Наночастицы для иммунизации растений против теплового стресса

Исследователи создают наночастицы (NP) и покрытия из них, которые могут революционизировать сельское хозяйство. Уже доказано, что NP, покрытые правильными полимерами, можно наносить на листья растений с эффективностью поглощения 99% — на порядки эффективнее современных методов доставки агрохимикатов. Эти NP также способны с высокой точностью нацеливаться на конкретные структуры растения.

Следующим шагом в новой области «растительной терапии» стала работа по «иммунизации» растений против ключевых стресс-факторов: засухи и экстремальной жары. В статье в ACS Nano представлена первая в мире демонстрация запрограммированного по температуре высвобождения модельного противомикробного агента внутри растения.

«Длительные высокие температуры могут вызывать стресс у сельскохозяйственных культур, — говорит соавтор работы. — Наши материалы спроектированы так, чтобы связывать агенты, снимающие тепловой стресс, и высвобождать их внутри растения по требованию, когда становится очень жарко».

NP представляют собой новый тип звездообразных полимеров. Каждая частица содержит модельный противомикробный агент — кристаллический фиолетовый (CV). Команда распылила NP на листья томатов, наблюдая высокий уровень поглощения, аналогичный предыдущим исследованиям. Частицы циркулировали по всему растению в течение трёх дней. Запрограммированные свойства высвобождения активировались, когда температура внутри растения достигала 35–40 °C, что приводило к высвобождению CV во внутренних тканях.

Засуха и жара могут убивать растения и повышать их уязвимость к биотическим и абиотическим угрозам. По мере усиления волн жары из-за глобального потепления трудности для сельского хозяйства будут расти. Звездообразные полимеры будут оставаться в растениях в неактивном состоянии до наступления жары, а затем активируются, высвобождая противомикробные агенты, чтобы помочь растению пережить период высокого стресса. Сейчас учёные изучают возможность доставки других терапевтических средств, которые не только помогут бороться с патогенами во время теплового стресса, но и смогут смягчать сам стресс, стимулируя фотосинтез.

«Полимеры с качественно схожими характеристиками исследовались для использования в качестве средств доставки лекарств в медицине, — отмечают авторы. — Ключом было спроектировать правильные химические свойства наших носителей для применения в защите растений».

В условиях изменения климата, сокращения пахотных земель и роста населения максимизация эффективности сельского хозяйства как никогда важна. Высокая степень поглощения и широкий спектр применений для защиты и питания растений, предлагаемые «растительной терапией», могут стать ключом к противодействию этим вызовам. Как отмечается в статье в Nature Food, сельскохозяйственная нанотехнология находится на пороге перехода из лаборатории в поле. Однако для этого необходимы дополнительные инвестиции и усилия для проведения полевых испытаний, демонстрирующих эффективность и экономическую жизнеспособность таких революционных технологий.