Важной задачей для коммерческих фермеров является хороший и синхронизированный рост деревьев. Проблема в умеренном зимнем климате состоит в том, что растения не получают достаточного охлаждения, и возобновление роста распространяется с некоторыми почками, даже не способными расти. Когда сады из спящих деревьев начинают расти примерно в одно и то же время, это, как правило, делает уход за деревьями и сбор урожая более простым и менее затратным, но рост деревьев и их время контролируются непредсказуемыми хитростями зимней погоды. Коммерческие культуры, такие как виноград, персики, ягоды и цветочные луковицы – все дремлют зимой, по сути, спят по сезонным холодам, прежде чем возобновить рост, цветение и плодоношение в теплые месяцы.

В конце февраля виноградная лоза показывает первые признаки производства; маленький бутон вырастет в кластер к началу лета. Фото Хайме Танкерсли / NRCS Texas Фото: USDAgov через Wikimedia

Теперь группа ученых из Университета Джазан в Саудовской Аравии открыла новый эффективный способ контроля покоя винограда и других плодоносящих растений, используя высокотехнологичную плазму, чтобы разбудить их от зимнего сна.

Работа может помочь распространить выращивание плодовых культур и декоративных растений, обитающих в умеренном климате, на районы мира, где зима мягче, в том числе на юге США, в Мексике, Бразилии, Южной Азии, Юго-Восточной Азии и на Ближнем Востоке. Это также может смягчить проблемы, вызванные повышением температуры вследствие глобального потепления в некоторых частях мира.

Работа была сделана командой ученых, включающей Хабиба Хемира, садовода; Зака-уль-Ислам Муджахид, физик плазмы; и Тайеб Тоунекти, физиолог растений. «Искусственные методы освобождения от покоя, как ожидается, станут более важными в ближайшем будущем из-за глобального потепления», – сказал Муджахид, который представит работу на следующей неделе на 71-й ежегодной конференции Американского физического общества по газообразной электронике и 60-м ежегодном собрании отдела APS. физики плазмы, которая проходит 5-9 ноября в конференц-центре Орегона в Портленде.

Несмотря на то, что метод работал в лаборатории, он все еще нуждается в полевых испытаниях и должен быть коммерчески выполнимым и экономически выгодным для производства пищевых продуктов в промышленных масштабах.

Спать, Возможно, Бад

По мере того как холодная зима пробирается к одиноким садам, посевы чувствуют себя более длинными ночами и более оживленными днями и приспосабливаются, становясь дремлющими. Начиная с осени, они сбрасывают листья, замедляют метаболическую активность и переходят в «сонное» состояние, в котором они сохранятся в течение холодных месяцев.

Растения освобождаются от дремоты Джека Мороза от холода самой зимы. Они чувствуют холод, отслеживают холодные дни в разгар зимы, и когда наступает достаточное количество этих холодных дней, растения реагируют усилением своих метаболических процессов, что приводит к разрыву почек и росту побегов, когда наступают теплые весенние дни.

Но когда растения выращивают в регионах с мягкой зимой или климат становится теплее, они могут не получить достаточного охлаждения, чтобы вовремя высвободить свои почки. Иногда с необычной погодой вы можете найти цветы, фрукты и спящие почки на одном дереве в одно и то же время. В целом по всему саду это может вызвать асинхронное созревание сельскохозяйственных культур, что является нежелательным результатом для фермеров, поскольку оно усложняет такие операции, как борьба с вредителями, увеличивает затраты на рабочую силу и снижает урожайность.

Одна из задач современного земледелия – найти способы, чтобы стимулировать рост максимального количества почек на растениях, и одновременно приносить цветы и фрукты. Это будет означать большую площадь листьев для кормления растущих фруктов и большую урожайность, которую можно будет собирать одновременно.

Новое решение, которое началось со случайного обсуждения

Команда из Саудовской Аравии разработала новый способ вывести растения из состояния покоя, подвергая их воздействию плазмы – специальных горячих ионизированных газов, которые иногда называют четвертым состоянием вещества – рядом с твердыми веществами, жидкостями и обычными газами. Вы можете найти плазму в ударах молнии, звездных ядрах, небесных сияниях и неоновых вывесках старой школы.

Ученые используют плазму для всего: от питания реакторов для термоядерного синтеза до стерилизации медицинских имплантатов. Команда специально использовала их для обработки спящих виноградных лоз.

They found that plasma exposure causes an oxidative stress within the plant, the exact same signals induced by the cold in the cells of dormant plants to which the buds respond by awakening. By treating grape buds with the plasmas, the researchers found they could release the plant’s dormancy—and much faster than the weather and more safely than existing artificial methods, which rely on spraying the crops with chemicals.

Муджахид сказал, что работа началась с обычной беседы, которую он вел со своим коллегой Хемирой, старшим научным сотрудником Центра экологических исследований и исследований при Джазанском университете. Хемира описывал свою работу по окислительному стрессу в виноградных почках, и они обнаружили, что никто никогда не пытался использовать плазму, чтобы вызвать окислительный стресс и освободить их от покоя. Вскоре они проверили подход, и это сработало. Тайеб проанализировал образцы и выяснил, что обработка плазмой действительно вызывала окислительный стресс, подобный тому, что достигается естественным холодом и цианамидом водорода.

«Некоторые результаты нашего первого успешного эксперимента были феноменальными, и мы не могли поверить, что это правда», – сказал Муджахид. Даже несколько минут плазменной обработки на почках, которые никогда не видели холодной погоды, позволили растениям добиться такого же, если не лучшего, разрушения почек, как у контрольных растений, которые испытывали оптимальные холодные условия (60 дней воздействия температур около 5 градусов по Цельсию).

Они протестировали подход к различным сортам винограда, полученным из разных областей, и обнаружили, что он надежно работает на всех из них. Обычно производители решают проблему отсутствия охлаждения, опрыскивая деревья химическими веществами, такими как цианамид водорода. Проблема заключается в том, что цианамид водорода или другие химические вещества эффективны только в том случае, если растение обеспечивает значительную долю своих потребностей в охлаждении от естественного холода. Кроме того, цианамид водорода также токсичен для человека, дикой природы и самих растений. Из-за этого химическое вещество было запрещено в нескольких странах, сказал Хемира.

Будет ли применяться новый, более экологичный подход с использованием плазмы для лечения спящих почек, зависит от ряда факторов, в том числе от того, будет ли он эффективно работать в полевых условиях, а также в лаборатории. Он должен быть проверен на культурах, отличных от винограда, и стоимость оборудования также должна быть учтена.

«Еще предстоит проделать большую работу, чтобы проверить эффективность и осуществимость», – сказал Муджахид. «Мы находимся в процессе определения правильных параметров, чтобы доставить его в поле, но он может быть использован уже через несколько лет».

Хемира сказал, что если бы практические аспекты были проработаны, а новый подход действительно оказался коммерчески жизнеспособным, это произвело бы революцию в том, как мы выращиваем много культур. Исследователи подали заявку на патент для метода и системы доставки.

По материалам phys.org