Увеличение частоты и продолжительности засухи – одно из прогнозируемых явлений изменения климата. Как установили ученые, обогащённая йодом мочевина повышает устойчивость кукурузы к дефициту воды за счёт модуляции пигментов и сахаров.
Кукуруза — одна из основных культур мира с высоким потенциалом урожайности благодаря своему C4 Фотосинтезирующий механизм. Мировая площадь выращивания кукурузы оценивается в 197 миллионов гектаров. Вместе с тем, ряд биотических и абиотических факторов могут навредить производству кукурузы. Высокая чувствительность кукурузы к абиотическим стрессам объясняется её низкой пластичностью и плодовитостью листьев, а также ограниченной способностью к адекватной компенсации.
Среди абиотических факторов, влияющих на производство кукурузы, всё чаще встречаются те, что связаны с дефицитом воды, главным образом из-за последствий глобального изменения климата.
Во время дефицита воды растения изменяют свой метаболизм, часто уменьшая отверстие устьица, тем самым ограничивая поглощение углекислого газа (CO 2) и фиксацию углерода в листьях. Кроме того, ткань листьев обезвоживается. Однако растения могут противодействовать этим побочным эффектам, производя осмолиты, включая нуклеиновые кислоты, белки, сахара и аминокислоты, которые помогают поддерживать клеточный тургор.
Одним из эффектов дефицита воды и замыкания устьица является то, что при отсутствии достаточного количества углекислого газа свет преобразуется в химическую энергию поступая в лист. Избыточная энергия, которая не рассеивается, накапливается, способствуя образованию реактивных форм кислорода, что может впоследствии вызвать окислительный стресс в хлоропластах, мембранных липидах и необходимых белках.
Но опять же растения могут активировать свою антиоксидантную систему, включающую ферментативные и неферментные компоненты, тем самым способствуя детоксикации реактивных форм кислорода. Ещё одним механизмом, который растения могут развивать в условиях стресса, является повышение содержания хлорофилла и пигмента в листьях для защиты фотосинтетического реагирующего центра.
Было использовано несколько стратегий для повышения устойчивости растений к дефициту воды, включая экзогенное применение осмопротекторов, сигнальных молекул и полезных элементов. Эти соединения могут модулировать метаболизм растений, тем самым повышая стрессоустойчивость.
Среди этих полезных элементов йод (I) показал многообещающие результаты, а его почвенное применение в засушливых условиях повысило устойчивость в кофе, сое и помидорах.
Йод может модулировать метаболизм растений несколькими способами, включая повышение уровня пигментов (хлорофиллов и каротиноидов), стимулирование антиоксидантной активности и изменение метаболизма углеводов и других совместимых осмолитов. Эти метаболические корректировки снижают образование реактивных форм кислорода и, следовательно, перекисление липидов.
Положительный эффект почвенного I-го зависит от используемой нормы; однако, как правило, это достигается с относительно низкими темпами — около 3000 г I на гектар.
Учитывая низкий уровень применения на большой территории, практическая реализация этой технологии может создать трудности. Тем не менее, несколько исследований показали, что полезные элементы можно вносить в небольших количествах с помощью удобрений, обычно используемых в нормах кг/га, например, мочевина.
Ранее низкие I-показатели рассматривались для включения в мочевину для снижения потерь азота (N) во время испарения. Эта технология, помимо повышения эффективности использования азота, может также стать перспективной стратегией для внесения небольших количества I в почву с целью снижения дефицита воды, как предположил коллектив бразильских исследователей Федерального университета Лавраса.
Ученые включили I в мочевину (то есть, получили I-обогащённую мочевину) с разными дозами йода (0, 750, 1500 и 3000 г I на гектар) и оценили потенциал смягчения дефицита воды у кукурузы в имитированных условиях. Контролем служили растения без ограничений на воду.
Во время и после периода стресса оценивались несколько параметров, включая физиологические параметры, содержание пигмента, антиоксидантную активность, уровень совместимых осмолитов, сухое вещество на побеге и накопление азота в побегах.
В условиях стресса внесение 1500 и 3000 г йода на гектар с помощью I-обогащённой мочевины по сравнению с контролем увеличило скорость переноса электронов в листе и относительное содержание воды, одновременно снижая повреждения мембраны.
Эти ответы были напрямую связаны с увеличением содержания хлорофилла a, b и общего содержания, а также с более низким уровнем каталазы и фенольных соединений. Этот эффект также приводил к снижению уровня супероксиддисмутазы после периода стресса.
Более того, при первой оценке орошаемых растений I-обогащённая мочевина способствовала большему поглощению азота, увеличивая накопление азота в побеге.
Таким образом, использование I-обогащённой мочевины при первостепенных объёмах 1500 и 3000 г I на гектар оказалась перспективной стратегией и жизнеспособным агрономическим подходом для повышения устойчивости кукурузы к дефициту воды во время засухи или нерегулярных осадков.
Источник: Plants 2026, doi.org/10.3390/plants15040606