Эксперименты московских и саратовских ученых подтвердили, что пшеница становится устойчивее к холоду, если ее семена обработать наночастицами на основе золота. Были получены растения с измененным обменом веществ. У таких злаков вдвое усилен рост и повышена активность гена Wcor15, защищающего от холода.

Обрабатывать семена сельскохозяйственных растений наночастицами на основе золота, чтобы повысить устойчивость культур к холоду, предложили сотрудники Института физиологии растений имени К. А. Тимирязева РАН. Сами наночастицы синтезировали ученые Института биохимии и физиологии растений и микроорганизмов Саратовского научного центра 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.

Ученые изучили 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% 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%, то при -3°С – 60% для контрольных (необработанных наночастицами) растений и до 97% 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%.

При этом концентрация наночастиц, равная 10 микрограммам на миллилитр, оказалась наиболее эффективной.

Биологи проанализировали биохимические и молекулярно- генетические показатели листьев пшеницы. Оказалось, что обработка наночастицами золота на 16% увеличила содержание сахаров в клетках и в восемь раз повысила активность гена Wcor15, отвечающего за устойчивость к холоду.

Так как 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», – рассказала руководитель проекта Юлия Венжик, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник Института физиологии растений имени К. А. Тимирязева РАН.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Plants.



По информации пресс-службы Института физиологии растений имени К. А. Тимирязева РАН