Ученые из России выяснили, почему свинец ухудшает урожайность пшеницы

Об этом говорится в статье, опубликованной в Journal of Plant Physiology.

Причиной ухудшения урожайности пшеницы, как отметила Галина Семенова из Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН в Пущино, является то, что свинец и прочие тяжелые металлы нарушают процесс сборки будущих хлоропластов, ключевой части клеток растений, которая преобразуют энергию света в питательные вещества.

Высокое содержание свинца, мышьяка и многих других элементов в воде, водопроводных трубах, посуде и в других предметах обихода и быта часто приводит к развитию тяжелых нарушений в работе мозга и тела человека. Многие историки сегодня считают, что традиции использования свинцовой посуды могли быть одной из причин упадка Древнего Рима, а высокая концентрация свинца в воде уже вызвала проблемы со здоровьем детей в городе Флинт в США.

Уже в этом столетии биологи обнаружили, что свинец и прочие тяжелые металлы негативно влияют не только на умственные способности человека, но и на продуктивность растений. Рост пшеницы и прочих сельскохозяйственных культур, как показали наблюдения за полями и опыты в лабораториях, значительно замедлятся в тех случаях, если в почву проникает большое количество свинца, кадмия и прочих токсичных и опасных для человека веществ.

Ученые из России попытались понять, как именно свинец мешает росту пшеницы и других сельскохозяйственных культур, наблюдая за тем, как меняется работа клеток злаков при росте в "свинцовых" почвах, и в грунте, в котором содержится достаточно много селена – микроэлемента, защищающего растения от тяжелых металлов. 

Как показали эти эксперименты, большие количества свинца в почве заставляли пшеницу "белеть", терять свою нормальную зеленую окраску фактически везде, кроме кончиков листьев. Причиной этого, как показал анализ содержимого клеток листьев, было то, что свинец нарушает нормальный цикл развития хлоропластов, главных "сахарных фабрик" растений. В результате этого размеры саженцев со "свинцовых" почв были примерно в два-три раза меньше, чем у пшеницы аналогичного возраста с чистого грунта.

Листья пшеницы, выращенной на загрязненных и чистых почвах © Фото Семенова Г.А.

Вместо хлоропластов в клетках растений, выращенных на почве со свинцом, формируются этиопласты – другой тип клеточных структур, в которых отсутствует хлорофилл. Эти растения почти не могут выделять кислород, зато в них накапливается перекись водорода, индикатор окислительного стресса. Это, как отмечает ученые, замедляет рост растения и резко понижает его продуктивность.

От большинства этих проблем, как показали дальнейшие опыты ученых из ИТЭБ и других научных центров России, можно избавиться, добавив в почву небольшие количества селена. Если концентрация свинца в грунте остается достаточно низкой, то селен может полностью нейтрализовать его эффекты, позволяя растению развиваться с той же скоростью, что и на чистых почвах.

При повышении концентрации свинца селен постепенно теряет свою эффективность, так как тяжелый металл начинает вызывать нарушения не только в работе хлоропластов, но и в других частях клеток, фактически полностью останавливая развитие растения. По этой причине селен не является универсальным средством для защиты растений от тяжелых металлов – его можно применять только в тех случаях, когда доля свинца в почве не превышает 50 микрограмм на каждый килограмм грунта, заключают биофизики.