181241. lajstromszámú szabadalom • Kultúrnövények hidegtűrő képességét fokozó készítmény és eljárás a készítmény alkalmazására
3 181241 4 Breidenbach, R. W.: The cytotogical responses of tomatoseedling cotyledons to chilling and the influence of membrane modofications upon these responses. Protoplasma 90, 90—96 (1976)] alapozta meg a védekezés harmadik lehetőségének, a vegyszeres kezelésnek vizsgálatát. A kutatások eredményeként ma már általánosan elfogadott az a nézet, hogy a növényi sejt illetve sejtpartikulumok membránjai, a membránok alkotó részei közül is elsősorban a lipideknek központi szerepe van a fagytűrő képesség kialakításában. Ez leegyszerűsítve a lipidek fázisváltozási hőmérsékletével hozható összefüggésbe. E kritikus hőmérsékletnél (lipidkeverékek esetében hőmérséklettartománynál) alacsonyabb hőmérsékleten a membránlipidek a fiziológiás folyadék-kristályos állapotból az ún. szilárd-gél állapotba mennek át. Ebben a szilárd-gél állapotban a membránok összes funkciója (pl. a membránokhoz kötött enzimek aktív állapota, a membránok szemipermeábilitása, a transzport-folyamat lejátszódása stb.) irreverzibilis károsodást szenved. Ezen túlmenően a 0 °C alatti hőmérsékleten egy másik fontos tényező, a víz- jég fázisváltozás is károsít. A víz a szövetekben először a sejtek közötti térben fagy meg, amely az esetek többségében még nem okozza a növény pusztulását. Ez csak akkor következik be, ha a fagyás a sejten belül is fellép. Ebben az állapotban ugyanis a fehérjék és más makromolekulák azt a kötött vizet is elvesztik, amely nélkülözhetetlen a natív konformációjuk fenntartásához. E mellett a térfogatnövekedéssel járó fázisváltozás még mechanikai károsodást is okoz, amely önmagában is a növény pusztulásához vezet. A károsodás mechanizmusának tisztázásából következik, hogy a növény túlélése szempontjából döntő fontosságú a sejten belüli fagyás késleltetése, ill. megakadályozása. A sejten belüli fagyás késleltetése elvileg többféle módon lehetséges. így a lassú lehűlési sebesség (pontosabban olyan körülmények, amelyek lassítják a lehűlés sebességét), az esetleges túlhűlés (amelyben a vízoldékony krioprotektív anyagoknak lehet szerepe), a sejtnedv moláris koncentrációjának megnövelése illetve alacsony hőmérsékleten megnövelt vízáteresztő képességű sejtmembránstruktúra kialakítása. E felsorolt tényezők majdnem mindegyike valószínű kémiai úton, vegyszeres kezeléssel befolyásolható, s ez lehet a védekezés harmadik módja. A növények hidegtűrő képességének vizsgálatára irányuló kutatásaink során arra a megállapításra jutottunk, hogy a membránlipidek fázis változási hőmérsékletét, permeábilitásukat és működésüket alapvetően három tényező határozza meg:- egyrészt a lipidekben a glicerint észterező zsírsavak lánchossza és telítettsége,- másrészt olyan krioprotektív anyagok megjelenése alacsony hőmérsékleten, amelyek befolyásolják a membránok fluiditását és vízáteresztő képességét,- harmadrészt az egyes lipidféleségek minősége, a különböző „fejcsoportú” lipidek aránya a membránstruktúrákban, s ezek kölcsönhatása a más sejt-alkotókkal. Kutatásainkból azt a következtetést vontuk le, hogy a hidegtűrő képesség kialakulásában a membránlipidek aktuális fizikai-kémiai állapota döntő fontosságú, s hogy ha a hidegtűrő képességet fokozni kívánjuk vegyszeres kezeléssel, akkor ennek a lipidösszetétel megváltoztatására kell irányulnia. A vegyszeres kezelés egyik lehetséges módja lenne kész lipidmolekulák bevitele a növénybe, amely azonban oldhatósági és permeábilitási okok miatt nehézségekbe ütközik. Másik lehetséges módja lenne, ha a kezelésre olyan regulátorokat használnánk, amelyek a lipidháztartást a kívánalmaknak megfelelően módosítják. Ezek az anyagok viszont igen drágák, csak laboratóriumi méretekben kísérleteztek velük, s a nagyüzemi növénytermesztés számára nem hozzáférhetők. Kutatásaink során azt a célt tűztük magunk elé, hogy olyan készítményeket fejlesszünk ki, amelyeknek alkalmazásával a hideg érzékeny kultúrnövények (zöldségnövények, gyümölcsfák, dísznövények, virágnövények stb.) károsodását az adott növényre kritikus, időjárás következtében beálló hőmérséklet csökkenés esetén kiküszöböljük, a kultúrnövények megóvását lehetővé tegyük, a termesztés biztonságát növeljük. Ugyancsak célja volt a kutatásainknak a készítmény alkalmazási eljárásainak kidolgozása, melyekkel az egyes kultúrnövények hidegtűrő képessége a legeredményesebben fokozható. A találmány kidolgozására irányuló kutatásaink eredményeként megállapítottuk, hogy ha a növényeket az általunk kidolgozott összetételű készítménnyel kezeljük, a kezelés jelentősen megjavítja azok hidegtűrő képességét. A találmány szerinti készítmény 0,01—70 súly% (í.) általános képletű vegyületet - amely képletben n lehet 2—5 közötti egész szám, Rí és R2 lehet egyező vagy eltérő és jelenthet hidrogénatomot vagy 1-5 szénatomos alkil gyököt, R3 pedig jelenthet szabad elektronpárt vagy 1-5 szénatomos alkil gyököt - vagy savaddíciós sóját, vagy több (I.) általános képletű vegyület keverékét, 30-95 súly% folyékony és/vagy szilárd hígító anyago(ka)t és 0,1 — 15 súly% felületaktív és/vagy adalék anyago(ka)t tartalmaz. Kutatásaink azt bizonyították, hogy az (I.) általános képletű vegyületek közül előnyösen a 2-hidroxi-etil-amint és/vagy a trimetil-jMiidroxi-etil-ammónium-kloridot tartalmazó készítményekkel történő kezelés biztosít védelmet a hőmérséklet csökkenés károsító hatásával szemben. Azt találtuk kutatásaink során, hogy kezelési eljárás akkor a legkedvezőbb, ha a készítmény 0,001— -5,000 súly %-os vizes hígítású oldatával permetezzük be a megvédeni kívánt kultúrnövényt. Egyes esetekben a kezelési eljárás lehet a magvak vagy a csíranövény bemártása, illetve áztatása is a készítmény hígított oldatában. Kísérleteink bebizonyították, hogy a találmány szerinti készítménnyel végzett kezelés hatására jelentősen csökken a membránlipidek fázisváltozási hőmérséklete, s ezzel párhuzamosan az alacsony hőmérsékletnek kitett növények túlélési aránya 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
