Нанопрайминг — это недавно разработанная технология семян, которая улучшает всхожесть семян, первоначальный рост растений и урожайность, позволяя культурам противостоять различным абиотическим стрессам. Международная группа исследователей из Сербии и Беларуси проверила эффекты нанопрайминга с частицами на основе металлов в отношении гороха полевого, поскольку существует потребность улучшить массовую всхожесть в масштабных посевах.
Портал AgroXXI.ru ознакомился со статьей, опубликованной коллективном исследователей (Институт полевых и овощных культур, Национальный институт Республики Сербия; Институт физико-органической химии Национальной академии наук Беларуси) в журнале Agronomy 2023, в которой рассказывается о новом направлении в обработке семян: «Горох полевой — зернобобовая культура, имеющая большое продовольственное и кормовое значение и одна из важнейших бобовых культур после сои, арахиса и фасоли. Эта зернобобовая культура является богатым источником белка (21–25%) со множеством аминокислот, углеводов, клетчатки, минералов и витаминов, горох содержит значительное количество бета-каротина, лютеина и зеаксантина, что подтверждает выдающуюся пищевую ценность этой культуры.
Горох обладает самой низкой ингибирующей трипсин активностью среди всех бобовых, что делает его важным источником пищи для людей и домашнего скота. Кроме того, горох полевой зарекомендовал себя как отличная культура для системы совмещения культур благодаря его особо благоприятному влиянию на структуру и качество почвы, а также фиксации азота.
В 2021 году мировое производство гороха достигло более 7 млн га при средней урожайности 1,76 т/га.
Однако доказано, что различные биотические и абиотические факторы влияют на продуктивность гороха. Засуха, засоление и тепловой стресс представляют особые риски на начальных этапах развития растений гороха и приводят к значительной потере урожая.
Прорастание семян и начальный рост растений — важнейшие этапы развития растений. Поскольку посев гороха в больших масштабах требует быстрого и равномерного прорастания семян, в последнее время были разработаны методы качества улучшения семян. Из них прайминг семян выделяется как наиболее важный метод физиологического улучшения семян, который обеспечивает контролируемую гидратацию семян и вызывает предварительное прорастание (фазы I и II), но предотвращает выпячивание корешков.
В последние десятилетия тестировались разные методы прайминга, такие как гидропрайминг, галопрайминг, осмопрайминг, гормонопрайминг и биопрайминг. Затравка наночастицами привлекла большое внимание из-за свойств и физических характеристик наночастиц, таких как высокое соотношение площади поверхности к объему и высокая реакционная способность, что делает их пригодными для применения в сельском хозяйстве.
Наночастицы (НЧ) используются в качестве грунтовочных агентов для улучшения качества семян, например, большей всхожести семян, роста рассады, устойчивости к стрессу или толерантности и, в конечном итоге, более высоких урожаев и пищевой ценности продуктов питания.
Кроме того, НЧ стимулируют значительные и полезные изменения в метаболизме семян, а также физиологические и биохимические изменения, экспрессию генов, активность антиоксидантных ферментов и сигнальные пути.
Положительный эффект НЧ объясняется их небольшим размером от 1 до 100 нм и уникальными физико-химическими свойствами, которые делают их пригодными для затравки семян. Например, высокое соотношение площади поверхности к массе, позволяют им улучшать катализ и доставлять интересующие материалы, а также адсорбировать интересующие вещества. Несколько исследований были посвящены применению наночастиц на основе металлов, углерода и полимеров в качестве средств для грунтовки семян для улучшения прорастания семян и роста растений в различных условиях, но конкретно по полевому гороху информации недостаточно.
Поэтому настоящее исследование было проведено с целью изучения влияния комплексного праймирования семян НЧ на основе металлов (Co, Mn, Cu, Fe, Zn, Mo и Se) по сравнению с гидро- и непраймованными семенами трех различных сортов гороха при прорастании.
Три сорта гороха полевого, а именно Е-244, Дукат и Партнер, для данного исследования были получены из Института полевых и овощных культур Национального института Республики Сербия.
