Высокоэффективные нетоксичные регуляторы роста антистрессового действия нового типа (нанобиокомпозиты) получены в Институте химии твердого тела и механохимии СО РАН методом механохимической обработки растительного сырья. Твердофазная механохимическая экстракция проводится путем ударно-сдвигового воздействия на порошковую смесь растительного сырья и реагента в проточном виброцентробежном активаторе ВЦМ-10. Результатом является измельчение растительных клеток до наноуровня и перевод целевых веществ (потенциальных регуляторов роста) в водорастворимую активную форму. Так, например, механическая обработка смеси древесной коры с твердой щелочью позволяет получить нанокомпозит с развитой поверхностью раздела фаз. Микрочастицы твердой щелочи распределяются по всему объему растительного материала. Добавление воды к такому композиту приводит к предельно полной экстракции целевых веществ в одностадийном процессе, без предварительного обезжиривания.

Сырьем для получения препаратов серии ШР послужила шелуха риса (Oryza sativa L.), представляющая собой отходы производства рисовой крупы. Сырьевые ресурсы для препаратов серии ШР особенно велики в Китае и странах Юго-Востока с традициями преимущественного потребления риса. Препарат КО получен в результате механохимической обработки коры облепихи (Hippophaё rhamnoides L.) Этот ягодный  кустарник культивируется повсеместно, а в диком виде распространен в степной зоне Сибири и на Алтае.

Способы применения нанобиокомпозитов в качестве регуляторов роста растений in vitro и in agro разрабатываются в ИБПК СО РАН и СибНИИ кормов СО РАСХН. Основной задачей тестирования in vitro является определение характера биологической активности препаратов и поиск эффективных способов и доз для применения в биотехнологии растений. Для этого в состав питательных сред с минеральной основой Гамборга В5 перед автоклавированием вводили изучаемое вещество в разных концентрациях, причем в контрольном варианте фитогормоны отсутствовали. Опыты имели 3 повторности во времени, в каждом варианте культивировали 20-30 эксплантов. В качестве тест-функций использовали показатели морфогенеза: частоту образования морфогенных структур (побегов, корней, каллусов), количество их и размеры.

В тест-системе стеблевых узлов рапса (Brassica napus L.) добавление препарата ШР-06 в питательную среду в концентрации 1 и особенно 10 мг/л способствовало активизации ризогенеза, роста корней, побегов и листьев (рис. 1).

В тест-системе стеблевых узлов люцерны in vitro препарат ШР-06, добавленный в питательную среду в дозе 10 мг/л, стимулировал рост побегов, корней, развитие листьев, при этом снижая на треть частоту ризогенеза.

В экспериментах, проведенных для изучения возможности замены дорогого синтетического фитогормона БАП продуктами механохимической активации шелухи риса, изолированные ткани (экспланты) незрелых семян нута помещали на питательные среды Гамборга В5 с регуляторами роста (табл. 1). За 3 недели культивирования препарат ШР-08 продемонстрировал высокую цитокининовую активность и превзошел действие цитокинина БАП в контрольном варианте, повысив частоту регенерации на 4%, ризогенеза – на 25%, а также увеличив скорость роста побегов, листьев и корней. При этом частота образования каллуса снизилась вдвое.

Результаты опытов свидетельствуют о стимулирующем влиянии продуктов механоактивации шелухи риса на рост изолированных тканей in vitro и возможности применения их в биотехнологии в качестве регуляторов морфогенеза.

 

 

 

Таблица 1. Влияние препарата ШР-08 на морфогенез в культуре тканей незрелых семян нута (период инкубации 3 недели)

 

Регуляторная активность нанобиокомпозита из коры облепихи (КО) показана в эксперименте по микроклональному размножению люцерны в культуре стеблевых узлов. Согласно рабочей гипотезе, стимулирующий эффект препарата КО обеспечивает серотонин, который содержится в сухой коре облепихи в концентрации 1%. Поэтому проводилось сравнение стимулирующих эффектов КО в дозе 1 мг/л и серотонина 0,01 мг/л (в соотношении 1:100).

Культивирование стеблевых почек люцерны (табл. 2) в течение 16 дней на безгормональной среде (контроль) привело к формированию побегов высотой от 5 до 26 мм, с 1-3 тройчатыми листьями. Лишь каждый пятый эксплант имел 1-2 коротких корня (до 5 мм длиной). Дальнейшая инкубация до 31 дня увеличила высоту контрольных побегов почти вдвое, большинство их приступили к формированию корней.

 

Таблица 2. Влияние препарата КО и серотонина на морфогенез стеблевых узлов люцерны in vitro

 

Эксперимент ярко продемонстрировал стимулирующее влияние добавок КО и серотонина на развитие растений: высота побегов увеличилась почти вдвое, ризогенез начался на 2 недели раньше, количество и длина корней превышали уровень контроля в 2 и более раз. Эффект серотонина был несколько выше, хотя разница статистически недостоверна. Таким образом, препараты КО и серотонин в дозах 1 и 0,01 мг/л соответственно (в соотношении 100:1) обеспечили практически одинаковое ускорение морфогенеза люцерны в культуре стеблевых узлов в течение 1 месяца культивирования. Сходный характер регуляции морфогенеза изученными препаратами, по-видимому, даёт основание считать серотонин основным компонентом гормонального комплекса КО.