DD257007A1 - Mittel zur beeinflussung der ionenaufnahme von unter salzstress stehenden pflanzen - Google Patents

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DD257007A1
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brackish water
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DD29924987A
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Ekkehard Schiewald
Hannelore Roth
Christian Stark
Gunther Franke
Sieghard Lang
Ute Strobel
Hartmut Wozniak
Petra Reinhardt
Walter Steinke
Wolfgang Walek
Werner Kochmann
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Bitterfeld Chemie
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Abstract

Die Erfindung betrifft neue Mittel zur Beeinflussung der Ionenaufnahme von Pflanzen, insbesondere zur Erhoehung der Toleranz gegenueber Stressbedingungen, wie Versalzung des Bodens bzw. beim Einsatz von Brackwasser zur Bewaesserung. Durch den Einsatz der erfindungsgemaessen Mittel wird eine Natriumdiskriminierung und eine Foerderung der Kaliumaufnahme ueber die Wurzel erreicht, damit werden die durch die Natriumionen verursachten phytotoxischen Schaeden vermindert und eine Stabilisierung des Wasserhaushaltes auf versalzten Boeden bewirkt. Als Wirkstoffe enthalten die neuen erfindungsgemaessen Mittel 1,3-disubstituierte Hexahydro-1,3,5-triazino(1,2-a)benzimidazole.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft neue Mittel zur Beeinflussung der Ionenaufnahme von Pflanzen unter Streßbedingungen. Die Erfindung kann in der Landwirtschaft angewendet werden, wo insbesondere auf versalzten Böden bzw. beim Einsatz von Brackwasser zur Bewässerung ein intensiver Anbau von Nutzpflanzen (Futtergras, Getreide) möglich ist.
Charakteristik des bekannten Standes der Technik
In Streßsituationen werden Pflanzen in vielfältiger Weise stoffwechselphysiologisch beeinflußt, und viele Abwehrreaktionen können zu erhöhter Widerstandsfähigkeit führen. Gegenüber Salzstreß zeichnen sich natürlich resistente Pflanzen besonders durch eine bessere Selektivität der Ionenaufnahme aus, wodurch die gestreßten Pflanzen eine günstigere Ernährungssituation erlangen. Diese Selektivität wurde bisher nur durch Züchtung bzw. Wachstumsregulatoren beeinflußt. Die von JENSEN (Separation of metabolic and non metabolic steps of Rb+ uptake in spring wheat roots with different K+ status, Phyt. Plant, 52 [1981], 437^441) beschriebene Beeinflussung der Ionenaufnahme durch Dinitrophenol bezieht sich lediglich auf die Trennung dermetabolischen und nichtmetabolischen Aufnahme von Rb+-lonen.
Aus der US-PS 3505055 geht hervor, daßThiazolyl-5-carbonsäureamide das Wachstum von Gerstensämlingen auf Böden mit geringer Fruchtbarkeit fördern und somit pflanzenwachstumsregulierende Wirkungen besitzen.
Es ist weiterhin bekannt, daß synthetische Mittel mit wachstumsbeeinflussender Wirkung, beispielsweise Derivate von 3-(2'-Chlorphenoxy)-1,2-propandiol-bis-[(2",4",5"-trichlorphenoxyethoxyethyl)-phenyl-carbamat] und Hexamethylen-bis-(dimethylpropin-2-yl)-ammoniumbromid zur Regulierung des Pflanzenwachstums, insbesondere zur Erhöhung der Salztoleranz der Pflanzen eingesetzt werden können (US-PS 3357130 und 3357131). Nachteilig wirkt sich hier die schwere Zugänglichkeit dieser beanspruchten Verbindungen aus, so daß sie für eine Anwendung in landwirtschaftlichen Kulturen zur Erhöhung der
Salztoleranz der Pflanzen nicht geeignet sind.
In der DD-PS 217410 werden Wirkstoffkombinationen von Gibberellinen mit Phenoxyessigsäurederivaten und in 3-Stellung substituierten 1-Methoxycarbonyl-hexahydro-1,3,5-triazino(1,2a)benzimidazolen oder in 1-Stellung acylierten 2-Alkoxycarbonylaminobenzimidazolen zur Regulierung des Pflanzenwachstums unter Streßbedingungen, beispielsweise bei Weizen und Gerste auf versalzten Böden, beansprucht.
Diese Wirkstoffkombinationen haben den Nachteil, daß durch die Anwesenheit von Gibberellinen die Anwendung dieser Kombinationen auf großen Flächen sehr kostspielig wird und daher ökonomisch nicht mehr vertretbar ist.
