Томати і кремнієвий захист

Томати краще протистоять дедалі частішим зворотним заморозкам або раптовому похолоданню з надійним кремнієвим захистом, доведено дослідниками.

Як холодні температури пригнічують томати

Останніми роками спостерігається ескалація частоти екстремальних метеорологічних явищ, включаючи заморозки, що дуже небезпечні для чутливих культур, зокрема томатів. Зворотні заморозки перетворилися на поширену проблему для рослинників по всьому світу.

Томат є одним із найбільш широко вирощуваних овочів у світі, з кисло-солодкими плодами, багатими вітамінами та мінералами, які мають величезну економічну цінність. Як типова теплолюбна культура оптимальна температура для розвитку томатів становить 20…30 °C, і помідори сприйнятливі до стресу за низьких температур (0…15 °C). Тому зворотні заморозки чи похолодання небезпечні їм.

Низькотемпературний стрес негативно впливає на фотосинтетичну систему рослин, порушуючи цикл відновлення вуглецю, цистний транспорт електронів та контроль CO₂ продихами, збільшуючи накопичення цукру та перекисне окиснення ліпідів та призводячи до порушень водного балансу.

Низькі температури істотно впливають як на розвиток рослин, так і на репродуктивні параметри (час цвітіння, кількість квітів, зав’язування плодів та врожайність). З точки зору метаболічних процесів та шляхів, низькотемпературний стрес впливає на активність антиоксидантних ферментів, склад жирних кислот мембран, регуляцію окислювально- відновлювального статусу та експресію генів.

Роль кремнію у здоров’ї та продуктивності томатів

Фундаментальна роль кремнію у рослинних системах широко вивчалася кількома біологами рослин протягом багатьох років, що визначило кремній корисним елементом для рослин.

Хоча кремній (Si) не класифікується як необхідна поживна речовина для росту та розвитку рослин, він, проте, відіграє важливу роль у посиленні вегетативного росту та процесів розвитку, а також у зміцненні стійкості рослин до абіотичних та біотичних стресорів. Незважаючи на його високий вміст у ґрунті, Si часто не є легкодоступним, що вимагає застосування біодоступних добрив, що містять цей елемент, для пом’якшення стресу рослин.

Кремній поглинається рослинами трьома основними способами: пасивним, активним і типами дренажу Si. Було виявлено, що вміст Si у пасльонових рослинах становить не менше 10 мг•г. Хоча томати є культурами, що дренажують Si, вони не можуть нормально рости в ґрунтовому середовищі, яке повністю дефіцитне за кремнієм. Симптоми такого дефіциту переважно виявляються в некрозі старого листя рослини під час цвітіння, і рослина більше не росте, що призводить до деформованих плодів і, дуже часто, втрати врожаю.

В умовах слаболужного та кислого pH ґрунту Si існує в основному у формі монокремнієвої кислоти. Кремній поглинається корінням рослин переважно пасивним шляхом, а потім потрапляє в ксилемні канали кореневої системи шляхом активного транспорту та пасивної дифузії. Після того, як рослини поглинають кремній, він зрештою відкладається в клітинах, в основному у формі силікагелю (nSiO₂•mH₂O) в епідермальних клітинах і клітинних стінках.

Попередні дослідження на суниці садової підтвердили, що кореневе внесення іонного Si сприяє росту, збільшенню маси та діаметру плодів, покращує твердість та забарвлення плодів та значно збільшує вміст мінеральних елементів, білка та цукру, сприяючи підвищенню врожайності та якості полуниці. Крім того, кремній може відкладатися в клітинних стінках рослин, тим самим збільшуючи твердість плодів та покращуючи їхнє збереження.

Як працюють нанокремнієві добрива для томатів

В останні роки нанотехнології у сільському господарстві та виробництві продуктів харчування привертають дедалі більше уваги.

На відміну від іонного кремнію, нанокремнезем є типом наноматеріалу, який має велику площу поверхні, малий розмір та інші властивості, наприклад, має здатність ефективно адсорбувати іони поживних речовин, тим самим збільшуючи засвоєння та використання рослиною основних поживних елементів. Може значною мірою активувати та вивільняти пов’язані поживні речовини ґрунту, модулювати клітинну іонну та осмотичну рівновагу та посилювати внутрішній потенціал росту рослин. У сукупності ці ефекти сприяють поліпшенню здатності рослин протистояти різним несприятливим чинникам довкілля.

Кремній може відкладатися в клітинних стінках рослин, тим самим збільшуючи твердість плодів та покращуючи їхнє збереження.

Нанокремнезем може потрапляти в рослину безпосередньо через продихи на поверхні рослини у разі листкового внесення і, таким чином, може бути повністю використаний рослиною для стимулювання росту і розвитку.

Китайські вчені провели дослідження із підживлення рослин томатів нанокремнієвими добривами. Джерелом нанокремнезему був SiO2 з розміром частинок 20 нм та чистотою 99 % за вагою. Вивчали вплив екзогенного Si на стійкість томатів, урожайність та якість в умовах низькотемпературного стресу.

Рослини томату були поміщені в умови низької температури (6 °C вночі, середня денна температура — 15 °C), і в контрольні умови (нижче 16 °C вночі, середня денна температура 28 °C). В обох варіантах застосовували дві різні концентрації нано- Si та іонного Si (50 мг•л і 200 мг•л ), які розпилювалися по листку (10 обробок). Для контролю використали еквівалентну кількість деіонізованої води.

У результаті обидві концентрації застосування Si сприяли зростанню та накопиченню біомаси рослин томатів в умовах низьких температур. Більш того, це значно покращило осмотичне регулювання та антиоксидантну здатність рослин, тим самим пом’якшивши низькотемпературний стрес.

В умовах низькотемпературного стресу 50 мг/л іонного Si були найбільш ефективними для збільшення врожайності томатів на рослину, яка була значно збільшена на 22,44 % порівняно з контрольною обробкою (p<0,05). Отже, дослідження рекомендує застосовувати 50 мг/л іонного Si добрива як стратегію пом’якшення впливу низькотемпературного стресу на рослини томатів.

Крім того, було продемонстровано, що використання нанокремнієвого добрива значно впливає на підвищення як врожайності, так і якості томатів, при цьому концентрація 50 мг/л нано Si добрива сприяє помітному збільшенню врожайності на 20,15 % в нормальних температурних умовах (p< 0,05).

Висновки

Отже, дослідження пропонує такі оптимізовані норми внесення:

• за нормальної температури (28 °C/16 °C, вдень та вночі) 50 мг/л нанокремнію можна розпилювати на листя, щоб підвищити врожайність та покращити якість плодів томатів;
• за низької температурі (15 °C/6 °C, вдень і вночі) розпилення 50 мг/л іонного Si на листя томатів сприяє значному пом’якшенню дії низькотемпературного стресу.

За матеріалами порталу www.mdpi.com