Е-244 — экспериментальная линия ярового полевого гороха, используемая для производства зерна. Это среднеранняя линия, характеризующаяся безлистным типом, белым цветком, равномерным сроком созревания, толерантностью к полеганию и высоким генетическим потенциалом урожайности зерна. Генетический потенциал этой линии достигает 6 т/га зерна с содержанием сырого протеина около 27%. Вес 1000 зерен составляет около 200 г.
Дукат — среднеранний сорт ярового полевого гороха, детерминантного роста (50–75 см), обыкновенного типа листьев, белоцветковый, равномерного созревания, устойчив к полеганию. Урожайность зерна колеблется от 4 до 5 т/га с содержанием сырого протеина 25–27%. Вес 1000 зерен варьируется от 210 до 225 г.
Партнер, безлистный тип, – сорт ярового полевого гороха, используемый для производства зерна, с равномерным созреванием и устойчивостью к полеганию. Характеризуется высоким стеблем высотой 50–70 см, белоцветковый. Урожайность зерна колеблется в пределах 4,5–5,5 т/га с содержанием сырого протеина 25–27%. Масса 1000 зерен колеблется в пределах 200–220 г.
Для затравки брали коммерческий наноматериал литовского производителя (ОАО «ЭКО-Влит», Тракай, Литва). Этот наноматериал изначально был разработан в Национальной академии наук Беларуси и представляет собой инновационный микронутриентный продукт, предназначенный для питания сельскохозяйственных культур и стимуляции растений. Это сложный наноматериал – водный коллоидный раствор следующих высококачественных наноразмерных минеральных элементов: кобальт (Co) – 0,036 % (7 мМ), марганец (Mn) – 0,036 % (7 мМ), медь (Cu) —0,043% (8 мМ), железо (Fe) — 0,06% (10 мМ), цинк (Zn) — 0,025% (4 мМ), молибден (Mo) — 0,045% (5 мМ) и селен (Se) — 0,045% (6 мМ).
Праймерный раствор готовили в соответствии с инструкцией производителя, добавляя 0,7 мл препарата к 1 л воды. pH коллоидного раствора наноматериала составлял 7 ± 1.
Семена сортов гороха полевого замачивали дистиллированной водой (гидропрайминг) и раствором выбранного комплексного наноматериала (нанопрайминг), а в качестве контроля использовали незагрунтованные семена. Семена гороха полностью погружали в затравочную среду на 10 ч в темноте при комнатной температуре. Загрунтовку проводили в следующем соотношении: 5 мл раствора на 1 г семян. После этого семена гороха трижды промывали дистиллированной водой и высушивали до исходного веса.
По результатам эксперимента загрунтовка семян наночастицами (НЧ) улучшила качество полевого гороха за счет значительного увеличения энергии прорастания (сорт Е-244), окончательного прорастания (сорт Е-244, сорт Дукат), длины побегов (сорт Е-244, сорт Партнер), длину корня (сорт Е-244, сорт Дукат, сорт Партнер), массу свежих побегов (сорт Партнер), массу сухих побегов (сорт Партнер), показатель силы роста рассады (сорт Е-244, сорт Партнер) и содержание хлорофилла (сорт Дукат, сорт Партнер) по сравнению как с гидропраймингом, так и с контролем.
Кроме того, нанопрайминг привел к значительному улучшению длины побегов, длины свежих побегов, длины сухих побегов, индекса жизнеспособности сеянцев (сорт Дукат) и массы сухих корней (сорт Е-244) по сравнению только с контролем. В целом наибольший эффект на изучаемые показатели был достигнут при нанопрайминге, что указывает на возможность использования данной обработки для повышения качественных показателей полевого гороха».
По статье группы авторов (Гордана Таминджич, Сергей Азизбекян, Драгана Мильякович, Ян Туран, Зорица Николич, Майя Игнятова, Драгана Милошевич, Саня Васильевич), опубликованной на портале www.mdpi.com.
Фото: Анна Медведева, AgroXXI.ru.
Интересна тема? Подпишитесь на наши новости в ДЗЕН | Канал в Telegram | Группа Вконтакте | Дзен.новости.