Одной из актуальных проблем сельского хозяйства является загрязнение почв ионами металлов. Существует технология фиторемедиации, которая предполагает высадку на загрязненных почвах растений, способных поглощать и накапливать металлы в надземных органах. Однако необходимо учитывать климатические условия при выборе растений для очистки почв. Физиологи растений Карельского научного центра РАН определили подходящие виды горчицы для очистки почв от цинка в условиях Севера и их последующую переработку.
В регионах с неблагоприятными условиями климата и бедными почвами, аграрии вынуждены применять большие объемы цинксодержащих удобрений для увеличения урожайности и улучшения качества сельскохозяйственной продукции. Это приводит к повышению содержания цинка в почвах. Хотя цинк является важным микроэлементом для всех организмов, в высоких концентрациях он может оказывать негативное воздействие на живые организмы.
Фиторемедиация - перспективная технология очистки почв от избытка ионов металлов с помощью специальных растений-аккумуляторов. Однако не все виды растений подходят для этой цели. Физиологи растений из Института биологии Карельского научного центра РАН исследовали потенциал горчицы сарептской и горчицы белой для фиторемедиации загрязненных цинком почв на Севере. Их работа поддержана грантом РНФ № 22-24-00668.
Наталья Репкина, руководитель исследования, старший научный сотрудник лаборатории экологической физиологии растений Института биологии КарНЦ РАН, пояснила, что исследование, проведенное на основе литературных данных, позволило выбрать два вида растений для эксперимента: горчицу сарептскую и горчицу белую. Эти сидераты известны своей способностью накапливать металлы, однако с разной стратегией: горчица сарептская накапливает ионы металлов в надземной части, а горчица белая — в корнях. Был проведен также эксперимент по смешанному посеву, предполагая, что этот метод может быть более эффективным. Эти культуры широко используются в сельском хозяйстве для улучшения почвы, обогащения азотом и борьбы со сорняками. Кроме того, оба вида горчицы могут быть использованы в пищевой и фармацевтической промышленности.
Руководителем исследования является Наталья Репкина, старший научный сотрудник лаборатории экологической физиологии растений Института биологии КарНЦ РАН. Фото: КарНЦ РАН.
Ученые уделили особое внимание методам переработки растений, которые были выращены на субстрате с избытком цинка. Поскольку цинк является необходимым микроэлементом для жизнедеятельности, надземная биомасса может быть использована как добавка в корм для животных, а корни растений - для повышения питательности компоста.
Физиолог сообщила, что исследование показало, что оба вида растений накапливают цинк в надземной части уже на стадии стеблевания, спустя 3-4 недели после посева, при этом содержание металла в почве снижается.
“При более длительном выращивании «лучшего» эффекта очистки почвы не отмечалось. Это важно при практическом использовании, поскольку нет необходимости выращивать растения полный вегетационный период, а достаточно 4-х недель для получения необходимого эффекта. Кроме того, именно на этой стадии роста растений их используют для заготовки на корм животным. Нами также обнаружено, что совместное выращивание двух видов горчиц не целесообразно, так как в этом случае более эффективного накопления ионов металла в растениях и снижения его содержания в почве, не происходит. По результатам исследований мы можем рекомендовать использовать горчицу сарептскую в качестве добавки в корм животным как источник цинка и ненасыщенных жирных кислот, а надземную часть растений горчицы белой — в качестве сырья для биотоплива”, — рассказала Наталья Репкина.
Результаты исследований были опубликованы в международных научных журналах Plants и Horticulturae. Полученные данные также указывают на то, что семена сарептской горчицы и белой горчицы, выращенные на почвах с высоким содержанием цинка, могут быть использованы для производства масла.
При отжиме масла происходит разделение липидной и белковой фракций, причем связанные ионы металлов остаются в белковой части. Поэтому выделенная «чистая» липидная фракция из семян горчицы сарептской может быть использована для производства масла, пояснила Наталья Репкина.
Для достижения цели исследования, которая является комплексной и обширной, некоторые задачи были выполнены совместно с коллегами из лаборатории экологической биохимии Института биологии (ИБ) КарНЦ РАН. Именно на базе этой лаборатории проводились исследования по изучению липидного и жирнокислотного состава исследуемых растений.
Семена горчицы сарептской, выращенные на субстратах с избытком цинка, содержат больше ненасыщенных жирных кислот, что важно для пищевой промышленности. Напротив, в семенах горчицы белой увеличивается содержание насыщенных жирных кислот, что делает их менее ценными для пищевой промышленности. Однако благодаря высокому содержанию триацилглицеринов, такие семена могут быть использованы, например, для производства биотоплива, свойства которого можно корректировать по назначению, заключила Светлана Мурзина, заведующая лабораторией экологической биохимии ИБ КарНЦ РАН.
Источник и фото: Карельский научный центр РАН.