«Нанозакаленные» семена: ученые СКФУ усовершенствовали технологию прорастания семян

Ученые Северо-Кавказского федерального университета с помощью нанотехнологий смогли улучшить прорастание семян ячменя. Технологию протестируют на других культурах, но уже сейчас ученые предполагают, что разработка поможет аграриям повысить урожайность зерновых.

– Нашим ученым удалось добиться высоких показателей прорастания семян за счет действия веществ в необычайно малых размерах.  Это в свою очередь позволит снизить концентрацию удобрений. Отмечу, что агротехнологии будущего невозможны без нанотехнологий. Сельское хозяйство, как одна из приоритетных отраслей экономики России, должно опираться на передовые технологии повышения урожайности, – отметил ректор СКФУ Дмитрий Беспалов.

Основу препарата составляет оксид марганца. Это эссенциальный микроэлемент, который повышает содержание углеводов, жиров, белков, сырого протеина, клейковины и витаминов в растениях, особенно в зерновых культурах. В исследовании использовали наночастицы. Вещество, находясь в нанометровом диапазоне, обладает повышенной активностью, что позволяет существенно снизить концентрацию действующего вещества в готовом препарате. Однако такие частицы вскоре после получения агрегируют, то есть слипаются друг с другом. Увеличиваясь в размерах, препарат теряет свои свойства.

Чтобы этого не происходило, группа молодых ученых кафедры физики и технологии наноструктур и материалов СКФУ стабилизировала оксид марганца метионином – аминокислотой, которая не дает частицам вещества слипаться друг с другом. Плюсом такого подхода стало то, что и сам метионин активизирует прорастание семян и стимулирует развитие корневой системы.

– Мы исследовали ячмень. Эта культура широко распространена в России, на нее всегда высокий спрос. Эксперимент длился три года, так как требовалось многое делать вручную. Для статистической достоверности нам пришлось проанализировать рост 1800 семян. Их разделили на несколько групп. Где-то обрабатывали разными концентрациями оксида марганца, где-то применяли исходные вещества, из которых был получен наш препарат. В контрольной группе использовали только воду. Главным показателем для нас была энергия прорастания семян, но также мы отметили изменения в развитии корневой системы, – рассказывает один из авторов исследования, доцент кафедры физики и технологии наноструктур и материалов СКФУ Андрей Блинов.

Механизм действия препарата следующий: благодаря своим размерам наночастицы проникают через мембрану внутрь клеток семян. Метионин, из которого состоит оболочка, вступает в химическую реакцию и освобождает диоксид марганца. Одновременно с этим распавшаяся оболочка служит дополнительным источником незаменимой аминокислоты для будущего растения. Следом уже усваивается марганец. За счет того, что внутрь клеток он попал в виде наночастиц, требуется значительно меньшая его концентрация, чем в случае, когда используются обычные удобрения.

По заявлению ученых, им удалось добиться прироста к показателю всхожести семян – одного из главных критериев высокого урожая. Растения с большей скоростью роста корней лучше адаптируются. Концентрация действующего вещества при этом составляет 0,05 мг на миллилитр – значительно меньше процентного соотношения удобрений и воды при традиционных подходах.

Следующий этап исследования – протестировать полученное вещество на озимой пшенице и других злаковых культурах. Также разработчики планируют в качестве оболочки для наночастиц оксида марганца использовать другие аминокислоты для улучшения подкормки семян теми органическими соединениями, которые необходимы им на различных этапах роста.

Ученые оценивают, что потенциальная стоимость таких препаратов для стимуляции роста корневой системы семян будет невысокой. Компоненты, из которых получают наночастицы оксида марганца, покрытые аминокислотами, широко распространены и производятся в промышленных масштабах.

Результатом исследования стала статья в международном рецензируемом научном журнале «Nanomaterials» (Effect of MnxOy Nanoparticles Stabilized with Methionine on Germination of Barley Seeds (Hordeum vulgare L.)).