Исследование впервые показало процессы, определяющие судьбу новых РНК-пестицидов в почвах

Новое поколение пестицидов может использоваться для контроля насекомых-вредителей, нарушая их способность создавать необходимые белки. Эти генно-молчащие пестициды можно встроить в сельскохозяйственные культуры, чтобы они буквально выращивали собственную защиту.

Новое исследование из Инженерной школы Маккелви при Университете Вашингтона в Сент-Луисе показывает, как эти новые пестициды перемещаются и разлагаются в почвах. Исследование было опубликовано в прошлом месяце в Environmental Science & Technology.

Хотя пестицид создается внутри растения, вопросы о его деградации аналогичны вопросам о традиционных пестицидах, наносимых на культуру извне: Разлагается ли он? Если да, то при каких условиях? В почве? В озерах и реках? Каков экологический риск?

Однако, прежде чем можно будет ответить на эти вопросы, необходим способ отслеживания пестицида и наблюдения за ним по мере его перемещения и разложения в экосистеме.

Кимберли Паркер, доцент кафедры энергетики, экологии и химической инженерии, и группа коллег разработали метод отслеживания этого нового пестицида в почвах и начали понимать, какие процессы влияют на срок его жизни.

Этот новый пестицид представляет собой молекулу двуцепочечной рибонуклеиновой кислоты, или РНК. Когда вредитель поедает этот пестицид, он не позволяет существу производить необходимые белки, что приводит либо к задержке роста, либо к гибели.

РНК — это макромолекула (то есть она большая), и из-за своего размера ее нельзя изучать обычными методами, используемыми для традиционных пестицидов.

Исследовательская группа разработала метод маркировки молекулы пестицида радиоактивным атомом, что позволило им отслеживать ее в замкнутых почвенных системах, представляющих разные сценарии. Они смогли количественно определить пестицид и его компоненты в концентрации всего в несколько нанограммов на грамм почвы.

Имея метод измерения пестицида, исследовательская группа далее изучила, что происходит с пестицидом в нескольких образцах почвы. Они обнаружили, что ферменты в почве могут расщеплять пестицид. Кроме того, микробы в почве «поедают» как сам пестицид, так и фрагменты, оставшиеся после ферментативных реакций.

Однако в некоторых почвах происходил другой процесс: пестицид прикреплялся к частицам почвы, таким как минералы и органический детрит. «В сельскохозяйственной почве происходит адсорбция», — сказала Паркер, имея в виду прилипание молекул к поверхности. «Пестицид прилипает к частице почвы», — пояснила она.

«Мы обнаружили, что частицы почвы могут оказывать защитное действие на пестицид, замедляя скорость его разложения», — сказала Паркер. Ферментам и микробам труднее разлагать пестициды, прикрепившиеся к почве, но степень защиты пестицида почвой варьировалась среди протестированных образцов.

«В настоящее время наша рабочая гипотеза заключается в том, что в более мелкозернистой почве доступно больше частиц для адсорбции», — сказала Паркер. Чем больше частиц почвы, тем больше поверхностей для прилипания пестицида, что усиливает этот защитный эффект.

«Теперь, когда мы определили основные процессы, контролирующие деградацию пестицидов в почвах, мы далее детально исследуем переменные, которые контролируют эти процессы, чтобы обеспечить точную оценку экологического риска двуцепочечных РНК-пестицидов», — сказала Паркер. «Это позволит нам понять, представляют ли эти новые пестициды риск для экосистем».