Аннотация результатов, полученных в 2014 году
Целью проекта РНФ «Фундаментальные основы конструирования сельскохозяйственных препаратов нового поколения» является фундаментальное обоснование и разработка научных основ конструирования экологически безопасных и адресных форм удобрений и препаратов для защиты культурных растений от вредителей и возбудителей болезней с контролируемым выходом активного начала за счет депонирования в полимерную основу из биоразрушаемых природных полигидроксиалканоатов (ПГА). План работ 2014 г. включал: – анализ литературы для выбора препаратов, предназначенных для разработки долговременных форм, пригодных для депонирования в полимерную основу для грунтового применения; постановку методов определения концентрации препаратов; оптимизацию технологии синтеза полимеров (ПГА), синтез образцов и исследование свойств; получение смесей «полимер/действующие вещества препаратов» в различных фазовых состояниях; исследование и отработку условий конструирования форм препаратов, депонированных в полимерную основу в виде микрочастиц, микрогранул, пленок и объемных конструкций. Программа исследований выполнена полностью. Получены следующие основные результаты: На основе выполненного анализа современной литературы и предварительных исследований выбраны препараты, удовлетворяющие сформулированным критериям отбора по эффективности действия и масштабам применения, пригодные для грунтового применения, совместимые с полимерной основой в различных фазовых состояниях, устойчивые в растворах неполярных растворителей и пригодные для спектрофотометрических методов анализа. Это гербициды – Зенкор Ультра и Магнум Супер, фунгицид – Виал Траст ВСК; удобрение - гранулированная аммиачная селитра. Поставлены высокоточные методы анализа действующих веществ отобранных препаратов. Исходя из того, что действующие вещества имеют различную химическую структуру, привлечены различные методы анализа: газовая (ГХ) и жидкостная хроматографии (ЖХ). С использованием эталонных государственных стандартных образцов (ГСО) построены калибровочные графики для детектирования действующих веществ в широком диапазоне концентраций, от нг/мкл до мкг/мкл. Для определения действующих веществ гербицида Зенкор Ультра (метрибузин) и фунгицида Виал Траст ВСК (тиабендазол и тебуконазол) в связи с тем, что эти соединения летучие и термостабильные, использована газовая хроматография в сочетании с масс-спектрометрией. Детектирование метрибузина реализовано в диапазоне от 0,6 нг/мкл до 1,4 мкг/мкл с пределом обнаружения метрибузина 0,1 нг/мкл при ошибке метода до 0,5%. Поставленный ГХ метод пригоден для определения концентраций тиабендазола и тебуконазола от 1,0 нг/мкл до 1,4 мкг/мкл с линейностью во всем диапазоне, пределом обнаружения компонентов при использовании масс-спектрометрического детектора 1 нг/мкл и стандартной ошибке не выше 0,5%. В связи с тем, что трибенурон-метил и метсульфурон-метил (действующие вещества гербицида Магнум Супер) являются малолетучими и термически нестабильными, для их определения поставлен метод высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) с чувствительность 0,1 мкг/мл при стандартной ошибке метода 1,5% с линейным диапазоном на широкой области концентраций – от 0,1 до 500 мкг/мл. Для определения концентрации восстановленной и нитратной форм азота в аммиачной селитре использованы колориметрические методы с реактивом Несслера и метод Грандваль-Ляжа с дисульфофеноловой кислотой, соответственно. С использованием современной ферментационной автоматизированной техники и разработанной в Лаборатории ранее технологии синтеза ПГА проведена оптимизация процесса по общему выходу и составу полимеров с учетом влияния на продуктивность биосинтеза исходной концентрации инокулята, его физиологической активности, определяемой величиной внутриклеточного пула полимера, типа основного углеродного субстрата и режима дозирования дополнительных С-субстратов (субстратов-предшественников, необходимых для синтеза сополимерных ПГА). Для повышения продукционных показателей реализована технология синтеза полимеров на глюкозе с привлечением штамма C. eutrophus В10646 вместо ранее эксплуатированного штамма R. eutropha B5786, синтезирующего ПГА на фруктозе с выходами по биомассе клеток и ПГА до 45-50 г/л и 80% от веса сухой биомассы, соответственно, при затратах фруктозы 2,9±0,1 г/г полимера. Исследованы характеристики культуры C. eutrophus В-10646 при варьировании стартовой концентрации клеток в посевном материале и его