В новаторской работе польские ученые разработали особое многокомпонентное стеклянное покрытие для теплиц, которое способно само защищать урожай от распространенных тепличных болезней.
Портал AgroXXI.ru ознакомился со статьей польских исследователей из Университета имени Марии Кюри-Склодовской, которые в сотрудничестве с коллегами разработали инновационный подход к защите тепличных культур.
Микроорганизмы, в том числе нитевидные грибы, вызывают болезни растений и являются основной причиной потерь урожая в тепличном хозяйстве. Это стимулировало разработку инновационных покрытий для предотвращения их роста и распространения.
Патогенные микроорганизмы особенно распространены в теплицах из-за теплых и влажных условий. Они распространяются через споры, переносимые по воздуху, и сохраняются в растительных остатках и почве.
Botrytis cinerea, гриб, вызывающий серую гниль, поражает широкий спектр тепличных культур, включая овощи и фрукты, такие как помидоры, огурцы, перец, клубника и базилик, а также большинство горшечных растений. Этот фитопатогенный микроорганизм вызывает такие симптомы, как гниль плодов, поражение стеблей и послеуборочные гнили.
Аналогично, виды Fusarium часто обнаруживаются в тепличных культурах, включая помидоры, огурцы, перец, дыни и другие. У помидоров основными причинами увядания и корневой/прикорневой гнили являются Fusarium oxysporum f. sp., Fusarium lycopersici и F. oxysporum f. sp. radicis-lycopersici, и вспышки заболевания были зарегистрированы в тепличных системах по всему миру. Патогенность обусловлена разнообразными факторами вирулентности, включая ферменты, разрушающие клеточные стенки, эффекторы и микотоксины, такие как трихотецены и фумонизины, которые могут загрязнять злаки, фрукты и овощи. Хроническое воздействие этих токсинов через пищу признано риском для здоровья, потенциально вызывая иммуносупрессию, дисбаланс микробиома кишечника и другие токсические эффекты у людей и животных. Fusarium oxysporum является как разрушительным патогеном растений, так и источником риска пищевых отравлений из-за производства микотоксинов.
Cladosporium fulvum — это специализированный грибной патоген, вызывающий плесень листьев томата, заболевание, поражающее тепличные томаты по всему миру. Он поражает листья, что может привести к их скручиванию, увяданию и опаданию, снижая урожайность плодов.
Alternaria solani — это некротрофный гриб, который в основном поражает томаты и картофель, а также баклажаны и другие растения семейства Solanaceae. Инфекция проявляется в виде характерных темно-коричневых или черных пятен с концентрическими кольцами на листьях, что приводит к снижению фотосинтеза и значительным потерям урожая — до 78% для томатов и 50% для картофеля.
Phytophthora infestans относится к царству Chromista (тип Oomycota/класс Oomycetes) и является фитопатогеном, поражающим томаты и другие тепличные растения. Вызывает фитофтороз в тепличных томатах и поражает другие пасленовые растения, включая некоторые декоративные сорта. Спорангии этого патогена очень восприимчивы к разрушению в ответ на изменения относительной влажности и могут распространяться по воздуху на другие ткани растений.
В тепличных и садовых почвах Aspergillus fumigatus в некоторых случаях составлял 35–70% колониеобразующих единиц (КОЕ). Этот гриб, встречающийся по всему миру, известен как сапрофит и эндофит, и может приносить пользу растениям, действуя как биологический агент и стимулируя их рост. Однако в теплицах A. fumigatus в основном колонизирует субстраты и растительные остатки, выделяя значительное количество спор в воздух. Это может представлять серьезную опасность для здоровья работников, поскольку гриб является основной причиной инвазивного аспергиллеза и аллергических заболеваний легких у людей.
Микроорганизмы обычно обнаруживаются в субстратах теплиц, таких как кокосовое волокно, почва и гидропонные среды. Конструкции и оборудование теплиц также могут быть значительными источниками микробиологического и химического загрязнения.
Эффективный контроль загрязнения достигается за счет комплексных санитарных протоколов, включая систематическую очистку и дезинфекцию всех поверхностей, контактирующих с культурами, дезинфекцию почвы с помощью обработки паром или соляризации, дезинфекцию рециркулирующих растворов и стерилизацию поступающего воздуха.
Поскольку стекло занимает наибольшую площадь поверхности среди конструктивных элементов теплиц, оно может играть ключевую роль в контроле микробиологического загрязнения тепличных культур. Антимикробные покрытия используют различные материальные стратегии для предотвращения роста, адгезии и образования биопленок патогенов на различных поверхностях.
