Дополненные растения с наноматериалами могут потенциально выполнять новые полезные функции

Человеко-машинные гибриды с экстраординарными способностями издавна представлялись писателями-фантастами. Однако «супер растения» со встроенными наноматериалами могут быть намного ближе к реальности, чем киборги.

Внешнее покрытие из наноматериалов (люминесцентный зеленый; верхнее изображение) защищает растение лилитового растения от резких ультрафиолетовых лучей (нижнее изображение), которые увядают и обесцвечивают незащищенное растение (стрелки). (Фото предоставлено Джозефом Ричардсоном)

Теперь исследователи описывают разработку растений, которые могут производить наноматериалы, известные как металлоорганические каркасы (MOF), и применение MOF в качестве покрытий для растений. Усовершенствованные растения могут потенциально выполнять новые полезные функции, такие как обнаружение химических веществ или более эффективное прослушивание.

Ученые представят свои результаты на Национальном собрании и экспозиции Американского химического общества (ACS) «Весна 2019 года», 3 апреля 2019. ACS, крупнейшее научное общество в мире, проводит заседание до четверга, 4 апреля -го на котором представлено почти 13 000 докладов по широкому спектру научных тем.

Ведущий исследователь проекта, Джозеф Ричардсон, доктор философии, сообщает, что на протяжении тысячелетий люди вводили инородные материалы в растения.

Одним из примеров этого является окрашивание цветов . Вы бы погрузили стебель срезанного цветка в какую-нибудь краску, и краситель проникал бы через стебель и проникал в лепестки цветка, а затем вы увидите эти прекрасные цвета .

Джозеф Ричардсон, доктор философии, ведущий исследователь проекта, Университет Мельбурна

Широкие сосудистые сети растений позволяют им легко поглощать воду и молекулы, растворенные в жидкостях. Тем не менее, более крупные материалы и наночастицы, такие как MOF, проходят сквозь корни. Так, Ричардсон и его коллеги из Мельбурнского университета (Австралия) заподозрили, могут ли они кормить растений предшественниками MOF, которые будут поглощаться ими и впоследствии превращаться в готовые наноматериалы.

MOFs – которые содержат кластеры или ионы металлов, связанные с органическими молекулами – производят высокопористые кристаллы, которые могут поглощать, хранить и выделять другие молекулы, почти похожие на губку. До сих пор химики производили тысячи различных MOF с многообещающими применениями, начиная от хранения водородного топлива до поглощения парниковых газов и заканчивая распределением лекарств в организме. Предоставление растениям для производства небольших количеств этих полезных соединений в их собственных тканях может дать им новые неестественные возможности.

Чтобы проверить, могут ли растения производить МФ, Ричардсон и его коллеги объединили соли металлов и органические линкеры с водой, а затем оставили нетронутыми растения или черенки в растворе. Растения несли предшественники в свои ткани, где росли два разных типа флуоресцентных кристаллов MOF.

В эксперименте с проверкой концепции, вырезанные из лотоса растения MOF выявили небольшие концентрации ацетона в воде, о чем свидетельствует уменьшение флуоресценции материалов. В зависимости от этих результатов Ричардсон стремится изучить, могут ли гибриды растений-MOF обнаруживать взрывчатые вещества или другие летучие химические вещества, которые могут быть полезны для безопасности аэропорта.

Готовые материалы не только позволяют растениям производить МФ, но также могут использоваться в качестве покрытия на растениях, чтобы помочь им превратить вредные ультрафиолетовые (УФ) лучи в свет, который более полезен для фотосинтеза.

Поскольку мы размышляем о выращивании сельскохозяйственных культур в космосе или на Марсе, где у вас нет атмосферы и на вас воздействуют ультрафиолетовые лучи, может помочь что-то подобное . Это потому, что он не только защищает растения от ультрафиолетовых лучей, но и превращает их в полезную энергию. Особенно когда вы удаляетесь от солнца, становится все труднее захватить весь свет, необходимый для фотосинтеза .

Джозеф Ричардсон, доктор философии, ведущий исследователь проекта, Университет Мельбурна

Исследователи уже начали исследовать защитные возможности наноматериалов, и предварительные данные показывают потенциал. Группа покрывала обрезки лилиатурфа и хризантемы люминесцентными MOF, и после этого растения подвергали воздействию ультрафиолетового излучения в течение трех часов. Растения с MOF демонстрировали меньшее увядание и обесцвечивание по сравнению с обрезками без покрытия.

В настоящее время Ричардсон сотрудничает с биологами растений для изучения влияния MOFs на рост растений. До сих пор они не наблюдали никакой токсичности наноматериалов. Кроме того, ученые хотят определить, могут ли MOF действительно помочь растениям расти лучше, что может привести к их применению в сельском хозяйстве.

Ученые признают поддержку и финансирование со стороны Японского общества содействия развитию науки и Центра передового опыта Австралийского исследовательского совета по конвергентной био-нано-науке и технике.

Видео предоставлено: ACS

Source link