физиологической активности, определяемой внутриклеточным пулом полимера. Привлечение физиологически активного инокулята позволило существенно (в 2-3 раза) сократить длительность лаг-фазы и повысить продуктивность процесса по биомассе практически вдвое при экономическом коэффициенте культуры по биомассе и полимеру, соответственно, 0,35 и 0,30 г/г. Разработан двустадийный хемостатно-периодический режим культивирования C. eutrophus В-10646, обеспечивающий получение физиологически активного инокулята в проточных условиях ферментации, последующее концентрирование инокулята и накопление биомассы и ПГА в периодическом процессе с выходами биомассы и полимеру не менее 100 - 110 г/л и 80-85% от сухой биомассы. Это сопоставимо с лучшими зарубежными решениями. Процесс реализован на более доступном по сравнению с фруктозой углеводном субстрате (глюкозе). Для расширения сырьевой базы технологии исследованы метаболизм жирных кислот у штамма-продуцента и выходы полимеров при замене сахаров липидными субстратами (олеиновая кислота или неочищенное подсолнечное масло). Замена сахаров олеиновой кислотой повысила эффективность процесса: экономический коэффициент на олеиновой кислоте значительно выше, чем на сахарах, и составил по биомассе и полимеру, соответственно, 0,88 и 0,83 г/г. На олеиновой кислоте в отличие от сахаров и подсолнечного масла синтезирован многокомпонентный полимер, содержащий, помимо мономеров 3-гидроксибутирата (3ГБ), микровключения 3-гидроксивалериановой (3ГВ) и 3-гидроксигексановой (3ГГ) кислот. Исследована зависимость молекулярной массы полимера по ходу развития культуры и накопления в клетках полимера, и определены условия, при которых возможно снижение величины Мв в 2-3 раза от начальных значений (1 000 кДа и выше), что негативно сказывается на процессинге и качестве получаемых изделий. Поэтому для получения ПГА с высокими выходами без существенной потери молекулярного веса необходимо избегать ситуаций, приводящих к падению величины Мв. Изменением условий углеродного питания с применением дополнительных углеродных субстратов в качестве С-предшественников, необходимых для синтеза различных мономеров, образующих ПГА, получено семейство полимеров различного химического состава. Впервые синтезированы двухкомпонентные сополимеры П(3ГБ/3ГГ) с высоким содержанием мономеров 3-гидроксигексаноата (до 68 мол.%) и трехкомпонентные ПГА, полученные при одновременном и контролируемом внесении в культуру двух дополнительных субстратов: валерата калия + гексаноата калия или пропионата калия + гамма-бутиролактона, в которых суммарное содержание мономеров 3ГВ+4ГБ или 3ГВ+3ГГ достигло 40-50 мол.%. Изучены свойства синтезированных ПГА и показано, что содержание мономеров 3ГГ и 4ГБ в сополимерах, в большей степени, по сравнению с мономерами 3-гидроксивалерата (3ГВ) оказывает влияние на степень кристалличности образцов, снижая значение Сх до 20% и ниже. На основе экспериментально достигнутых показателей технология масштабирована. В условиях опытного производства урожай по биомассе клеток в культуре C. eutrophus В10646 и выходы полимера составили 110±10 г/л и 85±5 % при продуктивности процесса по биомассе и ПГА - 1,7 и 1,4 г/л∙ч, соответственно, что вдвое превосходит ранее достигнутые показатели в культуре R. eutropha B5786 на фруктозе. Выполненные комплексные исследования, включающие выбор и характеризацию препаратов, поставленные методы их определения, синтезированные в необходимых количествах и исследованные образцы полимеров, позволили получить системы «полимер/действующие вещества препаратов» в различных фазовых состояниях (эмульсии, растворы, порошки), которые исследованы с применением ИК-спектроскопии, X-Ray и ДСК. Анализ результатов ДСК по количеству и характеру эндотермических пиков показал, что при введении в состав полимеров действующих веществ образуются устойчивые смеси, которые не разделяются при нагревании. На термограммах смеси имеется только один пик плавления и деградации; не зафиксировано собственных пиков плавления, характерных для всех действующих веществ. Наполнение полимера сопровождается снижением температуры плавления, энтальпии плавления и степени кристалличности. Результаты свидетельствуют об отсутствии химических связей между компонентами пестицидов и полимером и механическом характере смесей. Полученные и охарактеризованные смесовые системы «полимер/действующие вещества препаратов» использованы для конструирования долговременных форм в виде микрочастиц, микрогранул, пленок и 3D форм. Для конструирования форм в виде микрочастиц на основе исследованных параметров (химический состав ПГА, тип сурфактанта, плотность и скорость перемешивания эмульсии) определены условия, позволяющие получать частицы хорошего качества различных размеров. Показано, что наиболее значимыми факторами, ответственными за размеры микрочастиц, являются концентрация полимерной эмульсии и скорость ее перемешивания; на морфологию и выход микрочастиц влияют химический состав ПГА и тип сурфактанта. Использование сополимерных ПГА, содержащих в своем составе низкокристалличные мономеры 3-гидроксигексаноата и 4-гидроксибутирата, придающие эластичность изделиям, приводило к формированию частиц неправильной (вытянутой) формы с наличием пустот. Исследованы условия для получения микрочастиц с наибольшими выходами и эффективностью инкапсулирования действующих веществ препаратов Зенкор Ультра, Магнум Супер, Виал Траст ВСК, включающие скоростные режимы (от 750 до 6 000 об/мин), варьирование плотности полимерной эмульсии и типа сурфактанта. Выявлено, что при высокой скорости перемешивания эмульсии формируются частицы микронных размеров, при низкой – на порядок выше. Размер смесовых частиц зависит от типа и структуры действующего вещества. Средний диаметр частиц, нагруженных действующими веществами препаратов Виал Траст ВСК, Зенкор Ультра, Магнум Супер в зависимости от скорости перемешивания может составлять от единиц до десятков мкм. Эффективность инкапсулирования действующих веществ в большей степени зависит от типа препарата, а не от условий получения частиц и может достигать 77–97% для действующих веществ препаратов Виал Траст ВСК и Магнум Супер и существенно ниже (30-33%) для метрибузина – действующего вещества препарата Зенкор Ультра. В итоге, определены тип ПГА и концентрация полимера в эмульсии, скорости перемешивания, тип и концентрация сурфактанта для получения микрочастиц хорошего качества с высокими выходами при различной эффективности инкапсулирования действующих веществ. Для определения условий, позволяющих получать формы препаратов в виде пленок, изучено варьирование химического состава полимеров, концентрации растворов полимеров и температуры окружающей среды на характеристики получаемых пленок. Химический состав ПГА практически не оказывал влияния на качество получаемых пленок, за исключением величины контактного краевого угла смачивания водой поверхности, который варьировал от 70-80 до 90-100 град. Более плотные растворы полимеров в хлороформе в силу повышенной вязкости не обеспечили полного растворения исследуемых препаратов и равномерного распределения по всему объему растворителя. При использовании низкоплотных растворов полимеров в хлороформе, получено полное растворение всех исследованных препаратов и равномерное распределение в объеме полимера. Пленки, нагруженные действующими веществами гербицидов Магнум Супер и Зенкор Ультра, были плотными, имели гладкую структуру с небольшим количеством мелких пор; пленки с компонентами фунгицида Виал Траст ВСК имели более пористую поверхность. Температура раствора влияет на морфологию пленок; при повышении температуры полимерного раствора и поверхности принимающей формы качество пленок возрастает. Получены гибкие и равномерные по толщине пленки, нагруженные действующими веществами препаратов на 10 и 25 % от массы полимерной основы. При отработке условий получения форм в виде микрогранул обнаружено аналогичное влияние на характеристики гранул химического состава ПГА, – растворы из менее кристалличных и резиноподобных полимеров, содержащих мономеры 3ГГ и 4ГБ, не обеспечивали получение гранул правильной формы. Варьируя плотность растворов, диаметр шлангов, размер иглы и высоту слоя осадителя, определены параметры, позволяющие получать микрогранулы хорошего качества. Полученные гранулы, нагруженные разными типами действующих веществ, различались по размеру, который варьировал от 2,5-3 до 5 мм; эффективность инкапсулирования действующих веществ составила свыше 90%. Методом контактного холодного прессования из порошков смесей «полимер/действующие вещества препаратов» с применением двух типов прессов получены 3D формы диаметром от 3 до 12 мм. Показано влияние усилия при прессовании на плотность и структуру получаемых форм, и определены оптимальные значения для получения 3D форм, равномерных по структуре поверхности и включению препаратов. В зависимости от типа действующих веществ и усилия прессования поверхность форм может быть более или менее гладкой, бездефектной или с небольшим количеством пор и мелких трещин. Выполненный спектральный анализ по элементному составу подтвердил включение препаратов в полимерную основу без изменения структуры. В ходе разработки долговременных форм азотного удобрения (аммиачная селитра) получены формы в виде: исходных гранул с полимерной оболочкой, прессованных таблетированных 3D форм из порошков «полимер/аммиачная селитра» и таблетированных форм с полимерным покрытием. Для формирования равномерных и прочных полимерных покрытий определены оптимальная концентрация полимера в растворе, количество погружений формы в раствор, тип осадителя, используемого для формирования и закрепления полимерного покрытия на поверхности формы. Заключение: По результатам выполненной программы работ отчетного периода подобраны препараты для защиты культурных растений от сорняков и возбудителей болезней, поставлены высокочувствительные методы детектирования их концентраций; синтезированы и охарактеризованы партии полимеров, получены двухкомпонентные системы «полимер/действующие вещества препаратов» в виде растворов, эмульсий и порошков, из которых сконструированы долговременные формы препаратов, включенные в полимерную основу в виде микрочастиц, микрогранул, пленок и 3D форм, в том числе с полимерным покрытием. Ссылка на информационный ресурс проекта: http://www.ibp.ru/rnf1.php

Аннотация результатов, полученных в 2015 году
http://www.ibp.ru/rnf1.php Программа исследований выполнена полностью. Получены следующие основные результаты: Получено пионерное семейство долговременных форм сельскохозяйственных препаратов различного действия, депонированных в полимерный матрикс из разрушаемого поли-3-гидроксибутирата [П(3ГБ)]: гербицидов метрибузина (МЕТ) и 2,4-хлоруксусной кислоты (2,4-Д) в виде пленок, 3D форм, микрогранул, микрочастиц с различной нагрузкой полимерной основы действующим веществом (от 10 до 50% от массы полимерной основы); фунгицида тебуконазола (ТЕБ) в виде пленок, 3D прессованных форм, гранул и микрочастиц при различной нагрузке полимерной основы действующим веществом; формы пролонгированного азотного удобрения с использованием карбамида и аммиачной селитры в виде пленок и 3D форм, а также в виде коммерческой фирмы в виде гранул с полимерным покрытием. С применением электронной микроскопии исследована микроструктура поверхности разработанных различных форм препаратов, а также краевые углы и энергетические характеристики поверхности; относительно микрочастиц исследованы размеры частиц и их электрокинетический потенциал и зависимость этих характеристик от типа действующего вещества и его содержания в частицах. Результаты измерения исходных субстанций (полимера и препаратов) и разработанных форм П(3ГБ)/МЕТ и П(3ГБ/ТЕБ) разных типов, с различным соотношением "полимерная основа/препарат" методами ДСК и X-Ray подтвердили результаты 2014 года, показавшие, что наполнение полимерной основы препаратами не влияет выражено на физико-химические характеристики и, следовательно, эксплуатационные свойства полимера, а также и то, что в процессе получения форм и смешения компонентов не происходит их химического связывания и полученные системы представляют физические смеси. Независимо от формы, по сравнению с исходным полимером зафиксировано снижение температуры и энтальпии плавления и деградации (Tпл, Tдегр, энтальпии) всех образцов, а также снижение степени кристалличности (Сх). Это позволяет заключить, что наполнение полимера исследованными препаратами, влияя на процесс кристаллизации, сопровождается некоторой амморфизацией полимера. В отчетном году с применением высокоэффективной жидкостной хроматографии исследованы молекулярно-массовые характеристики разработанных форм препаратов в сравнении с исходным полимером и показано, что процессы переработки полимера (испарение растворителя, техника микронизации эмульсий, контактное холодное прессование) из его различных фазовых состояний (растворы, эмульсии, порошки) не влияют на значения средневесовой и среднечисловой молекулярной массы и полидисперсность полимера. Для исследования "времени жизни" полимерных форм препаратов и динамики выхода действующих веществ из полимерной основы сконструированы и охарактеризованы лабораторные почвенные экосистемы с двумя типами агрогеннопреобразованных почв (полевой и садовой). Исследованы характеристики почв, включая химический состав и структуру микробиоценозов. Выявлены значительные различия в составе эколого-трофических групп микроорганизмов в полевой и огородной почвах, включая количество копиотрофных, прототрофных и олиготрофных бактерий; показано, что в полевой почве общая численность органотрофных бактерий в 4 раза ниже, чем в огородной; микромицетов – в 8 раз, но сообщество микроорганизмов более разнообразное. На основании морфологических, физиолого-биохимических и молекулярно-генетических исследований фрагментов гена 16S рРНК определены доминирующие представители микроорганизмов в исследуемых образцах почв. Последовательности депонированы в базе данных GenBank. Зарегистрировано доминирование в полевой почве актинобактерий, в том числе Streptomyces (24 %), представителей родов Arthrobacter (18 %) и Corynebacterium (12 %); среди грамотрицательных палочек доминировали Pseudoxanthomonas (12 %). В огородной почве доминировали представители других родов: Bacillus (48 %), Micrococcus (8 %), Pseudomonas (8 %) и Variovorax (8 %). Среди микромицетов в обоих типах почвы доминировали представители рода Penicillium (58-65%), грибы родов Fusarium, Trichoderma и Aspergillus составляли 8-11% популяции микромицетов в полевой почве. Высев проб на плотные среды (метод прозрачных зон) из пленок обрастания, образующихся на поверхности образцов форм, депонированных в полимерную основу, после экспонирования в почве позволило выделить ключевые виды микроорганизмов-деструкторов исследуемых типов разрушаемых полимеров и определить их систематическую принадлежность. Впервые проведено выделение и идентификация деструкторов полимеров класса полигидроксиалканоаты (ПГА) различного химического строения. Помимо специфичных видов, среди общих деструкторов для исследованных 3-х типов полимеров - гомогенного поли-3-гидроксибутирата [П(3ГБ)] и сополимеров 3-гидроксибутирата с 4-гидроксибутиратом [П(3ГБ/4ГБ)] и 3-гидроксивалератом [П(3ГБ/3ГВ)], - определены представители рода Variovorax, а для всех 4-х типов, включая еще сополимеры с 3-гидроксигексаноатом [П(3ГБ/3ГГ)], общим является Streptomyces. Выявленные различия общей численности и соотношения эколого-трофических групп микроорганизмов в исследованных и различающихся по содержанию элементов образцах почвы оказывали влияние на процесс разрушения полимеров. Установлено, что в более обсемененной микроорганизмами огородной почве разрушаемость полимерной основы препаратов происходит активнее, примерно в 1,5-1,7 раз активнее по сравнению с полевой почвой. Также установлено существенное влияние геометрии полимерных форм (пленки, гранулы, микрочастицы, 3D) на динамику разрушения полимерной основы форм, - наиболее активно разрушались микрочастицы, которые за 35 суток разрушились практически на 80%. Скорость разрушения пленок и гранул была ниже и сопоставимой, составив за наблюдаемый период в среднем 0,66 мг/сутки. Наименее активно происходило разрушение 3D форм при средней скорости 1,01 мг/сутки. Общим для всех типов полимерных форм является наличие лаг-фазы, это связано с процессом адгезии микроорганизмов на поверхности образцов и их адаптацией к синтезу соответствующих деполимеризующих ферментных систем, для которых субстратом является полимер. Исследована зависимость выхода препаратов фунгицидного и гербицидного действия, а также азотного удобрения от геометрии форм, типа депонированного препарата и степени нагрузки формы с учетом активности разрушения полимерной основы. Установлено, что разработанные экспериментальные формы препаратов, депонированные в разрушаемые полимеры класса ПГА, позволяют обеспечить постепенный, без резких выбросов, и долговременный (для ТЕБ и МЕТ свыше 60 суток; азота - свыше 30 суток) выход действующих веществ в почву. Гербицид метрибузин, депонированный в П(3ГБ) в виде пленок, микрогранул, 3D форм и микрочастиц при различной нагрузке (10, 25 и 50% от массы полимерной основы) выходит из форм с различной интенсивностью, которая может варьировать в достаточно широких пределах (от 27-35 до 90-100% (от массы полимерной основы) за исследуемый период, составляющий 60 суток. Формы фунгицида тебуконазола в виде пленок, микрогранул и 3D форм при нагрузке действующим веществом на 10 и 50% (от массы полимерной основы) позволяют существенно влиять на кинетику выхода ТЕБ, обеспечивая его ликвацию в течение длительного периода (свыше 60 суток) с различной интенсивностью (от 40-50 до 90-100% от исходного содержания в форме). Для карбамида, депонированного в пленки или 3D (нагрузка форм азотом составила 10, 20 и 30%) и в виде гранул с наружным полимерным покрытием показано, что за наблюдаемый 30-ти суточный период его выход варьировал от 25-35 до 45-50% от исходного содержания в формах. Анализ вычисленных кинетических констант, характеризующих кинетику выхода из форм препаратов, показал, что они варьируют в широких пределах (от 0,0014 до 0,0810) в зависимости от геометрии формы, т.е. скорость высвобождения исследуемых пестицидов поддается регулированию технологией изготовления формы. Анализ полученных результатов свидетельствует о том, что выполненные исследования обеспечили разработку экспериментальных форм препаратов долговременного действия. Исследованные процессы разрушения полимерной основы и выхода из форм действующих веществ гербицидного и фунгицидного действия, а также азотного удобрения показали возможность контролирования этого процесса варьированием геометрией формы и величиной нагрузки. Для определения возможности влияния на скорость выхода препаратов из формы других факторов, помимо выявленных, исследовано влияние химического состава полигидроксиалканоатов (ПГА), а также возможности применения композитов на основе ПГА и материалов природного и синтетического происхождения, используемых в качестве разрушаемой основы. Впервые исследована деградация четырех типов полимеров (ПГА); установлено влияние состава мономеров, определяющего степень кристалличности полимеров, на их разрушаемость; ПГА по активности разрушения в почве следует расположить в ряду: П(3ГБ)/4ГБ > П(3ГБ)/3ГГ > П(3ГБ)/3ГВ > П(3ГБ); средняя скорость разрушения была максимальной (1,2 мг/сутки) у П(3ГБ/4ГБ), имеющих самую низкую степень кристалличности. Показана возможность влияния на выход метрибузина и тебуконазола химического состава ПГА, который соответствовал динамике разрушения полимерной основы, и был наиболее активным из форм, полученных из П(3ГБ/4ГБ). Для возможности влияния на разрушаемость ПГА, а также повышения доступности этих полимеров получены композиты П(3ГБ) с полиэтиленгликолем (ПЭГ), поликапролактоном (ПКЛ), березовыми опилками, использованные для конструирования долговременных 3D форм метрибузина. Тип наполнителя, влияя на разрушаемость основы, обеспечивал различные выходы МЕТ, от 35 до 60-70% от включенного в форму. Установлено выраженное влияние состава композитной основы на динамику выхода азота из форм, - варьируя составом основы формы (ПЭГ, ПКЛ, березовые опилки), а также формируя дополнительное полимерное покрытие на формах азотного удобрения, можно регулировать выход азота в достаточно широких пределах. Выполненные исследования обеспечили конструирование и характеризацию пионерного семейства форм сельскохозяйственных препаратов с использованием разрушаемых полигидроксиалканоатов (ПГА) в качестве основы. Показана состоятельность разработанных форм для долговременной доставки препаратов гербицидного и фунгицидного действия (метрибузин, тебуконазол) и азотного удобрения (карбамид). Исследовано влияния различных факторов (геометрии формы, степени нагрузки, химического состава полимерной основы, типа почвы и ее микробной составляющей) на разрушаемость форм в почве и кинетику выхода действующих веществ; выявлены основные факторы, позволяющие регламентировать эти процессы.

Аннотация результатов, полученных в 2016 году
На заключительном этапе проекта исследована эффективность действия разработанных форм препаратов. Для этого сконструированы лабораторные почвенные микроэкосистемы с культивируемыми растениями, включающие: а) сорные растения (многолетний злак полевица побегоносная – Agrostis stolonifera, щетинник лисий хвост – Setaria macrocheata), марь белая – Chenopodium album, донник белый (или обыкновенный) – White melilotus); щирица запрокинутая – Amaranthus retroflexus; б) культурные растения cалат листовой – Latuca sativa, пшеница – Triticum aestivum; в) почвенные микроэкосистемы, зараженные фитопатогенами F. moniliforme и F. solani; г) культуру Triticum aestivum, зараженную Fusarium moniliforme или сорняками. При первичной оценке наличие фунгицидной активности экспериментальных форм тебуконазола (ТЕБ) доказано при высеве спор грибов Fusarium moniliforme и F. solani на плотную агаризованную среду в присутствии форм в виде пленок и 3D, которая была сопоставимой с этим фунгицидом в свободном виде. Далее фунгицидный эффект трех разработанных форм П(3ГБ)/ТЕБ (пленки, микрогранулы, 3D) подтвержден в почве, зараженной Fusarium moniliforme. Более эффективными формами были гранулы и пленки. Заключительное исследование фунгицидного действия П(3ГБ)/ТЕБ в виде пленок, микрогранул и 3D форм при нагрузке ТЕБ на 10 и 50% исследовано в сравнении с