Спрей-антибиотик для растений: защита от болезней и засухи
Инженеры Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали полимерное покрытие-спрей, которое помогает растениям противостоять вредным бактериальным инфекциям и выживать в условиях засухи. Прогресс, описанный в ACS Materials Letters, может укрепить глобальную продовольственную безопасность, поскольку экологические стрессы усиливают давление болезней на растения.
Как работает антибактериальное покрытие
Исследователи создали антибактериальное покрытие на основе специально разработанного синтетического полимера, содержащего в своей структуре положительно заряженные химические группы с антибактериальными свойствами. Эти группы разрушают бактериальные клеточные мембраны, что делает полимер эффективным против широкого спектра вредных микробов.
Ключевым отличием стал синтез полимера в мягких водных условиях, а не в токсичных для растений органических растворителях. Это позволило создать биосовместимый спрей.
Используя модифицированный метод, исследователи получили полинорборнен — газопроницаемый полимер, что позволяет листьям нормально дышать и расти.
Покрытие, нанесённое на листья растения-модели Nicotiana benthamiana, защитило живые растения от инфекции Agrobacterium. В тестах на отдельных листьях в чашках Петри покрытие подавляло рост как грамотрицательных (Escherichia coli), так и грамположительных (Staphylococcus aureus) бактерий.
Важное открытие: «Полное покрытие листа не было необходимым для достижения защиты. Мы можем распылить лишь небольшую часть листа, и это обеспечивает бактериальный иммунитет для всего растения».
Защита всего растения и устойчивость к засухе
Исследователи полагают, что защита всего растения может быть следствием системного стрессового ответа. Обработанные листья кратковременно показали лёгкое увеличение перекиси водорода (H2O2) — естественной сигнальной молекулы, которую растения производят в ответ на стресс. Этот ответ со временем ослабевал, и растения оставались здоровыми. Гипотеза: кратковременный стрессовый сигнал активирует более широкий защитный ответ во всём растении.
Кроме того, обработанные растения показали повышенную устойчивость к засухе. При отсутствии полива в течение четырёх дней опрысканные растения оставались здоровее и меньше увядали. Учёные предполагают, что полимерное покрытие может действовать как физический барьер, уменьшающий потерю воды, а также индуцировать молекулярные механизмы стрессового ответа, повышающие засухоустойчивость.
Текущая работа направлена на изучение механизмов устойчивости к бактериям и засухе, улучшение биоразлагаемости и оценку токсичности для будущего применения в полевых условиях.