Die wêreld het lankal 'n oplewing begin rondom organiese produkte wat aan sekere kriteria moet voldoen, insluitend om omgewingsvriendelik te wees. En hoe om die gewenste suiwerheid te bereik, as byna alle gewasse vatbaar is vir siektes wat deur mikrobes veroorsaak word? Dit is nie maklik om so 'n probleem op te los sonder "chemie" nie. Daarom dink wetenskaplikes oor hoe om chemikalieë so onskadelik vir plante en menslike gesondheid as moontlik te maak. Alla PERFILYEVA, Senior Navorser van die Laboratorium vir Plant-Mikrobiese Interaksies van die Siberiese Instituut vir Plantfisiologie en Biochemie van die Siberiese Tak van die Russiese Akademie van Wetenskappe, Kandidaat van Biologiese Wetenskappe, het saam met haar wetenskaplike span die oplossing van hierdie probleem aangepak. . Die navorsingsonderwerp "Verbetering van landbouplante van bakteriële en swamfitopatogene met behulp van selenium-nanosamestellings verkry deur chemiese en mikrobiologiese sintese" is ondersteun deur 'n toekenning van die president van die Russiese Federasie.
- Fitopatogeniese mikrobes is die veroorsakende middels van siektes van gekweekte plante, sê Alla. Hulle kan in die vorm van virusse, bakterieë of swamme wees. As gevolg van wêreldwye klimaatsverandering, brei die reeks van baie patogene mikrobes uit, insluitend verspreiding na nuwe gebiede. Patogene lei tot die nederlaag van plantmateriaal - verrotting van bolle, knolle van plante. As gevolg hiervan vertraag die groei van die plant gedurende die groeiseisoen: sy grootte as geheel of sy organe verminder - die blare word kleiner, die wortelstelsel ontwikkel swak. Pigmentasie verander: vergeling vind plaas, die organe word liggroen. Blare en stingels verdor, gevalle van volledige dood van plante is nie ongewoon nie. Dit alles beïnvloed natuurlik die oes negatief.
– Hoe om dit te hanteer?
– Om fitopatogene mikroörganismes te onderdruk, word giftige plaagdoders gebruik. Hulle werk egter teen swamme en is ondoeltreffend teen bakterieë. Maar sulke fondse is ongetwyfeld nodig.
- Dit blyk dat fitopatogene bakterieë alles vernietig en niks daaraan gedoen kan word nie?
- Dit is nutteloos vir fitopatogene om alles te vernietig, want hulle benodig 'n voedselbasis. As hulle gasheerplante heeltemal uitroei, sal hulle eenvoudig nêrens hê om te woon nie en niks om te eet nie. Daarom inhibeer fitopatogene plante geleidelik.
Die ontwikkeling van siektes word beïnvloed deur weerstoestande, soms blyk dit ten gunste van 'n persoon te wees, nie patogene nie. Verskeie rottings, insluitend laatroessiekte, ontwikkel byvoorbeeld meer aktief in koue en reënerige somers, en droë en warm weer is vir hulle ongunstig. Soms is oesverliese aansienlik en beloop 40-70%. Mens moet die feit in ag neem dat fitopatogene nooit alleen werk nie. As 'n reël is daar 'n komplekse effek van swamme en bakterieë op plante. Gevolglik verswak een infeksie (dikwels swamme) die plantorganisme, en die res van die fitopatogene val later aan.
- Dit blyk dat sommige gewasse glad nie verbou moet word nie – sal bakterieë dit in elk geval eet?
- As gevolg van langtermyn seleksie het 'n persoon die mees weerstandbiedende variëteite van gekweekte plante gekies. Die evolusie van fitopatogene gaan egter parallel met die evolusie van gasheerplante – hulle word ook hardnekkiger.
– Watter middels word tans ontwikkel om die probleem op te los?
- Fitopatogeniese mikroörganismes is baie bestand teen omgewingsfaktore, aangesien hulle in staat is om 'n deel van hul lewens buite die gasheerplantorganisme deur te bring, in die grond. Daarom kan nie alle stowwe hul lewensvatbaarheid beïnvloed nie. Dit weet ek uit eie ondervinding deur verskeie chemikalieë te toets.
– Hoekom het jy besluit om selenium nano-samestellings te probeer?
Selenium is 'n noodsaaklike mikrovoedingstof vir alle lewende organismes. Dit is deel van die ensieme wat nodig is vir die sel, het 'n hoë biologiese aktiwiteit en 'n antioksidante effek. Die inhoud daarvan in die grond regoor die wêreld is egter onvoldoende.
In die samestelling van nanokomposiete is selenium in die vorm van nanopartikels. Hulle het geen lading nie, hul grootte is tot 100 nanometer. In vergelyking met konvensionele verbindings van chemiese elemente, moet nanopartikels in kleiner volumes verbruik word. In groot hoeveelhede het hulle 'n toksiese effek.
Wanneer nanosamestellings geskep word, word nanopartikels dig in 'n groot molekule (matriks) gepak. Dit is 'n natuurlike polimeer, byvoorbeeld stysel wat uit aartappels verkry word, of karrageen, wat as verdikkingsmiddel vir die voedselindustrie gebruik word, of arabinogalaktaan, 'n polisakkaried wat uit Siberiese lariks geïsoleer is, sowel as humusstowwe. Nanopartikels is nie op die oppervlak van die nanosamestelling geleë nie, maar binne, daarom kan hulle nie chemiese reaksies betree nie.
Hoe word bakterieë vernietig?
– Natuurlike polimere is aantreklik vir patogene bakterieë as voedsel. Hulle skei spesiale stowwe buite af – ekso-ensieme, wat in staat is om groot molekules buite die bakteriese sel in kleineres af te breek – oligomere en monomere. Bakterieë voed op hulle. Wanneer die nano-saamgestelde matriks deur ekso-ensieme geklief word, word selenium-nanopartikels vrygestel.
Hulle heg aan die oppervlak van die bakteriese sel en werk op die membraanpotensiaal, dit wil sê die lading op die seloppervlak. As gevolg hiervan begin vloeistof uit die omgewing aktief die bakteriese sel binnedring, wat lei tot die breuk van die bakterie.
Terselfdertyd het beide selenium-nanopartikels en -matrikse nie 'n negatiewe uitwerking op plante nie. Verder het ons 'n aantal stowwe bestudeer – selenium-nanosamestellings in verskeie natuurlike polimeermatrikse – en gevind dat dit selfs die groei en ontwikkeling van plante stimuleer, hul weerstand teen fitopatogene in vitro verhoog, dit wil sê "in proefbuis", en produktiwiteit in veldtoestande. eksperimenteer.
Terselfdertyd versamel selenium nie in plantweefsels na hul behandeling nie en het dit nie 'n nadelige uitwerking op grondmikro-organismes nie, wat die veiligheid van die gebruik van nanosamestellings aandui. Boonop verryk hulle die minerale voeding van plante, verhoog hulle weerstand teen siektes. Dit blyk dus dat selenium-nanosamestellings fitopatogene mikroörganismes vernietig en boonop 'n groeistimulerende effek vir plante het sonder om die omgewing te benadeel.
- Hoe lank werk jy al aan hierdie onderwerp? Watter ander resultate het jy gekry?
