Сельское хозяйство во всем мире сегодня испытывает двойную нагрузку. С одной стороны, растущему населению Земли требуется всё больше качественной и безопасной пищи, с другой – глобальное изменение климата приводит к учащению засух, засолению почв и вспышкам агрессивных патогенов. Чтобы защитить важнейшие сельхозкультуры, биологи Томского государственного университета совместно с китайскими коллегами разрабатывают принципиально новый способ защиты растений, основанный на применении исключительно природных соединений. Создаваемая ими «прививка» от стрессовых факторов объединит растительные сахара (олигосахариды) и мощные фитогормоны – брассиностероиды.
– Традиционно в сельском хозяйстве для защиты растений и увеличения урожая используют синтетические удобрения и пестициды, – говорит руководитель проекта, доцент кафедры физиологии растений, биотехнологий и биоинформатики БИ ТГУ Марина Ефимова. – Однако этот путь ведет к истощению почв и загрязнению водоемов, а главное – получаемая продукция может быть небезопасна для потребителей.
Биологи из России и Китая создают альтернативный подход, который исключает использование жёсткой химии и отличается высокой экологичностью. Его суть – в активации собственного иммунитета растений при помощи специальных биокомпозиций. Основу этой синергетической пары составляют брассиностероиды и леван-производные олигосахариды (ЛОС).
– В отличие от животных, которые могут убежать от опасности или сменить территорию обитания в поисках пищи, растения ведут прикреплённый образ жизни. Они вынуждены мириться с тем участком земли, на котором растут, и обходиться минимумом ресурсов, – объясняет основной исполнитель проекта, старший научный сотрудник Высшей инженерной школы агробиотехнологий ТГУ Лилия Коломейчук. – Интересно, что с какими бы стрессами ни сталкивалось растение, будь то загрязнение почвы тяжелыми металлами, засоление, засуха или заморозки, в 99% случаев повреждения на клеточном уровне будут обусловлены жёстким дефицитом воды.
Например, при заморозках свободная вода внутри растительной клетки начинает кристаллизоваться. Ледяные кристаллы расширяются, разрывая клеточные мембраны изнутри. При оттаивании поврежденные клетки теряют влагу, и растение погибает от обезвоживания.
Предотвратить повреждение и гибель посадок можно, если заранее активизировать иммунитет растений. Для этого ученые проводят их прайминг (от англ. prime – подготавливать, настраивать). Это своеобразная тренировка, которая готовит организм к стрессу. Причем защитный отклик сработает независимо от того, с чем именно столкнется растение – с засухой, холодом или болезнью. В обычных условиях растение не расходует лишнюю энергию, но при наступлении неблагоприятных факторов мгновенно активирует защиту.
– Прайминг, который мы проводим, – это обработка растений биокомпозициями из брассиностероидов и леванов, – объясняет Марина Ефимова. – Молекулы левана (ЛОС) обладают уникальной способностью притягивать и удерживать влагу. Располагаясь на внешней стороне клеточных мембран, они действуют как губка, создавая вокруг клетки защитный водный барьер. Это не дает воде хаотично кристаллизоваться при заморозках и защищает ткани от разрывов.
Брассиностероиды дают клетке команду на синтез специальных белков-шаперонов и антиоксидантных ферментов. Они нейтрализуют токсичные соединения (окислительный стресс), которые образуются в тканях при любых неблагоприятных факторах.
Ранее ученые ТГУ уже протестировали возможности двух типов фитогормонов – 24-эпибрассинолида и 24-эпикастастерона. Биологи первыми в России использовали их для защиты наиболее востребованных сельхозкультур (ячменя, рапса, пшеницы и картофеля) от засухи и тяжелых металлов.
Китайские ученые, в свою очередь, являются мировыми лидерами в синтезе ЛОС. На данный момент им удалось решить проблему плохой растворимости леванов. Вместо гигантских природных цепочек левана, в составе которых насчитывается более 400 тысяч мономеров, китайские специалисты научились синтезировать ультракороткие соединения – всего из 10–12 звеньев. Такие «короткие» ЛОС отлично растворяются в воде, что позволяет эффективно использовать их для опрыскивания и полива растений.
Задача нового российско-китайского проекта – не просто смешать фитогормоны и леваны, а найти их идеальную пропорцию, концентрацию и разработать оптимальные технологии обработки для разных видов культур. В ходе совместных экспериментов в России и КНР ученые протестируют эффективность биокомпозиций при засолении почвы, засухе, температурных перепадах, воздействии патогенов и подберут наиболее эффективные дозировки и методы обработки для каждой культуры
Изучение синергетического эффекта этих двух групп природных биорегуляторов открывает новые возможности для создания передовых отечественных агротехнологий. Это позволит сельхозпроизводителям получать стабильный урожай в любых погодных условиях и на разных территориях, включая зоны рискованного земледелия, такие как Сибирь и Дальний Восток.
Источник новости и фото: https://poisknews.ru/…
