Земляника является одной из самых культивируемых ягод в мире, при этом культура чрезвычайно чувствительна к стрессовым факторам окружающей среды. Один из способов добиться её устойчивого выращивания — использование в качестве удобрения биостимулятора на основе хелатов кремния.

В недавнем исследовании в рамках проекта РНФ и правительства Новосибирской области специалисты Центрального сибирского ботанического сада СО РАН показали, что применение кремния, полученного в Институте химии твёрдого тела и механохимии СО РАН путём механохимической обработки рисовой шелухи и отходов зелёного чая, оказывает благотворное влияние на землянику во время роста в полевых условиях. Биостимулятор активирует системы антиоксидантной защиты растения, которая и помогает справляться со стрессом, а также стимулирует рост растений, наращивание зелёной массы, оказывает положительное влияние на качество плодов земляники, увеличивая содержание фенольных антиоксидантов. Данные о накоплении кремния в различных частях растения специалисты получали методом рентгенофлуоресцентного элементного анализа в ЦКП «Сибирский центр синхротронного и терагерцового излучения». Уникальная возможность получать информацию о содержании лёгких элементов появилась благодаря апгрейду одной из пользовательских станций ЦКП, который провели специалисты Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН.

На данный момент исследователи активно изучают биостимуляторы на основе кремния, источником которых является возобновляемое растительное сырьё (биогенный кремний в хелатной форме). Для этого исследования в качестве источника хелатов кремния специалисты использовали механокомпозит, полученный путём механохимической обработки рисовой шелухи и зелёного чая в ИХТТМ СО РАН.

«Работа с механокомпозитом, содержащим хелаты кремния, в нашем институте началась порядка десяти лет назад. Изначально он использовался в качестве пищевой добавки в птицеводстве для укрепления костей цыплят-бройлеров сразу после их рождения, — прокомментировал заведующий лабораторией механохимии ИХТТМ СО РАН доктор химических наук Олег Иванович Ломовский. — Что касается применения этого стимулятора в ботанике, то он благотворно влияет на процессы роста не только у земляники, но и других растений, в том числе хвойных».

«Размножение растений, начиная с выращивания in vitro („в пробирке“, где из клеток изолированных тканей можно получить большое количество новых растений) и заканчивая выращиванием в полевых условиях, связано с последовательными изменениями окружающей среды и условий произрастания, — прокомментировала заведующая лабораторией биотехнологии ЦСБС СО РАН кандидат биологических наук Елена Валерьевна Амброс. — Устойчивость к стрессам на всех этапах является решающим фактором повышения продуктивности. Резкое изменение условий окружающей среды во время пересадки растений-регенерантов из стерильных в нестерильные условия может привести к повышению уровня стресса и повреждению тканей. В настоящее время накапливается всё больше данных о способности кремния влиять на взаимодействие растений со средой и модифицировать реакцию защитной системы растений. С точки зрения стрессоустойчивости кремний рассматривается как „многоцелевой“ квазисущественный элемент».

Результаты исследования показали, что использование механокомпозита из рисовой шелухи и зелёного чая положительно сказывается на состоянии роста и развитии растений земляники, а также на её физиологических особенностях, толщине кутикулы листьев и так далее. Улучшенные показатели были связаны с более высоким содержанием кремния в корнях и побегах растений. Также исследователи отмечают, что благодаря хелатам кремния запускались различные физиологические процессы, которые усиливали антиоксидантную защиту растения, позволяя ему более эффективно нейтрализовать свободные радикалы.

Как говорят специалисты, самостоятельно приготовить удобрение из рисовой шелухи и зелёного чая не получится, а о производстве биостимулятора говорить ещё рано. По словам старшего научного сотрудника ИХТТМ СО РАН кандидата химических наук Игоря Олеговича Ломовского, самостоятельно коммерциализировать разработку биостимулятора для растений институт не планирует. «Есть запрос от производителей гидропонных систем выращивания растений — мы отдали им образцы. Если испытания пойдут хорошо, то, наверное, они возьмут его в производство», — добавил Игорь Ломовской.

Данные о распределении и накоплении кремния в различных частях растения специалисты ЦСБС СО РАН получали при помощи метода РФА для лёгких элементов на одной из пользовательских станций ЦКП СЦСТИ. Так, например, было показано, что кремний переносится из почвы к корням и накапливается в побегах земляники.

«Одним из самых информативных методов получения данных об элементном составе изучаемого объекта является РФА-СИ, — отметил старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН, старший научный сотрудник ЦКП «Сибирский кольцевой источник фотонов» кандидат технических наук Борис Григорьевич Гольденберг. — Этот метод на протяжении многих лет успешно применяется на станции „Локальный и сканирующий рентгенофлуоресцентный элементный анализ“ на накопителе ВЭПП-3 в ЦКП СЦСТИ для определения содержания химических элементов от K до U в геологических, биологических, материаловедческих, археологических и других объектах. Станция успешно работает и является одной из самых загруженных. Мы решили расширить возможности использования РФА-СИ в области обнаружения более лёгких элементов, расположенных в таблице Менделеева до калия».

Специалист добавил, что создать такие условия, которые позволят получать информацию о лёгких элементах, довольно сложно. «В обычных условиях люминесцентные фотоны, вылетающие из лёгких элементов, значительно поглощаются в воздухе, — объяснил Борис Гольденберг. — Поэтому для достоверного элементного анализа необходимо вакуумировать пространство камеры. „Технологическая станция СИ“ на накопителе ВЭПП-4М, которую мы используем для проведения учебных работ со студентами, отлично подходила для этих целей, так как уже оснащена вакуумными секциями. Однако всё же нам потребовалось её серьёзно модернизировать. Например, была разработана система окружения образца, обеспечивающая контролируемое и повторяемое взаимное совмещение образца, пучка СИ и детектора. Также станция была оснащена карусельным держателем образцов, позволяющим менять до восьми образцов по ходу эксперимента в вакууме, не открывая установку, и ряд других улучшений».

Апгрейд студенческой станции открывает уникальную возможность получать информацию о содержании лёгких элементов, таких как алюминий, кремний, фосфор, сера, хлор, дополнительно к возможностям панорамного РФА-СИ, ранее реализованного в ЦКП СЦСТИ. «Спрос на подобные исследования есть не только у ботаников и биологов, но и, например, у представителей авиационной промышленности, которые занимаются алюминиевыми сплавами. Исследования ещё не закончены. Мы продемонстрировали возможности определения содержания именно лёгких элементов в образцах. Это будет востребовано в дальнейших исследованиях химического состава пищевых и лекарственных растений. Планируем в перспективе продолжить эти работы в ЦКП СКИФ на одной из станций второй очереди», — добавил Борис Гольденберг.

Источник: ИЯФ СО РАН.