Ученые доказали, что внекорневое опрыскивание (листовая обработка) растений томата в низкой дозировке наночастицами (например, оксида марганца) в сочетании с биополимерами хитозана может стать для фермеров практичным и экологичным способом выращивания популярной овощной культуры на засоленных почвах.
«Засоление почв является одной из наиболее серьезных угроз глобальной продовольственной безопасности, и фермерам необходимы решения, которые они смогут реально применять на практике», — сказал Хамидреза Шарифан, доктор философии, доцент кафедры химии в Техасском университете в Эль-Пасо, который выступил в качестве ведущего автора исследования.
Высокое содержание соли в почве препятствует поглощению воды корнями растений, что замедляет фотосинтез. Избыток соли также может стать токсичным для растений, вызывая дефицит питательных веществ и снижение урожайности.
Согласно данным исследовательской группы, засоление почвы затрагивает 8,3 миллионов квадратных километров земли по всему миру — территорию, примерно равную по размеру Австралии или Бразилии, — и угрожает 20–30% орошаемых сельскохозяйственных угодий мира, особенно в засушливых и полузасушливых регионах.
Помидоры входят в число наиболее широко выращиваемых овощей на Земле, их мировое производство в 2023 году достигло примерно 192 миллионов тонн. Таким образом, даже незначительное повышение устойчивости к соли может защитить значительную часть снабжения людей томатами, пояснили исследователи.
Разработанный командой метод обработки сочетает наночастицы оксида марганца с хитозаном, природным биополимером, получаемым из панцирей ракообразных, в растворе, наносимом непосредственно на листья растений. В ходе испытаний в теплице двухкомпонентный раствор существенно уменьшил повреждения, наносимые засоленной почвой томатным растениям, что указывает на доступный и устойчивый вариант для сельскохозяйственных угодий по всему миру, деградировавших из-за засоления.
«Преимущество этого подхода в том, что он недорогой, экологичный и эффективный даже в очень малых дозах, — сказал Шарифан. — Мы даем растениям инструменты для самозащиты, вместо того чтобы бороться с солью напрямую».
В исследовании, опубликованном в International Journal of Phytoremediation, тестировалось действие спрея на томатные растения, подвергнутые умеренному и сильному солевому стрессу.
В самых суровых условиях комбинированная обработка вдвое увеличила вес побегов и более чем на 55% — вес корней по сравнению с необработанными, подверженными стрессу растениями. Она также восстановила фотосинтетические пигменты, повысив уровень каротиноидов примерно на 91% и резко снизив химические маркеры повреждения клеток. Активность антиоксидантных ферментов увеличилась на целых 300%, помогая растениям защищаться от стресса, а не поддаваться ему.
Команда исследователей предупредила, что результаты получены в контролируемых тепличных условиях и что для подтверждения эффективности опрыскивания в больших масштабах потребуются полевые испытания. В будущих исследованиях также будут изучены долгосрочные последствия для здоровья почвы и экологической безопасности. Тем не менее, авторы охарактеризовали эту стратегию как многообещающий и экологически чистый путь к повышению устойчивости сельскохозяйственных культур.
Доктор Хамидреза Шарифан подчеркивает важность этого открытия, так как традиционные методы борьбы с засолением почв часто оказываются слишком дорогими или малоэффективными для рядовых аграриев. Предложенный им метод низкодозированного опрыскивания листьев решает главную задачу — дает фермерам доступный инструмент, который можно использовать с помощью уже имеющегося у них оборудования.
Источник: University of Texas at El Paso. На фото: Хамидреза Шарифан, доктор философии (справа), докторант Нусрат Исмин (в центре) и Луис Сальмерон Коваррубиас, аспирант в области экологической инженерии (слева). Источник: University of Texas at El Paso.