Выберите ваш город
Или укажите в поле
Главная Новости и события Новости компании Наноматериалы в растениеводстве

Наноматериалы в растениеводстве

27 Февраля 2013
Наноматериалы в растениеводстве

Наноматериалы определяются, как материалы, созданные с использованием наночастиц или посредством нанотехнологий, обладающие какими-либо уникальными свойствами, обусловленными присутствием этих частиц в материале с размером частиц менее 100 нм. На протяжении почти десяти лет, применения наноматериалов развиваются во многих областях. Среди них медицина, системы для очистки воды, пищевая промышленность, сохранение окружающей среды посредством таких программ, как биологической очистки. Тем не менее, разработка наноматериалов в сельском хозяйстве является относительно новой и требует более обширного исследования. В начале исследования касались процессов нано инкапсуляции химикатов, как правило распыляющейся на полях, с целью уменьшения присутствия следов в пище, сохраняя при этом окружающую среду путем ограничения прямого взаимодействия остатков с землей. Во-вторых использование наноматериалов (углерод, серебро, кремний и пр.) в сельскохозяйственном секторе очень интересно в области выявления болезней растений, которые могут повлиять негативное влияние на урожайность сельскохозяйственных культур. Они способны обнаружить болезнь на ранней стадии и определить методику лечения (питательными веществами и агрохимикатами) соответственно. Университет Флориды и Массачусетский технологический институт, инноваторы в этой области, заинтересованы в разработке новых приложений: активации прорастания семян и роста растений после введения наночастиц в растение, или обнаружения остатков пестицидов или гербицидов с помощью наносенсоров и наночипов, пишет иностранный портал nanosciences.biz.

 

Улучшение роста растений

 

Ученые, работающие в области нанотехнологий, допускают, что скорость прорастания семян может быть улучшена путем введения наноматериалов в растения. Известно, что наноматериалы могут проникать через клеточную стенку растений и тем самым способствовать изменению структуры молекул. Кроме того, включение наночастиц металлов может снизить образование супероксидов кислорода, что способствует устойчивости растений к окислительному стрессу. Были проведены исследования, чтобы подтвердить или опровергнуть эту гипотезу. Таким образом, в рамках исследования 2005 года, проведенного группой из Департамента естественных наук, Университета Сучжоу в Китае, наночастицы диоксида титана (nanoTiO2) были включены в семена шпината. Эти наночастицы должны были привести к увеличению поглощения органическими соединениями как воды, так и кислорода в растении и уменьшить образование свободных радикалов, образующихся в процессе фотосинтеза. Результаты показали, что растения после всходов фотосинтезировали втрое эффективней, а также возросло образование хлорофилла более чем на 45%. В рамках второго исследования, команда из университета Арканзаса в 2009 году, внедрила в семяна томатов углеродные нанотрубки, что способствовало проникновению воды в семена растений и увеличило всхожесть растений на 90%. Наконец, Ирина Белозерова (кафедра биологии колледжа Дарвина в штате Нью-Йорк) показала в 2009 году, что наночастицы металлов (кремния, палладия, золота, меди) также положительно влияют на прорастание салата. Однако, несмотря на положительные результаты, которые были обнаружены, следует помнить о фитотоксичности наноматериалов, так как это остается важным элементом в оценке подобных экспериментов. Исследования показали, что в зависимости от количества наноматериалов, интегрированных семена растений, неблагоприятного воздействия на рост не наблюдалось. Например, переизбыток наноцинка подавляет рост корней таких растений как редька, рапс, салат и огурцы, а внедрение большого количества ионов серебра являются фитотоксичными для растений. Кроме того, наночастицы, содержащие серебро, сферической формы могут привести к образованию оксидов или ионов серебра, которые могут быть фитотоксичными для растений. Агентство США по охране окружающей среды (EPA) в настоящее время поддерживает исследования по фитотоксичности в рамках программы, которая 2010 году насчитывала более 100 пестицидов, обладающих антимикробными и содержащих молекулы серебра. Будущие исследования роста растений, по мнению экспертов, должны сосредоточиться на концентрации фитотоксичности. Среди других тем существует непредсказуемость действия некоторых наноматериалов и влияние размера наноматериалов в зависимости от вида растения.

 

Защита от пестицидов

 

Агентством США по контролю за продуктами и лекарствами (FDA) было определено, что приблизительно 1045 химических веществ считаются вредными для здоровья человека. Для выявления потенциальных остатков пестицидов, были проведены несколько программ для разработки наносенсоров, с помощью которых можно заменять существующие методы, таких как жидкостной хроматографии или твердых масс-спектрометрии, которая займет больше времени для реализации. Тем не менее, многие вопросы остаются без ответов, особенно по поводу эффективности наносенсоров.

 

Раннее обнаружение возбудителей

 

Целью является обнаружение и локализация возбудителей в растении, чтобы установить как можно скорее адекватное лечение. Наночастицы могут быть использованы в качестве биомаркеров для обнаружения бактерий, вирусов и грибков. Различные исследования были проведены на эту тему. Для развития иммунологических датчиков используют, как правило, наночастицы золота, благодаря принципу резонанса поверхностных плазмонов для выявления заболеваний, например, грибка Tilletia. Суть метода заключается в том, что золото при контакте с грибком вызывает интенсивную флуоресценцию данного участка – это облегчает поиски.

 

Перспективы для будущих исследований

 

Токсичность по отношению к экосистеме, потенциал остатков в продуктах питания остаются, поэтому фитотоксичность наноматериалов является одной из основных проблем для их применения в сельском хозяйстве. Вопросы, касающиеся здоровья человека уже обсуждались во многих исследованиях, но работа по изучению токсикокинетика и токсико-динамика наноматериалов, связанная с использованием наноматериалов в сельскохозяйственном производстве, должна продолжаться. Поскольку открытия в этой области имеют огромную перспективу для растениеводства.

 

Заключение

 

Анализ использования и воздействия наноматериалов в сельском хозяйстве сосредоточен на конкретных применениях наноматериалов в сельском хозяйстве, таких как защита растений, обнаружения патогенов и обнаружения остатков пестицидов. Новые события показывают, что применение наноматериалов может помочь более быстрому прорастанию растений (в зависимости от вида растений) с уменьшенным воздействием на окружающую среду. По словам авторов исследований, приведенных в этой статье, наноматериалы, в соответствии с их характеристиками, в идеале должны разлагаться быстрее в почве, в растениях, которые будут препятствовать загрязнению почв и окружающей среды. Кроме того, наносенсоры может быть очень интересным вариантом для обнаружения остатков пестицидов прямо на земле. Хотя этот обзор демонстрирует потенциал наноматериалов для различного применения в сельском хозяйстве, дальнейшие расследование и исследования необходимы, чтобы расширить возможности применения и выявить новые методы оценки их безопасности.

Поделиться: