Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Для оценки и прогнозирования адаптивности растений земляники садовой под действием механокомпозита на основе хелатов кремния в условиях in vivo в проекте использован подход, основанный на комплексном изучении изменений морфо-анатомических, биохимических и физиологических показателей, связанных с продуктивностью растений. Определено, что корневая обработка водным раствором механокомпозита в концентрации 0,3 г/л увеличивала показатели вегетативной продуктивности растений земляники садовой сорта Солнечная полянка первого года вегетации. Под действием механокомпозита увеличивались биомасса растений, коэффициент размножения растений, способствуя получению в среднем в 7,0 раз больше посадочного материала для размножения. Показана адаптация растений за счет трансформации морфо-анатомических и физиолого-биохимических показателей у растений под действием механокомпозита. В ассимиляционных органах растений земляники садовой формировались ксероморфные признаки: утолщенная кутикула, появление второго ряда клеток адаксильного эпидермиса, увеличение числа устьиц, трихом на абаксиальной поверхности листа, компактный мезофилл с небольшими межклеточными воздушными пространствами. Такие структурные изменения листовых пластинок способствуют охлаждению поверхности путем активного испарения воды, а наличие толстой светоотражающей кутикулы, увеличение количества трихом защищают лист от излишней потери влаги. Определены изменения, способствующие снижению уровня окислительного стресса и формированию физиологических защитных реакций у растений земляники на воздействие факторов in vivo. Показано увеличение содержания хлорофилла a, суммы хлорофиллов а и b, каротиноидов, уменьшение содержания пероксида водорода и увеличение активности основных антиоксидантных ферментов (супероксиддисмутазы, каталазы, пероксидазы) под действием механокомпозита. Установлено, что состав фенольных соединений имеет отличия в надземной и подземной частях растений земляники садовой. Под влиянием механокомпозита эти органы испытывают неодинаковые изменения в содержании фенольных соединений. Содержание большинства компонентов в надземной части увеличивалось, что приводило к повышению суммы фенольных соединений. В корнях содержание основных фенольных компонентов (производных таксифолина) уменьшалось, что приводило к снижению общего содержание фенольных соединений. Повышение содержания определенных компонентов фенольных соединений и в надземной части, и в корнях в значительной степени затронуло гидроксибензойные кислоты (галловую, п-гидроксибензойную, ванилиновую, сиреневую), а также эллаговую кислоту и ее производные. Увеличение содержания гидроксикоричных кислот (неохлорогеновой, п-кумаровой, кофейной кислот) наблюдалось в корнях. Содержание флавонолгликозидов в надземной части также существенно увеличивалось, что подтверждает их роль как активных антиоксидантов в преодолении стрессовых воздействий различного типа. Уменьшение содержания некоторых фенольных кислот (сиреневой, п-кумаровой и феруловой) в органах растений свидетельствует о вовлечении этих компонентов в адаптивные реакции, реализуемые путем синтеза лигнина (о чем свидетельствуют морфо-анатомические изменения листьев, а именно увеличение толщины кутикулы преимущественно под действием механокомпозита). Таким образом, изменение состава и содержания фенольных соединений демонстрирует участие этих соединений в адаптивных эффектах под действием механокомпозита, а именно в повышении пула антиоксидантов и интенсификации синтеза лигнина для усиления механической прочности растений, оптимизации водообмена и газообмена в ответ на факторы окружающей среды.

