Система микроигл доставляет биоудобрения прямо в растения, ускоряя их рост с меньшими потерями

от

Исследователи из Национального университета Сингапура (NUS) разработали растворимые пластыри с микроиглами, которые доставляют живые «биоудобрения» прямо в ткани растений. В тепличных испытаниях Чой Сум и Кале росли быстрее — по биомассе побегов, площади листьев и высоте — при использовании более чем на 15 % меньше биоудобрений, чем при стандартной обработке почвы.

Подход обещает более точную доставку удобрений, снижение потерь и потенциально меньшее воздействие на окружающую среду

Биоудобрения, содержащие полезные бактерии и грибы, которые помогают культурам усваивать питательные вещества и противостоять стрессу, обычно добавляют в почву. Там они должны конкурировать с местными микробами, и их рост может сдерживаться кислотностью и другими условиями. Большая часть удобрений так и не достигает корней.

Новый метод, разработанный командой NUS, позволяет обойти эти препятствия и ускорить получение первых результатов.

«Вдохновившись тем, как микробы могут мигрировать в теле человека, мы предположили, что, доставляя полезные микробы прямо в ткани растений, например, в листья или стебли, они смогут добраться до корней и выполнять свою функцию, но гораздо эффективнее и быть менее уязвимыми для почвенных условий», — сказал доцент Энди Тэй из Департамента биомедицинской инженерии в Колледже дизайна и инженерии при NUS и главный исследователь в Институте инноваций и технологий в области здравоохранения (iHealthtech), который руководил работой.

Исследование опубликовано в журнале Advanced Functional Materials 13 сентября 2025 года

Команда изготовила настроенные под растения микроиглы из поливинилового спирта (ПВА), биоразлагаемого и недорогого полимера. Для листьев пластырь размером 1 см на 1 см содержит массив из 40 на 40 пирамид длиной около 140 мкм, а для более толстых стеблей — короткий ряд игл длиной примерно 430 мкм. Микробы смешивают с раствором ПВА, заливают в крошечные формы и фиксируют в кончиках игл. При нажатии большим пальцем или с помощью простого ручного аппликатора, который равномерно распределяет усилие, иглы проникают в ткань растения и растворяются примерно через минуту, высвобождая свой микробиологический груз.

В лабораторных испытаниях пластырь практически не нарушал ткань или функцию растения. Неглубокие углубления на листьях исчезали в течение двух часов; показания хлорофилла оставались стабильными; а экспрессия генов, отвечающих за реакцию на стресс, которая ненадолго повысилась после введения, вернулась к исходному уровню в течение 24 часов.

Пластыри сохраняли высокую жизнеспособность микробов после хранения до четырёх недель — это значит, что их можно было готовить заранее. Важно, что концентрация загрузки переводилась в доставляемую дозу, что позволяет осуществлять контролируемое применение, чего трудно достичь в почве.

Команда NUS продемонстрировала, что введение коктейля из ризобактерий, способствующих росту растений (PGPR), Streptomyces и Agromyces-Bacillus через листья или стебли улучшило рост Чой Сум и Кале по сравнению с контрольными образцами и дало лучшие результаты, чем обработка почвы микробами.

Доцент Тэй сказал: «Наша система микроигл успешно доставила биоудобрения в Чой Сум и Кале, ускорив их рост более эффективно, чем традиционные методы, при использовании более чем на 15 % меньше биоудобрений».

Команда проследила за тем, как бактерии перемещались из инъекционных листьев к корням в течение нескольких дней. У корней бактерии подтолкнули микробиом к более благоприятному сочетанию, не нарушая его баланса. Химические анализы растений показали, что основной цикл производства энергии (который включает превращение клетками сахаров в полезную энергию) работал интенсивнее, азот использовался более эффективно, а соединения, необходимые для роста, синтезировались с более высокой скоростью. Команда также наблюдала усиление антиоксидантной способности, что является признаком того, что растения были лучше подготовлены к стрессу и росту.

Команда распространила этот подход на полезные грибы. Пластыри, загруженные штаммом Tinctoporellus (AR8), способствовали росту Чой Сум и регулировали уровни фитогормонов — сигнальных молекул, которые определяют, как растения растут, развиваются и реагируют на окружающую среду, — помогая поддерживать баланс гормонов роста растений.

«Эта работа впервые демонстрирует, что связанные с корнями биоудобрения можно напрямую доставлять в листья или стебли растений для ускорения роста», — добавил доцент Тэй. «С этим открытием мы ввели новую концепцию «микроигольного биоудобрения», которая преодолевает значительные трудности, связанные с обработкой почвы».

Исследователи видят ранние применения в городских и вертикальных фермах, где точное дозирование имеет большое значение, а также в медленнорастущих культурах с высокой стоимостью, таких как лекарственные травы.

В будущем доцент Тэй добавил: «Основное внимание уделяется масштабируемости. Мы планируем изучить возможность интеграции нашей микроигольной технологии с сельскохозяйственной робототехникой и автоматизированными системами, чтобы сделать её пригодной для крупных ферм. Мы также протестируем этот метод на более широком спектре культур, таких как клубника, и изучим, как эти микробы эффективно мигрируют от листа к корню».

Предоставлено Национальным университетом Сингапура.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте