Ученые Северо-Кавказского федерального университета достигли значительного прорыва в области улучшения прорастания семян ячменя с использованием нанотехнологий. Путем тестирования данной технологии на других сельскохозяйственных культурах специалисты надеются повысить урожайность зерновых.
Ректор СКФУ Дмитрий Беспалов отметил, что научным сотрудникам СКФУ удалось добиться высоких показателей прорастания семян за счет действия веществ в необычайно малых размерах. Это, в свою очередь, позволит снизить концентрацию удобрений.
«Агротехнологии будущего невозможны без нанотехнологий. Сельское хозяйство как одна из приоритетных отраслей экономики России должна опираться на передовые технологии повышения урожайности», — подчеркнул Дмитрий Беспалов.
Основную составляющую препарата представляет собой оксид марганца, который является важным микроэлементом. Он способствует повышению содержания углеводов, жиров, белков, сырого протеина, клейковины и витаминов в растениях, особенно в зерновых культурах. В ходе проведения исследования были применены наночастицы данного вещества. Ввиду своего нанометрового размера эти частицы обладают повышенной активностью, позволяющей существенно снизить концентрацию активного компонента в итоговом препарате. Однако в ближайшей перспективе после получения эти частицы могут агрегироваться, то есть слипаться между собой. Увеличиваясь в размерах, данный препарат теряет свои полезные свойства.
Для избежание этого фактора группа молодых ученых кафедры физики и технологии наноструктур и материалов СКФУ стабилизировала оксид марганца метионином аминокислотой. Именно она не дает частицам вещества слипаться друг с другом. Важным элементом такого подхода стало то, что и сам метионин активизирует прорастание семян и стимулирует развитие корневой системы. Сотрудники университета использовали ячмень.
«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», — рассказал один из авторов исследования доцент кафедры физики и технологии наноструктур и материалов СКФУ Андрей Блинов.
Механизм действия данного препарата следующий: благодаря своим наночастицам, они способны проникать через мембрану семенных клеток. Оболочка, состоящая из метионина, вступает в химическую реакцию и высвобождает диоксид марганца. Одновременно с этим, распавшаяся оболочка служит дополнительным источником незаменимой аминокислоты для будущего растения. Затем марганец усваивается семенной клеткой. Благодаря наличию наночастиц, требуется значительно меньшая концентрация марганца для воздействия на клетку, по сравнению с использованием обычных удобрений.
Ученые заявляют о достижении увеличения всхожести семян, что является одним из ключевых показателей высокого урожая. Более быстрый рост корней у растений способствует их лучшей адаптации к условиям. Концентрация действующего вещества составляет 0,05 мг на миллилитр, что значительно меньше, чем при использовании традиционных удобрений в процентном соотношении с водой. Далее следует тестирование данного вещества на озимой пшенице и других злаковых культурах. Разработчики также планируют использовать другие аминокислоты в качестве оболочки для наночастиц оксида марганца, чтобы дополнительно подкормить семена на различных этапах их роста с необходимыми им органическими соединениями.
Важно отметить, что потенциальная стоимость таких препаратов для стимуляции роста корневой системы семян будет невысокой. Компоненты, из которых получают наночастицы оксида марганца, покрытых 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.).