Ziel der Erfindung
Das Ziel der Erfindung ist es, neue Mittel bereitzustellen, die so in den Stoffwechsel der Pflanzen eingreifen, daß auf stark versalzten Böden der Ernteertrag der Nutzpflanzen gesteigert werden kann.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die unter Salzstreß stehenden Pflanzen so zu beeinflussen, daß ihr Wachstum durch Stoffwechselstörungen nicht beeinträchtigt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die neuen Mittel neben üblichen Hilfs- und Trägerstoffen als Wirkstoffe substituierte Hexahydro-1,3,5-triazino(1,2a)benzimidazole der allgemeinen Formel
COOOH3
in der
R1 eineAlkylgruppemit3 C-Atomen oder ein Arylrest, der gegebenenfalls durch Halogen, vorzugsweise Chlor, substituiert sein
kann und
R2 Wasserstoff oder Methyl bedeuten, enthalten.
Überraschenderweise wurde gefunden, daß das neue Mittel selektiv auf die lonenaufnahme von salzgestreßten Pflanzen einwirkt. Dabei bewirkt das Mittel eine Na-Diskriminierung und eine Förderung der K-Aufnahme über die Wurzel. Eine Verringerung der Na-Ionenkonzentration wirkt sich positiv auf die stoffwechselphysiologischen Prozesse bei salzgestreßten Nutzpflanzen aus, die phytotoxischen Schaden werden vermindert und der Wasserhaushalt der Pflanzen reguliert. Da sich unter Salzstreß die Erträge der einzelnen Aufwüchse bei Futtergräsern exponentiell depressiv verhalten, wird durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Mittel die Salzresistenz der Nutzpflanzen erhöht und die Erträge der einzelnen Aufwüchse gesteigert. Dies tritt insbesondere bei den spaten Schnitten in Erscheinung, wo bereits höhere Salzkonzentrationen im Boden vorliegen.
Ferner ist bei Pflanzen, die unter Salzstreß stehen, der Wasserhaushalt gestört. Diese Erscheinung wird als physiologische Trockenheit bezeichnet. Der Einsatz der erfindungsgemäßen Wirkstoffe führt zu einer deutlichen Stabilisierung des Wasserhaushaltes und die Effektivität der Wassernutzung wird erheblich verbessert.
Die Verbindungen derallgemeinen Formel können nach den in den folgenden Patentschriften (DE-OS 2224244, DE-OS 2308067, DE-OS 2356258, US-PS 3896120) angegebenen Synthesemethoden hergestellt werden und sind in derTabelle 1 aufgeführt:
Tabelle 1
Erfindungsgemäße Wirkstoffe der allgemeinen Formel
GOOGH,
M-GH^-R
Wirkstoff-Nr.
R1
Fp(0O
C6H5-C6H4-(4-CI) C6H4-(2-CI) C6H5-
CH 3—C H 2—C Π2—
CH3
148-152 140-142 128-130 138-142 108-110
Die erfindungsgemäßen Wirkstoffe können in die üblichen Formulierungen überführt werden, beispielsweise Emulsionen, Suspensionen, Granulate, Konzentrate und Pasten, die unter Zusatz von flüssigen und/oder festen Trägerstoffen bzw. Verdünnungsmitteln, zumeist unter Zugabe oberflächenaktiver Stoffe und anderer Formulierungshilfsmittel bereitet und zur Anwendung mit Wasser verdünnt werden. Die Anwendungsformen richten sich nach dem Verwendungszweck. Sie haben auf jeden Fall eine feine Verteilung der wirksamen Substanzen zu gewährleisten. Die Herstellung erfolgt in an sich bekannter Weise durch Misch-oder Mahlverfahren.
Die Wirkstoffe können in Form ihrer Formulierungen beziehungsweise der daraus bereiteten Applikationsformen oder Mischungen mit weiteren Komponenten, z.B. Düngemitteln, in üblicherweise angewendet werden, beispielsweise durch Gießen, Verspritzen, Versprühen oder Verstäuben auf die Pflanzen, auf Pflanzenteile oder in den Lebensraum der Pflanzen. Die erfindungsgemäßen Verbindungen der allgemeinen Formel werden in Aufwandmengen von 3,8-100 mg/m2 Wasser angewendet, wobei die Applikation 3 Tage nach jeder Ernte auf die wieder austreibenden Blätter erfolgen sollte. Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern, ohne sie einzuschränken.
Ausführungsbeispiele Beispiel 1
Brackwasser mit genau definiertem Gehalt an Na+ und K+-Ionen wurde mit den erfindungsgemäßen Verbindungen I, III und IV in den Mengen von 30; 15; 7,5 und 3,8 mg/m2 versetzt. Die Applikation dieser Lösungen erfolgte an Weidelgras. Die Pflanzen des 4., 5. und 6. Aufwuchses zeigten einen leicht erhöhten oder unverminderten K+-Gehalt (in %TM [Trockenmasse] ermittelt) im Vergleich zur Brackwasserkontrolle. Die sonst im Salzstreß entstehende K+-Verdrängung (K+-Na+-Antagonismus) tritt nicht ein.
