Вызванные глобальным изменением климата, опасны для многих культурных растений и в то же время благоприятны для патогенов. Чтобы не использовать токсичные пестициды и фунгициды, в Томском госуниверситете предложили стимулировать собственный иммунитет саженцев экологически чистыми растительными молекулами — олигосахаридами.
Как показали эксперименты на пяти сортах дыни и пяти сортах арбуза, новый препарат заметно повысил их устойчивость к фитофторозу, увеличил содержание хлорофилла в листьях и растворимых сухих веществ в плодах. В перспективе он найдёт применение в устойчивом земледелии и снизит зависимость агросектора от химии, уверены специалисты.
«Сейчас растения все чаще подвергаются абиотическим стрессам, включая засуху, нехватку влаги, засоление и загрязнение тяжелыми металлами и биотическим; видам стресса, таким, как воздействие грибов, бактерий, вирусов, насекомых и т. д. Эти факторы, особенно когда они возникают в совокупности, приводят к значительному снижению мировых урожаев сельскохозяйственных культур, — отметила один из авторов статьи, старший научный сотрудник ВИША ТГУ (выпускница кафедры физиологии растений, биотехнологий и биоинформатики БИ ТГУ) Лилия Коломейчик. — Совместно с коллегами из Китая мы занимаемся разработкой новых подходов, которые позволят защитить растения от разных видов стресса с помощью экологичных инструментов. В частности, для того, чтобы активизировать иммунитет растений, мы проводим прайминг (предварительную обработку) леванами».
Данную группу природных фруктанов синтезируют растения и продуцируют некоторые микроорганизмы. Молекулы левана очен длинные, они состоят из 416 000 мономеров, поэтому плохо растворимы, что ограничивает применение в аграрной практике. Учёные из Китая единственные в мире нашли способ синтезировать короткие молекулы левана олигосахариды (LOS), в которых всего от двух до десяти мономеров. Такие «малыши» хорошо растворимы и сохраняют иммуномодулирующие свойства исходного полимера.
В рамках научных экспериментов LOS были опробованы на экономических значимых культурах — арбузах и дынях. Ученые оценивали способность левана защитить эти бахчевые культуры от B. cinerea (возбудитель серой гнили) и P. Capsici — псевдогриб, вызывающий фитофтороз, корневую и плодовую гниль не только у арбузов и дынь, но и у других бахчевых, включая кабачки и тыкву. Расширение интенсивного земледелия и тепличного хозяйства привело к увеличению заболеваемости этими болезнями, что повлекло за собой значительные экономические потери для мирового рынка сельхозпродукции.
Учёные протестировали LOS на пяти сортах дыни и пяти сортах арбуза. Семена прорастали в песке, саженцы опрыскивали LOS, через 72 часа растения «инфицированы» либо B. cinerea, либо P. capsici, а через 42 часа оценивали степень поражения листьев.
Результат оказался селективным: против Phytophthora capsici LOS заметно повысил устойчивость и дыни, и арбуза, но против Botrytis cinerea LOS в этих культурах значимого эффекта не дал.
Помимо защиты, обработка LOS улучшала некоторые параметры качества: увеличивалось содержание хлорофилла в листьях и растворимых сухих веществ в плодах арбуза — то есть сенсоры пользы были двойными: и защита, и качество.
«LOS действует как „тревожный сигнал“ для растения. Клетки растения распознают чужеродные или повреждённые молекулы через специальные рецепторы и запускают цепочку защитных реакций: быстрый выброс активных форм кислорода (АФК), приток ионов кальция, активация сигнальных каскадов, — рассказала доцент кафедры физиологии растений, биотехнологий и биоинформатики БИ ТГУ Марина Ефимова. — Это приводит к усилению барьеров (например, отложению лигнина), повышению активности ферментов, связанных с защитой, и общей подготовленности растения к стрессу. В отдельных системах LOS также проявлял прямое антимикробное действие, но в случае дыни и арбуза основной эффект — это активация иммунитета и усиление экспрессии защитных генов. LOS можно применять как внекорневые опрыскивания, замачивание семян или погружение корней — то есть интегрировать в агротехнику без серьёзных изменений. Если дальнейшие испытания подтвердят эффективность и безопасность, LOS может стать частью стратегии устойчивого земледелия, снижая зависимость от химии и помогая культурам выживать в условиях, которые создаёт меняющийся климат».
Результаты исследования опубликованы в International Journal of Biological Macromolecules (Q1).
