Аннотированный полугодовой отчет за период январь-июнь 2018 г.
1.     Краткое описание выполненных работ за период январь-июнь 2018 г.
 
Согласно пунктам плана научного исследования на 2018 год, выполнены следующие работы:
 
1.1. Синтезированы и охарактеризованы партии разрушаемых полимеров (полигидроксиалканоатов, ПГА), различающиеся химическим составом и базовыми физико-химическими свойствами.
 
1.2. Разработано и исследовано семейство полимерных смесей на основе ПГА с материалами компаньонами и наполнителями в качестве разрушаемой основы для депонирования с/х препаратов.
 
1.3. Развернуты работы по конструированию пионерного семейства долговременных препаратов гербицидного и фунгицидного действия для грунтового довсходового применения депонированием в разрушаемую полимерную основу
 
2.1. Проводятся работы по изучению кинетики разрушения полимерной основы, выхода препаратов в почву в зависимости от структуры полимерной основы, типа и геометрии формы, степени нагруженности и химической структуры действующих веществ.
 
2.     Краткое описание полученных научных результатов
 
За отчетный период январь–июнь 2018 г. по проекту «Агропрепараты нового поколения: стратегия конструирования и реализация» получены следующие научные результаты:
 
1.1.     Синтез партий разрушаемых полимеров (полигидроксиалканоатов, ПГА), реализован, исходя из необходимости повышения их доступности и удешевления. Для этого избран подход расширения сырьевой базы и привлечения нового и более дешевого углеродного субстрата по сравнению с сахарами, так как затраты на С-субстрат составляют до 40-50% в общей структуре затрат на производство ПГА. Исследован глицерин, являющийся отходом производства биодизеля. Проведен скрининг коллекции штаммов, по результатам которого отобран штамм Cupriavidus eutrophus B-10646, наиболее продуктивный по общему выходу полимера и урожаю биомассы, сопоставимыми с показателями на сахарах. Установлены границы физиологического действия глицерина для исследуемого штамма; выявленные зоны лимитирования и ингибирования позволили рассчитать кинетические константы. Наработаны и охарактеризованы партии гомополимера 3-гидроксимасляной кислоты [П(3ГБ)]. .
 
При варьирование условий углеродного питания и режимов дозирования в питательную среду на основе глицерина прекурсоров мономеров 3-гидроксивалерата (3ГВ) и 4-гидроксибутирата (4ГБ) синтезировано семейство сополимерных ПГА с различным набором и соотношением мономеров, химический состав которых подтвержден хроматографией, совмещенной с масс-спектрометрией и снятыми 1Н-ЯМР спектрами. С применением ВЭЖХ, X-Ray, ДСК показана влияние типа и соотношения мономеров на направленность изменения молекулярно-массовых характеристик и степени кристалличности
 
1.2.     Для получения смесовой основы использован наиболее медленно разрушающийся полимер П(3ГБ), в качестве материалов компаньонов – синтетические разрушаемые полимеры: поликапролактон (ПКЛ); полилактид (ПМК); в качестве наполнителей (филеров): торф, древесные опилки, глина. Предварительно все компоненты измельчали для получения частиц близкого размера, которые далее смешивали с П(3ГБ). Из полученные смесей в виде сухих порошков и сырой пасты с применением гранулятора (Fimar, Италия) и полуавтоматизированного пресса Minipress (Минск) получены смесовые формы в виде гранул и прессованные 3D формы. С применением ИК-спектроскопии, ДСК, X-Ray, электронной микроскопии с системой микроанализа и рентгеноспектрального анализа исследованы все исходные материалы и полученные смеси. Анализ рентгенограмм и ИК-спектров свидетельствуют об отсутствии химических связей между компонентами и механическом характере смесей, для которых характерны снижение температурных характеристик и пониженная степень кристалличности, что говорит об изменении кинетики кристаллизации смесовых образцов.
 
