Агрохимия, 2022, № 3, стр. 41-46

ВВЕДЕНИЕ

Производные сиднонимина (1) представляют собой один из наиболее исследованных классов мезоионных гетероциклов. При этом устойчивыми являются только соединения, замещенные по положению N(3) и одновременно содержащие ацилированное либо протонированное положение N₆ (т.е. группы N^–-R или NH₂X^–). Сиднонимины проявляют различные виды физиологической активности, а некоторые используют в качестве лекарственных средств [1]. Биологическая активность сиднониминов обусловлена тем, что в процессе их метаболизма генерируются молекулы оксида азота(II) (NO) и супероксид-анион (O$_{2}^{ - }$), которые являются сигнальными молекулами во многих клеточных процессах, протекающих в живых организмах [1–4], в том числе, влияющих на рост растений [4].

Недавно было показано, что сиднонимины действительно способны проявлять свойства регуляторов роста растений, причем при использовании этих соединений для предпосевной обработки семян соответствующие эффекты (гербицидный, ростстимулирующий) наблюдали в очень малых дозах (1–10 г/т семян)  [5, 6]. В частности, в лабораторных опытах на семенах кукурузы производные сиднонимина 2, 3, не содержащие заместителя в положении C(4), проявляли ростстимулирующий эффект в отношении как проростков (до 46%), так и корневой системы (до 71%) [6].

В вегетационных опытах на кукурузе было показано, что производные сиднониминов 4–7, содержащие в положении C(4) гидрокси(4-трифторометилфенил)метильный заместитель, при использовании для предпосевной обработки семян в дозах 0.5–5 г/т семян стимулировали рост надземной части растений до 45% [7].

В настоящей работе с целью получения данных об эффективности производных сиднонимина в качестве стимуляторов роста различных видов растений в вегетационных опытах проведено сравнительное изучение ростстимулирующей активности соединений 4–7 на тест-растениях кукурузы, подсолнечника и озимой пшеницы.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Использованные в качестве объектов исследования производные сиднонимина 4–7 были получены в соответствии со схемой методами, описанными в работе [7].

Заместитель в положение C(4) гетероцикла вводили депротонированием производных сиднонимина 8, содержащих требуемый заместитель R в положении N(3), действием н-BuLi с последующей обработкой образующегося при этом 4-литиевого производного 4-трифторометилбензальдегидом и дальнейшим гидролизом реакционной смеси. Поскольку, как уже говорили выше, незамещенные по положению N₆ производные сиднонимина устойчивы только в протонированной форме (т.е. в виде солей с сильными кислотами), а процесс, изображенный на схеме, включает стадию депротонирования сильным основанием (н-BuLi), то в качестве исходных соединений для получения спиртов использовали не соли сиднониминов, а соответствующие N₆-Boc-производные 8 (Boc – трет-бутоксикарбонил), метод получения которых описан в работе [8]. Boc-заместитель в соединениях 8 играет роль защитной группы, позволяя предохранить их от разложения в условиях реакции депротонирования. В дальнейшем из получающихся спиртов эта защитная группа может быть удалена действием раствора HCl в диоксане с образованием гидрохлоридов. Именно так были получены использованные в работе соли сиднониминов 4 и 6.

Эксперименты по изучению рострегулирующей активности производных сиднонимина 4–7 проводили с использованием в качестве тест-растений кукурузы сорта Краснодарский 291 АМВ, подсолнечника сорта Махаон и озимой пшеницы сорта Московская 56. Соединения 4–7 применяли для предпосевной обработки семян.

Для испытаний каждого вещества в четырех дозах 0.5, 1.0, 2.5 и 5.0 г/т семян взвешивали по 30 г семян кукурузы, подсолнечника и озимой пшеницы и помещали семена в круглодонные колбы объемом 100 мл. Далее готовили растворы для выбранных доз испытуемого вещества. Для этого брали навеску 10 мг испытуемого соединения, помещали в пробирку и добавляли 10 мл дистиллированной воды или 75%-ного этанола. К аликвотам полученного раствора добавляли Н₂О для получения разбавленных растворов, соответствующих дозам. Разбавленные растворы испытуемых веществ вносили в колбы с семенами. Для смачивания 30 г семян тест-растений использовали по 2 мл соответствующего раствора. Для контрольных вариантов с необработанными семенами (водный контроль, K_водн) 30 г семян тест-растений смачивали 2 мл дистиллированной воды. Содержимое колбы встряхивали вручную до полного поглощения жидкости семенами в течение 15–20 мин. После этого обработанные таким образом семена высыпали в чашки Петри и оставляли на 72 ч при комнатной температуре в открытом виде. Через 72 ч для проведения вегетационных опытов обработанные семена высевали в дерново-подзолистую почву, помещенную в парафинированные бумажные стаканы вместимостью 600 г, по 5 шт./сосуд. Повторность опыта пятикратная.

