Агрономы спасли томат от токсичного алюминия

Агрономы РУДН с коллегами из Китая и Ирана помогли томату справиться с ядовитым действием алюминия в кислых почвах с помощью мелатонина. Этот гормон способствовал выработке оксида азота, которые «блокировал» токсичный металл и не дал ему разрушить клетки растения. Результаты опубликованы в журнале South African Journal of Botany.

40% пригодных для сельского хозяйства почв на Земле — кислые. В почвах с повышенной кислотностью алюминий принимает растворимую форму. Этот токсичный металл не дает вырастить качественный урожай. Помочь адаптироваться к ядовитому алюминию растениям помогает оксид азота. Они вырабатывают его сами. Агрономы нашли способ повысить выделение этого газа в растениях с помощью мелатонина.

«В кислых почвах алюмосиликат превращается в растворимые формы алюминия. Растения поглощают эти токсичные соединения. Алюминий соединяется с компонентами клеток и провоцирует распад мембраны клеток, нарушает клеточные сигнальные пути. Растения используют разные стратегии для борьбы с алюминием. Один из самых важных газов в растениях - оксид азота - повышает устойчивость к стрессу. В том числе — от тяжелых металлов», — говорит Мейсам Заргар, доктор сельскохозяйственных наук, доцент агробиотехнологического департамента РУДН.

Чтобы усилить выработку оксида азота в растениях, агрономы решили использовать мелатонин. Это гормон, который регулирует циркадные ритмы и антиоксидантную систему у животных и растений. Известна также его связь с выработкой оксида азота. Однако не было понятно, поможет ли растениям дополнительный мелатонин справиться с токсичным действием алюминия. Чтобы это проверить, агрономы посадили в кислую среду семена томата. Через семь дней их обработали в разных комбинациях и концентрациях алюминием, мелатонином и калиевой солью, которая поглощает оксид азота. Через 42 дня агрономы сравнили показатели растений.

Добавка алюминия (148 микромоль) повысила уровень маркеров окислительного стресса — малондиальдегида — и агрессивных окислителей. У этих растений замедлился рост, снизилось содержание фотосинтетических пигментов. Добавка мелатонина (150 микромоль) вместе с алюминием активировала активность антиоксидантов. Они защитили стенки клеток и не дали разрушаться фотосинтетическим пигментам. Повысилось содержание оксида азота в листьях и корнях растений. Агрономы РУДН предположили, что мелатонин «заблокировал» алюминий в корне и не дал ему продвинуться в стебли и листья. Калиевая соль-поглотитель оксида азота нейтрализовала защитное действие мелатонина. Поэтому авторы сделали вывод, что главный компонент защиты — именно оксид азота.

«Мелатонин повысил активность антиоксидантных ферментов в корнях и листьях. Это свело к минимуму окислительный стресс и защитило мембрану клеток. Результаты указывают на участие оксида азота в защитных реакциях. Мы показали, что мелатонин способствует адаптации семян томата к токсическому действию алюминия через регуляцию оксида азота.», — заключает Мейсам Заргар.