1.3.     Развернуты работы по конструированию долговременных форм препаратов депонированием в смесовую полимерную основу, включающие выбор и постановку аналитических методов детекции действующих веществ препаратов и исследование особенностей разрушения полученных смесовых форм в почве. В качестве препаратов гербицидного действия исследованы: метрибузин, трибенурон-метил, метсульфурон-метил, пендиметалин, феноксапроп-П-этил, дикамба. В качестве препаратов фунгицидного действия исследованы тебуконазол, пропиконазол, карбендазим, беномил, тиабендазол, эпоксиконазол, азоксистробин. Исходя из необходимости применения специфических и высокочувствительных методов анализа, позволяющих детектировать концентрации пестицидов и их метаболиты на следовом уровне, а также в связи с тем, что действующие вещества в отобранных препаратах имеют разную химическую природу, использованы методы газовой (ГХ) и высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ). Для детектирования концентраций действующих веществ построены калибровочные графики и определены линейные диапазоны концентраций. Для детектирования соединений методом ВЭЖХ построены аналогичные калибровочные графики также для концентраций (10–500 мкг/мл), исходя из литературных данных о максимумах поглощения детектируемых веществ.
 
2.1. Для исследования разрушения сконструированных форм препаратов разработаны лабораторные почвенные микрокосмы с охарактеризованными образцами агропреобразованной почвы, отобранной с полей полевого стационара «Миндерлинское» Красноярского аграрного университета (место предполагаемых полевых испытаний), в которой размещены исследуемые образцы, различающиеся геометрией и набором исходных компонентов (полимер-компаньон, полимер-филер). Охарактеризован химический состав и микробная составляющая исходной почвы. Длительность эксперимента – 3 месяца, его результатом станут исследованные закономерности кинетики разрушения смесовой основы в зависимости от набора исходных компонентов и геометрии формы. Начата подготовка к следующему эксперименту, в ходе которого сконструированные формы долговременных препаратов гербицидного и фунгицидного действия в течение 3-х месяцев будут экспонироваться в лабораторных почвенных микрокосмах для исследования влияния типа формы и препарата на кинетику выхода действующих веществ в почву на фоне разрушения полимерной основы с учетом динамики структуры почвенного микробиоценоза и выявления первичных микроорганизмов – деструкторов высокомолекулярной полимерной основы.
 
3. Результаты проекта были представлены на международных и РФ научных форумах и опубликованы в виде тезисов:
 
E.G. Kiselev, N.O. Zhila, T.G. Volova. Physicochemical properties of multicomponent polyhydroxyalkanoates: novel aspects// Abstract of 9th International conference “Biomaterials and nanobiomaterials: Recent Advances Safety - Toxicology and Ecology Issues". 06–13 May 2018. –Heraklion, Crete – Greece. 2018 – P.31.
 
Α. Demidenko, E. Kiselev, T. Volova. Production and characterization of PHA from biodiesel-glycerol by Cupriavidus eutrophus B10646 // Abstract of 9th International conference “Biomaterials and nanobiomaterials: Recent Advances Safety - Toxicology and Ecology Issues". 06-13 May 2018.- Heraklion, Crete – Greece. 2018 – P.38.
 
N. Zhila, O. Vinogradova. Properties of PHA bi-, ter-, and quarter-polymers containing 4-hydroxybutyrate monomer units // Abstract of 9th International conference “Biomaterials and nanobiomaterials: Recent Advances Safety - Toxicology and Ecology Issues". 06–13 May 2018. – Heraklion, Crete – Greece. 2018 – P.38.
 
Волова Т.Г., Жила Н.О., Киселев Е.Г., Шишацкая Е.И. Полигидроксиалканоаты – природные биоразрушаемые полимеры // Материалы Международного конгресса «Биотехнологии: состояние и перспективы развития» – BioTech World – 23–25 Мая 2018–Россия-Москва. 2018. – C. 737-738.
Филь А.А., Шмелькова В.Ю. Влияние модифицированных наноалмазов на взаимодействие гриба рода Trichoderma и растение //Материалы 56-й Международной научной студенческой конференции (МНСК-2018), 22-27 апреля, 2018. г. Новосибирск. – С. 188-189
 
© Сибирский федеральный университет, 2018