Глобальное загрязнение почв тяжелыми металлами – серьезная проблема для мирового сельского хозяйства. Одним из наиболее токсичных металлов является кадмий, который попадает в пищевые цепи и способен вызывать у человека канцерогенные и хронические заболевания. Кроме того, избыточная концентрация кадмия в почве подавляет рост и развитие растений. Ученые Томского государственного университета нашли способ эффективно защитить сельскохозяйственные культуры от накопления тяжелых металлов. Данные новых исследований опубликованы в журнале Russian Journal of Plant Physiology (Q3).
– Интенсивные источники загрязнения окружающей среды кадмием – это металлургия и гальванотехника, а также сжигание твердого и жидкого топлива, – поясняет научный сотрудник кафедры физиологии растений, биотехнологий и биоинформатики Биологического института ТГУ Елена Данилова. – Принятые в настоящее время технологии снижения воздействия тяжелых металлов на растения могут оказывать негативное влияние на окружающую среду. Эффективной и безопасной технологией повышения устойчивости растений является применение соединений гормональной природы, к которым относится фитомелатонин.
Мелатонин выполняет множество функций в растениях, например, регулирует рост листьев, побегов и корней, цветение, созревание плодов и семян. Однако самой важной биологической функцией мелатонина является его способность снижать окислительный стресс благодаря антиоксидантными свойствам, что является важным фактором повышения устойчивости растений при действии стрессоров разной природы. Применение мелатонина снижает накопление ионов металлов в разных частях растений, что делает их безопасными для употребления в пищу.
Производство гормонов, идентичных природным формам, – дорогостоящий процесс, поэтому целесообразно их использование в малом количестве. В лаборатории биохимии и молекулярной биологии БИ ТГУ изучают влияние кратковременной обработки растений ячменя и картофеля мелатонином. Кратковременная предобработка семян или растений сокращает количество активного вещества, так как не требуется его постоянного внесения в почву или гидропонные установки.
– Этот способ повышения урожайности растений более экономичен, но не менее эффективен, – говорит Елена Данилова. – Обработка корней раствором мелатонина в низкой концентрации снижает токсическое действие кадмия и полиметаллического стресса на растения ячменя. Мелатонин усиливает рост корней, увеличивает интенсивность фотосинтеза и снижает накопление ионов тяжелых металлов в злаковых растениях.
Физиологи растений ТГУ также показали эффективность применения мелатонина на растениях картофеля в условиях хлоридного засоления. Прикорневая обработка растений мелатонина в течении суток повышала количество столонов картофеля, что увеличивает клубнеобразование. Результаты исследований могут быть использованы в практике растениеводства при выращивании растений на засоленных почвах и территориях, загрязненных металлами.
Добавим, что создание новых биотехнологий является одним из приоритетных исследовательских направлений, развиваемых ТГУ в рамках стратегического проекта «Инженерная биология» при поддержке федеральной программы «Приоритет 2030».