Семена, обработанные украинскими нанопрепаратами, позволяют повысить на треть урожайность сельскохозяйственных культур

Нанотехнологии как движущая сила аграрной революции

Авторы:
А. М. Бовсуновский, кандидат сельскохозяйственных наук, руководитель департамента агротехнологий компании АМАКОС.
О. Вялый, руководитель отдела средств защиты растений компании АМАКОВ. Г. Каплуненко, доктор технических наук, президент компании «Наноматериалы и нанотехнологии»
М. В. Косинов, кандидат технических наук, вице­президент компании «Наноматериалы и нанотехнологии»

Разбудили? Теперь кормите!

Культурные растения существенно отличаются от своих диких родственников, будучи искусственно насыщены генами, которые обусловливают их более высокую продуктивность или лучшие потребительские качества. При этом понятие «насыщенность генами» условно, поскольку генетический состав организмов – величина константная. Другое дело, являются ли все из имеющихся генов работающими, или актуализированными. Селекционер должен обеспечить, чтобы «спящие» гены проснулись и стали контролировать тот или другой признак. Дело это очень непростое, не отработанное ни методически, ни технологически, поэтому вся классическая селекция сводится к насыщению существующего генома необходимыми работающими генами лишь за счет их перекомбинации при скрещивании. Иными словами, если у какой­то особи нет работающих генов, которые бы определяли тот или иной экономически ценный признак, то ради его активизации привлекают к скрещиванию особь с таким признаком. Потомку, сохраняющему ценный признак одного из родителей, как бы добавляется другой не менее ценный признак. И все было бы хорошо, но подобный сложно организованный организм старается упроститься в потомках вследствие рецессии (возвращения к дикому состоянию). И чтобы не дать ему так бесславно закончить существование, аграрий должен усиленно обеспечивать энергетические или адаптивные возможности растительного организма дополнительными ресурсами для поддержки сложно организованной в генетическом отношении конструкции.

Микроэлементы для аппетита

Такие организмы нуждаются в особом уходе, обеспечении их элементами питания, в особенности – микроэлементами. Зависимость очевидна: чем сложнее в генетическом плане тот или иной сорт (гибрид), тем требовательнее он к микроэлементному обеспечению. Сами по себе микроэлементы не принимают участия в создании белковых структур, но стимулируют ферментативные реакции их синтеза, т.е. существенным образом ускоряют продуцирование. Другая важная функция микроэлементов – поддержка жизненных процессов в растении в стрессовых ситуациях.

Неоднозначно выглядит постановка вопроса относительно объема микроэлементов для стимуляции этих процессов. Не только у производственников, но и у определенной части научных работников существует убеждение, что лишь наличие 3­5% микроэлементов и более способно положительно влиять на растительный организм. В то же время тщательные исследования и производственные данные свидетельствуют: дозы микроэлементов в количестве менее 1% в фолиарах нового поколения также эффективно стимулируют вышеназванные процессы. Здесь проявляются эффекты, подобные гомеопатическим, когда минимальное количество того или иного вещества (в пределах нескольких молекул) оказывает на человеческий организм такое же лечебное воздействие, как и макроколичества этого же вещества. Активность проникновения и способность физиологической транспортировки в клеточные органеллы растений?.. Если убрать рекламную мишуру из предлагаемых нынче микроудобрений, то именно по этим параметрам они и различаются между собой.

Скоростное проникновение

Есть два лимитирующих фактора, ограничивающие скорость проникновения микроэлементов через листовую поверхность: заряд электростатического поля растения и размер частички микроэлемента.

Доминирующие на рынке фолиары представляют собой соли, которые в водном растворе становятся ионами (заряженными частичками) и существенным образом реагируют на электростатическое поле растения, влияющее на скорость проникновения последних в органеллы растения. С другой стороны, неполная растворимость солей затрудняет их механическое проникновение через кутикулу листка и тем самым сдерживает эффект действия. Именно поэтому усовершенствование листовых препаратов направлено на уменьшение зависимости раствора от влияния электростатического поля, уменьшение размеров частичек микроэлементов, а также увеличение их растворимости в воде. Некоторые новейшие продукты американских компаний усовершенствованы именно таким образом. Растворимость нового продукта по меньшей мере в четыре раза выше по сравнению с прежними предложениями рынка, а размер частичек значительно уменьшен, что дает возможность увидеть эффект от применения микроудобрения уже через два часа вместо 6­8 часов при использовании типичного фолиара. Кроме того, специальные добавки в составе микроудобрения существенным образом нейтрализуют электростатическое поле, которое также дает дополнительный эффект проникновения.

