Ученые Академии биологии и биотехнологий Д.И. Ивановского ЮФУ выяснили, что наноматериалы на основе алюминия могут влиять на рост кукурузы и качество зерна, что особенно важно для сельского хозяйства, агробиобезопасности и защиты урожая страны.
Кукуруза является одной из наиболее потребляемых и производимых зерновых культур в мире. По словам экспертов, в 2020 году ее производство в Российской Федерации составило 13 872 тысяч тонн, и по сей день имеет тенденцию к стремительному росту из года в год. Повышение урожайности кукурузы и качества зерна всегда является сложной задачей для фермеров, которую помогают решить научные разработки ученых.
Сегодня новым трендом в области управления почвенными ресурсами и агроклиматологии становится применение нанотехнологий. Оно коренным образом изменило область современной науки, оперируя материалами в атомном масштабе. Таким образом, новые структуры широко применяются в сельском хозяйстве, особенно для растениеводства.
«Ввод наноматериалов на основе металлов играет важную роль в качестве эффективного стимулятора производства кукурузы. Однако более широкое применение наноматериалов также вызывает опасения для здоровья человека, особенно накопление этих частиц в съедобных частях сельскохозяйственных культур», – ведущий научный сотрудник Академии биологии и биотехнологии им. Д.И. Ивановского ЮФУ Вишну Д. Раджпут.
Ученые Академии биологии и биотехнологий Д.И. Ивановского ЮФУ активно применяют нанотехнологии в своих исследованиях, работая над стратегическим проектом «Управление почвенными ресурсами и агроклиматология» в рамках федеральной программы «Приоритет 2030».
В своем последнем исследовании специалисты АБиБ ЮФУ совместно с коллегами из Индии, Южной Кореи, Саудовской Аравии под руководством профессора Джинтаэ Ли (Южная Корея) и профессора Татьяны Минкиной (Россия) изучили фитотоксическое действие различных форм алюминия на растениях кукурузы, выращенной на трех средах: агаровой, гидропонной и почвенной. В своей работе ученые использовали три типа алюминия (нано-Al2O3 (22 нм), Al2O3 (167 нм) и Al3+) для изучения его влияния на прорастание семян, физиолого-биохимические показатели и аккумуляцию в тканях растений.
Накопление алюминия в зерновых культурах может представлять угрозу для здоровья человека. Токсическое воздействие алюминия может зависеть от среды. Например, кукуруза, выращенная на гидропонике, более подвержена влиянию, чем выращенная в почве.
Также специалисты заметили, нано оксид алюминия и ионы металлов быстро поглощаются кукурузой и накапливаются в ее корнях и побегах, об этом говорит и увеличение выработки антиоксидантных ферментов и пролина. Кроме того, по результатам исследований, Al2O3 наименее токсичен.
«На сегодняшний день такое сравнительное исследование трех типов алюминия и питательных сред впервые проводится для кукурузы, что полезно для лучшего понимания взаимодействия алюминия и будет актуально для принятия дальнейших мер по защите урожая кукурузы. Применение наноматериалов не может быть исключено или проигнорировано в сельскохозяйственном производстве для удовлетворения необходимого спроса на продукты питания в условиях быстро растущего населения. Таким образом, необходима серия экспериментов для изучения безопасного применения наноматериалов и долговременного поведения этих крошечных частиц в почвах и почвенной биоте», – профессор, доктор биологических наук, заведующий кафедрой почвоведения и оценки земельных ресурсов АБиБ ЮФУ Татьяна Минкина.
Результаты эксперимента международного коллектива, разработанного при поддержке Национального исследовательского фонда Кореи (NRF) (грант № 2021R1G1A1094698, 2021R1A2C1008368) и Программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030» (нацпроект «Наука и университеты»), опубликованы в издании «Хемосфера».
Специалисты не собираются останавливаться на достигнутом и планируют вскоре исследовать больше факторов о токсичности и безопасном применении наноматериалов в сельском хозяйстве.
Южный федеральный университет вошел в число победителей базовой части и исследовательского трека федеральной программы «Приоритет 2030». В своей программе развития ЮФУ формулирует пять основных стратегических проектов, которые должны ответить на глобальные долгосрочные вызовы, стоящие перед человечеством, страной и миром. Среди них направление «Управление почвенными ресурсами и агроклиматология».