Снижение использования пестицидов с помощью наночастиц

Исследователи из Института Адольфа Меркля и кафедры биологии Университета Фрибура обнаружили, как определённые кремниевые наночастицы могут служить бесследным, разлагаемым и высокоэффективным средством против некоторых патогенов растений.

Одной из главных проблем современного сельского хозяйства является широкое использование удобрений и пестицидов. Поскольку всё больше продуктов запрещается или считается опасным для здоровья людей и животных, потребность в заменителях высока. Один из подходов — стимуляция собственного иммунного ответа растений на атаки патогенов. Кремниевая кислота, естественным образом присутствующая в почве, известна своей способностью провоцировать такие реакции. Аморфные наночастицы диоксида кремния (SiO₂) могут высвобождать это вещество малыми дозами. Эти наночастицы, также естественно присутствующие во многих пищевых культурах (например, злаках), распространены шире, чем принято думать. Они входят в состав пищевой добавки E551, десятилетиями используемой в таких продуктах, как поваренная соль, таблетки или протеиновые порошки, для предотвращения слёживания.

Повышение устойчивости

Исследователи из Фрибура поставили цель создать экологически безопасный наноагрохимикат для направленной доставки кремниевой кислоты и стимуляции защиты растений. Они синтезировали наночастицы SiO₂ со свойствами, аналогичными тем, что содержатся в растениях.

Для проверки эффективности наночастицы нанесли на Arabidopsis thaliana (резуховидку Таля) — широко используемую модель растения, заражённую бактериальным вредителем Pseudomonas syringae (другой модельный организм). Результаты показали, что наночастицы могут повышать устойчивость к бактериям дозозависимым образом, стимулируя защитный гормон растений — салициловую кислоту (активный ингредиент аспирина).

Исследователи также изучили взаимодействие наночастиц с листьями растений. Они показали, что поглощение и действие наночастиц происходят исключительно через устьица — поры, через которые растения дышат. Наночастицы не распространялись дальше в растениях и разлагались без следа в присутствии воды, что важно для экологической и пищевой безопасности.

По сравнению со свободной кремниевой кислотой, уже используемой в защите растений, наночастицы SiO₂ вызывали меньший стресс у растений и других почвенных микроорганизмов благодаря медленному высвобождению кислоты.

Исследование, опубликованное в ведущем журнале Nature Nanotechnology, показывает, что наночастицы диоксида кремния могут стать недорогой, высокоэффективной, безопасной и устойчивой альтернативой для защиты растений от болезней.

Будущие исследования могут быть расширены на более широкий спектр патогенов, таких как другие бактерии, насекомые или вирусы. Однако учёные подчёркивают, что до любого широкого применения наночастиц в качестве нанобиостимуляторов и удобрений необходим тщательный анализ для оценки потенциальной долгосрочной судьбы наночастиц SiO₂ в окружающей среде.