контроль/ опыт	% к контро-лю	Всхожесть семян, контроль/ опыт	% к контро-лю
Яровая пшеница Озимая рожь Огурец Редис Морковь Тимофеевка Клевер Кострец Люцерна Козлятник Суданская трава Кормовое просо Яровой рапс Кукуруза Горох (Татарстан) Горох (Таловец) Горох (Самарец)	1^.10^-8 1^.10^-7 1^.10^-8 1^.10^-8 1^.10^-5 1^.10^-6 1^.10^-7 1^.10^-6 1^.10^-7 1^.10^-6 1^.10^-6 1^.10^-8 1^.10^-6 1^.10^-8 1^.10^-7 1^.10^-8 1^.10^-8	90.0/95.4 - - - - 60.0/67.4 86.0/90.6 78.0/91.3 - - - 18.53/18.9 - - 88.0/96.9 - -	106.0 - 137 150 114 112.3 105.3 117.0 - - - 102.4 - - 110.1 - -	92.2/98.2 90.0/97.0 - - - 59.3/66.6 77.3/87.3 88.0/89.0 69.4/85.7 69.0/79.9 71.0/73.0 90.0/96.0 79.0/88.0 73.0/76.6 75.3/89.3 405/42.1 39.6/42.6	106.0 107.7 - - - 112.3 112.9 101.0 123.5 115.8 102.8 106.0 111.4 105.0 118.6 104.0 107.6

Особенно ярко проявилось влияние препарата на энергию прорастания и всхожесть семян редиса и листовой горчицы, экспонированных в течение 55-85 суток при температуре +70 ⁰С при исследованиях, проведенных в институте медико-биологических проблем РАН в отделе жизнеобеспечения космонавтов в связи с подготовкой полетов человека на Марс. Если в контроле энергия прорастания составляла 30-40%, то при применении препарата она увеличилась в 2 раза. При этом стимулировались и ростовые процессы.

Впоследствии меламиновая соль бис(оксиметил)фосфиновой кислоты была названа нами «Мелафен», данное название зарегистрировано как товарный знак.

Первые же полевые испытания Мелафена, проведенные в НПО «Нива Татарстана» еще в 1996 году, показали, что обработка семян яровой пшеницы Мелафеном в концентрации 1^.10^-8 % при совместной обработке с протравителем (ТМДТ) приводит к увеличению урожайности на 3.3 ц/га (10,2 %) при средней урожайности 32.2 ц/га в контроле. При этом увеличились такие показатели, как количество листьев на одно растение, их средняя площадь, длина растения, длина колоса, число и масса зерен. Обработка семян озимой ржи приводит к повышению содержания сахаров в фазе осеннего кущения с 21 до 25 %, что очень важно для перезимовки посевов в условиях сурового климата Российской Федерации. Аналогичные результаты были получены на озимой ржи и озимой пшенице в Ульяновской с/х академии.

В дальнейшем в течение ряда лет были проведены испытания препарата в различных регионах Российской Федерации (Ульяновская, Курганская, Рязанская области, Краснодарский край) и в Болгарии на различных с/х культурах: озимая рожь, озимые и яровые пшеница и ячмень, горох, кормовые культуры (суданская трава, кормовое просо, яровой рапс) и др. Во всех случаях было показано, что обработка семян Мелафеном приводит к увеличению урожайности (табл. 2).

Таблица 2

Урожайность разных с/х культур при обработке семян «Мелафеном» в концентрации 1×10^-8 - 1×10^-7%

Культура	Конт-роль, ц/га	Обра-ботка Мела-феном	Прибав-ка, ц/га	В % к контролю	Место проведения опытов
Яровая пшеница	32,2	34,2	2,0	106,2	«Нива Татарстана» 1996 г.
Обработка + протравливание	-	35,5	3,3	110,2
Яровая пшеница	25,0	27,6	2,6	110,4	Курган 2003 г. госиспытания
Яровой ячмень	23,1	25,6	2,5	110,8
Горох	26,2	28,7	2,5	109,5
Горох (средн. 2004-2005 г.г.)	17,2	21,35	4,15	124,6	Ульяновск, 2004-2005 г.г.
Кормовые бобы (средн. 2004-2005 г.г.)	30,55	33,90	3,35	110,9
Яровая пшеница	29,6	34,3	4,7	115,9	Рязань 2003 г. - госиспытания
Ячмень	34,2	37,9	3,7	110,8
Озимая пшеница сорт «Базальт»	54,4	59,7	5,3	109,7	Ульяновск – госиспытания: 1999 г.
	29,0	33,3	5,3	118,9	2000 г.
	14,7	19,8	5,1	134,7	2001 г.
«Волжская 16»	45,8	47,5	1,7	103,7	1999 г.
	38,5	51,3	12,6	133,2	2000 г.
	18,6	21,9	3,3	117,7	2001 г.
Яровая пшеница Л-503	16,5	19,6	3,1	118,7	2001 г.
	24,4	28,0	3,6	114,7	2002 г.
	17,4	21,1	3,7	121,2	2003 г.
Яровая пшеница 1200 га	18,9	21,2	2,3	112,1	2003 г.
Яровая пшеница	16,7-18,4	20,8	3,8	118,2	Среднее за 2004-2005 гг.
	22,0-23,2
Озимая пшеница	53,8	60,7	6,9	112,8	Кубань 2006 г.
Озимый ячмень	51,7	57,6	5,9	111,4

Как видно из этой таблицы, прибавка урожайности различных с/х культур составила от 10 до 34 %

Следует особо подчеркнуть, что применение Мелафена приводит не только к увеличению урожайности, но и к улучшению качества и питательной ценности получаемой продукции. Так, относительная биологическая ценность яровой пшеницы при применении Мелафена возрастает с 85.2 до 95.2 %. Увеличивается и содержание клейковины на 2-3 % (абсолютных).

Изучение биохимического состава зерна озимой пшеницы показывает, что Мелафен приводит к увеличению содержания азота в зерне на 8-11.5 % при одновременном снижении содержания нитратов на 3-8 % (относительных). Содержание белка в зерне оказывается на 1-1.6 % больше по сравнению с контролем.

Сравнение содержания основных аминокислот в зерне озимой пшеницы сортов «Базальт» и «Волжская-16» показывает интересные результаты (табл. 3). У сорта «Базальт» содержание основных аминокислот в контроле высокое, практически таким же оно остается и при обработке семян Мелафеном. Совсем иная картина наблюдается для сорта «Волжская-16» - обработка семян Мелафеном приводит к существенному (от 15 до 50 %) увеличению содержания основных аминокислот. Так, содержание треонина и лизина увеличилось на 22-24 %, а триптофана и цистеина – на 50-52 %.

Таблица 3

Содержание основных аминокислот в зерне озимой пшеницы, мг/кг (урожай 1999 г.)

Варианты	Лизин	Глицин	Метионин	Цистеин	Триптофан	Аргинин	Гистидин	Лейцин	Изолейцин	Фенилаланин	Треонин	Валин
Сорт «Базальт»
Контроль	5.00 100%	5.40 100%	3.30100%	3.20100%	2.80100%	8.30100%	4.00100%	10.90100%	6.90 100%	8.20100%	4.90 100%	7.30 100%
Мелафен 1^.10^-7%	5.00 100%	5.30 98.1%	3.36101.8%	3.0093.8%	2.7096.4%	8.2098.9%	3.9097.5%	10.7098.2%	6.70 97.1%	8.1599.4%	4.83 98.6%	7.20 98.6%
Мелафен 1^.10^-8%	5.00 100%	5.3699.3%	3.35101.5%	3.0595.3%	2.7598.2%	8.1598.2%	3.9598.8%	10.7598.6%	7.00 101.5%	8.1098.8%	4.80 98.0%	7.25 99.3%
Сорт «Волжская-16»
Контроль	4.10 100%	4.80 100%	3.05100%	2.10100%	1.90100%	7.30100%	3.10100%	9.50 100%	6.10 100%	7.10 100%	4.10 100%	6.30 100%
Мелафен 1^.10^-7%	5.10 124.4%	5.40 112.5%	3.40 111.5%	3.20 152.4%	2.85 150.0%	8.40 115.0%	4.05 130.6%	10.85 114.2%	6.95 114.0%	8.30 116.9%	5.00 122.0%	7.40 117.5%
Мелафен 1^.10^-8%	4.70 114.6%	5.00 104.1%	3.00 98.4%	2.80 133.3%	2.40 126.3%	7.75 106.2%	3.65 117.7%	10.40 109.5%	6.55 107.4%	7.85 110.6%	4.50 109.8%	7.00 111.1%

Данные, приведенные в табл. 3 по сорту «Волжская 16», показывают исключительную важность применения Мелафена для улучшения аминокислотного состава зерна. Важность проведения и дальнейших исследований в этом направлении не вызывает сомнения.

Другой важной отраслью сельского хозяйства является животноводство, поэтому увеличение урожайности и питательной ценности как зерновых, так и кормовых культур является важной задачей. Проведенные в Казанском с/х институте исследования Мелафена на таких кормовых культурах, как кормовое просо, суданская трава, яровой рапс, показали, что предпосевная обработка семян этих культур Мелафеном приводит к увеличению выхода зеленой массы на 36, 73 и 94 ц/га соответственно (11-27 %). Следовательно, применение Мелафена является перспективным для увеличения кормовой базы для животноводства.

Таблица 4

Влияние Мелафена на урожайность кормовых культур

Культура	Контроль, ц/га	Обработка Мелафеном	Прибавка, ц/га	В % к контролю	Место проведения опытов
Кормовое просо (зеленая масса)	314,6	351,5	36,9	111,7	Казань ГСХА 2001-2002 г.г.
Суданская трава (зеленая масса)	468,5	542,2	73,7	115,7
Яровой рапс	337,5	431,75	94,25	127,9

С 2006 года Мелафен широко изучался на различных с/х культурах в Краснодарском крае.

Некоторые полученные на Кубани данные приведены в таблицах 5-17.

Таблица 5

Влияние препарата мелафен на урожайность зерновых культур

Вариант	Урожайность, ц/га	Прибавка к контролю
		ц/га	%
Озимая пшеница
Контроль	53.8	-	-
Мелафен 1^.10^-7 %	60.7	6.9	12.8
НСР05	2.5
Озимый ячмень
Контроль	51.7	-	-
Мелафен 1^.10^-7 %	57.6	5.9	11.4
НСР05	2.3
Яровой ячмень
Контроль	24.7	-	-
Мелафен 1^.10^-7 %	29.9	5.2	20.2
НСР05	1.3

Таблица 6

Влияние мелафена на качество зерна озимой пшеницы

Вариант	Натура, г/л	Масса 1000 зерен, г	Стекловид-ность, %	Клейковина
				Содержание, %	ИДК
Контроль	785	36.7	88.5	21.2	85
Мелафен 1^.10^-7 %	802	38.4	95	23.6	65
НСР	28.8	1.3

Таблица 7

Влияние мелафена на качество зерна ячменя

Вариант	Натура, г/л	Масса 1000 зерен, г
Озимый ячмень
Контроль	596	40.9
Мелафен 1^.10^-7 %	620	42.3
НСР	21.3	1.2
Яровой ячмень
Контроль	563	38.7
Мелафен 1^.10^-7 %	586	40.6
НСР	21.2	1.4

Таблица 8

Влияние препарата Мелафен на урожайность кукурузы

Вариант	Кукуруза в початках			Кукуруза в зерне
	Урожай-ность, ц/га	Прибавка к контролю		Урожай-ность, ц/га	Прибавка к контролю
		ц/га	%		ц/га	%
Контроль	81.4	-	-	65.8	-	-
Мелафен 1^.10^-7 %	89.1	7.7	9.5	72.8	7.0	10.6
НСР05	4.2			3.2

Таблица 9

Влияние Мелафена на формирование початка кукурузы

Вариант	Длина початка, см	Масса початка, г	Число зерен, шт	Масса зерна с початка, г	Выход зерна, %	Масса 1000 зерен, г
Контроль	19.3	280.0	570.2	216.7	77.4	36.05
Мелафен 1^.10^-7 %	20.8	294.7	598.3	237.2	80.5	38.04
НСР05	0.7	10.4	20.5	8.1		3.3

Таблица 10

Влияние Мелафена на урожайность риса

Вариант	Урожайность, ц/га	Прибавка к контролю
		ц/га	%
Контроль	50.7	-	-
Мелафен 1^.10^-7 %	60.9	10.2	20.1
НСР05	2.6

Таблица 11

Влияние Мелафена на качество зерна риса

Вариант	Масса 1000 зерен, г	Пленчатость, %	Стекловидность, %	Трещиноватость, %
Контроль	29.0	18.1	84.5	3.0
Мелафен 1^.10^-7 %	31.1	16.2	90.5	1.0
НСР05	1.1

Мелафен не только значительно увеличивает урожайность, но и улучшает качество получаемой продукции.