Tabelle 2
Ermittlung des K+-Gehaltes (in % Trockenmasse) im 4„ 5. und 6. Aufwuchs von Weidelgras unter dem Einfluß von Brackwasser und den erfindungsgemäßen Verbindungen I, III und IV.
. Wirkstoff-Nr. Variante
I III IV
Kalium-Gehalt (% Trockenmasse) 4.
III 5.
6. Aufwuchs
2,69
2,65
2,63
2,58
3,80
3,80
2,46 2,40 2,38 2,79 2,77 2,70 3,92 3,89 3,70
2,87 2,84 2,70 2,80 2,91 2,68 3,96 3,92 3,68
2,38 2,30 2,28 2,66 2,62 2,56 3,60 3,57 3,49
2,76 2,71 2,60 2,69 2,66 2,50 3,74 3,70 3,45
Brackwasser (Kontrolle) Brackwasser 30 mg/m2 15 mg/m2 7,5 mg/m2 3,8 mg/m2
Beispiel 2 .
Die Ermittlung des Na+-Gehaltes (in % Trockenmasse) im 4., 5. und 6. Aufwuchs von Weidelgras erfolgte nach dergleichen Applikation der Lösungen, wie im Beispiel 1 beschrieben. Durch den Zusatz der erfindungsgemäßen Verbindungen I, III und IV zum Brackwasser konnte eine starke Abnahme des Na+-Gehaltes, besonders im 5. und 6. Aufwuchs im Vergleich zur Brackwasserkontrolle erreicht werden
Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt
Tabelle 3
Bestimmung des Na+-Gehaltes (in % Trockenmasse) im 5. und 6. Aufwuchs von Weidelgras unter dem Einfluß von Brackwasser und der erfindungsgemäßen Verbindungen I, IM und IV.
Wirkstoff-Nr. I III 5. IV I III IV
Natrium-Gehalt (% Trockenmasse) 3,40
Variante 6. Aufwuchs
Brackwasser 3,42 3,49 6,35 6,32 6,36
(Kontrolle) 3,15
Brackwasser 2,70
30 mg/m2 3,14 2,75 3,20 2,54 2,55 2,65
15 mg/m2 2,64 2,83 2,70 2,48 2,53 2,70
7,5 mg/m2 2,72 2,80 2,45 2,45 2,55
3,8 mg/m2 2,82 2,85 - 2,74 2,76 2,80
Beispiel 3
Ermittlung der Frischmasseerträge nach der Applikation von Brackwasser und der erfindungsgemäßen Verbindung I auf
Weidelgras
Tabelle 4
Frischmasseerträge in % von Weidelgras im Vergleich zur Brackwasserkontrolle
Variante
2.
3.
5.
6. Aufwuchs
Brackwasser (Kontrolle) Brackwasser/l 7,5 mg/m2
100%
101,4
100%
98,5
100% 110,4
100%
127,0
Die Frischmasseerträge von Weidelgras erhöhen sich nach Zusatz der erfindungsgemäßen Verbindung I zum Brackwasser gegenüber der Brackwasserkonjxolle (= 100%) ab 4.Aufwuchs besonders deutlich.
Beispiel 4 .
Ermittlung des Transpirationskoeffizienten unter Salzstreßbedingungen bei Weidelgras Die unter Salzstreß bei den Pflanzen zu beobachtende physiologische Trockenheit konnte durch den Zusatz der erfindungsgemäßen Verbindung I weitgehendst zurückgedrängt werden, d.h. der Wasserhaushalt wird deutlich stabilisiert. Ausdruck dafür ist der Transpirationskoeffizient (1 /kg TM), der durch den Zusatz der erfindungsgemäßen Verbindung I zu einer 0,1%igen NaCI-Lösung im Vergleich zur Kontrolle (= 0,1%ige NaCI-Lösung) beträchtlich erhöht wird. Dies ist aus der Tabelle 5 beim 2. und 3. Aufwuchs von Weidelgras zu entnehmen.
Tabelle 5
Transpirationskoeffizient in l/kg TM des 2. und 3. Aufwuchses von Weidelgras unter dem Einfluß von 1 und NaCI-Streß. Variante 2. 3. Aufwuchs
0,1%ige NaCI-Lösung (Kontrolle) 0,1%igeNaCI-Lösung/l 50 mg/m2
10 mg/m2
Klarwasser
551 (=100%)
702 (=127%) 661(=120%) 824
521 (=100%)
622 (=121%) 541(=106%) 855
Beispiel 5
Ermittlung der Salztoleranz bei Sommerweizen (Laborprüfung)
Zur Prüfung der Erhöhung der Salztoleranz wurde Weizensaatgut (Triticum aestivum L), Sorte Hatri, in Lösungen der erfindungsgemäßen Verbindung V16Std. eingelegt. Danach wurden die Karyopsen in Sand mit 0,2% NaCI-Zusatz ausgesät und im Klimaraum bei 20°C kultiviert. Nach 26 Tagen erfolgte die Auswertung von Sproß- und Wurzeltrockenmasse sowie die
flammenphotometrische Bestimmung des K+- und Na+-Gehaltes.
