Простой и эффективный препарат для защиты полученных in vitro саженцев от фитопатогенов разработал научный коллектив ученых НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из Воронежа и Тамбова. Малые дозы наночастиц оксида меди в его составе работают как иммуностимулятор растений. В результате планируется получить препарат который позволит увеличить количество заготавливаемого посадочного материала и лучше подготовиться к пожароопасному сезону. Результаты работы опубликованы в международном научном журнале Nanomaterials.
Среди современных способов массового фитопроизводства — получение посадочного материала древесных растений с помощью клонального размножения in vitro. Этот метод вегетативного размножения позволяет получить в пробирке неполовым путем новые растения, генетически идентичные исходному экземпляру.
У новой технологии есть и сложности: поскольку питательные среды для фитоклонов обеспечивают идеальные условия для роста микроорганизмов, новые растения необходимо создавать и поддерживать в полной стерильности. Для снижения риска заражения растений, размножаемых in vitro, биотехнологи вынуждены использовать антибиотики.
Однако наряду с бактерицидным действием антибиотики могут оказывать и токсичное действие на ткани растений, угнетать их рост и развитие. Кроме того, известно, что микроорганизмы мутируют и адаптируются к таким препаратам, что приводит к устойчивости фитопатогенов. По мнению российских ученых, безопасной альтернативой антибиотикам может стать использование наночастиц в качестве стерилизующих агентов.
Целью исследования научного коллектива ученых НИТУ «МИСиС», Воронежского государственного лесотехнического университета им. Г.Ф. Морозова и ТГУ им. Г.Р. Державина было оценить влияние наночастиц оксида меди на рост колоний спорообразующих плесневых грибков, а также на выработку генов стрессоустойчивости в клонах березы in vitro при заражении этими фитопатогенами.
«Как мы и ожидали, наночастицы оксида меди оказывали выраженное противогрибковое действие на фитопатогены в растительной культуре, что согласуется с результатами ряда предыдущих исследований. В качестве возможных механизмов этого явления мы предполагаем как диффузию ионов меди, которая является антимикробным агентом, так и специфические нанотоксические эффекты, такие как индукция окислительного стресса или повреждение клеточной мембраны», — рассказала эксперт кафедры ФНСиВТМ НИТУ «МИСиС» Ольга Захарова.
Интересно, по словам разработчиков, что максимальная стерильность растений наблюдалась при самой низкой из исследованных концентраций наночастиц. Ученые предполагают, что эффект достигается не за счет прямого уничтожения фитопатогенных микроорганизмов наночастицами, а опосредованно, через стимуляцию иммунитета саженцев.
«Наночастицы в низких концентрациях могут вызывать у растений умеренный стресс, одной из реакций на который является изменение их биохимического статуса. Начинают вырабатываться такие соединения, как пероксидазы и полифенолы, являющиеся частью системы неспецифической защиты растений от фитопатогенных микроорганизмов. При этом увеличение концентрации наночастиц усиливает „нано“ индуцированный стресс, и общая эффективность адаптации растений к стрессу начинает снижаться, что в конечном итоге проявляется в уменьшении количества жизнеспособных микроклонов», — добавила Ольга Захарова.
По словам исследователей, полученные данные подтверждают перспективность использования наночастиц оксида меди для оптимизации технологии культивирования растений in vitro. Следующим этапом проекта запланировано точное выявление механизмов, с помощью которых наночастицы воздействуют на растения и фитопатоге
