Ученые из Института физиологии растений имени К. А. Тимирязева РАН (Москва) предложили обрабатывать семена сельскохозяйственных растений наночастицами на основе золота, чтобы повысить устойчивость культур к холоду.
Наночастицы синтезировали сотрудники Института биохимии и физиологии растений и микроорганизмов Саратовского научного центра (Саратов) из хлорауриновой кислоты — коммерчески доступного соединения, которое активно используется в медицине. Размер полученных структур составил 20 нанометров — примерно в 700 раз меньше диаметра человеческого волоса. Благодаря такой малой величине наночастицы могли преодолевать оболочки семян и, попадая внутрь клеток, изменять обмен веществ (метаболизм) растений.
Авторы исследовали влияние различных концентраций наночастиц золота на устойчивость к низким температурам пшеницы генотипа Злата, относящейся к раннеспелым высокоурожайным яровым сортам, широко используемым в сельскохозяйственной отрасли России (более 50 процентов хозяйств). Этот сорт способен выдерживать небольшие заморозки до -3°С.
Для увеличения устойчивости пшеницы к низким температурам авторы замачивали семена в растворах нанозолота разных концентраций (5, 10, 20 и 50 микрограмм в миллилитре). Затем из обработанных семян выращивали растения, которые в возрасте 10 дней «закаливали» — помещали на семь суток в камеру с температурой 4°С, а после этого определяли их морозостойкость. Для этого растения выдерживали при температурах от 0°С до -9°С, снижая постепенно (через каждые 24 часа) температуру на 2°С.
Если при температуре 0°С выживаемость всех растений составила 100 процентов, то при -3°С — 60% для контрольных (необработанных наночастицами) растений и до 97 процентов для прошедших обработку проростков. Снижение температуры до -5°С привело к гибели контрольных растений, в то время как выживаемость пшеницы, обработанной наночастицами, составила более 50 процентов. При этом концентрация наночастиц, равная 10 микрограммам на миллилитр, оказалась наиболее эффективной.
Также биологи проанализировали биохимические и молекулярно-генетические показатели листьев пшеницы. Оказалось, что обработка наночастицами золота на 16 процентов увеличила содержание сахаров в клетках и в восемь раз повысила активность гена Wcor15, отвечающего за устойчивость к холоду.
Поскольку наночастицы золота можно быстро и легко синтезировать из хлорауриновой кислоты, предложенный эффективный, простой и экономически выгодный метод обработки растений может использоваться при адаптации теплолюбивых сельскохозяйственных культур к северным широтам.
«Исследование показало, что наночастицы золота изменяют метаболизм растений и активность генов, отвечающих за адаптацию к низкотемпературному стрессу. Обработку ими можно рассматривать как фитонанотехнологию, позволяющую повышать морозостойкость культурных растений и тем самым расширять диапазон широт, подходящих для выращивания сортов, которые не имеют генетической устойчивости к холоду.
Мы собираемся продолжить исследование, чтобы лучше понять физиолого-биохимические и молекулярные механизмы влияния наночастиц золота на растительный организм. Возможно, мы будем использовать их в качестве стимуляторов роста и развития, а также адаптогенов, увеличивающих стрессоустойчивость растений при действии неблагоприятных факторов среды», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Юлия Венжик, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник Института физиологии растений имени К. А. Тимирязева РАН.
Источник: naked-science.ru
