Обзор более 1000 статей: как наноматериалы влияют на растения

Исследователи из Центра ядерной энергетики в сельском хозяйстве Университета Сан-Паулу (CENA-USP, Бразилия) совместно с коллегами из Канады, Франции, Италии и Испании проанализировали 1154 оригинальных научных статей, опубликованных с 2009 по 2022 год, о влиянии наноматериалов на 1374 растения, принадлежащих к 253 видам. Метаанализ собрал и систематизировал количественную информацию об экспериментальных параметрах, используемых в научной литературе за последнее десятилетие.

Авторы систематизировали коллективно накопленные знания о наиболее используемых наноматериалах, типе среды, к которой подвергались растения, наиболее подверженных обработке органах растений и продолжительности исследований. Кроме того, они рассчитали процент наноматериальных обработок, которые оказали положительный, отрицательный, смешанный или нулевой эффект на растения.

Результаты опубликованы в журнале Environmental Science: Nano.

Ключевые выводы об экспериментальном дизайне:

• Отсутствие положительного контроля: 71% исследований не использовали положительный контроль (например, микрометрические частицы или растворимые соединения аналогичного химического состава). Это затрудняет различение эффектов, специфичных именно для наноразмерных свойств, от эффектов ионов или микрочастиц.
• Высокие дозы: Уровни воздействия наноматериалов в экспериментах, как правило, превышали естественные или сельскохозяйственные. Это ставит вопрос: обусловлены ли наблюдаемые негативные эффекты именно наноразмерными свойствами или просто высокой дозой вещества?
• Короткая продолжительность: Медианная продолжительность экспериментов для растений, выращенных в почве, составила 49 дней, что меньше полного цикла развития большинства сельскохозяйственных культур (90–120 дней). Лишь в меньшинстве исследований оценивалось влияние на урожайность и качество продукции.
• Недостаток полевых исследований: Лишь 6% экспериментов проводились в полевых условиях, что необходимо для учёта реальных переменных (погода, патогены, почва).
• Влияние на микроорганизмы почвы: Только 19% исследований, связанных с внесением наночастиц в почву, измеряли их влияние на микроорганизмы, которые критически важны для плодородия.
• Размер частиц: Около половины обработок использовали частицы размером более 29 нанометров, хотя известно, что некоторые свойства особенно выражены у частиц меньшего размера.

Авторы заключают, что полученные результаты подчёркивают «сложную взаимосвязь между нашей способностью делать выводы и используемым экспериментальным дизайном». Они задаются вопросом, приведут ли наноматериалы к постепенному росту урожайности (например, за счёт контролируемого высвобождения удобрений) или же совершат переворот в сельском хозяйстве, решая ранее недоступные проблемы, такие как стресс у растений, механизмы защиты или модуляция метаболизма и фотосистем.