Обработка золотом сделала листья пшеницы "сахарнее" и устойчивее к заморозкам

Ученые повысили устойчивость пшеницы к холоду, обработав ее семена наночастицами на основе золота. У растения вдвое усилился рост и повышена активность гена Wcor15, защищающего от холода. Кроме того, обработка наночастицами на 16% увеличила в листьях количество сахаров, что спасло их от обезвоживания и замерзания во время холодов. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Plants.

Чтобы выращивать в северных регионах России чувствительные к холоду сельскохозяйственные культуры, например, яровую пшеницу, кукурузу, горчицу или рукколу, нужно сделать растения устойчивыми к низким температурам. Поэтому селекционеры выводят сорта, у которых в условиях холода в листьях накапливаются сахара. Они являются источниками энергии и работают как криопротекторы. Однако на практике этого бывает недостаточно, так как для холодочувствительных сортов самый низкий порог температуры обычно составляет от -3°С до -5°С, хотя в природе растения сталкиваются с заморозками около -10°С.

Ученые из Института физиологии растений имени К.А. Тимирязева РАН предложили обрабатывать семена сельскохозяйственных растений наночастицами на основе золота, чтобы повысить устойчивость культур к холоду. Наночастицы синтезировали сотрудники Института биохимии и физиологии растений и микроорганизмов Саратовского научного центра из хлорауриновой кислоты - коммерчески доступного соединения, которое активно используется в медицине. Размер полученных структур составил 20 нанометров - примерно в 700 раз меньше диаметра человеческого волоса. Благодаря такой малой величине наночастицы могли преодолевать оболочки семян и, попадая внутрь клеток, изменять в них обмен веществ.

В экспериментах авторы исследовали, как влияют различные концентрации наночастиц золота на устойчивость к низким температурам пшеницы генотипа "Злата", широко используемом в сельскохозяйственной отрасли России (более 50% хозяйств). Этот сорт способен выдерживать небольшие заморозки до -3°С.

Если при температуре 0°С выживаемость всех растений составила 100%, то при -3°С она упала до 60% для необработанных наночастицами растений и составила 97% для обработанных. Снижение температуры до -5°С привело к гибели всей первой группы, а выживаемость пшеницы, обработанной наночастицами, составила более 50%. Наиболее эффективной оказалась концентрация наночастиц 10 микрограмм на миллилитр.

Кроме того, обработка наночастицами золота на 16% увеличила содержание сахаров в клетках и в восемь раз повысила активность гена Wcor15, отвечающего за устойчивость к холоду.

Поскольку наночастицы золота можно быстро и легко синтезировать из хлорауриновой кислоты, предложенный эффективный, простой и экономически выгодный метод обработки растений может использоваться при адаптации теплолюбивых сельскохозяйственных культур к северным широтам.