Наночастицы для защиты растений блокируют инфекцию до её начала
Изменение климата способствует распространению болезней растений по всему миру. Новая "умная" наноспрей-система помогает культурам защищаться, блокируя проникновение вредоносных бактерий через устьица — крошечные поры на листьях.
Спрей состоит из наночастиц, разработанных командой под руководством доцента Тедрика Лева с факультета химической и биомолекулярной инженерии Национального университета Сингапура (NUS). Эти наночастицы предназначены для доставки антибактериальных соединений непосредственно к устьицам растений — порам, которые позволяют растению дышать, но также могут служить воротами для инфекции.
"Частицы, которые мы назвали 'SENDS' (stomata-targeting engineered nanoparticles), спроектированы так, чтобы точно прилипать к этим порам, как ключ к замку", — сказал доцент Лев. — "На месте они высвобождают природные антибактериальные агенты, которые не дают патогенам проникнуть внутрь и заразить растение".
Исследование команды было опубликовано в журнале Nature Communications 23 мая 2025 года.
Более точный инструмент
По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (FAO), болезни растений ежегодно уничтожают сельскохозяйственные культуры на сумму около 220 млрд долларов США.
Повышение температуры и изменение погодных условий, вызванные изменением климата, дают вредителям и патогенам больше возможностей для распространения. Без контроля они могут свести на нет многие ожидаемые успехи от новых сельскохозяйственных технологий и улучшенных сортов.
"По всему миру изменение климата облегчает распространение болезней растений и затрудняет их контроль для фермеров", — отметил доцент Лев. — "Нам нужны более умные инструменты, которые помогают растениям защищаться более точно и устойчиво".
В отличие от обычных пестицидов, которые покрывают всё растение и могут навредить окружающей экосистеме, SENDS доставляет обработку точно в нужное место, сводя к минимуму отходы и побочный ущерб.
Частицы изготовлены из цинка — микроэлемента, уже содержащегося в удобрениях. Они спроектированы пористыми, чтобы нести антибактериальные агенты, и постепенно растворяются после распыления, высвобождая своё содержимое со временем. В результате получается водный спрей, который можно наносить так же, как обычные агрохимикаты, и который не влияет на естественные функции растений, такие как фотосинтез и газообмен.
В 20 раз более устойчивые
В лабораторных тестах команда показала, что растения, обработанные целевыми частицами, были в 20 раз более устойчивы к инфекции, чем те, которым вводили нецелевое лечение. Спрей работал на ряде продовольственных культур, включая листовые овощи (например, пак-чой), бобы, рис и ячмень. Он также хорошо держался на поверхности листьев даже после дождя, помогая уменьшить сток и загрязнение от избытка агрохимикатов.
"Речь идёт о том, чтобы остановить инфекцию до её начала", — пояснил доцент Лев. — "Блокируя вход бактерий прямо у ворот, мы защищаем растение, не перегружая его химикатами".
Исследователи полагают, что этот же подход можно адаптировать для широкого спектра культур и использовать для доставки других средств, таких как пестициды или молекулы на основе РНК. Он также должен подходить для использования в большинстве сельскохозяйственных регионов мира.
Хотя необходимы дальнейшая разработка и полевые испытания, технология SENDS может помочь снизить зависимость фермеров от чрезмерного использования химических спреев, одновременно повышая устойчивость сельскохозяйственных культур, что способствует укреплению продовольственной безопасности и защите окружающей среды.