КАРТОЧКА
ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер 24-16-00172
НазваниеВысокоэффективные многофункциональные биопрепараты на основе наноструктурированных полиэлектролитных систем для высокотехнологичного растениеводства
РуководительШиповская Анна Борисовна, Доктор химических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского", Саратовская обл
| Период выполнения при поддержке РНФ | 2024 г. - 2026 г. |
Конкурс№92 - Конкурс 2024 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами».
Область знания, основной код классификатора 06 - Сельскохозяйственные науки, 06-106 - Растениеводство
Ключевые словаагронанобиохимикаты, полифункциональная биологическая активность, аспарагинат хитозана, лигносульфонат, ферменты, почвообитающие аскомицеты, хитинолитические и целлюлолитические бактерии, почва, Solanum tuberosum L., Glycine max L., Lactuca sativa L., Cucumis sativus L., Triticum aestivum L.
Код ГРНТИ68.03.00, 68.35.00
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Проект направлен на решение актуальной научной проблемы ‒ создание высокоэффективных биопрепаратов на основе биополимерных наночастиц (агронанобиохимикатов нового поколения) с заданными структурой, свойствами и биологической функциональностью. Конкретная задача в рамках указанной проблемы состоит в разработке подходов к формированию полифункциональных биопрепаратов на основе полиэлектролитных наночастиц полой структуры, агробиологические и агрохимическими показатели которых существенно выше их макроструктурированного аналога и известных коммерческих продуктов при значительно меньшей концентрации активного вещества. Для создания бионанопрепаратов будут использованы два типа биологически активных природных полиэлектролитов, отличающихся зарядом макроцепей: (1) катионный аспарагинат хитозана и (2) анионный лигносульфонат. Выбранные природные платформы способны к спонтанному формированию специфических биологически активных наноструктур (полых наночастиц и наносфер с одним отверстием), стимулирующих толерантность и резистентность растений и, соответственно, естественные защитные механизмы против биотических и абиотических стрессов, а их применение может значимо уменьшить количество используемых в сельском хозяйстве синтетических стимуляторов роста и агентов биологической борьбы. Предполагается, что заявляемая многофункциональность обеспечивается не только сверхмалой поверхностью биологически активного вещества, но и его специфической пространственной формой и не зависит от знака заряда (катион «+» или анион «‒») полиэлектролитной формы биополимера. Возможность получения подобных природных наноплатформ обнаружена при выполнении проекта РНФ №22-23-00320, что, в сочетании с разработанным в проекте РНФ №22-26-00087 подходом к повышению у растений (полученных клональным микроразмножением in vitro) адаптационной способности и активации про/антиоксидантной системы, позволит создать биопрепараты нового класса, базирующиеся на фундаментальных подходах к пониманию ответных реакций растительных организмов к регулированию процессов роста и формированию продуктивности.
Актуальность разработки, изучения и применения биологически активных препаратов, повышающих урожайность и питательную ценность сельскохозяйственных культур, устойчивость растений к болезням, засухе и другим неблагоприятным факторам, а также улучшающих состояние плодородия почв в соответствии с потребностями устойчивого развития сельского хозяйства сохранит свою актуальность как минимум на протяжении ближайших 20 лет. Новизна проекта определяется разработкой многофункциональных агронанобиохимикатов, сочетающих функции регулятора роста растений, иммуномодулирующего элиситора, фунгицида, а также способствующих улучшению биологических свойств почвы. Практическая значимость – одностадийностью способа получения бионаночастиц (известные способы, как минимум, двухстадийны) и перспективой их внедрения в агротехнологии современного растениеводства и, соответственно, модернизации стратегии агрономических и фитосанитарных технологий в сторону усиления экологической направленности при одновременном повышении адаптивных возможностей растений.
Ожидаемые результаты
В рамках выполнения проекта будут решены следующие фундаментальные и прикладные задачи:
‒ разработка методических подходов к формированию из аспарагината хитозана и лигносульфоната (получаемых из нетоксичного, биодеградируемого и ежегодно возобновляемого природного сырья) стабильных дисперсий полых наночастиц и наносфер с одним отверстием, проявляющих полифункциональную биологическую активность в отношении растений, фитопатогенов и эффективного почвенного плодородия;
‒ комплексное исследование биологической активности изучаемых наноструктур в отношении роста и продуктивности широкого круга сельскохозяйственных растений разных биологических (однодольные/двудольные) и хозяйственных групп (полевые зерновые, зеленные и овощные защищенного грунта) на различных этапах онтогенеза (проростки, растения в хозяйственной и биологической спелости) в разных системах культивирования (почвенный грунт/гидропоника), а также в отношении наиболее распространенных групп фитопатогенов;
‒ оценка влияния разработанных биопрепаратов на химические и биологические свойства почвы, а также изучение возможности биологической утилизации использованных препаратов почвообитающими бактериями и грибами; получение данных об изменении видового разнообразия и функционального профиля микробных сообществ после обработки почвы бионанопрепаратами;
‒ в результате общего методологического подхода − проведения на протяжении всего срока исследований сравнительного мониторинга структурно-биологической функциональности специфических наноразмерных макромолекулярных структур биологического происхождения – будут выявлены корреляционные закономерности структура‒свойство наноструктурированных биопрепаратов с их агробиологическими и агрохимическими показателями, определяющими рост и развитие сельскохозяйственных культур, повышение их устойчивости к биотическому (поражение бактериальными или грибными инфекциями) и абиотическому (недостаток влаги) стрессу, улучшение качества продукции и урожайности, а также воспроизводство почвенного плодородия.
Поскольку идея возможной многофункциональности полиэлектролитных наночастиц с жидким ядром выдвигается впервые, для ее подтверждения выбран широкий круг культурных растений (пшеница, соя, картофель, огурец, салат) и патогенных микроорганизмов (Pectobacterium atrosepticum, Alternaria solani, Fusarium oxysporum). Это позволит выявить общие эффекты и закономерности воздействия биопрепаратов на растения различных биологических и хозяйственных групп, а также разработать пути практического применения изучаемых агронанобиохимикатов в агроценозах для условий открытого и закрытого грунта.
Масштаб решения поставленной задачи имеет федеральный и международный уровни, поскольку в РФ такие исследования не проводятся, а в мировой литературе фигурируют лишь единичные публикации в данном направлении, комплексность ‒ междисциплинарным характером (растениеводство, агробиотехнологии, почвоведение, биохимия растений, микробиология почвенных бактерий и грибов, полимерные нанобиоматериалы), широким спектром применяемых методов и подходов, поскольку охватывает как фундаментальные исследования процессов самопроизвольного наноструктурирования биологически активных полимеров, так и прикладные аспекты сочетания их ростостимулирующей и противомикробной активности, возможности активирования сигнальных путей защиты растений и оздоровления почвы, что недоступно при использовании традиционных агротехнологических средств и подходов.
Настоящий проект будет первым фундаментальным исследованием по разработке методик самопроизвольного формирования полых наночастиц и наносфер с одним отверстием на основе солей хитозана и сульфитного лигнина, проведения комплексного анализа их структурно-морфологических особенностей и биологической функциональности для рационального растениеводства.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