Ученые повысили устойчивость пшеницы к холоду, обработав ее семена наночастицами на основе золота. Это позволило получить растения с измененным обменом веществ, у которых вдвое усилен рост и повышена активность гена Wcor15, защищающего от холода. Кроме того, обработка наночастицами на 16% увеличила количество сахаров в листьях взрослых растений, что спасло их от обезвоживания и замерзания во время холодов. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Plants.
Для выращивания чувствительных к холоду сельхозкультур – например, яровой пшеницы, кукурузы, горчицы или рукколы – в северных регионах России, нужно сделать растения устойчивыми к низким температурам. Поэтому селекционеры выводят сорта, у которых в условиях холода в листьях накапливаются сахара, используемые в качестве источника энергии и работающие как криопротекторы.
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 обмен веществ (метаболизм) растений.
Авторы исследовали влияние различных концентраций наночастиц золота на устойчивость к низким температурам пшеницы генотипа ЗЛАТА, относящейся к раннеспелым высокоурожайным яровым сортам, широко используемым в сельском хозяйстве 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 – 60% для контрольных (необработанных наночастицами) растений и до 97% для прошедших обработку проростков. Снижение температуры до -5°С привело к гибели контрольных растений, в то время как выживаемость пшеницы, обработанной наночастицами, составила более 50%. При этом концентрация наночастиц, равная 10 мкг/мл, оказалась наиболее эффективной.
Также биологи проанализировали биохимические и молекулярно-генетические показатели листьев пшеницы. Оказалось, что обработка наночастицами золота на 16% увеличила содержание сахаров в клетках и в 8 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 сельхозкультур к северным широтам.