Экологические нанотехнологии в Украине

Возможности казались бы исчерпанными, если бы не инновационные материалы, в частности, – созданные на основе нанотехнологий. Наноматериалы, нанотехнологии – реальный прорыв в сельскохозяйственном производстве. На основе наноматериалов ощутимы кардинальные сдвиги во многих областях: космонавтике, медицине, радиоэлектронике… На передовых рубежах по получению этих материалов сегодня США, Германия, Япония, Россия и Украина. Именно украинским ученым удалось получить наноматериалы в наиболее экологически чистом и, что для нас наиболее важно, биологически совместимом с растительными организмами виде. Применили для этого особую технологию на основе электроимпульсных взрывов в водной среде. Основными преимуществами этих наноматериалов является их чрезвычайно малый размер (несколько сотен атомов) и практически полная химическая и электрическая нейтральность. Наночастицы по такой технологии покрываются наногидратными оболочками, которые в свою очередь легко заменяются оболочками из органических молекул, ближайших по биосовместимости с тем или иным видом растений. Последние обстоятельства предопределяют максимально быстрое проникновение микроэлементов в растительные клетки, а количество самих микроэлементов может быть существенным образом уменьшено. Полное отсутствие чувствительности к электростатическим полям предопределяет не только быструю проницаемость, но и более эффективное действие. В зависимости от состава микроудобрений, наличия в них тех или иных биогенных наночастиц они могут быть фунгицидом, стимулятором роста или фолиаром.

Нанофунгициды в структуре СЗР

В рамках общего проекта компании АМАКО и фирмы «Наноматериалы и нанотехнологии» начата разработка нового поколения препаратов для предпосевной обработки семян зерновых культур с фунгицидным и биостимулирующим действием.

Обработка семенного материала протравителями направлена на защиту растений от возбудителей болезней, которые находятся на поверхности семян (твердая головня, стеблевая ржавчина ржи, пыльная головня проса и др.), в оболочке и под оболочкой семян (пыльная головня овса, гельминтоспориоз пшеницы, белая гниль подсолнечника), а также внутри семян в зародыше (пыльная головня пшеницы и ячменя). Протравители защищают растения и от болезней, возбудители которых находятся в почве (плесневение семян кукурузы, фузариозы и корневые гнили зерновых культур).

По составу фунгициды, которые используют для обработки посевного материала, можно разделить на простые и комбинированные препараты. У простых протравителей действующее вещество состоит из одного химического соединения, в комбинированных – из двух и более. Различают также группы препаратов по химическому строению, характеру действия, способности двигаться по растению и по объекту применения.

Увеличение площади посевов зерновых колосовых культур и кукурузы привело к тому, что агротехнический принцип чередования культур в севообороте прекращает работать в качестве одного из составных элементов системы защиты растений. Большая часть (свыше 50%) зерновых в структуре посевных площадей приводит к тому, что изменяется видовой состав почвенных патогенов. В частности, в пользу грибов – возбудителей корневых и прикорневых гнилей, а также других заболеваний, инфекция которых сохраняется в почве. Поэтому условием возможностей культур полностью реализовать свой генетический потенциал становится применение современных комбинированных протравителей, которые надежно обеззараживают не только семенной материал, но и почву вокруг семян. Такие препараты существуют, но их высокая фитотоксичность требует придерживаться точной нормы при обработке семян. Кроме того, эти препараты не безопасны для человека. Поэтому потребность в препаратах нового поколения, нетоксичных ни для человека, ни для растения, чрезвычайно высока.

Эксперимент на Черниговщине

Особенностью новейших протравителей является также содержание наноматериалов в экологически чистой и биосовместимой с растением форме. Препараты уже прошли полевые испытания в хозяйствах Украины. В частности, – в ДП «АГРОИНВЕСТ» Борзнянского района Черниговской области была высеяна яровая пшеница, семена которой обрабатывались нанопрепаратами. На площади 40 га получили прибавку урожая в 30% по сравнению с контрольными площадями. Сейчас на эти препараты оформляется патент.

Специалистам известно, что развитие растения, способность его к формированию урожая предопределяются физиологическими процессами, благодаря которым через корневую систему по физиологическому транспорту поступают биогенные элементы, использующиеся для синтеза белковых структур. Но сам синтез в первую очередь происходит в цикле Кальвина, основанном на солнечной энергии фотонов, которые бомбардируют хлорофилловые пластиды зеленого листа. Чем активнее проходит процесс фотосинтеза, тем быстрее развивается растение, тем более широкие урожайные свойства оно демонстрирует. К сожалению, коэффициент полезного действия этого биореактора ограничен (около 1,5%), хотя известно, что раньше (в эпоху динозавров) его мощность достигала 25­30%.

Роль оператора в процессе фотосинтеза играет атом магния, который, возбуждаясь солнечным фотоном, включает сложный цепной механизм превращений в цикле Кальвина, в конце концов, и определяющий синтез белковых структур. Недостаток магния в растительном организме уменьшает возможности фотосинтеза, а вот его дополнительные количества существенным образом стимулируют этот важный процесс. Поэтому листовые препараты, в которых содержится наномагний, чрезвычайно перспективен с точки зрения увеличения производительности фотосинтетического реактора. Такой препарат разработан пока в виде экспериментального образца и уже испытывается на посевах озимой пшеницы и озимого рапса. Есть все основания полагать, что этот проект окажется успешным. Параллельно компания АМАКО­Украина и фирма «Наноматериалы и нанотехнологии» патентуют вышеупомянутый препарат на основе наномагния.

(Опубликовано в №11, 2008 г.)