Во время прорастания семенам необходимо обеспечить достаточное количество воды и защиту от гербицидов, поскольку беспрепятственное развитие культуры является ключом к обеспечению стабильных и высоких урожаев. В рамках проекта SeedPlus исследователи из трех институтов имени Фраунгофера разработали биоразлагаемое покрытие для семян, которое сочетает в себе способность удерживать воду и защиту от гербицидов, что способствует высокой всхожести.
Гербициды, используемые для борьбы с сорняками, могут поражать всходы и нарушать рост чувствительных культур. Кроме того, прорастающие семена особенно уязвимы к недостатку осадков. В последние годы в Германии март и апрель часто были крайне засушливыми, из-за чего всходы увядали, не успев прижиться. Немецкие ученые хотят противодействовать этому: в рамках проекта SeedPlus Институт микроинженерии и микросистем IMM, Институт химической технологии ICT и Институт молекулярной биологии и прикладной экологии IME разработали покрытие для семян, предназначенное для обеспечения стабильного урожая даже в неблагоприятных условиях окружающей среды. Их подход отличается низким потреблением ресурсов, экологичностью и устойчивостью.
В покрытии SeedPlus, интегрированном в инкапсуляцию, объединены две ключевые функции: функция поддержки для улучшения управления водным балансом (функция хранения воды) и покрытие, защищающее семена от гербицидов.
Натуральные составы на основе природных полимеров обеспечивают постоянное поступление влаги в семена на стадии прорастания, даже при дефиците воды. «Покрытие равномерно и целенаправленно высвобождает воду к сеянцу. Его особенность — способность накапливать необычайно большое количество воды, что является преимуществом в периоды засухи», — объясняет Анна Мусянович, научный сотрудник Института Фраунгофера IMM. В то же время селективная мембрана, включающая адсорбционные материалы, такие как активированный уголь, защищает сеянцы от гербицидов, не влияя на прорастание или рост. Многофункциональное покрытие улучшить условия выращивания в регионах с ограниченным количеством осадков.
«Покрытие состоит из нескольких слоев различной толщины, которые инкапсулируют семена. Форма и размер зависят от используемого типа семян, а покрытие можно адаптировать к требованиям семян и производить в больших масштабах. Мы используем различные процессы инкапсуляции в зависимости от типа семян», — говорит Александр Дрезель, научный сотрудник Института Фраунгофера ICT.
Процесс обработки в псевдоожиженном слое позволяет точно контролировать толщину слоя, что делает его особенно подходящим для чувствительных типов семян. В этом процессе семена находятся во взвешенном состоянии в псевдоожиженном слое под действием потока газа, при этом на них распыляются покрывающие материалы. В процессе барабанного нанесения покрытия семена перемешиваются во вращающемся барабане, а покрывающие материалы добавляются постепенно. «Этот процесс обеспечивает равномерное покрытие семян и является хорошим выбором для массового производства», — объясняет Томас Хайнц из Института Фраунгофера ICT. Для покрытия более мелких семян ученые Института Фраунгофера ICT используют метод влажной химической обработки поверхности, при котором семена погружаются в структуру покрытия, которая затем стекает.
Традиционные покрытия для семян часто содержат синтетические химические компоненты, которые считаются микропластиком. Исследователи из Института Фраунгофера заменили эти синтетические полимеры, которые могут оказывать негативное воздействие на окружающую среду, экологически безопасными натуральными составами.
Филип Кенель, научный сотрудник Института Фраунгофера IME в Мюнстере, объясняет: «Мы полагаемся исключительно на натуральные органические и неорганические материалы. Мы проводим систематические испытания с различными комбинациями материалов, включая полисахариды, белки, каучуки и пористые неорганические материалы, такие как активированный уголь, чтобы определить наиболее эффективные составы». Покрытие SeedPlus воздействует непосредственно на семена, что означает, что вода и защита поступают именно туда, где они необходимы.
Исследователи провели испытания семян одуванчика и сахарной свеклы как в теплицах, так и в полевых условиях, чтобы убедиться в эффективности сочетания защитной функции и хранения воды. Среди прочего, изучалось влияние различных составов и рецептур на всхожесть семян. По сравнению с необработанными семенами, всхожесть обработанных семян была на 58 процентов выше. Также были рассмотрены другие аспекты, такие как пригодность обработанных семян для хранения и совместимость с распространенными методами посева.
Для того чтобы делать достоверные выводы об экотоксичности и поведении при разложении материалов покрытия на этапе разработки, а также выявлять любые экологически значимые риски, исследователи из Института Фраунгофера IME создали платформу для оценки инновационных покрытий семян. Перед производством инкапсулированных семян исследователи изучают отдельные компоненты покрытия семян с точки зрения их экотоксикологического воздействия на модельные организмы водной и наземной среды, чтобы подтвердить их безвредность для окружающей среды. Для исключения потенциального длительного воздействия эти тесты также включали оценку разлагаемости отдельных компонентов. «Устойчивая конструкция нашей технологии производства семян позволяет нам способствовать снижению загрязнения окружающей среды и поддерживать экологически чистое, перспективное сельское хозяйство, обеспечивающее высокие урожаи», — говорит Кенель.
Проект SeedPlus
Задачи партнеров проекта:
Институт информационных технологий им. Фраунгофера, Пфинцталь (инкапсуляция, структура покрытия и функциональные возможности).Институт Фраунгофера IMM, Майнц (разработка материалов и технологии нанесения покрытий)Институт Фраунгофера IME, филиал в Мюнстере (функциональная оценка покрытия семян и всхожести).Источник: Fraunhofer Institute.