В ЮУрГУ создают инновационные наноудобрения для защиты растений от стресса

Концепцию нового поколения внекорневых удобрений и технологию предпосевной обработки семян (нанопрайминга) оксидами цинка предложила команда исследователей из Института естественных и точных наук Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ), 14 июля сообщает пресс-служба вуза.

Работа студентов группы ЕТ-282 и ЕТ-432, ведущаяся под руководством доцента кафедры «Экология и химическая технология» Института естественных и точных наук к. х. н. Татьяны Крупновой, основана на использовании нанооксидных систем, которые в перспективе должны стать для сельхозпроизводителей эффективным инструментом для выращивания продукции в условиях засухи, засоленных или загрязненнных тяжелыми металлами почв.

Учитывая, что обычные удобрения являются солями, растворимыми в воде, то большая часть их не усваивается растениями, а вымывается талыми водами и дождями или закрепляется в почве. Чтобы этого не происходило, ученые ЮУрГУ предлагают обрабатывать семена специальным раствором с наночастицами оксида цинка.

Эти частицы должны быть малы (от 30 нанометров) и легко проникать в клетки растений. При этом такая обработка не только играет роль подкормки цинком, но служит «тренажером» для растений, который, оказывая на них умеренный стресс от контакта с наночастицами, помогает растениям включать собственную систему защиты. Растение становится крепче и устойчивее к различным неблагоприятным факторам.

«Здесь работает принцип „что нас не убивает, делает нас сильнее“, — пояснил студент Артем Угаев. — Наночастицы оксида цинка вызывают у растения легкий „переполох“ — в клетках образуются активные формы кислорода, которые в малых дозах работают как сигнал тревоги. Растение, получив этот сигнал, начинает „тренироваться“: оно быстрее запускает свои антиоксидантные ферменты и ускоряет метаболизм. К моменту наступления настоящей жары или засухи, растение уже во всеоружии».

Защите растений от свинцового загрязнения в данном исследовании уделяется особое внимание. Растения способны накапливать содержащийся в почве свинец, и с пищей он может попадать в человеческий организм, отравляя его.

Разрабатываемая в ЮУрГУ технология не предполагает очищения всей почвы от свинца, что практически невозможно, однако она помогает создать для растения защитный барьер: ионы цинка борются с ионами свинца за место в клетках растений. Вдобавок наночастицы цинка помогают растению быстрее запускать механизмы детоксикации.

Поэтому растения, семена которого были обработаны нанооксидами цинка, на загрязненной почве поглотят значительно меньшее количество свинца. И овощи, зерно и другая продукция, выращенная из таких семян, будут безопаснее. Кроме того, в них будет содержаться больше цинка, необходимого людям для иммунитета.

В настоящий момент молодые ученые ЮУрГУ работают в рамках данного проекта с двумя типами культур. Это яровая пшеница сорта «Гренада» и различные сорта гороха. В ходе проведенных экспериментов они выявили явную корреляцию между обработкой семян наноудобрением и повышением их всхожести, улучшением состояния устьичного аппарата в кожице листа растения и формированием мощной корневой системы.

«Например, при обработке семян гороха в оптимальной концентрации, энергия прорастания выросла на 53%, всхожесть — на 50%, а длина корня увеличилась на 52% по сравнению с обычными растениями. Растения были заметно более крепкими, дружно всходили, а главное — давали более качественную зелень с высоким содержанием хлорофилла, что говорит о здоровом фотосинтезе», — рассказал Артем Угаев.

Однако до широкого внедрения технологии ученым предстоит еще проделать дополнительные исследования для определения оптимальной концентрации наноудобрения в растворе. Так, согласно результатам экспериментов, дозировка 2 г/л приводит к токсическому стрессу у растений, а рабочий диапазон составляет 10–250 мг/л, но для каждой культуры оптимальная дозировка индивидуальна.

Тем не менее исследователи уверены, что их разработка заинтересует крупные агропредприятия, обрабатывающие большие площади, которым важна стабильность урожая. Также она будет полезна владельцам тепличных хозяйств. Поскольку там легко контролировать условия роста, им можно будет получить максимальный эффект. Рассматривается возможность появления небольших упаковок нового наноудобрения для фермеров и огородников-любителей.

Ближайшей задачей для исследователей также становится быстрый переход от лабораторных экспериментов к полевым испытаниям. В этом случае разработка быстро выйдет на рынок, и не только на российский, но и на международный.