Автор AZoNano 15 декабря 2020 г.

Ученые из Института Адольфа Меркля и факультета биологии Фрибургского университета определили, как некоторые наночастицы кремнезема могут служить разлагаемым, бесследным и высокоэффективным средством против определенных патогенов растений.

В настоящее время одной из основных проблем в сельском хозяйстве является более широкое использование пестицидов и удобрений. Все больше продуктов либо запрещены, либо считаются опасными для здоровья человека и животных. Таким образом, существует острая потребность в альтернативах.

Один из способов – вызвать собственный иммунный ответ растения против атак патогенов. Кремниевая кислота естественным образом встречается в почве и, как известно, стимулирует такие реакции у растений. Более того, наночастицы аморфного кремнезема могут выделять это вещество в крошечных количествах.

Наночастицы кремнезема также встречаются в природе в некоторых пищевых культурах, таких как зерновые, и встречаются чаще, чем предполагалось. Они входят в состав пищевого диоксида кремния (SiO ₂ ), который также называется E551 на этикетках и упаковке и используется в течение нескольких десятилетий в ряде продуктов, таких как таблетки, поваренная соль или протеиновые порошки для предотвращения комкования.

Повышенное сопротивление

Учитывая это, команда из Фрибура стремилась создать экологически безопасный нано-агрохимикат для достижения целевой доставки кремниевой кислоты и активизации защиты растений. Они произвели наночастицы диоксида кремния со свойствами, аналогичными свойствам растений.

Исследователи проверили эффективность наночастиц, применив их к Arabidopsis thaliana (кресс-салат) – широко используемой модели растения – инфицированному Pseudomonas syringae бактериальным вредителем. это еще один модельный организм.

Открытия показали, что их наночастицы могут повышать сопротивляемость бактериям дозозависимым образом, стимулируя защитный гормон растения – салициловую кислоту (которая также является активным ингредиентом аспирина). Исследователи также изучили взаимодействие между наночастицами и листьями растения.

Они смогли продемонстрировать, что поглощение и действие наночастиц происходило исключительно через поры листьев или устьиц, которые позволяют растениям дышать. Не было обнаружено, что наночастицы проникают дальше в растения и разлагаются бесследно в присутствии воды, что является решающим фактором для безопасности пищевых продуктов и окружающей среды.

В отличие от свободной кремниевой кислоты, которая уже используется для защиты сельскохозяйственных культур, наночастицы кремнезема оказывают меньшее воздействие на растения и другие почвенные микроорганизмы, поскольку они постепенно выделяют кремниевую кислоту.

Исследование, опубликованное в ведущем журнале Nature Nanotechnology демонстрирует, что наночастицы кремнезема могут действовать как безопасная, экономичная, устойчивая и высокоэффективная альтернатива для предотвращения болезней растений.

Инновации

Исследователи отмечают, что дальнейшие исследования в этой области могут расширить анализ на более широкий круг патогенов растений, таких как другие бактерии, вирусы или насекомые. Однако они повторяют, что перед любым широкомасштабным применением наночастиц в качестве наноудобрений и нанобиостимуляторов необходим всесторонний анализ, чтобы оценить вероятные долгосрочные шансы наночастиц диоксида кремния в окружающей среде.

Исследование было совместным усилием, возглавляемым стипендиатом AMI BioNanomaterials Ambizione доктором Фабьен Шваб и докторантом Департамента биологии доктором Мохамедом Эль-Шетехи, и ему предшествовал первый прикладной проект. Schwab создал запатентованные разлагаемые наночастицы для адресной доставки активных ингредиентов и активации устойчивости растений.

С этого года, с помощью Innosuisse, Швейцарского инновационного агентства, Шваб и ее сотрудники из Университета прикладных наук и искусств Западной Швейцарии – Фрибурга и Школы сельскохозяйственных, лесных и пищевых наук Бернского университета проводит полевые испытания и увеличивает производство наночастиц.

Ссылка на журнал:

Эль-Шетехи, М., и др. . (2020) Наночастицы кремнезема повышают сопротивляемость болезням растений Arabidopsis . Природа Нанотехнологии . doi.org/10.1038/s41565-020-00812-0.

Источник: https://www3.unifr.ch/home/en/[19459008visible