Цинк – важный для здоровья микроэлемент, участвующий в многочисленных физиологических функциях, включая регуляцию иммунитета, антиоксидантную защиту, клеточное деление и активацию ферментов. Дефицит цинка может привести к задержке роста, нарушению иммунной функции, кожным заболеваниям и повышенному риску хронических заболеваний.
По оценкам, около 17 % населения мира подвержено риску дефицита цинка, особенно в развивающихся странах, где в рационе преобладают злаковые культуры с низким содержанием микроэлементов.
Поскольку организм человека не может синтезировать цинк, он должен поступать с пищей, что делает диетическую биофортификацию основных культур, таких как рис, критической стратегией для борьбы с глобальным дефицитом цинка.
Среди подходов к биофортификации цинка агрономические стратегии на основе удобрений признаны наиболее прямым, экономичным и быстроэффективным методом.
По сравнению с внесением в почву, было показано, что опрыскивание листьев цинковым удобрением более эффективно для увеличения концентрации цинка в зерне риса. Это связано с тем, что цинк, вносимый через листья, напрямую поглощается и транспортируется к развивающимся зернам, избегая фиксации и потери цинка в почвенной матрице.
Обычные цинковые удобрения включают неорганические соли (например, сульфат цинка и хлорид цинка), органические цинковые комплексы и хелатные формы. Однако эти традиционные удобрения часто имеют такие ограничения, как плохое сцепление с листьями, низкая эффективность поглощения, потенциальная фитотоксичность и нестабильность в условиях высоких температур и влажности.
В последние годы появление нанотехнологий представило наночастицы оксида цинка (ZnO NP) в качестве многообещающей альтернативы традиционным цинковым удобрениям. ZnO NP проявляют уникальные физико-химические свойства, включая большую площадь поверхности, превосходную стабильность, улучшенное усвоение растениями и низкую токсичность.
В частности, по сравнению с традиционными цинковыми удобрениями, нанооксид цинка может повысить эффективность использования цинка с 20–30% до 80–95%. При сниженных нормах внесения он демонстрирует низкую фитотоксичность и высокую биодоступность цинка, а его интеграция с новыми технологиями интеллектуального сельского хозяйства, такими как беспилотные летательные аппараты, снижает риск токсичности цинка во время внесения в полевые условия.
С будущими улучшениями в стандартизации протоколов безопасности, снижением затрат и упрощением синтеза нанооксид цинка найдет еще более широкое применение в сельском хозяйстве.
Исследования показали, что ZnO NPs могут усиливать прорастание семян, синтез хлорофилла, накопление биомассы и активность антиоксидантных ферментов в сельскохозяйственных культурах. Однако, специфическое влияние листовой подкормки ZnO NP во время критических стадий развития на урожайность зерна, физико-химические свойства и биодоступность цинка остается недостаточно изученным. Стадия налива зерна после колошения является решающей стадией для формирования урожайности и качества, и листовое опрыскивание цинковыми удобрениями обычно выбирается около стадии колошения, в то время как немногие исследования углублялись в влияние на налив зерна риса и далее на конечную урожайность и качество.
Поэтому коллективом исследователей из Научно-исследовательского института технологий промышленного рисоводства Университета Янчжоу был проведен двухлетний полевой эксперимент для оценки влияния листовой подкормки ZnO NP на стадии созревания на урожайность зерна, качество риса и обогащение цинком в орошаемом рисе японском.
Ученые отмечали динамические изменения интенсивности фотосинтеза и значений SPAD (скорости фотосинтеза) листьев после колошения, чтобы выявить физиологические основы налива зерна, формирования урожайности и качества.
Полевые испытания проводились последовательно в 2020 и 2021 годах на исследовательской ферме Университета Янчжоу, Цзянсу, Китай. Станция расположена в поясе севооборота риса и пшеницы в пределах бассейна средней-нижней Янцзы и находится в условиях теплого, влажного субтропического климата.
В этом двухлетнем полевом исследовании изучалось влияние однократной листовой подкормки наночастицами оксида цинка (ZnO NP) в дозировке 5, 10 и 20 мг/л в течение стадии созревания на урожайность зерна, качество риса и биоукрепление цинком.
Хотя наблюдались некоторые годовые колебания и взаимодействие год × обработка в величине этих эффектов, положительные отклики на ZnO NP были постоянными в течение двух лет. Результаты показали, что внесение ZnO NP увеличило урожайность зерна на 1,40–4,62%, в основном за счет повышения чистой скорости фотосинтеза и значений SPAD после колошения.
Между тем, наночастицы ZnO значительно улучшили вкусовые качества (1,61–7,22%) и разлагаемость (5,36–15,63%), одновременно снизив уровень меловости (5,73–18,62%), степень меловости (11,57–27,18%), содержание амилозы (3,72–6,76%).
Кроме того, наночастицы ZnO значительно увеличили содержание цинка (23,73–85,10% в коричневом рисе; 29,07–103,07% в шлифованном рисе) и снизили молярное отношение фитиновой кислоты к цинку на 18,46–48,39%, улучшив обогащение цинком и его биодоступность. Эти результаты свидетельствуют о том, что внекорневая подкормка наночастицами ZnO эффективна для одновременного повышения урожайности зерна, качества риса и концентрации цинка.
Данное исследование открывает новые возможности применения наночастиц ZnO для одновременного повышения урожайности, качества зерна и питательной ценности в стратегиях биоукрепления риса путем оценки компонентов урожайности, физико-химических параметров зерна и биодоступности цинка.
Источник: Foods 2025, doi.org/10.3390/foods14173018
