Российские исследователи из Южного федерального университета в Ростове-на-Дону сообщили о создании композитного материала, который решает сразу две агрономические задачи: доставляет стимуляторы роста непосредственно к корням растений и одновременно связывает тяжелые металлы в почве, снижая их токсичность. Разработка представлена в новостном разделе Российского научного фонда (РНФ). Научная статья опубликована в Journal of Hazardous Materials.

Ключевая идея заключается в том, чтобы не просто «вносить удобрения в почву», а направленно доставлять биологически активные вещества именно в зону корневой системы, где они максимально эффективны.

Ранее ученые синтезировали композит из пористого углерода и частиц металл-органического каркаса на основе железа. Материал эффективно связывал ионы кадмия, свинца, меди и цинка, не давая им попасть из почвы в ткани растений и почвенные воды.

На новом этапе экспериментов авторы усовершенствовали этот композитный материал. Он стал не только извлекать ионы металлов из почвы, но и адресно доставлять синтетический регулятор роста ауксин в корни растений. Химики закрепили в композите молекулы гормона, гуминовой кислоты и поверхностно-активного вещества. Такая комбинация оптимизирует взаимодействие частиц с клетками корней. При том адсорбиующая способность композита остается на прежнем уровне.

Точечная доставка вместо «рассеянного питания»

В результате растения стали получать более «контролируемое питание», а почва —  очищаться от токсичных соединений, которые могут угнетать рост и накапливаться в сельскохозяйственной продукции.

Подобные подходы активно развиваются в современной агрохимии: например, использование биостимуляторов на основе природных молекул (таких как β-каротиноидные производные или сигнальные вещества растений) уже показало способность ускорять рост корней и повышать устойчивость к стрессу, включая засоление почв.

Выгоды агросектора

Одна из ключевых проблем современного сельского хозяйства — техногенное загрязнение почв тяжелыми металлами. Они попадают туда из промышленных стоков, осадков, удобрений и могут:

• Тормозить развитие корневой системы,
• Снижать урожайность,
• Ухудшать качество продукции.

Новый материал, по данным разработчиков, может снизить негативный эффект и одновременно поддерживать активный рост растений.

Интересный научный контекст

В ботанике давно известно, что рост корней регулируется сложными сигналами, включая фитогормоны и сигнальные пептиды, которые управляют делением клеток в корневой меристеме.

Также доказано, что некоторые микроорганизмы в почве выделяют вещества, стимулирующие ветвление корней и улучшение их архитектуры, что усиливает способность растений поглощать воду и питательные вещества.

В прикладной агрохимии уже применяются биостимуляторы, увеличивающие всасывающую площадь, разветвленность и проводимость корневой системы на ранних стадиях роста растений и при пересадке.

Новая разработка отличается тем, что объединяет сразу две функции — питание и очистку среды — в одном композитном материале.

Полученные нами результаты показывают, что подобные многофункциональные материалы могут стать перспективной основой для более безопасных и устойчивых технологий сельского хозяйства на загрязненных территориях. В дальнейшем мы планируем расширить исследования и адаптировать разработанные системы для решения других актуальных задач, связанных с выращиванием растений в сложных условиях окружающей среды. Это позволит создавать новые материалы, которые одновременно поддерживают рост растений, повышают их устойчивость к неблагоприятным условиям и помогают получать более качественный урожай даже на проблемных почвах.

Недавно стало известно, что генерирующие азот цианобактерии могут стать героями битвы за урожай.