Методы физического осаждения из паровой фазы, такие как магнетронное распыление, широко используются для нанесения тонких однородных покрытий на стекло, а также на другие подложки, включая кремний, металлы и полимеры, для применения в медицине, электронике, оптике и сельском хозяйстве.
Магнетронное распыление может быть использовано для получения антимикробного стекла с однородными слоями нанометрового масштаба. Этот процесс включает бомбардировку мишени ионами и использование магнитного поля для усиления столкновений электронов с газом и увеличения плотности плазмы. Это повышает эффективность распыления и позволяет наносить высококачественные однородные покрытия.
Хорошо известен механизм, согласно которому ионы меди (Cu + /Cu2 +), высвобождаемые из покрытий, могут повреждать клеточные мембраны, белки и ДНК. Кроме того, оксиды меди (CuO/Cu2O) и оксиды титана (Ti) образуются in situ и способствуют процессу уничтожения патогенов, иногда в видимом свете, посредством фотокаталитического/полупроводникового действия.
Многочисленные исследования продемонстрировали ингибирующее и даже летальное воздействие соединений меди на мицелий: напыленные покрытия, содержащие Cu, могут проявлять противогрибковую активность; однако их эффективность зависит от штамма и связана с содержанием Cu и толщиной покрытия.
Включение таких антимикробных материалов соответствует современным приоритетам биотехнологии в улучшении и защите сельскохозяйственных культур, а также использованию передовых агрономических методов в устойчивом сельском хозяйстве. Хотя многочисленные исследования сообщали о покрытиях с высоким содержанием Cu и/или Ti, полученных методом магнетронного распыления, их антимикробная активность в основном оценивалась против патогенов человека, главным образом бактерий и, среди грибов, Candida sp. Следует также отметить, что эти покрытия обычно наносились на небольшие поверхности в лабораторных условиях и предназначались для медицинского применения.
Данное исследование является первым, в котором оценивается влияние прямого контакта с покрытием (после 24, 48 и 72 часов воздействия) на кинетику роста мицелия и способность к прорастанию спор фитопатогенных грибов окружающей среды Alternaria solani, Aspergillus fumigatus, Botrytis cinerea, Fusarium oxysporum и Cladosporium fulvum, а также Phytophthora infestans. Кроме того, эксперименты проводились при температуре 28 °C в условиях светового и темного инкубирования, чтобы отразить параметры роста, характерные для окружающей среды.
Антимикробная активность многокомпонентных покрытий на стекле, нанесенных методом магнетронного распыления, оценивалась в отношении фитопатогенных грибов (Botrytis cinerea, Fusarium oxysporum, Cladosporium fulvum, Alternaria solani) и оомицета Phytophthora infestans, при этом Aspergillus fumigatus был включен в качестве модельного условно-патогенного микроорганизма.
Четырнадцать многокомпонентных покрытий на основе меди были нанесены на стекло с использованием многосплавных мишеней, состоящих из Sn, Zn, Al, Ni, Fe, Ti, Mn, Nb или Co, в двух вариантах с высокой светопропускаемостью (≥85% и ≥88%).
Антимикробная активность оценивалась в двух тестах: (A) выживаемость спор после 24–72 часов контакта и (B) рост гиф в течение 7 дней после воздействия покрытия в условиях света и темноты.
Жизнеспособность спор снижалась после инкубации на покрытиях с высоким содержанием меди, которые оказывали ингибирующее действие на большинство штаммов, особенно на B. cinerea, F. oxysporum и P. infestans.
Влияние на прорастание спор не зависело от значения прямой светопропускаемости покрытого стекла. Рост гиф в целом меньше зависел от высокого содержания меди для большинства штаммов. Рост гиф F. oxysporum, C. fulvum, A. solani и B. cinerea снижался до 30% на некоторых многокомпонентных покрытиях.
Для большинства штаммов рост гиф не ингибировался после световой инкубации на покрытиях. Однако для A. solani, A. fumigatus и P. infestans наблюдались светозависимые эффекты, в то время как B. cinerea и C. fulvum демонстрировали снижение чувствительности в течение первых двух дней.
Покрытия с высоким содержанием меди оказались наиболее эффективными в подавлении прорастания спор, тогда как рост гиф на многокомпонентных покрытиях может реагировать на разные ионы. Поэтому для практического применения в теплицах можно рекомендовать двухкомпонентные покрытия с высоким содержанием меди.
Источник: Agronomy 2026, doi.org/10.3390/agronomy16060602