Изменение климата способствует распространению болезней растений по всему миру. Новое интеллектуальное наночастичное распыление может помочь культурам защищаться, блокируя проникновение вредных бактерий через крошечные поры на листьях.
Распыление состоит из частиц нанометрового размера, разработанных командой под руководством доцента Тедрика Лью из Департамента химической и биомолекулярной инженерии в Колледже дизайна и инженерии Национального университета Сингапура (NUS). Эти наночастицы предназначены для доставки антибактериальных соединений непосредственно к устьицам растений — порам на листьях, которые позволяют растениям дышать, но могут служить воротами для инфекций.
«Частицы, которые мы назвали SENDS (от англ. stomata-targeting engineered nanoparticles — инженерные наночастицы, нацеленные на устьица), разработаны так, чтобы точно прилипать к этим порам, словно ключ к замку», — сказал доцент Лью. «Оказавшись на месте, они высвобождают натуральные антибактериальные агенты, которые останавливают проникновение патогенов внутрь и заражение растения».
Исследование команды было опубликовано в журнале Nature Communications 23 мая 2025 года.
По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации Объединённых Наций, болезни растений ежегодно уничтожают сельскохозяйственные культуры примерно на 220 миллиардов долларов США по всему миру.
Повышение температуры и изменение погодных условий, вызванные изменением климата, дают вредителям и патогенам больше возможностей для распространения. Если не принять меры, это может свести на нет многие достижения, ожидаемые от новых сельскохозяйственных технологий и улучшенных сортов сельскохозяйственных культур.
«Во всём мире изменение климата облегчает распространение болезней растений и усложняет фермерам борьбу с ними», — сказал доцент Лью. «Нам нужны более умные инструменты, которые помогут растениям защищаться более точно и устойчиво».
В отличие от обычных пестицидов, которые покрывают все растение и могут нанести вред окружающей среде, SENDS доставляет лечение именно туда, где это необходимо, минимизируя отходы и сопутствующий ущерб.
Частицы изготовлены из цинка — микроэлемента, который уже содержится в удобрениях. Они спроектированы так, чтобы быть пористыми, чтобы переносить антибактериальные агенты, и постепенно растворяются после распыления, высвобождая своё содержимое в течение времени. В результате получается спрей на водной основе, который можно применять так же, как и обычные сельскохозяйственные препараты, и который не нарушает естественные функции растений, такие как фотосинтез и газообмен.
В лабораторных тестах исследовательская группа показала, что растения, обработанные целевыми частицами, были в 20 раз более устойчивы к инфекции, чем те, которым применяли нецелевые обработки. Спрей работал с различными продовольственными культурами, включая листовые овощи, такие как пак-чой, бобы, рис и ячмень. Он также хорошо прилипал к поверхности листьев даже после дождя, помогая уменьшить сток и загрязнение из-за избытка агрохимикатов.
«Речь идёт о том, чтобы остановить инфекции до их начала», — сказал доцент Лью. «Блокируя проникновение бактерий точно у ворот, мы защищаем растение, не перегружая его химикатами».
Исследователи считают, что тот же подход может быть адаптирован для широкого спектра культур и использован для доставки других обработок, таких как пестициды или молекулы на основе РНК. По их словам, он также должен подойти для использования в большинстве сельскохозяйственных регионов по всему миру.
Хотя необходимы дальнейшие разработки и полевые испытания, технология SENDS может помочь снизить зависимость фермеров от чрезмерного использования химических спреев, одновременно повышая устойчивость сельскохозяйственных культур, способствуя повышению продовольственной безопасности и защите окружающей среды.
Предоставлено Национальным университетом Сингапура.