Таблица 12

Влияние мелафена на урожайность и сбор масла подсолнечника

Вариант	Урожайность, ц/га	Прибавка к контролю		Сбор масла, кг/га
		ц/га	%
Контроль	15.9	-	-	800
Мелафен1^.10^-6 %	17.8	1.9	11.9	900 (+12.5 %)
НСР05	0.8			0.03

Таблица 13

Влияние мелафена на качество семян подсолнечника

Вариант	Натура, г/л	Масса 1000 семян, г	Лузжистость, %	Масличность, %
Контроль	261.5	59.3	37.7	47.5
Мелафен1^.10^-6 %	274.4	62.0	35.9	49.0
НСР05	9.3	2.1

Из таблицы 12 видно, что мелафен существенно повышает урожайность подсолнечника (на 11.9 %) и сбор масла с гектара (на 100 кг/га или на 12.5 %).

Таблица 14

Влияние мелафена на урожайность сои

Вариант	Урожайность, ц/га	Прибавка к контролю
		ц/га	%
Контроль	18.7	-	-
Мелафен 1^.10^-7 %	22.3	3.6	19.3
НСР05	1.0

Таблица 15

Влияние мелафена на качество семян сои

Вариант	Масса 1000 семян, г	Содержание масла, %	Сбор масла, кг/га
Контроль	158.0	21.7	410
Мелафен 1^.10^-7 %	163.9	22.9	510 (+24.4%)
НСР05	5.6		0.02

Как видно из табл. 15, в опытном варианте формировались более крупные семена с более высоким содержанием масла. Сбор масла с гектара в варианте с мелафеном возрос на 100 кг/га или на 24.4 %.

Таблица 16

Влияние мелафена на урожайность фасоли

Вариант	Урожайность, ц/га	Прибавка к контролю
		ц/га	%
Контроль	26.4 ц/га	-	-
Мелафен 1^.10^-7 %	29.3 ц/га	2.9 ц/га	11.0
НСР05	1.0

Исследования, проведенные в Кубанском аграрном университете, показали, что обработка Мелафеном семян овощных культур (редиса, столовой свеклы, томата) и растений (картофель), усиливает ростовые процессы и повышает устойчивость растений к высокой температуре и засухе, и, в конечном итоге, приводит к увеличению урожайности (табл. 17). Прибавка урожая при применении Мелафена составила для редиса – 44.4 %, для столовой свеклы – 35.9 %, для картофеля – 15.2 %, для томата – 66.2 %. При этом значительно возросло содержание в плодах сахара и витамина С.

Таблица 17

Влияние Мелафена на урожайность овощных культур

Вариант	Урожайность	Прибавка к контролю		Содержание в корнеплодах или плодах
			%	сахара, %	витамина С, %
Редис
Контроль	4.5 кг/м^2	-	-	24.2	16.8
Мелафен 1^.10^-5%	5.9 кг/м^2	1.4 кг/м^2	31.1	28.6	18.6
Мелафен 1^.10^-8%	6.5 кг/м^2	2.0 кг/м^2	44.4	30.8	21.2
Столовая свекла
Контроль	3.9 кг/м^2	-	-	5.7	57.2
Мелафен 1^.10^-5%	4.4 кг/м^2	0.5 кг/м^2	12.8	6.4	59.7
Мелафен 1^.10^-8%	5.3 кг/м^2	1.4 кг/м^2	35.9	7.1	65.4
Картофель
Контроль	167.9 ц/га	-	-
Бигус (эталон)	189.4 ц/га	21.5 ц/га	12.8
Мелафен 1^.10^-8%	193.5 ц/га	25.6 ц/га	15.2
Томат
Контроль	135.2 ц/га	-	-	3.28	32.3
Бигус	213.5 ц/га	78.3 ц/га	57.9	3.54	38.8
Крезацин	158.6 ц/га	23.4 ц/га	17.3	3.32	35.8
Мелафен 1^.10^-7%	224.7 ц/га	89.5 ц/га	66.2	3.63	40.1

В Ульяновской с/х академии разработана технология возделывания сахарной свеклы, заключающаяся в совместном применении Мелафена с борной кислотой, при этом выход сахара на заводе увеличивается на 20-30 % по сравнению с контролем.

