Специалисты ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» обнаружили, что наночастицы ферригидрита улучшают рост культур пшеницы, выращенных из клеток в пробирке. Добавляя ферригидрит в питательную среду, исследователи добились четырехкратного ускорения роста побегов пшеницы и снижения гибели клеток. Открытие может упростить создание новых сортов пшеницы и других сельскохозяйственных культур. Результаты исследования опубликованы в Аграрном научном журнале.

В современной селекции и генной инженерии растений широко используется выращивание растений из клеток в пробирке в питательной среде. Метод позволяет получать генетически идентичные клоны растений или модифицированные линии. Однако у многих сельскохозяйственных культур, в том числе пшеницы, процесс регенерации — превращения клеток в полноценные побеги, остается малоэффективным. Часто клетки теряют жизнеспособность или образуют только корни без побегов. Это затрудняет создание новых сортов.

Специалисты ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» добавили в питательную среду наночастицы содержащего железо соединения — ферригидрита, и проследили, как они влияют на рост и развитие растительных тканей пшеницы, выращиваемых в пробирке. Исследование проводилось на шести сортах и двенадцати селекционных линиях яровой пшеницы.

«Наночастицы сейчас пробуют использовать во многих областях сельского хозяйства. В основном это фертилайзеры, удобрения — источники легкодоступных ионов металлов. Частицы ферригидрита являются уникальными в этом плане. Они в основном воздействуют на антиоксидантные системы, а не просто снабжают растение дополнительным железом, и ранее показали себя как стимуляторы корнеобразования у саженцев декоративных и плодово-ягодных культур, то есть стимулировали образование органов. Логично было предполагать такое же их воздействие и на изолированные ткани растений», — отмечает ведущий научный сотрудник Научно-исследовательского института сельского хозяйства и экологии Арктики ФИЦ КНЦ СО РАН кандидат сельскохозяйственных наук Валентина Ступко.

Учёные добавляли наночастицы в питательную среду на разных этапах развития клеточной культуры: образования скопления клеток из зародышей, активного размножения клеток, формирования побегов и корней. Результаты показали, что двукратное воздействие наночастиц на разных этапах развития клеточной культуры значительно повышает частоту регенерации, увеличивает жизнеспособность тканей, стимулирует синтез хлорофилла. Учёные также отметили, что добавление ферригидрита замедляло процессы старения клеток и стимулировало фотосинтез.

Особенно высокую эффективность исследователи наблюдали при воздействии ферригидрита на первых двух этапах. Регенерация клеточных тканей ускорялась в четыре раза по сравнению с контрольными образцами. В таких образцах вдвое чаще формировались зоны, содержащие хлорофилл — предшественники побегов, а доля погибших образцов сократилась на 30 %. Однако постоянное присутствие наночастиц на всех трех этапах вызывало обратный эффект — усиление окислительного стресса и гибель клеток.

Учёные предполагают, что наночастицы действуют аналогично фитогормонам, запуская программу образования стеблей. При коротком контакте ферригидрит, вероятно, выступает как активатор антиоксидантной системы и предотвращает старение растительных клеток. Наночастицы в малых дозах активируют реакции неспецифического иммунитета и стимулируют защитные системы клеток через выработку активных форм кислорода, тогда как при высоких концентрациях они вызывают окислительное повреждение. Данные показывают, что кратковременный контакт с наночастицами тренирует клетки, повышая их устойчивость к стрессу.

«Это открытие имеет большой потенциал для ускорения создания новых сортов сельскохозяйственных культур. Интересно, что лучший результат был получен при двукратном контакте тканей с ферригидритом: сначала на этапе образования каллусов из зародышей, а затем активного их разрастания. В результате ткани реже отмирали и быстрее превращались в полноценные побеги. Выявленный эффект может найти более широкое применение, включая использование наночастиц ферригидрита в качестве активаторов фотосинтеза в работах по повышению продуктивности сельскохозяйственных культур. Данный агент можно использовать в качестве стимулятора роста. Наночастицы ферригидрита могут повысить экологическую устойчивость сельскохозяйственных культур, что положительным образом скажется на продовольственной безопасности. Кроме того, используемая форма ферригидрита относится к производимым экологически чистым способом, что делает его более приемлемым для использования в сельском хозяйстве», — рассказала Валентина Ступко.

Полученные результаты позволяют ускорить процесс создания новых сортов пшеницы, а методика может быть адаптирована для других сельскохозяйственных культур и открывает новые горизонты для использования наночастиц в сельском хозяйстве.

Материал подготовлен при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий.

Источник: ФИЦ КНЦ СО РАН.