Посевной инстинкт: облучение семян увеличило урожайность пшеницы на треть

Российские исследователи разработали метод, который позволяет повысить урожайность пшеницы более чем на 30% без применения дополнительных химических веществ. В ходе исследования было установлено, что обработка семян низкими дозами электронного и рентгеновского излучения не только значительно увеличивает сбор зерна, но и способствует повышению устойчивости растений к грибковым заболеваниям. При этом, как уточнили эксперты, слабое облучение не вызывает опасных изменений в продуктах. Однако превышение дозы может привести к образованию токсичных веществ внутри растений, что делает важным соблюдение пороговых значений, сообщили специалисты. Об этом сообщает сайт Известия.

Команда НИИ ядерной физики им. Д.В. Скобельцына МГУ, физического и химического факультетов университета и Сибирского федерального научного центра агробиотехнологий РАН провела исследования, чтобы выяснить, как предпосевная обработка семян электронами и рентгеновским излучением влияет на рост растений. Работа включала лабораторные эксперименты, двухлетние полевые испытания и компьютерное моделирование.

Физические методы обработки семян, включая ионизирующее излучение, рассматриваются как экологически безопасные способы стимуляции роста культур и защиты от болезней, пояснили ученые.

— Мы наблюдаем, что правильный выбор дозы и типа излучения может повысить жизнеспособность семян и активировать адаптационные механизмы растений. Это особенно важно для сельского хозяйства, так как такие технологии могут увеличить урожайность и устойчивость культур к заболеваниям при снижении химической нагрузки на почву и растения, — отметила заведующая лабораторией радиационной обработки биообъектов и материалов НИИ ядерной физики им. Д.В. Скобельцына МГУ, старший преподаватель физического факультета МГУ Ульяна Близнюк.

Объектом исследования стала пшеница сорта «Новосибирская 29», семена которой обрабатывали ускоренными электронами с энергией 1 МэВ и рентгеновским излучением с энергией 80 кэВ. Полевые испытания показали, что эффект обработки семян нельзя рассматривать отдельно от условий окружающей среды. Обработка в одной и той же дозе может проявляться по-разному в зависимости от осадков, температуры и фитопатогенной нагрузки из почвы. Поэтому для внедрения технологии в практику важно учитывать не только физические параметры облучения, но и агроклиматический контекст, подчеркнула доцент физического факультета МГУ Полина Борщеговская.

Наиболее эффективным для предпосевной обработки пшеницы оказался диапазон доз от 5 до 15 Гр. При поиске оптимального диапазона доз ученые опирались на экспериментальные данные по урожайности и пораженности растений септориозом после радиационной обработки семян. В первый год полевых испытаний оба источника излучения позволили повысить урожайность на 22–48%. Во второй год наиболее устойчивый положительный эффект продемонстрировало рентгеновское излучение: прирост урожайности составил 9–33%, добавила младший научный сотрудник НИИ ядерной физики им. Д.В. Скобельцына МГУ Виктория Ипатова.

Ученые также провели компьютерное моделирование, чтобы рассчитать, как поглощенная доза излучения и энергия распределяются внутри семени. Они уделили внимание активным формам кислорода, образующимся при воздействии излучения на воду в тканях семени. В больших дозах они могут повреждать клетки, однако в малых количествах активируют защитные и адаптационные механизмы. Эти соединения активируют антиоксидантную систему, помогают перестраивать обмен веществ и регулируют рост растений, отметили исследователи.

Практическое применение технологии требует индивидуального подбора режима облучения, который зависит от сорта пшеницы, размера и формы семян, типа и мощности источника излучения, а также риска грибковых заболеваний. Поэтому сочетание полевых испытаний с компьютерным моделированием поможет подобрать наиболее эффективные параметры обработки.

— Дальнейшие исследования будут направлены на изучение молекулярных механизмов, которые запускаются в семенах под воздействием низких доз ионизирующего излучения. Такой комплексный подход может стать основой для разработки эффективных методик повышения урожайности сельскохозяйственных культур, — подчеркнул заведующий кафедрой физического факультета МГУ, заведующий отдела ядерно-физических методов в медицине и промышленности НИИ ядерной физики им. Д.В. Скобельцына МГУ Александр Черняев.

Малые дозы облучения действительно могут стимулировать физиологические функции организмов, сообщила профессор кафедры биофизики Сибирского федерального университета, ведущий научный сотрудник Института биофизики СО РАН Надежда Кудряшева.

— Живые системы, пытаясь компенсировать стресс, ищут новое состояние равновесия. И пока они способны совершать эти действия, они живы. Для растений этот эффект особенно актуален, так как они более устойчивы к облучению, чем бактерии или животные, — добавила она.

Эксперт отметила, что устойчивость к облучению зависит от сложности организма. Чем сложнее он устроен, тем больше у него защитных механизмов. Поэтому растения легче переносят такое воздействие, чем бактерии, и способны отвечать на него стимуляцией физиологических процессов.

По словам Надежды Кудряшевой, ключевая задача заключается в подборе оптимальной дозы. Малые уровни излучения не вызывают в урожае изменений, опасных для человека, тогда как их превышение может привести к образованию токсичных соединений. Поэтому для каждой культуры и условий выращивания необходимо экспериментально определить безопасные и эффективные режимы применения технологии.

Физические методы обработки семян, включая ионизирующее излучение, считаются перспективным способом стимуляции их прорастания, сообщила доктор сельскохозяйственных наук, заведующая кафедрой «Общая биология и биохимия» Пензенского государственного университета Галина Карпова.

— Ранняя стимуляция ростовых процессов действительно может повлиять на дальнейшее развитие растений и их урожайность. Однако результаты, полученные на сорте пшеницы «Новосибирская 29», требуют дополнительной проверки. Пока остается открытым главный вопрос: удастся ли сохранить такой эффект при переходе от экспериментальных участков к масштабному посеву, — сказала она.

По мнению эксперта, технология требует дальнейших исследований. Не менее важно оценить и ее экономическую эффективность: нужно выяснить, какими должны быть производственные установки, чтобы их применение в агросекторе было рентабельным. Также необходимо создать оборудование, которое можно использовать в промышленных масштабах.