Обработка золотом сделала листья пшеницы «сахарнее» и устойчивее к заморозкам
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 процентов 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. Чтобы выращивать чувствительные к холоду сельскохозяйственные культуры — например яровую пшеницу, кукурузу, горчицу или рукколу — 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.
Дело в том, что высокое содержание сахаров в клетках снижает риск обезвоживания и образования льда, тем самым стабилизируя клеточные мембраны и защищая их от разрушения. Кроме того, холодостойкие растения имеют гены, которые кодируют белки, также помогающие стабилизировать мембраны при воздействии низкой температуры. Однако на практике этого бывает недостаточно, так как для холодочувствительных сортов самый низкий порог температуры обычно составляет от -3°С до -5°С, хотя в природе растения сталкиваются с заморозками около -10°С.
Ученые из Института физиологии растений имени К. А. Тимирязева РАН (Москва) предложили обрабатывать семена сельскохозяйственных растений наночастицами на основе золота, чтобы повысить устойчивость культур к холоду. Наночастицы синтезировали сотрудники Института биохимии и физиологии растений и микроорганизмов Саратовского научного центра (Саратов) 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 сельскохозяйственной отрасли России (более 50 процентов хозяйств). Этот сорт способен выдерживать небольшие заморозки до -3°С.
Для увеличения устойчивости пшеницы к низким температурам авторы замачивали семена в растворах нанозолота разных концентраций (5, 10, 20 и 50 микрограмм в миллилитре). Затем из обработанных семян выращивали растения, которые в возрасте 10 дней «закаливали» — помещали на семь суток в камеру с температурой 4°С, а после этого определяли их морозостойкость. Для этого растения выдерживали при температурах от 0°С до -9°С, снижая постепенно (через каждые 24 часа) температуру на 2°С.
Если при температуре 0°С выживаемость всех растений составила 100 процентов, то при -3°С — 60% для контрольных (необработанных наночастицами) растений и до 97 процентов 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 процентов. При этом концентрация наночастиц, равная 10 микрограммам на миллилитр, оказалась наиболее эффективной.
Также биологи проанализировали биохимические и молекулярно-генетические показатели листьев пшеницы. Оказалось, что обработка наночастицами золота на 16 процентов увеличила содержание сахаров в клетках и в восемь 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 сельскохозяйственных культур к северным широтам.
«Исследование показало, что наночастицы золота изменяют метаболизм растений и активность генов, отвечающих за адаптацию к низкотемпературному стрессу. Обработку ими можно рассматривать как фитонанотехнологию, позволяющую повышать морозостойкость культурных растений и тем самым расширять диапазон широт, подходящих для выращивания сортов, которые не имеют генетической устойчивости к холоду.
Мы собираемся продолжить исследование, чтобы лучше понять физиолого-биохимические и молекулярные механизмы влияния наночастиц золота на растительный организм. Возможно, мы будем использовать их в качестве стимуляторов роста и развития, а также адаптогенов, увеличивающих стрессоустойчивость растений при действии неблагоприятных факторов среды», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Юлия Венжик, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник Института физиологии растений имени К. А. Тимирязева РАН.
Telegram 
Дзен 
VK Во время эксперимента с новорожденными исследователи заметили, что мозг детей способен сопоставлять количество объектов в разных «каналах» восприятия. Он реагировал по-разному на информацию о количестве, которая подавалась через слух и изображения. Это говорит о том, что человек уже рождается с базовой системой «обработки численности», то есть мозг может оценивать количество элементов еще до того, как ребенок начинает говорить или осваивать счет.
Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Самый маленький дневной хищник Африки впервые попал под наблюдение с помощью GPS-трекеров. Ученые выяснили, что для выкармливания птенцов ему нужен участок почти в 14 раз меньше, чем у степной пустельги — ближайшего «рекордсмена» среди изученных птиц.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно