Зеленые наночастицы оксида цинка повышают усвояемость цинка и смягчают стресс от высокой температуры у риса

Почему более жаркие дни важны для вашей рисовой миски

По мере потепления планеты один из ключевых вопросов — смогут ли наши основные продовольственные культуры продолжать прокармливать всех. Рис — основной источник калорий для миллиардов людей, однако повышенные температуры могут сокращать урожайность и снижать питательную ценность зерна. В этом исследовании рассматривается новая растительная нанотехнология — «зеленые» наночастицы оксида цинка — которая может помочь рисовым растениям оставаться здоровыми в условиях жары и одновременно повысить содержание цинка, жизненно важного микроэлемента, которого многим не хватает.

Крошечный помощник с большой задачей

Исследователи сосредоточились на цинке — микроэлементе, необходимом для роста растений и здоровья человека. Во многих районах выращивания риса почвы бедны на цинк, а шлифованный белый рис сам по себе содержит мало цинка и много фитиновой кислоты — соединения, связывающего минералы и затрудняющего их усвоение организмом. Команда получила ультра-мелкие частицы оксида цинка (примерно 30 нанометров) с использованием экстракта коры дерева Terminalia arjuna. Этот «зеленый» метод избегает жестких химикатов, а очень маленький размер частиц, как ожидается, делает цинк более доступным для растений по сравнению с обычным удобрением сульфатом цинка.

Симуляция будущей жары в поле

Чтобы проверить, могут ли эти наночастицы защитить рис от теплового стресса, ученые выращивали широко распространенную разновидность PB-1121 в больших горшках в течение двух сезонов в Нью-Дели. Часть растений находились при обычных уличных температурах, а другие размещались в системе повышения температуры открытого воздуха (Free Air Temperature Enrichment), которая повышала температуру вокруг них примерно на 1,5 °C — примерно столько же, сколько ожидается в ближайшие десятилетия. На прогретых участках почве вносили либо ноль дополнительного цинка, либо обычный сульфат цинка, либо одну из двух доз зеленых наночастиц оксида цинка, смешанных с почвой перед пересадкой риса.

Здоровые листья, корни и зерна

Повышенные температуры сами по себе снижали способность растений к фотосинтезу, уменьшали содержание хлорофилла, ослабляли антиоксидантную защиту и угнетали корневую систему. При внесении в почву зеленых наночастиц оксида цинка эти потери во многом компенсировались. При тепле обработанные растения демонстрировали уровни фотосинтеза и проводимости листьев выше примерно на 15–18% по сравнению с прогретым контролем, а хлорофилл и защитные пигменты (каротиноиды) также увеличивались. Ключевые защитные ферменты, помогающие убирать повреждающие кислородные продукты — каталаза и супероксиддисмутаза — повышались примерно на 7–13% по сравнению с обычным сульфатом цинка. Одновременно корни становились длиннее, толще и более объемными, что давало растениям большую поверхность для поглощения воды и питательных веществ. Эти физиологические изменения и улучшение корневой системы выражались в большем числе продуктивных побегов, большем числе заполненных зерен на метелке, меньшем числе пустых зерен и значительно более высокой урожайности при высокой температуре. Важно, что урожайность у обработанных наночастицами растений в условиях повышенной температуры была сопоставима с урожайностью необработанных растений при нормальной температуре, что указывает на то, что лечение в значительной степени компенсировало ущерб от дополнительного тепла.

Более питательный рис с того же поля

Польза не ограничивалась только урожайностью. Уровень цинка в собранных зернах резко вырос — примерно на 69%–107% по сравнению с контролем без цинка — когда в почву вносили зеленые наночастицы оксида цинка. Одновременно концентрация фитиновой кислоты в зерне снизилась примерно на 26–31%. Поскольку фитиновая кислота связывает цинк, исследователи рассчитали значительно более низкое соотношение фитиновая кислота:цинк в обработках наночастицами, что означает: цинк в этом рисе должен быть легче усваиваем для человеческого организма. Иными словами, та же порция риса может доставлять людям больше доступного цинка, что особенно важно в частях Азии и Африки, где зависимость от риса и дефицит цинка распространены.

Перспективы и предостережения для будущего земледелия

Для непрофессионалов ключевое сообщение простое: добавляя к почве крошечные растительные частицы оксида цинка, возможно выращивать рис, который выдерживает более жаркие дни, дает почти такую же урожайность, как при нынешнем климате, и при этом содержит больше доступного цинка в каждой ложке. Исследование показывает, что зеленые наночастицы цинка могут превосходить стандартные цинковые удобрения при тепловом стрессе. Однако авторы также призывают к осторожности. Чрезмерное применение может приводить к накоплению цинка до вредных уровней в почве или нарушать почвенную биоту, а долгосрочные экологические и безопасностные последствия еще полностью не изучены. При тщательной проверке, четких руководствах и поддерживающей политике этот подход может стать одним из инструментов в более широкой стратегии по сохранению продуктивности и питательности рисовых урожаев в условиях потепления мира.

Цитирование: Yadav, A., Bhatia, A., Bana, R.S. et al. Green zinc oxide nanoparticles improve zinc bioavailability and mitigate high temperature stress in rice. Sci Rep 16, 6573 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36046-8

Ключевые слова: рис, цинк, наночастицы, тепловой стресс, биофортификация