Tabelle 6
Trockenmasseproduktion 28 Tage alter Sommerweizensämlinge bei Substratversalzung unter dem Einfluß der
erfindungsgemäßen Verbindung V
Verbindung V H2O 62,5 125,0 Konzentrationen (in ppm) 1 000,0
(erfindungsgemäß) (Kontr.) 250,0 500,0
100 114 111 106(in%)
Sproß 100 118 111 106 108 114(in%)
Wurzel 109 114
Gibbelerine +
2-Naphthyloxy-
essigsäure +
subst. Benzimidazol H2O 62,5 125,0 1 000,0
(bekannt) 100 103 89 250,0 500,0 103(in%)
Sproß 100 96 83 104 105 86 (in %)
Wurzel 83 89
Die Saatgutapplikation der erfindungsgemäßen Verbindung führte zur Erhöhung der Sproß- und Wurzeltrockenmasse. Tabelle 7 _
Ermittlung des K+-Gehaltes 28 Tage alter Sommerweizensämlinge bei Substratversalzung nach Saatgutapplikation der erfindungsgemäßen Verbindung V
Prüfmerkmal H2O 62,5 125,0 Varianten (in ppm) 250,0 500,0 1 000,0
Sproß Wurzel 100 100 118 91 105 106 114 91 89 97 82(in%) 74(in%)
Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Verbindung konnte eine konzentrationsabhängige Erhöhung des Kaliumgehaltes
erreicht werden.
Tabelle 8
Ermittlung des Na+-Gehaltes 28 Tage alter Sommerweizensämlinge bei Substratversalzung nach Saatgutapplikation der
erfindungsgemäßen Verbindung V
Prüfmerkmal
H2O
62,5
Varianten (in ppm) 250,0 500,0
1 000,0
Sproß Wurzel
100 100
90 105
70 114
60 129
60(in%)
Der Natriumgehalt des Sprosses wurde durch Anwendung der erfindungsgemäßen Verbindung deutlich verringert, was auf einem Rückhaltevermögen der Wurzel beruhte.
Beispiel 6
Salztoleranz bei Sommerweizen im Gefäßversuch (Jungpflanzentest)
Im Gefäßversuch mit versalztem Substrat (0,2% NaCI) wurde Sommerweizen der Sorte Hatri kultiviert. Das Saatgut war vorher 16Std. in wäßriger Lösung des erfindungsgemäßen Wirkstoffes V eingelegt worden. Die Wasserversorgung erfolgte über Dochtbewässerung mit NaCI-Lösung. Eine 2. Applikation des erfindungsgemäßen Wirkstoffes erfolgte, als sich die Weizenpflanzen im Stadium Feekes 5 befanden. Die Versuchsdauer betrug 8 Wochen. Zur Ernte wurden die K+-und Na+-Gehalte flammenphotometrisch bestimmt.
Tabelle 9
Kalium-und Natriumgehalt von Sommerweizenjungpflanzen bei Salzstreß unter Anwendung der erfindungsgemäßen Verbindung V
Prüfmerkmal . Varianten (in ppm)
H2O 125
K+-Gehalt 100 114(in%)
Na+-Gehalt 100 90(in%)
K+-Na+-Verhältnis 0,71 0,95
Die Saatgutapplikation der erfindungsgemäßen Verbindung führte zu einer deutlichen Erhöhung des Kaliumgehaltes. Dies sowie der positive Effekt einer Verminderung der Natriumaufnahme ergab die merkliche Verbesserung des K+-Na+- Quotienten.
Eine 2. Applikation zu Feekes 5 verbesserte die Ergebnisse im Vergleich zur Saatgutapplikation nicht.

Claims (1)

  1. Mittel zur Beeinflussung der Ionenaufnahme von unter Salzstreß stehenden Pflanzen und zur Stabilisierung ihres Wasserhaushaltes, gekennzeichnet dadurch, daß sie neben üblichen Hilfs- und Trägerstoffen als Wirkstoffe substituierte Hexahydro-1,3,5-triazino(1,2-a)benzimidazole der allgemeinen Formel -
    GOOCH,
    in der
    R1 eine Alkylgruppe mit 3-C-Atomen oder einen Arylrest, der gegebenenfalls durch Halogen,
    substituiert sein kann
    und
    R2 Wasserstoff oder Methyl bedeuten,
    enthalten.
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