Секрет стимулятора роста ученые нашли в фотосинтезе
Природа рациональна и программирует растения лишь на минимальный урожай, гарантирующий продолжение рода. А все, что человеку удается получить от нивы сверх того, – результат хитроумного «обмана» естественной физиологии. По мере того, как сельскохозяйственные культуры приближаются к теоретическому пределу продуктивности, новые средства усиления их возможностей, которые изыскивает наука, становятся все более сложными и утонченными.
Воздействие на фотосинтетический аппарат в этом ряду считалось самым перспективным направлением. Но, проникнув в его тайны, ученые Института биофизики и клеточной инженерии Национальной академии наук Беларуси обнаружили нечто такое, что заставило их отложить в сторону проблемы преобразования солнечной энергии в живой клетке и заняться совершенно новыми экологически чистыми регуляторами роста растений. Предложенный ими подход к повышению урожайности сельскохозяйственных культур оказался настолько эффективным, что перспективное направление тут же подхватили ведущие зарубежные научные центры.
— Полученные нами в результате многолетних фундаментальных исследований новые знания о том, какие факторы и механизмы лежат в основе биосинтеза зеленого пигмента хлорофилла, предопределили повышенный интерес к молекуле, прошу прощения за сложный термин, 5-аминолевулиновой кислоты (АЛК), — поясняет ведущий научный сотрудник лаборатории биофизики и биохимии растительной клетки доктор биологических наук Елена Яронская. – Синтез этой молекулы – первое звено в многостадийном процессе образования хлорофилла, и от того, как активно синтезируется АЛК, зависит эффективность всего фотосинтетического аппарата, а следовательно, и урожайность. Но здесь нас ожидал сюрприз, абсолютно новый факт, неизвестный науке. Более двадцати лет тому назад нами впервые было показано, что АЛК не только служит предшественником хлорофилла, но и «работает по совместительству» регулятором роста растения. Эта вторая ее функция оказалась даже гораздо более важной для нас, так как попытки привнести лишние молекулы кислоты в процесс биосинтеза хлорофилла ни к чему хорошему не приводили: растение не знало, что делать с неожиданной помощью, нарушающей баланс, и попросту не использовало ее. А вот на внесение микроскопических доз АЛК в качестве регулятора роста реагировало бурно.
Опыты показали, продолжает Елена Яронская, что по эффективности открытый регулятор превосходит все химические средства для ускорения роста, используемые в сельском хозяйстве, а по экологической безопасности ему и вовсе нет равных, так как это естественный компонент растительных и животных организмов. Мы обнаружили, что в основе росторегулирующей активности АЛК может лежать ее способность изменять гормональный состав растений и стабилизировать белки. Со временем, когда удастся до конца понять, какие же регуляторные механизмы запускаются в растительной клетке, эффективность предложенного средства может быть значительно повышена. Сейчас идет очень активная работа над созданием новых препаратов на основе АЛК. Сотрудниками лаборатории химии липидов Института биоорганической химии НАН Беларуси (заведующий лабораторией доктор химических наук Михаил Кисель) предложены и синтезированы химические производные АЛК, которые превосходят ее по эффективности. Разработанные нами составы для предпосевной обработки семян, содержащие эти производные, направляются затем в Научно-производственный центр НАН Беларуси по земледелию и Институт льна НАН Беларуси, где проходят проверку в полевых условиях.
Первый урожай с помощью новых регуляторов роста был получен только в минувшем году и принес впечатляющие результаты. Яровые ячмень и рапс, а также лен-долгунец повысили урожай на 15–30 процентов по сравнению с контролем, причем лен дал не только больше семян, но и увеличил длину стебля, а его волокно оказалось гораздо более качественным. И это при том, что на гектар поля расходуется всего 60 миллиграммов препарата! Как считают специалисты, при таких ничтожно малых дозах потребности республики вполне может обеспечить одно лишь хозрасчетное опытное производство Института биоорганической химии НАН Беларуси.
Кстати о дозах. Их строгое соблюдение – одно из обязательных условий использования инновационного средства повышения урожайности. Ведь препарат на основе АЛК – оружие обоюдоострое и применять его нужно с умом. Положительный эффект он дает тогда, когда внесенных молекул очень мало и они благодаря этому могут выполнять только сигнальную роль для растительных клеток. Но если концентрацию значительно повысить или обработать поле не утром, а ближе к вечеру, когда процесс фотосинтеза замирает, то получается обратный эффект. В клетках будут синтезироваться химические соединения, которые растению не нужны, и оно начнет от этого страдать и даже может погибнуть. Словом, все полезно, как известно, при соблюдении меры, а в случае с таким высокоэффективным наукоемким препаратом, это золотое правило справедливо вдвойне.
Государственной программой «Инновационные биотехнологии» на 2010–2012 годы и на период до 2015 года, по которой работают ученые четырех академических институтов, предусмотрено создать технологию использования новинки и в 2013 году выйти на широкомасштабные производственные испытания по всей стране. К этому времени должны быть готовы рецептуры использования регуляторов роста для всех основных сельскохозяйственных культур, подобраны совместимые средства защиты и подкормки растений.
На снимке: доктор биологических наук Елена Яронская проверяет, как растения реагируют на стимуляторы роста.
Фото: Александр ТОЛОЧКО
