Наночастицы металлов - спасение от засухи

Наноразмерный мир – мир структур, размер которых лежит в пределах от 0,1 нм (единица длины порядка размера 1 атома) до 100 нм. Наноструктуры обладают свойствами, отличными от классических свойств элементов и их соединений. Одна из форм биологически активных наноматериалов – нанопорошки металлов. Их активные компоненты – металлы в ультрадисперсном состоянии. Эти биопрепараты обладают уникальными свойствами: они экологически безопасны, экономически выгодны и способствуют более эффективному повышению урожайности сельскохозяйственных растений и качества сельскохозяйственной продукции.

Отличительной особенностью ультрадисперсных порошковых материалов (УДПМ) является отсутствие токсичности по сравнению с солями металлов, и способность активизировать физиологические и биохимические процессы при использовании их в очень малых дозах.

Среди факторов, определяющих уровень развития сельскохозяйственных культур, большое значение имеют биологические стимуляторы. Исследования показывают, что в увеличении урожайности сельскохозяйственных растений и повышении качества продукции растениеводства большую роль играют биодобавки, способные активизировать биохимические и физиологические процессы.

Решить данную проблему могут биологически активные препараты в виде нанокристаллических металлов. Изучение влияния наночастиц меди и кобальта на рост и развитие растений кукурузы и подсолнечника позволяет получить подтверждение того, что они действительно создают благоприятную среду для их более интенсивного роста и развития, что выражается как в накоплении ими вегетативной и репродуктивной массы, так и в изменении их биохимического состава.

Исследования проводились в 2010 году в условиях демонстрационного полигона в ООО «Агротехнология» Пронского района Рязанской области, в процессе которых было изучено влияние наночастиц меди и кобальта на показатели роста, развития, продуктивности и биохимического состава гибрида кукурузы Обский 140 и гибрида подсолнечника Донской 22 с учетом их биологических особенностей и целевого назначения продукции для конкретных почвенно-климатических условий. Применялись семена первого поколения. Были использованы оптимальные дозы препаратов:

• нанопорошок меди в дозе 0,04 г/гектарную норму высева семян;
• нанопорошок кобальта в дозе 0,03 г/гектарную норму высева семян.

Так, обработка семян кукурузы нанопорошком кобальта способствовала повышению полевой всхожести на 6,8%, а нанопорошком меди – на 8% относительно контроля.

Однако, определение урожайности (таблица 1) показало невысокую эффективность наночастиц кобальта, так как урожайность зеленой массы с початками увеличилась лишь на 4,1%, а урожайность початков и зерна кукурузы снизилась до 11%. Такой эффект, видимо, связан с тем, что в условиях сильнейшей засухи произошло нарушение взаимодействия кобальта с растением, в отличие от предыдущих лет, что и не помогло достигнуть должного результата.

Наночастицы меди показали лучший результат, так, урожайность початков увеличилась на 11,1% по сравнению с контролем, что подтверждает способность данного препарата усиливать засухоустойчивость растений в экстремальных условиях.

Обработка нанопорошками металлов семян подсолнечника показала другой эффект. В опыте был использован гибрид Донской 22, который по своим характеристикам является масличным, поэтому учитывалась, прежде всего, урожайность семян.

Так, наночастицы кобальта увеличили сбор семян подсолнечника на 19,2%, а меди – на 17,5% выше контроля, что подтверждает возможность их использования как стимуляторов роста. Также был проведен биохимический анализ семян опытных гидридов кукурузы и подсолнечника (таблица 2).

Биохимический состав семян, как кукурузы, так и подсолнечника, показал возможные последствия влияния наночастиц металлов на обмен веществ растений.

В семенах кукурузы нанопорошок кобальта изменил все показатели, но максимальный результат получен по витамину C – содержание которого в семенах увеличилось в 6,1 раза и по витамину A - увеличение в 2,6 раза. Нанопорошок меди увеличил содержание витамина A в 3 раза. Известно, что витамины являются регуляторами обмена веществ. Витамин C является природным антиоксидантом и необходим для участия в окислительно-восстановительных процессах (ОВР). Так как биохимический состав семени определяет саму возможность и интенсивность его развития в период прорастания, то высокое содержание витамина C усилит скорость ОВР на клеточном уровне и позволит в следующий вегетационный период обрести семени преимущество в развитии. Витамин A необходим для роста и развития организма, особенно в начальных стадиях развития.

Нанопорошок кобальта способствовал значительному снижению (на 60,8%) кислотного числа липидов, также как и нанопорошок меди (на 44%), входящих в состав семян, что положительно отразилось на качестве масличных семян. Кислотное число определяет содержание свободных жирных кислот в липидах, т.е. степень гидролиза жира, и уровень его содержания, свидетельствует о качестве масла входящего в состав семян подсолнечника. Увеличилась масличность опытных семян подсолнечника до 6,5%, что свидетельствует о стимуляции обменных процессов в растениях, направленных именно на генетически заложенные свойства организма. Также увеличилось содержание протеина в семенах на 5,5%.

В целом, наночастицы меди и кобальта показали свою высокую эффективность в экстремальных условиях продолжительной жары и засухи лета 2010 года и возможность их использования в растениеводстве как биокатализаторов, способных увеличивать как количество, так и качество сельскохозяйственной продукции.