Научный взгляд: как этилен повышает урожайность и стрессоустойчивость растений

Воздействие этилена на рассаду в темноте увеличивает рост растений и стрессоустойчивость, что имеет важное значение для сельского хозяйства. Фермеры тысячелетиями работали над повышением урожайности сельскохозяйственных культур, и эта задача остается актуальной, поскольку численность населения продолжает расти. Однако повышение урожайности часто имеет свою цену: снижается устойчивость растений к стрессу.

Исследователи из Университета Теннеси попытались повысить урожайность растений без ущерба для их стрессоустойчивости, используя гормон роста растений — этилен. Ранее в исследованиях было показано, что рассада, выращенная в темноте и обработанная этиленом, имеет замедленный рост и характерную крючковатую форму.

Однако ученые обнаружили, если рассада, в течение нескольких дней обработанная этиленом в темноте, впоследствии освещалась, а обработка этиленом прекращалась, рост растений становился значительно лучше, чем в контрольной группе: удлинялись первичные и боковые корни, повышалась плотность боковых корней и увеличивалась масса надземной части растений.

Впервые эта закономерность была отмечена у Arabidopsis thaliana, родственника горчицы, используемого в качестве модельного растения. Впоследствии аналогичная картина наблюдалась у томатов, огурцов и пшеницы. Добавление сахаров к обработке в темноте усилило эффект, что позволяет предположить, что обработка этиленом помогает растению ускорить метаболизм при подготовке к выходу из почвы на солнечный свет.

В ходе исследований также было показано, что растения, обработанные в темноте этиленом, были более устойчивы к экстремальной жаре, засоленности почвы и низкому уровню кислорода, чем растения в контрольной группе.

Полученные результаты позволяют предположить, что обработка этиленом может помочь повысить урожайность ряда культур без ущерба для стрессоустойчивости.

Бесцветный газ этилен успешно применяется для хранения лука, а также продовольственного и семенного картофеля. Контролируемая газовая среда не дает развиваться опасным фитопатогенам. В отделе обеззараживания Всероссийского центра карантина растений Россельхознадзора (ФГБУ «ВНИИКР») изучают, разрабатывают и оптимизируют методики фумигации, позволяющие бороться с фитопатогенами и вредителями запасов и успешно сохранять собранный урожай до момента потребления.

Источник: Eric Brenya et al, Ethylene-mediated metabolic priming increases photosynthesis and metabolism to enhance plant growth and stress tolerance, PNAS Nexus (2023). DOI: 10.1093/pnasnexus/pgad216