коммерческим препаратом тебуконазола (Раксил Ультра в посевах пшеницы), посевной материал которой исходно был инфицирован спорами фитопатегенных грибов. Все формы П(3ГБ)/ТЕБ снижали численность Fusarium на протяжении всего эксперимента, имели более продленный эффект, но были менее эффективны в первоначальный период в связи с задержкой выхода ТЕБ из формы по мере разрушения полимерной основы. При этом более эффективными были микрогранулы и пленки по сравнению с наиболее медленно разрушаемыми 3D формами. Форма применения ТЕБ значительно влияла на степень пораженности корневой системы пшеницы: при применении коммерческого препарата Раксил Ультра и при протравливании семян подавление развития корневых гнилей имело место в период 10-20 сутки, но далее зараженность корней нарастала, достигнув к концу эксперимента 21-27%. Действие пролонгированных экспериментальных форм П(3ГБ)/ТЕБ проявлялось более длительно и обеспечивало сдерживание развития корневых гнилей; на 30-е сутки общий процент зараженных корней был ниже в 1,6 раза, а фузариозной гнили – в 1,4 раза по сравнению с действием Раксил Ультра. Форма доставки ТЕБ (коммерческий препарат, довсходовая обработка семян или разработанные формы) по-разному влияли на рост пшеницы и величину биомассы, которая в экспериментальных группах была значительно выше. Таким образом, депонирование ТЕБ в основу из П(3ГБ), обеспечивало хотя и несколько отсроченное, но пролонгированное подавление фитопатогенов Fusarium. В зависимости от геометрии формы длительность лаг-фазы варьировала, и это обстоятельство необходимо учитывать при выборе формы для использования. В связи с тем, что посевы зараженной пшеницы подвергаются воздействию двух факторов – тебуконазола и фузариоза, проведены исследования для оценки стрессорного состояния растений с использованием следующих показателей, – по содержанию в проростках пшеницы карбонилированнных белков (КБ), малонового диальдегида (МДА) – как одного из продуктов перекисного окисления липидов, пролина, а также состоянию пограничных клеток корневых апексов, которые играют фундаментальную роль в регуляции взаимоотношений корня с симбиотическими и патогенными организмами ризосферы. Показано, что в корнях инфицированных проростков содержание пролина, карбонилированных белков и пограничных клеток выше, чем в корнях неинфицированных проростков. Триазольный фунгицид тебуконазол (ТЕБ) в исследованных концентрациях (0,01; 0,10 и 1,00 мкг/мл среды) в корневом апексе инфицированных проростков препарат вызывал дозо-зависимое уменьшение численности пограничных клеток. Оценка состояния корневых апексов посевов пшеницы, зараженной фузариозом, показала, что они повреждаются в меньшей степени при использовании фунгицида в виде П(3ГБ)/ТЕБ в отличие от Раксил Ультра, что существенно важно для развития растения и его продуктивности. Гербицидная активность 4-х форм метрибузина [П(3ГБ)/МЕТ] в виде пленок, микрогранул, микрочастиц и 3D при различной нагрузке МЕТ при первичной оценке подтверждена в посевах тестовых сорняковых растений (Agrostis stolonifera и Setaria pumila), которая по эффективности была сопоставимой со свободной формой препарата (Зенкор Ультра), а в ряде вариантов – превосходила его по оценке плотности растений и весу зеленой биомассы. Гербицидная активность форм П(3ГБ)/МЕТ проявлялась даже при минимальной нагрузке полимерной основы метрибузином (10%) и в начальный период наблюдения. Аналогичным выраженным гербицидным эффектом обладали формы метрибузина, депонированного в смесовую основу полимера П(3ГБ) с полиэтиленгликолем, поликапролактоном или древесными опилкам в посевах Agrostis stolonifera. Применение в составе полимера наполнителей не только влияет на кинетику разрушения основы и выхода гербицида, но делает формы более экономичными. На примере второго гербицида трибенурон-метила (ТРБМ) в посевах еще одного сорного растения – щирицы запрокинутой (Amaranthus retroflexus), также показано, что его действие превосходило коммерческую форму гербицида. На заключительном этапе эффективность экспериментальных форм П(3ГБ)/МЕТ в виде пленок и микрочастиц, нагруженных гербицидом, доказана в посевах пшеницы, зараженной донником. В первые 10 суток после посева плотность сорного растения (донника) и его биомасса без обработки МЕТ были в 1,5-2,0 раза выше, чем в положительном контроле и экспериментальных группах. Через 20 суток значительная часть донника погибла, что положительно отразилось на росте пшеницы. Выраженный гербицидный эффект экспериментальной