Группа исследователей из Красноярского научного центра СО РАН вывела новый метод клонирования пшеницы и других сельскохозяйственных культур. В этом ученым помогли наночастицы ферригидрита. Использование железных наночастиц сделает процесс селекции новых сортов злаков более быстрым и простым. Результаты экспериментов красноярских ученых с пшеницей были опубликованы в «Аграрном научном журнале».
В современном растениеводстве для выведения новых сортов и изменения генетики растений часто используют выращивание отдельных клеток в лаборатории, в специальных питательных растворах. Это позволяет быстро получить много растений с идентичной генетикой или создать растения с заданными изменениями генома. Однако в случае с пшеницей и другими злаками клетки не всегда превращаются в полноценные растения. Часто они погибают или дают только корни, а побеги не развиваются. Это серьезно замедляет работы по выведению новых, улучшенных сортов.
Ученые РАН решили проверить, что будет, если добавить в питательный раствор для растительных клеток пшеницы в пробирке сверхмаленькие частицы вещества, содержащего железо — ферригидрита. Они провели серию экспериментов по влиянию наночастиц железа на рост и развитие тканей пшеницы. В эксперименте участвовали 6 разных сортов яровой пшеницы и 12 перспективных селекционных линий этого злака.
Наночастицы сейчас пробуют использовать во многих областях сельского хозяйства. В основном это фертилайзеры, удобрения — источники легкодоступных ионов металлов. Частицы ферригидрита являются уникальными в этом плане. Они в основном воздействуют на антиоксидантные системы, а не просто снабжают растение дополнительным железом, и ранее показали себя как стимуляторы корнеобразования у саженцев декоративных и плодово-ягодных культур, то есть стимулировали образование органов. Логично было предполагать такое же их воздействие и на изолированные ткани растений.
В ходе эксперимента исследователи добавляли ферригидрит в питательный раствор для клеток пшеницы в разные периоды их роста — на этапах формирования скопления клеток, их активного деления, развития побегов и корней. Оказалось, что если добавить такие наночастицы два раза в разные периоды развития, то гораздо больше клеток превращалось в полноценные растения. Кроме того, клетки становились более здоровыми и активно вырабатывали хлорофилл. Ученые также отметили, что добавление ферригидрита замедляет старение клеток и помогает им лучше использовать лучи света для собственного роста.
Лучший результат ученые получили, когда добавляли наночастицы железа на первых этапах развития клеток. В этом случае клетки в 4 раза быстрее превращались в полноценные растения, чем в стандартных условиях. Кроме того, в таких образцах в два раза чаще появлялись зеленые участки с хлорофиллом, из которых потом вырастают побеги. Погибало на 30% меньше клеток в сравнении со стандартными условиями. Но постоянное присутствие ферригидрита в растворе на всех этапах роста дает обратный эффект. В этом случае клетки начинают страдать от окислительного стресса и умирать.
Ученые считают, что наночастицы железа работают примерно так же, как растительные гормоны, активируя программу по формированию стебля. Когда клетки ненадолго соприкасаются с такими наночастицами, ферригидрит помогает им защищаться от воздействия вредных веществ и замедляет старение. Маленькие дозы ферригидрита пробуждают защитные силы клеток, заставляя их производить активные формы кислорода, помогающие в борьбе со стрессом. Но если ферригидрита слишком много, то он, наоборот, наносит вред клеткам. Получается, что кратковременное воздействие наночастиц железа делает клетки более сильными и устойчивыми к неблагоприятным условиям.
Открытие имеет большой потенциал для ускорения создания новых сортов пшеницы и других злаковых культур, отмечают ученые. Наночастицы ферригидрита могут быть использованы в качестве активаторов фотосинтеза и стимуляторов роста.
Ранее Наука Mail сообщала о том, что роботы научились собирать ягоды быстрее и эффективнее человека.
