Лаборатория зимостойкости

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН
Лаборатория зимостойкости

Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов — обособленное структурное подразделение
Федерального государственного бюджетного учреждения науки
Федерального исследовательского центра
«Саратовский научный центр Российской академии наук»
(ИБФРМ РАН)

Научное достижение: Впервые показано, что наночастицы золота действуют как адаптогены, увеличивая устойчивость растений к низким температурам.

Авторы: Венжик Ю.В. (ИФР РАН), Дерябин А.Н. (ИФР РАН), Попов В.Н. (ИФР РАН), Мошков И.Е. (ИФР РАН), Дыкман Л.А. (ИБФРМ РАН).

Опубликовано в:

1. Venzhik Yu., Deryabin A., Popov V., Dykman L., Moshkov I. (2022) Priming with gold nanoparticles leads to changes in the photosynthetic apparatus and improves the cold tolerance of wheat. Plant Physiology and Biochemistry 190: 145–155. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2022.09.006 Q1, IF=5.437 (2021);
2. Venzhik Yu., Deryabin A., Popov V., Dykman L., Moshkov I. (2022) Gold nanoparticles as adaptogens increasing the freezing tolerance of wheat seedlings. Environmental Science and Pollution Research 29: 55235–55249. https://doi.org/10.1007/s11356-022-19759-x Q1, IF=5.190 (2021);
3. Venzhik Yu., Deryabin A., Popov V., Dykman L., Moshkov I.et al. (2022) The effects of gold nanoparticles on redox status and freezing tolerance of wheat seedlings. Acta Physiologiae Plantarum. 44: 113. https://doi.org/10.1007/s11738-022-03456-w Q2, IF=2.736 (2021).

Впервые показано, что прайминг семян, то есть обработка растений коллоидными растворами, содержащими наночастицы золота (диаметр 15 нм, концентрация 5–50 мкг/мл) повышает устойчивость проростков пшеницы к низким температурам.

Увеличение холодоустойчивости сопровождалось адаптивными изменениями, которые зависели от температурных условий опыта. При оптимальной температуре выращивания у проростков усиливалась интенсивность ростовых и фотосинтетических процессов, возрастало содержание хлорофиллов в листьях. При этом хлоропласты разбухали и теряли линзовидную форму, их строма уплотнялась, а гранальная система сдвигалась в одну сторону. Количество гран в хлоропластах и доля крупных гран (с числом тилакоидов больше 10) заметно увеличивалась. Также под влиянием наночастиц возрастало содержание ненасыщенных жирных кислот в листьях за счет α-линоленовой кислоты (18:3), содержащейся, преимущественно, в мембранах хлоропластов.

В условиях низкотемпературного закаливания обработка наночастицами поддерживала программу холодовой адаптации пшеницы, а именно, ингибировала рост растений, сохраняла высокую активность фотосинтетического аппарата, обеспечивала накопление растворимых сахаров в листьях, и как следствие, повышенную устойчивость к низкой температуре.

Полученные результаты подтверждают, что наночастицы золота могут быть использованы не только в качестве стимуляторов роста, но и как адаптогены, увеличивающие стрессоустойчивость растений.

Рисунок: Проростки пшеницы после промораживания при —3°С: а — контроль; b — проростки, обработанные наночастицами золота.

Рисунок: Ультраструктура хлоропластов пшеницы: а, b — контроль; c, d — проростки, обработанные наночастицами золота.