формы второго гербицида – трибенурон-метила (ТРБМ) в виде микрогранул, зарегистрирован в посевах пшеницы Triticum aestivum по отношению к сорному растению марь белая (Chenopodium album), плотность которого и вес наземной биомассы уже в первую неделю после посева были ниже в экспериментальной группе растений по сравнению с применением коммерческой формы этого гербицида, а через 20 суток плотность сорных растений снизилась до 200 шт./м2 , что в 1,5 раза ниже относительно действия коммерческого препарата. При этом посевы пшеницы с экспериментальной формой гербицида были более зелеными, полеглые среди них отсутствовали; наземная биомасса превосходила негативный и положительный контроли в 1,5 и 1,29 раз. Аналогичный гербицидный эффект гербицида трибенурон-метила [П(3ГБ)/ТРБМ] зафиксирован в посевах пшеницы, зараженных другим сорным растением – щирицей. Сроки и выраженность гибели щирицы в контроле и эксперименте были сопоставимыми, но величина наземной биомасса пшеницы в экспериментальной группе в конце эксперимента (40 суток) превосходила негативный и положительный контроли в 1,6 и 1,3 раза соответственно. Таким образом, на примере двух гербицидов и нескольких видов сорных растений показа эффективность действия и применения разработанных экспериментальных форм различной геометрии с различными уровнями нагрузки полимерной основы препаратами. Эффективность экспериментальных форм азотного удобрения доказана в культурах полевицы побегоносной (Agrostis stolonifera) и салата листового (Latuca sativa) на примере карбамида по сравнению с коммерческой формой (гранулы). При использовании П(3ГБ)/карбамид в виде пленок положительный эффект на Agrostis stolonifera зарегистрирован уже на седьмые сутки; далее отличия были более выраженными. Аналогичный положительный эффект применения разработанной формы П(3ГБ)/карбамид подтвержден на культуре салата. В связи с тем, что биодеградация ПГА осуществляется микроорганизмами, и этот процесс влияет на структуру почвенного микробиоценоза, а также круговорот азота, исследован исходный микробиоценоз почвы и после внесения азотного удобрения. За время вегетации растений происходило потребление питательных веществ из почвы и изменение в структуре микробиоценоза. Без внесения азота общая численность бактерий падала 2 раза по сравнению с исходной почвой за счет всех групп, кроме азотфиксаторов, численность которых возросла в 2 раза. Внесение в почву депонированных форм карбамида значительно увеличивало численность копиотрофов, азотфиксаторов и уменьшало количество олиготрофных бактерий. Коэффициенты минерализации и олиготрофности снизились, что свидетельствует об активно протекающих процессах минерализации. Полнота использования азота, его потери и состояние растений исследованы в посевах пшеницы при различных формах доставки азотного удобрения. Содержание азота в почве и дренажных водах существенно зависело от формы, при этом во всех случаях отмечено постепенное снижение концентрации аммония в почве, что было следствием выноса азота из почвы и поглощения растениями. Самые большие потери азота и вынос его в ирригационный раствор были при использовании коммерческого быстрорастворимого удобрения. Применение форм пролонгированного действия и сокращение его выноса с дренажными водами позволило избежать дефицита азота в почве. Это обеспечило более чем 25% превышение прироста биомассы растений. Таким образом показано, что применение разрушаемого П(3ГБ), а также композитов на его основе для депонирования азотных удобрений позволяет создавать эффективные формы удобрения с регулируемым пролонгированным действием, обеспечивающие длительное (до нескольких месяцев) поддержание концентрации азота в почве. Результаты исследований, полученные в ходе реализации проекта показали пригодность разрушаемого природного полиэфира – поли-3-гидроксибутирата П(3ГБ) – представителя класса природных разрушаемых полигидроксиалканоатов (ПГА), для депонирования и доставки с/х препаратов различного действия и различной структуры. Установлена эффективность разработанных пролонгированных форм препаратов по отношению к сорнякам и фитопатогенам, возможность влияния геометрией формы и нагруженностью на выход активного начала и выраженность действия. Получена научная основа для перехода к полевым испытаниям. Результаты, полученные в ходе реализации программы НИР по проекту, обобщены в изданной монографии «Фундаментальные основы конструирования и применения сельскохозяйственных препаратов нового поколения»-2016.