91��ý

Под рисовыми полями Кызылординской области скрывается угроза, которую нельзя увидеть, почувствовать или услышать — но последствия которой накапливаются десятилетиями. Это кадмий.

Широкое применение фосфорных удобрений, деятельность металлургических предприятий, внесение фосфогипса на засолённых участках — всё это ведёт к постепенному накоплению кадмия в казахстанских почвах. Кадмий относится к первому классу опасности: даже в следовых количествах он нарушает физиологические и биохимические процессы растений, снижает урожайность и, попадая в пищевую цепочку, вызывает у человека тяжёлые заболевания — почечную недостаточность и остеомаляцию.

Для решения этой проблемы отечественная исследовательская группа реализует проект «Токсичность кадмия для растений риса и использование физико-химических методов для повышения устойчивости». Проект финансируется в 2025–2027 годах в рамках приоритетного направления «Экология, окружающая среда и рациональное природопользование». В состав исследовательской группы входят три доктора наук, один PhD-докторант и один магистр.

Рис — стратегическая культура для Казахстана. По данным Казахской академии питания, ежегодная потребность страны в рисе составляет 132,6 тысячи тонн, то есть 8,5 кг на человека в год. В стране оборудовано около 225 тысяч гектаров для возделывания риса, из которых 175 тысяч сосредоточены в Кызылординской области.

Именно в этих регионах рис выращивается на засолённых почвах, подверженных загрязнению кадмием. Исследования показывают, что интенсивное применение фосфорных удобрений способно поднять содержание кадмия в почве до 300 мг/кг сухого веса. Кадмий поглощается корнями, поступает в ксилему, транспортируется в листья и в конечном счёте накапливается в зерне.

При систематическом употреблении риса с повышенным содержанием кадмия возникают серьёзные риски для здоровья. На уровне растения кадмий индуцирует окислительный стресс, угнетает фотосинтез, нарушает транспорт питательных веществ и может приводить к гибели тканей.

Исследование отвечает на один центральный вопрос: как защитить рис, выращиваемый на загрязнённых кадмием почвах?

Работа ведётся одновременно по трём направлениям.

Направление первое — скрининг сортов. Сорта риса, районированные в Казахстане, сравниваются по устойчивости к кадмию. Объекты исследования — сорта из коллекции Казахского научно-исследовательского института рисоводства имени Ибрая Жахаева. Анализируются биометрические показатели (длина растений, накопление биомассы), содержание фотосинтетических пигментов, относительное содержание воды (RWC) и уровень пролина. По итогам скрининга выявляются относительно устойчивые и чувствительные сорта.

Направление второе — регуляторы роста. Для снижения токсичности кадмия применяются три препарата: «Эпин-Экстра» (спиртовый раствор эпибрассинолида), «Циркон» (раствор гидроксикоричных кислот) и «Гумат калия» (гуминовые и фульвокислоты, NPK и минеральные элементы). Брассиностероиды активируют деление и растяжение клеток. Гидроксикоричные кислоты благодаря антиоксидантным свойствам снижают окислительный стресс. Гумат калия регулирует обмен азота и углерода и влияет на физиологические процессы через изменение экспрессии генов. Предварительные данные показали, что «Гумат калия» и «Циркон» наиболее эффективно улучшают физиологические и биохимические показатели риса в условиях кадмиевого стресса.

Направление третье — микроволновое излучение. Предпосевная обработка семян электромагнитным полем сверхвысокочастотного диапазона (ЭМП СВЧ) — физический метод активации защитных механизмов растений. Обработка проводится в лаборатории Института ядерных проблем Белорусского государственного университета: частота 64–66 ГГц, мощность 10 мВт, продолжительность 10 и 20 минут. Предшествующие опыты на других культурах подтвердили способность подобного воздействия повышать неспецифическую устойчивость к абиотическим стрессам.

В проекте применяется набор хорошо апробированных аналитических методов. Содержание фотосинтетических пигментов (хлорофилл a и b, каротиноиды) определяется спектрофотометрически при длинах волн 665, 649 и 440,5 нм с расчётом по формулам Вернера и Веттштейна. Уровень пролина определяется методом Bates и соавторов (1973) с использованием нингидринового реактива: повышение концентрации пролина служит маркером стрессовой реакции, а его снижение при обработке регуляторами свидетельствует об ослаблении токсического воздействия. Относительное содержание воды измеряется по методике Schonfeld и соавторов.

Все эксперименты проводятся в не менее чем трёхкратной повторности. Статистическая обработка включает расчёт средней ошибки, критерий Стьюдента, t-тест и ANOVA.

Институт ядерных проблем БГУ — ключевой международный партнёр проекта. Сотрудники института, непосредственно осуществляющие предобработку семян микроволновым излучением, будут включены в список соавторов публикаций.

Дополнительную консультативную поддержку оказывает к.б.н. Усенбеков Б.Н. — заведующий лабораторией физиологии и биохимии растений ИББР, специалист по изучению риса в стрессовых условиях.

Исследовательская группа располагает весомым научным заделом. В 2015–2017 годах был выполнен предшествующий проект, посвящённый накоплению кадмия в органах риса и его влиянию на минеральный состав. По результатам опубликован ряд статей, в том числе в журнале BioMed Research International (Scopus Q2). Новый проект принципиально отличается от предыдущего: если прежде изучались механизмы повреждения, то теперь целенаправленно исследуются способы их преодоления.

Практическая ценность исследования многоуровнева. Фермеры и аграрные хозяйства на территориях с повышенным содержанием кадмия в почве получат научно обоснованные рекомендации по выбору устойчивых сортов и применению регуляторов роста. Сельскохозяйственные предприятия вблизи металлургических производств смогут использовать разработанные методы для защиты урожая. Государственные органы в сфере АПК получат доказательную базу для политики в области районирования сортов и безопасности продовольствия.

Результаты публикуются в международных рецензируемых журналах, индексируемых в Scopus и Web of Science.