О технологии обработки семян наночастицами рассказал эксперт

Эксперт Lexie Corner Атиф Сухайль рассказал о перспективной для сельского хозяйства технологии нанопрайминга семян. Она заключается в покрытии их растворами, содержащими наночастицы, такие как серебро, медь, кремний, цинк и другие элементы питания, перед посевом.

Наночастицы проникают в семенную оболочку и запускают ряд клеточных, биохимических и физиологических реакций, что приводит к более быстрому и равномерному прорастанию и повышает жизнеспособность всходов.

Выбор наноматериалов для обработки семян зависит от конкретного вида сельхозкультур и желаемого результата. Они могут различаются по размеру частиц (обычно менее 100 нм), составу и функциям.

• Наночастицы кремния (SiNPs) повышают устойчивость к засухе и засолению.
• Наночастицы серебра (AgNPs) обладают противомикробным действием и улучшают прорастание.
• Наночастицы оксида цинка (ZnO NPs) способствуют развитию корневой системы и устойчивости к стрессу.
• Наночастицы золота (AuNPs) содействуют доставке питательных веществ и активации защитных механизмов растений.
• Хитозан обеспечивает доставку питательных веществ и повышают устойчивость к патогенам.
• Наночастицы гидроксида магния (Mg(OH)₂NPs) способствуют раннему прорастанию и укреплению рассады.

В условиях засухи нанопрайминг повышает эффективность использования воды и улучшает работу корневой системы. Оксид цинка (ZnO) улучшает прорастание и поглощение воды, а также активируют антиоксидантные ферменты, которые уменьшают окислительное повреждение, помогая растениям поддерживать фотосинтетическую функцию в условиях ограниченного количества воды.

При солевом стрессе нанопрайминг способствует регулированию ионов и накоплению осмолитов. Оксид графена способствует более глубокому росту корней. Это помогает растениям выводить избыток соли, улучшая при этом усвоение ключевых питательных веществ, таких как калий и кальций. Эти эффекты способствуют повышению стабильности клеточных мембран и общему здоровью растений.

В ответ на тепловой стресс наночастицы оксида цинка действуют как поглотители АФК и помогают стабилизировать белки и ДНК. Внекорневая обработка наночастицами ZnO повышает устойчивость к жаре таких культур, как люцерна. Наночастицы золота и серебра также активируют защитные белки теплового шока.

Что касается влияния обработки семян на конкретные культуры, то ученые установили, что наночастицы Ag улучшили ранний рост кукурузы и чечевицы в условиях солевого стресса.

Аналогичным образом наночастицы ZnO, внесённые в почву с соевыми бобами, повысили жизнеспособность и всхожесть семян во время засухи.

Графеновые частициы улучшили корневую структуру и адаптацию к стрессу у томатов и кориандра.

Также исследователи протестировали селен и азот (Se,N-CDs), на рассаде риса в условиях солевого стресса. При нанесении в виде внекорневой подкормки эти наночастицы усиливали рост рассады и повышали устойчивость к засолению. Обработка активировала сигнальные пути кальция и жасмоновой кислоты, повышала активность антиоксидантных ферментов и поддерживала регуляцию железа, снижая окислительное повреждение растений.

Китайские ученые установли, как состав клеточной стенки растений влияет на поглощение наночастиц. Используя огурец и арабидопсис, исследователи сравнили поглощение в четырёх типах клеток: протопластах (без клеточной стенки), клетках, обработанных ферментами, регенерированных клеточных стенках и неповреждённых листьях.

Они обнаружили, что содержание пектина имеет решающее значение для поглощения отрицательно заряженных углеродных наночастиц. Это открытие может помочь в разработке более эффективных систем доставки наночастиц для применения в сельском хозяйстве.

Эксперт подчеркивает, что несмотря на продолжающиеся исследования и растущий интерес, нанопраймирование в сельском хозяйстве сталкивается с очевидными проблемами, связанными с регулированием и внедрением этой технологии.

Долгосрочные последствия воздействия наночастиц на почвенные экосистемы, качество воды и нецелевые организмы до сих пор до конца не изучены. Неправильное или чрезмерное применение может привести к фитотоксическому воздействию или нежелательному накоплению в окружающей среде.

Еще одним препятствием является отсутствие установленных нормативных требований во многих странах. Без четких стандартов использования наноматериалов в сельском хозяйстве коммерческое внедрение остается ограниченным. Масштабируемость также вызывает трудности. Производство и применение наночастиц в больших объемах с минимальными затратами остается сложной задачей.