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
В рамках текущего этапа проекта проведены исследования, связанные с влиянием механокомпозита на основе хелатов кремния (МК) на показатели вегетативной и генеративной продуктивности растений земляники садовой сорта Солнечная полянка второго года культивирования в полевом и вегетационном опытах. Установлено, что обработка растений земляники садовой МК приводит к увеличению вегетативной продуктивности растений, как в условиях оптимального увлажнения, так и умеренного водного дефицита. Показано, что под действием МК увеличились сухая биомасса побегов, интенсивность образования столонов, дочерних розеток на растение и активация защитных систем у растений. Концентрации пероксида водорода и абсцизовой кислоты в листьях снижались под действием МК. Этот эффект сопровождался усилением активности ферментативных антиоксидантов (каталазы и пероксидазы). Профиль неферментативных антиоксидантов в надземных и подземных органах растений показал увеличение содержания гидроксибензойных, гидроксикоричных кислот, флавонолгликозидов, эллаговой кислоты и ее производных на всех фазах вегетации под действием МК. В плодах и подземной части выявлено более значительное повышение содержания групп ФС и их суммы по сравнению с листьями. В листьях растений в течение всего вегетационного периода содержание эллаговой кислоты и ее производных было повышенным по сравнению с вариантом без обработки. В фазу отрастания листьев установлено увеличение содержания катехина, кофейной кислоты, и гликозида таксифолина. В фазу цветения содержание гликозида таксифолина также увеличивалось, наряду с содержанием галловой и феруловой кислот. Максимальный эффект, затрагивающий содержание основных компонентов (производных эллаговой кислоты и гликозидов флавоноидов), отмечен в фазу образования столонов. В корнях растений при обработке МК увеличивалось содержание ванилиновой кислоты, катехинов, производных эллаговых кислот, гликозидов флавоноидов (за счет гликозида таксифолина). В плодах земляники выявлено увеличение содержания фенольных соединений из групп гидроксибензойных кислот (галловой, п-гидроксибензойной, ванилиновой), катехинов и гликозидов флавоноидов (двух производных таксифолина и рутинозида кемпферола). Установлено, что обработка МК увеличивала содержание пигментов фотосинтеза. Способность листовых пластинок растений под действием МК более активно поглощать солнечную энергию на этапе плодоношения растений в условиях открытого грунта положительно влияла на увеличение массы плодов 1-2 порядков, которые вносили вклад в увеличение урожайности (до 30%). Показана изменчивость морфо-анатомической структуры листовых пластинок растений земляники садовой в условиях in vivo при обработке МК. В течение вегетационного периода у растений увеличивалась или уменьшалась плотность устьиц на единицу площади листа, количество железистых и нежелезистых трихом, увеличивалась толщина кутикулы, а также изменялась микроструктура эпикутикулярного покрова. Увеличение числа нежелезистых трихом в фазы отрастания листьев и цветения растений (в периоды с наибольшими перепадами температур в 2023 году) способствовало защите растений от переохлаждения или перегрева. Увеличение числа устьиц в фазу цветения растений, а также толщины адаксиальной кутикулы, наиболее интенсивное образование эпикутикулярных восков регулировали процессы, связанные с транспирацией листьев при высоких температурах в этот период. С другой стороны, высокая концентрация Si в листьях растений, обработанных МК, подтверждает значимость модифицирующих эффектов Si на десорбционные свойства клеточных стенок, где он накапливается в форме аморфного диоксида Si, уменьшая транспирацию. Установлено, что определенные изменения анатомо-морфологических показателей листовых пластинок растений, индуцируемые МК, не влияют на увеличение полевой устойчивости растений к грибным болезням, вызываемыми патогенами Ramularia tulasnei и Marssonina potentillae. Улучшение морфо-анатомических и физиолого-биохимических показателей под действием МК было связано с более высоким содержанием элементов, необходимых для фотосинтеза – P, К, S, Сl, Fe, Mn, Zn, что, возможно, опосредовано стимуляцией роста корней при обработке МК и увеличением биодоступности этих элементов. Аккумуляция Cu, Zn, Fe, Mn в растениях земляники под действием МК косвенно свидетельствует об активации процессов детоксикации с участием супероксид дисмутазы и подтверждает влияние Si на работу антиоксидатной системы растений. Таким образом, хелаты кремния улучшают рост, генеративную продуктивность растений земляники садовой открытого и закрытого грунта и запускают физиолого-биохимические процессы детоксикации активных форм кислорода. Полученные данные обосновывают использование хелатов кремния в агробиотехнологии в качестве средства управления ростом и развитием растений земляники садовой, обеспечивающим повышение урожайности и получение высококачественной органической продукции в условиях Западно-Сибирского региона. Результаты модификации фенольного профиля в органах растений под действием хелатов кремния могут быть использованы в пищевой, фармацевтической промышленности с целью профилактики дефицита фенольных антиоксидантов у населения.