Таблица 18

Сбор сахара, Ульяновск 2007 г.

Вариант	Выход сахара на заводе, ц/га	Прибавка
		ц/га	%
Сорт Манон
Контроль	57.5	-	-
Мелафен 10^-7 %	63.3	5.8	10.0
Мелафен 10^-7 % + бор	69.5	12.0	20.8
Сорт ЛБМС-65
Контроль	66.4	-	-
Мелафен 10^-7 %	69.9	3.5	5.3
Мелафен 10^-7 % + бор	73.1	6.7	10.1

Таблица 19

Данные 2008 г.:

Вариант	Выход сахара на заводе, ц/га	Прибавка
		ц/га	%
Контроль	59.84	-	-
Мелафен + Бор	80.22	20.46	30.4

Не останавливаясь подробно на этих вопросах, хотелось бы подчернуть, что Мелафен проявляет антистрессовые свойства, повышая устойчивость растений к неблагоприятным факторам, в том числе к бактериозам. Известно, что бактериозы растений в некоторых случаях приводят к полной гибели посевов. Предпосевная обработка семян Мелафеном повышает иммунитет растений и способствует наименьшему поражению бактериальными болезнями. Кроме того, совместное применение Мелафена с йодистым калием (0.05 %) обеспечивает снижение токсичности действия последнего.

В настоящее время Мелафен официально зарегистрирован в Российской Федерации в качестве регулятора роста растений на 22 сельскохозяйственных культурах.

Мелафен - малотоксичный препарат (IV класс опасности, LD₅₀ 6000 мг/кг для крыс и 2000 мг/кг для мышей), генетически безопасен, что подтверждено соответствующими исследованиями.

Мелафен в биотехнологии

Мелафен проявляет высокую эффективность в качестве регулятора вторичного метаболизма в различных биотехнологических процессах. При биотехнологическом способе получения из культуры клеток Раувольфии змеиной ценных лекарственных веществ (аймалин, резерпин) препарат увеличивает их выход до 320% при одновременном сокращении времени роста культуры клеток, позволяя вести процесс и на свету. Выход берберина из культуры клеток Василистника малого увеличивается на 275 % при сокращении времени процесса. Выход антибиотиков бацитрацина и хлортетрациклина при микробном синтезе увеличивается на 20-30 %.

Мелафен в экобиотехнологии

Применение Мелафена в биоремедиации почв от нефтезагрязнений в дозе 10^-6 г/кг почвы позволяет увеличить эффективность очистки на 30 %. Мелафен увеличивает эффективность биологической очистки промышленных и бытовых сточных вод до 20 %.

Такой широкий спектр действия в сверхнизких концентрациях Мелафена имеет строгое научное объяснение. В ведущих научных центрах РАН (Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля, Институт биохимии им. А.Н. Баха, Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева и др., г. Москва) было достоверно показано, что Мелафен в сверхнизких дозах оказывает чрезвычайно широкое воздействие на биохимические процессы в растительных клетках. Необходимо отметить, что мелафен оказывает на влияние на энергетический обмен и, прежде всего, на энергетику митохондрий клеток. Мелафен увеличивает скорость переноса электронов на конечном участке дыхательной цепи митохондрй на 15-20 %, при этом на 36-44 % возрастает скорость окисления NAD-зависимых субстратов.

Вопросы, связанные с механизмом действия Мелафена, требуют отдельного доклада. Можно только отметить, что Мелафен в воде в области низких концентраций образует супрамолекулярные ассоциаты с участием молекул воды с размером частиц от 100 до 300 нм, которые, по-видимому, и определяют такие уникальные свойства препарата. Таким образом, применение Мелафена – это яркий пример использования нанотехнологий в сельском хозяйстве и биотехнологии.

Препарат Мелафен и его применение в различных областях защищены десятью патентами РФ №№ 2158735, 2174555, 2297777, 2323972, 2354105, 2354106, 2355488, 2390984, 2394100 товарные знаки защищены свидетельствами №№ 236896, 236897.