Сотрудница Федерального научного центра биоразнообразия наземной биоты Восточной Азии ДВО РАН и Арканзасского университета в Литл-Роке совместно со своей научной группой обнаружила, что на питательной среде с добавлением графена или многослойных углеродных нанотрубок семена просо и сорго быстрее прорастают и оказываются более устойчивыми к солевому стрессу. Это означает, что углеродные нанотрубки можно использовать при выращивании сельскохозяйственных культур на не оптимальных для этой цели почвах. Научная статья опубликована в журнале PLoS ONE.
Энергетические культуры — растения, что используют для получения топлива (биогаза, этанола
В новой работе ученые тестировали многослойные углеродные нанотрубки с наружным диаметром 13—18 нанометров и длиной 1—12 микрометров, а также графеновые нанопластинки размером 1−2 микрометра. Их в концентрации 50 мкг/мл или 200 мкг/мл добавляли в питательную среду к семенам сорго двуцветного (Sorghum bicolor) и проса прутьевидного (Panicum virgatum). Углеродные нанотрубки и графеновые нанопластинки перед этим автоклавировали, чтобы избавить их от ядовитых для растений веществ. Семена сорго и проса до начала эксперимента стерилизовали, чтобы устранить патогенные бактерии. Помимо контрольных групп, где семена развивались без добавления необычных форм углерода, и групп с нормальной соленостью питательной среды, были и группы семян на среде с добавлением NaCl в концентрациях 50, 100, 150, 200, 300 и 400 микромоль/л.
Влияние углеродных нанотрубок и графеновых нанопластинок на молодые растения сорго и проса определяли при выращивании этих культур в теплицах. Перечисленные формы углерода, а также соль здесь добавляли в стерилизованную почву. В первой серии экспериментов, с семенами, отслеживали их всхожесть, а во второй, тепличной, — скорость набора биомассы отдельными растениями. Кроме того, в обеих сериях экспериментов отмечали, какие гены активируются у сорго и просо в присутствии необычных форм углерода, при повышенном содержании соли и в отсутствие дополнительных компонентов питательной смеси.
Как добавление многослойных углеродных нанотрубок, так и использование графеновых пластинок, повышало всхожесть семян обеих культур на 20−21 процент (сравнение проводили на девятый и пятнадцатый дни с начала эксперимента). Эффект был более выражен при применении сравнительно небольшой концентрации дополнительного углерода — 50 мкг/мл. В теплицах растения «на нанотрубках» быстрее набирали биомассу. Здесь максимально эффективной была концентрация 200 мкг/л.
При повышенном содержании соли в среде многослойные углеродные нанотрубки и графеновые нанопластинки ослабляли негативное действие NaCl на всхожесть семян и скорость удлинения проростков. Как показал анализ экспрессии генов, обе «нетрадиционные» формы углерода активировали работу генов сорго и проса, вовлеченных в механизмы борьбы с солевым стрессом. Это гены белков аквапоринов, встроенных в мембраны клеток и пропускающих через себя воду либо в клетку, либо из нее в зависимости от концентрации солей снаружи и внутри клетки.
Новое исследование российских и американских ученых показывает, что многослойные углеродные нанотрубки и графеновые нанопластинки не просто улучшают всхожесть и урожайность сельскохозяйственных растений. Оказалось, что эти формы углерода также повышают устойчивость культур к неблагоприятным условиям среды, в частности повышенной солености почвы. Таким образом, имеет смысл добавлять их при поливе в тех случаях, когда энергетическую культуру выращивают на неблагоприятных почвах.
