Израильская разработка в области сельскохозяйственных технологий позволяет в 300 раз повысить эффективность доставки полезных веществ растениям.
Речь идет о знаменитых помидорах «черри» – этот сорт был выведен впервые в нашей стране несколько десятилетий назад и затем завоевал весь мир. Ни для кого не секрет, что чтобы помидор благополучно вырос и развился из семени во взрослое и сильное растение, дающее плоды он нуждается в еде, пище, солнечном свете и защите от вредителей. Еда – это не только то, что растение получает из почвы. Современные методы включают также распыление полезных веществ на растения. Вещества попадают на листья, усваиваются растением и способствуют повышению урожайности. Проблема заключается в том, что при существующих методах распыления лишь 10% нужных веществ поглощается растением. Ученые из команды Ави Шредера и кафедры инженерной химии Техниона сообщили, что сумели разработать метод распыления наночастиц с полезными веществами, в результате чего усвояемость растениями повысилась в 300 раз по сравнению с существующими ныне методами.
Низкая эффективность проникновения веществ в листья растений при традиционных методиках распыления объясняется их клеточной структурой. Растительные клетки (как и другие) окружены жировой мембраной, которая служит своего рода границей, отделяющей содержимое клетки от окружающей среды. Эта мембрана препятствует проникновению веществ из окружающей среды в клетку. С точки зрения защиты от вредоносного влияния эта функция мембраны исключительно полезна, но когда речь идет об удобрениях, именно она служит препятствием для эффективного подкармливания растения.
Ноу-хау израильских ученых – крошечная капсула диаметром около сотни нанометров (десятитысячная доля миллиметра), которая состоит из жировых молекул, подобных по структуре тем, из которых состоит мембрана клеток растения. Благодаря этому сходству капсула без труда способна проникать в ткани растения. По словам Шредера, подобная капсула может быть устойчивой длительное время и в итоге сливаться с клеточной мембраной и высвобождать ее содержимое.
Подобный механизм с использованием наноразмерных капсул действует в медицине, когда есть необходимость целевой доставки активного вещества к определенным клеткам организма. Например, когда ведется целенаправленное воздействие на раковую опухоль.
Израильские ученые задались вопросом: если такой метод работает в человеческом организме, способны ли капсулы достигать различных частей растения? В качестве подопытного растения был использован куст помидоров «черри». На один из листьев распылили спрей, содержащий специально окрашенные светящиеся молекулы (чтобы видеть, как они проникают в ткани растения). Затем были взяты пробы из других листьев, стебля и корней. Спустя трое суток пробы, изученные под микроскопом, не оставили сомнений: светящиеся молекулы проникли в растение и распространились по всем его частям.
На следующем этапе полезные вещества распыляли на растения, которые перед этим содержали на своего рода «сухом пайке», то есть без необходимых микроэлементов.
Для чистоты эксперимента кусты помидоров в течение двух недель выращивали в почве, где не было двух важных минералов: железа и магния. Эта обедненная почва угнетала растения, не давая им активно развиваться. Затем исследователи включили эти минералы в спрей, распыленный на листья растений. В одном случае этот спрей содержал нанокапсулы, в другом – использовался традиционный метод. Еще через две недели ученые сравнили состояние двух групп растений. Оказалось, что помидоры, которым магний и железо доставлялись с помощью наночастиц, восстановились лучше и быстрее, чем кусты из «контрольной группы».
Подобный эксперимент был произведен и в гидропонной среде (когда растения получают питательные вещества не из почвы, а из водной основы). И вновь растения, получавшие подкормку в виде нанокапсул, оказались сильнее и здоровее собратьев, получавших вещества обычным способом.
Пока речь идет только о лабораторных исследованиях, но участники научной группы верят, что в ближайшее время их метод может быть перенесен в полевые условия и станет еще одной ступенью в освоении передовых технологий в сельском хозяйстве подобно капельному орошению, фитомониторингу, выращиванию северных культур в условиях пустыни и другим израильским открытиям.
