Нанобиотехнологии могут повысить урожайность и качество сельскохозяйственных культур: первые данные об увеличении биомассы растений, урожая плодов и содержания лекарственно значимых веществ у горькой дыни (Momordica charantia)

Введение: Недавние исследования наночастиц на различных сельскохозяйственных культурах показали улучшение прорастания семян и роста проростков, физиологических процессов, включая фотосинтез и азотный обмен, экспрессии мРНК и уровня белков, а также благоприятные изменения экспрессии генов, указывающие на потенциал их применения для улучшения сельскохозяйственных культур. В качестве модельной культуры мы выбрали горькую дыню — богатый лекарственно значимыми веществами овощ, — чтобы оценить влияние обработки семян наночастицами на основе углерода — фуллеролом [C60(OH)20] — на выход растительной биомассы, характеристики плодов и содержание в них лекарственно значимых веществ.

Результаты: Поступление фуллерола в растение, его перемещение и накопление подтверждены с помощью микроскопии в светлом поле и инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье. Обработка семян фуллеролом в пяти концентрациях оказывала различное влияние — от отсутствия заметного эффекта до положительного — на выход биомассы, урожайность и характеристики плодов, а также содержание в плодах пяти лекарственно значимых веществ. Выход биомассы увеличивался максимум на 54%, содержание воды — на 24%. Увеличение длины плодов максимум на 20%, их числа — на 59%, а массы — на 70% обеспечило прирост урожайности до 128%. Содержание двух веществ с противоопухолевым действием — кукурбитацина B и ликопина — увеличилось максимум на 74% и 82% соответственно, а содержание двух веществ с противодиабетическим действием — харантина и инсулина — возросло максимум на 20% и 91% соответственно. Отсутствие статистически значимых корреляций между выходом биомассы, урожайностью, содержанием лекарственно значимых веществ и содержанием воды свидетельствует о раздельной генетической регуляции и различных биосинтетических путях образования растительной биомассы, плодов и содержащихся в них лекарственно значимых веществ; кроме того, увеличение поглощения воды на них не влияло.

Выводы: Результаты указывают на возможность повысить урожайность и качество сельскохозяйственных культур, подобрав подходящую концентрацию фуллерола. Однако необходима особая осторожность, поскольку появляются данные о накоплении наночастиц в тканях организма и их токсичности.