Прорастание семян имеет первостепенное значение для банков семян и селекционных учреждений. Оно служит жизненно важным показателем здоровья и жизнеспособности семян в их коллекциях, обеспечивая сохранение генетического разнообразия среди видов растений. Регулярные оценки процесса прорастания необходимы для обеспечения поддержания генетической целостности и создания надежного хранилища, которое точно отражает исходное разнообразие этих видов растений.
Селекционные учреждения в значительной степени полагаются на успешное прорастание для выведения превосходных сортов сельскохозяйственных культур, поскольку оно позволяет селекционерам отбирать и продвигать семена с желаемыми генетическими признаками, гарантируя, что эти признаки будут выражены в будущих поколениях растений. Кроме того, процесс прорастания также является ключевым фактором в адаптивной селекции для устойчивости к изменению климата.
Как банки семян, так и селекционные учреждения отдают приоритет семенам с более высокой скоростью прорастания, поскольку они часто более приспособлены к экологическим стрессам. Этот выбор важен для выведения сортов сельскохозяйственных культур, устойчивых к изменяющимся климатическим условиям и повышения устойчивости сельского хозяйства в различных экологических условиях.
Наконец, в семенных банках, предназначенных для исчезающих видов, успешное прорастание хранимых семян имеет решающее значение как для программ сохранения, так и для программ восстановления видов. Способность достигать прорастания в этих редких генотипах имеет решающее значение для поддержания генетического разнообразия и является неотъемлемой частью реинтродукции этих видов в их родные места обитания.
Таким образом, успешное прорастание семян во время хранения имеет решающее значение для генетического сохранения, селекционных достижений, устойчивости к изменению климата и восстановления исчезающих видов растений, и оно необходимо для повышения долгосрочной устойчивости и адаптивности семенных банков и селекционных учреждений.
Продолжительность жизни семян значительно различается между видами. В то время как некоторые семена сохраняют свою жизнеспособность в течение столетий, другие портятся в течение нескольких лет. Несмотря на оптимальные условия хранения, предназначенные для продления жизнеспособности зародышевой плазмы, жизнеспособность семян неизбежно снижается со временем. Это снижение всхожести объясняется различными факторами.
По мере старения семян они страдают от потери жизнеспособности, деградации генетического материала, колебаний содержания влаги и иногда неидеальных условий хранения. Физические и метаболические изменения в семенах в сочетании с накоплением веществ, ингибирующих прорастание, также приводят к снижению скорости прорастания. Кроме того, такие факторы, как дыхание, восприимчивость к болезням, окислительный стресс и изменения в семенной оболочке, еще больше снижают потенциал прорастания стареющих семян. Следовательно, разработка методов омоложения старых семян и повышения их всхожести направлена не только на сохранение генетического разнообразия, но и на поддержание устойчивого и разнообразного хранилища зародышевой плазмы, что имеет решающее значение для развития устойчивого сельского хозяйства и обеспечения продовольственной безопасности в условиях постоянно меняющихся экологических проблем.
Исследование доктора Цзюнь Чжу и его команды из Университета Арканзаса представляет устойчивое и экономически эффективное решение: плазменный генератор воды на солнечной энергии, способный омолаживать старые семена и способствовать устойчивому росту рассады. Исследование, недавно опубликованное в Frontiers of Agricultural Science and Engineering, подчеркивает преобразующий подход к решению этой давней проблемы.
Исследователи разработали новый микрореактор с коронным диэлектрическим барьерным разрядом (англ. corona dielectric barrier discharge - cDBD), который производит плазменно-активированную воду (plasma-activated water, PAW) с использованием солнечной энергии. Эта инновационная система эффективно улучшает прорастание семян, изменяя химическую и гормональную среду, необходимую для развития семян.
Исследование показало, что семена шпината, хранившиеся в течение 23 лет, показали значительное увеличение всхожести на 135% и значительное улучшение роста рассады после обработки PAW по сравнению с необработанными семенами.
Ключом к этому успеху является биохимическая трансформация, вызванная PAW. Обработка снижает pH воды, увеличивает окислительно-восстановительный потенциал и повышает уровень нитратов, создавая идеальную среду для прорастания. Кроме того, PAW влияет на ключевые гормоны растений, такие как гиббереллины и абсцизовая кислота, чтобы нарушить покой семян и способствовать росту.
Источник: Frontiers of Agricultural Science and Engineering (2024). DOI: 10.15302/J-FASE-2024573.
Полученные результаты свидетельствуют о том, что плазменный генератор на солнечной энергии не только восстанавливает жизнеспособность старых семян, но и позволяет глубже понять молекулярные механизмы, лежащие в основе омоложения семян.
«Эта технология на основе солнечной энергии является значительным шагом вперед в устойчивом сельском хозяйстве, - сказал доктор Сяо. - Она обеспечивает недорогой, экологически чистый метод улучшения всхожести старых семян, которые часто выбрасываются из-за их сниженной жизнеспособности. Используя возобновляемую энергию, эта инновация решает критические проблемы в производстве продуктов питания, одновременно сокращая отходы».
Шпинат, выбранный в качестве модельной культуры для этого исследования, имеет значительную экономическую и пищевую ценность. Хотя результаты напрямую применимы к семенам шпината, потенциальные приложения распространяются на широкий спектр культур, что делает эту технологию бесценным инструментом для мирового сельского хозяйства. Продлевая жизнеспособность семян и сокращая сельскохозяйственные отходы, этот основанный на плазме подход помогает обеспечить продовольственную безопасность и устойчивость перед лицом растущих глобальных проблем.
Этот прорыв подчеркивает силу объединения возобновляемой энергии с передовой плазменной технологией для решения насущных сельскохозяйственных проблем. Поскольку изменение климата и ограниченность ресурсов продолжают влиять на мировое производство продовольствия, такие инновации открывают новые возможности для устойчивого роста. Будущие исследования будут сосредоточены на масштабировании технологии для более широкого применения в сельском хозяйстве и дальнейшем улучшении ее эффективности.
Источник: Frontiers Journals.
Заглавное фото: Медведева Анна, AgroXXI.ru.