– Ek het die biologiese aktiwiteit van nanosamestellings begin navors net nadat ek my Ph.D. proefskrif in 2013. Selenium nanosamestellings word gesintetiseer deur die wetenskaplike groep van Boris Sukhov by die Instituut vir Kinetika en Verbranding van die Siberiese Tak van die Russiese Akademie van Wetenskappe. VV Voevodsky in Novosibirsk. By ons Instituut is ek en my kollegas besig met nanosamestellings: Irina Graskova, Hoofnavorser van die Laboratorium vir Plant-Mikrobiese Interaksies, Doktor in Biologie, Olga Nozhkina en Anastasia Gazizova, Vooraanstaande Ingenieur, sowel as studente van die Biologie- en Grondfakulteit van Irkutsk State University, wat navorsing onder my toesig vir hul kwartaalvraestelle en proefskrifte uitvoer.
Ons het die effek van 'n aantal seleniumbevattende nanosamestellings in matrikse op die ontkieming van radyse, sojabone en aartappels bestudeer. Het gevind dat hulle in sommige gevalle groei stimuleer. Vir drie jaar, van 2020 tot 2022, het ons in die loop van veldeksperimente die effek van selenium-nanosamestellings op aartappelproduktiwiteit bestudeer en gevind dat dit die aantal knolle wat van elke plant verkry is, verhoog het.
Boonop het ons die nadelige effek ontdek wat selenium-nanosamestellings op aartappelringvrotbakterieë, Clavibactersepedonicus, en die laatroespatogeen Phytophthora cactorum het, wat 'n wye verskeidenheid gewasse, van appelbome tot blomme, besmet.
Laatroes is 'n siekte van plante waarin vergeling en verwelking van blare, verrotting van vrugte op die wingerdstok en selfs volledige dood van die plant waargeneem word. Dikwels gevind in verteenwoordigers van die nastergalfamilie - dit is tamaties en aartappels. Nou bestudeer ons hoe die voorplantbehandeling van aartappelknolle met seleniumnanosamestellings die mikrobiese samestelling (mikrobioom) van knolle van die aartappeloes beïnvloed.
Vir 10 jaar het ons 'n aantal nanosamestellings bestudeer wat gebaseer is op nanopartikels van metale - silwer, koper, mangaan, yster, sowel as hul verskillende kombinasies. Nuwe interessante data is verkry, waarvolgens sommige nanosamestellings 'n baie hoë biologiese aktiwiteit het: dit stimuleer die groei en ontwikkeling van plante, en het 'n hoë antibakteriese effek. Ons het reeds aansoek gedoen vir 'n patent op die registrasie van die biologiese aktiwiteit van mangaan-nanosamestellings.
– Hoeveel sal die resultate van jou navorsing in aanvraag wees?
– Vandag word die gebruik van nanotegnologieë in verskeie sfere van die nasionale ekonomie aktief bespreek. In medisyne en veeartsenykunde word nanopartikels reeds wyd gebruik vir kankerbehandeling en as antioksidante. Die gebruik van nanotegnologieë in landbouchemie is belowend vanweë die lae volume gebruik van stowwe wat nanopartikels bevat. Terselfdertyd is die koste vergelykbaar met konvensionele ontsmettingsmiddels, en die effek van die gebruik van nanopartikels is baie hoër. As gevolg van die feit dat die grond arm is aan selenium, benodig plante toepaslike mineraalaanvullings. Die meeste daarvan los egter nie heeltemal op in grondvog nie en word deur plante opgeneem. Daarom is die behoefte aan die behandeling van plantmateriaal met selenium-nanosamestellings voor die hand liggend.
Daarbenewens is daar steeds nie genoeg fundamentele kennis oor die effek van nanopartikels op plantorganismes, fitopatogene mikroörganismes en plant-mikrobiese verhoudings nie. Ons navorsing vul hierdie leemtes. Ons het reeds 'n groot aantal laboratoriumtoetse en veldeksperimente uitgevoer, wat ons 'n redelike diep begrip van die probleem gegee het. Om hierdie kennis in die praktyk te gebruik, is goedkeuring in 'n landboufirma nodig. Ons sal dit ook doen, maar later. Sulke werk vereis baie groter volumes nanosamestellings as vir laboratoriumstudies. Dit is die taak van sintetiese chemici.