Выращивание тест-растений осуществляли в контролируемых условиях лаборатории искусственного климата (камеры ФЕТЧ, ФРГ): влажность воздуха в камере – 70%, длительность светового дня 16 ч, ночи – 8 ч, освещенность днем – 20 000 лк, температура воздуха днем 25°C, ночью – 16°C, влажность почвы поддерживали на уровне 60% ПВ путем ежедневного полова по массе каждого вегетационного сосуда водопроводной обессоленной водой. Через 12–17 сут надземную массу тест-растений срезали и взвешивали.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Химическую формулу производных сиднонимина (как и других, мезоионных соединений) невозможно изобразить с использованием общепринятых валентных схем. Поэтому для этой цели   приходится использовать формулу 1 с разделенными зарядами: гетероциклический фрагмент изображают заряженным положительно, а экзоциклический атом азота N₆  при этом несет отрицательный заряд.

В настоящей работе в вегетационных опытах было проведено сравнительное исследованине рострегулирующих свойств производных сиднонимина 4–7 на тест-растениях кукурузы, подсолнечника и озимой пшеницы (табл. 1–3). Ранее в вегетационных экспериментах на кукурузе соединения 4–7 показали выраженный ростстимулирующий эффект [7]. В связи с этим представляло интерес получить экспериментальные данные об общности этого эффекта как в отношении различных видов злаковых культур (кукурузы, озимой пшеницы), так и в отношении культур, относящихся к другим семействам (в данном случае – подсолнечника как представителя двудольных). Исследованные соединения представляли собой как соли (гидрохлориды) производных сиднонимина, не замещенные по положению N₆ (соединения 4, 6), так и N₆-Boc-производные (соединения 5, 7). Все 4 соединения имели в положении C(4) гетероцикла одинаковый гидрокси(4-трифторометилфенил)метильный заместитель. Соли сиднониминов хорошо растворимы в воде, N₆‑Boc-производные более липофильны, что может привести к различному характеру распределения вещества в растении. Кроме этого, можно ожидать, что защитная Boc-группа должна легко удаляться из молекулы производного сиднонимина в процессе метаболизма, генерируя свой N₆‑незамещенный аналог. Другими словами, присутствие Boc-группы должно влиять на транспорт производного сиднонимина в растении и, соответственно, может влиять на его рострегулирующую активность. Для выявления такого эффекта в круг испытуемых соединений были введены сиднонимины 5 и 6, отличающиеся только тем, что в молекуле 5 присутствует N₆-Boc-группа, которой нет в соединении 6. Основным же структурным отличием исследованных соединений 4–7 являлись различные заместители в положении N(3) молекул. В результате проведенных испытаний были выявлены следующее эффекты.

Кукуруза. Соединения 4–6 подтвердили свой ростстимулирующий эффект в отношении кукурузы, который был выявлен ранее [7]; наиболее активным оказалось соединение 4 (стимуляция роста до 53%) (табл. 1). Соединение 7 оказалось неактивным. Достоверных различий в активности N₆-незамещенного производного 6 и N₆-Boc-замещенного соединения 5 выявлено не было. Соединение 4 более выраженную стимуляцию роста кукурузы проявляло при более высоких дозах (2.5 и 5.0 г/т семян), в то время как производные 5 и 6 были более активными в низких дозах 0.5 и 1.0 г/семян.

Подсолнечник. Соединения 4–7 проявили ростстимулирующую активность в отношении подсолнечника (табл. 2). Более выраженный эффект (до 39%) показало соединение 7, соединения 4–6 в отдельных дозах стимулировали рост подсолнечника примерно до 20%. Максимальная стимуляция роста, проявленная соединениями 5 и 6, была одинаковой (21–22%), однако N₆-незамещенное производное 6 стимулировало рост подсолнечника в более широком диапазоне доз, чем N₆-Boc-замещенное соединение 5.

Озимая пшеница. Ростстимулирующую активность в отношении озимой пшеницы проявили только соединения 4 (до 37% в дозах 2.5 и 5.0 г/т семян) и 5 (до 28% в дозе 1.0 г/т семян) (табл. 3). Соединения 6 и 7 оказались неактивными. В случае озимой пшеницы проявилась существенная разница в активности между соединениями 5 и 6: в отличие от N₆-Boc-замещенного производного 5, N₆‑незамещенное соединение 6 не показало никакой тенденции к стимуляции роста.

С точки зрения химического строения существенное влияние на активность производных сиднонимина оказывает заместитель в положении N(3). Наличие защитной Boc-группы в положении N₆ может оказывать значительное влияние на активность соединения, однако предсказать характер этого влияния в настоящее время не представляется возможным.

Рострегулирующая активность производных сиднонимина имела выраженную зависимость от видовой принадлежности растений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, в вегетационных опытах с тест-культурами кукурузы, подсолнечника и озимой пшеницы было показано, что производные сиднонимина при использовании для предпосевной обработки семян в сверхмалых дозах (0.5–5.0 г/т семян) проявляли свойства стимуляторов роста, причем выраженность эффекта зависела от видовой принадлежности растений и составляла от 37 до 53%. Эффект имел дозозависимый характер. Активность соединений зависела от заместителя в положении N(3) сиднонимина. Защита положения N₆ в сиднониминах Boc-группой оказывала существенное влияние на их ростстимулирующую активность.