Исследовательская группа Балтийского федерального университета (БФУ) имени Иммануила Канта объединила усилия с коллегами из Санкт-Петербургского государственного университета и Института физиологии растений имени К.А. Тимирязева РАН для изучения амаранта (Amaranthus caudatus L.). Ученые выявили ключевые изменения в обмене веществ растения, обеспечивающие его устойчивость к токсичному воздействию цинка. Открытый механизм – активное накопление сахаров и органических кислот – открывает перспективы для создания сельхозкультур, способных расти на загрязненных почвах.
Цинк: необходимый элемент и скрытая угроза
Загрязнение почв тяжелыми металлами, такими как цинк, происходит вследствие промышленных выбросов, выхлопов транспорта и применения агрохимикатов. Несмотря на необходимость цинка в малых дозах, его переизбыток губителен: он нарушает фотосинтез и обменные процессы, повреждает клетки и снижает урожайность. Знания о защитных механизмах растений в таких условиях все еще ограничены.
Эксперимент: Как амарант сопротивляется цинку?
Ученые выбрали амарант (Amaranthus caudatus L.) как образец выносливости, способный расти на бедных и загрязненных грунтах. Молодые растения выращивались гидропонным методом в питательном растворе. Часть образцов подвергли воздействию умеренной, но стрессовой концентрации цинка, не вызывавшей явных внешних повреждений. Другая часть составила контрольную группу.
Удивительный результат: Сладкая и кислая защита
Анализ химического состава корней и листьев после недели эксперимента показал впечатляющую картину. В ответ на цинковый стресс растение синтезировало на 83 соединения больше, среди которых лидировали сахара (сахароза, галактоза) и органические кислоты (глюконовая, салициловая). Именно эти вещества нейтрализуют ионы цинка и защищают клетки от окисления.
Корни – ключевой фронт защиты
Самые значительные изменения произошли в корневой системе. Уровень глюконовой кислоты там возрос в 59 раз, салициловой – в 27 раз! Кроме того, в ответ на металл активизировался синтез галактозы. Ученые предполагают, что она участвует в образовании пектинов – полимеров клеточных стенок корней. Пектины эффективно связывают ионы цинка, препятствуя их проникновению в надземные части растения.
Перспективы для экологического земледелия
«Наше исследование демонстрирует, как амарант адаптируется к избытку цинка путем перестройки метаболизма, – комментирует Станислав Сухих, руководитель лаборатории микроклонального размножения растений БФУ им. Канта. – Результаты помогут выводить сельхозкультуры, устойчивые к загрязнению. Следующий шаг – изучение изменений протеома для углубления понимания молекулярных механизмов устойчивости и развития методов смягчения токсичности цинка, включая фитомедиацию». Работа выполнена с использованием уникальной установки искусственного климата Федерального исследовательского центра «Основы биотехнологии» РАН.
