Согласно данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (ФАО) и Организации Объединенных Наций, традиционные методы ведения сельского хозяйства являются одними из главных причин деградации почв, загрязнения воды и появления устойчивых патогенов. В этом контексте нанотехнологии становятся стратегическим инструментом для перехода к более эффективным и устойчивым системам производства.
В исследовании, опубликованном в журнале Frontiers in Microbiology, авторами которого являются Наталья Билески-Хосе и Рената Лима — ученые из Национального института науки и технологий в области нанотехнологий для устойчивого сельского хозяйства (INCT NanoAgro), — изучается потенциал наночастиц, производимых биологическим путем бактериями, в качестве сельскохозяйственных удобрений нового поколения, пишет Леонардо Готтемс, корреспондент китайского агропортала AgroPages.
Этот подход отвечает на важнейшую глобальную задачу: увеличение производства продуктов питания для удовлетворения прогнозируемого населения в 9,7 миллиарда человек к 2050 году при одновременном снижении воздействия интенсивных систем земледелия на окружающую среду.
В отличие от традиционных наночастиц, синтезируемых физико-химическими методами, которые часто требуют высоких температур, значительных затрат энергии и токсичных реагентов, биогенные наночастицы производятся бактериями в мягких условиях, посредством естественных метаболических процессов. Этот биологический путь предлагает экологические и экономические преимущества, позволяя получать материалы, которые более биосовместимы и биоразлагаемы, что является ключевым свойством для применения в сельском хозяйстве.
Исследователи объясняют, что бактерии обладают ферментативными системами, способными восстанавливать ионы металлов и образовывать наночастицы с контролируемым размером, формой и стабильностью. Эти частицы естественным образом покрыты бактериальными биомолекулами, которые влияют на их взаимодействие с растениями, почвенной микробиотой и патогенами.
В сельскохозяйственных системах биогенные наночастицы могут одновременно выполнять множество функций. С одной стороны, они действуют как фитосанитарные агенты, проявляя антимикробную активность против бактерий, грибов и вирусов, поражающих сельскохозяйственные культуры. С другой стороны, они функционируют как системы контролируемого высвобождения питательных веществ, повышая эффективность усвоения растениями питательных веществ и снижая потери, вызванные вымыванием или испарением — двумя основными ограничениями традиционных удобрений.
В исследовании также была выявлена дополнительная, менее изученная, особенность этих наночастиц — их способность модулировать микробиом, связанный с растениями. Избирательно взаимодействуя с полезными почвенными микроорганизмами, они могут способствовать формированию микробных сообществ, которые улучшают рост растений, повышают устойчивость к биотическим и абиотическим стрессам и способствуют общему балансу агроэкосистемы.
Авторы утверждают, что истинный потенциал этой технологии заключается не в изолированных применениях, а в интегрированных системах, в которых растения, микроорганизмы и наночастицы взаимодействуют синергетически. Эта концепция, получившая название модели «Бактериальные наночастицы–Растение–Микробиом», представляет собой критически важный сдвиг в подходах к проектированию и использованию сельскохозяйственных ресурсов, переходя от продуктов с одной функцией к системным решениям.
Несмотря на многообещающие перспективы, технология по-прежнему сталкивается с препятствиями на пути к широкомасштабному внедрению. Ключевые проблемы включают стандартизацию производственных процессов, оценку долгосрочного воздействия на окружающую среду и создание нормативно-правовой базы, специфичной для биогенных наночастиц. Однако исследователи отмечают, что существующие промышленные возможности в области микробной ферментации могут ускорить переход от лабораторных исследований к коммерческому производству.
Сочетая микробиологию, нанотехнологии и принципы циркулярной экономики — такие как использование агропромышленных отходов в качестве субстратов для бактериального производства — исследование намечает путь к более устойчивой и жизнеспособной модели сельского хозяйства. Поскольку давление на необходимость согласования производительности с охраной окружающей среды усиливается, такие инновации, как биогенные наночастицы, вероятно, будут играть все более стратегическую роль в будущем мирового сельского хозяйства.
Источник: AgroPages. Автор: Леонардо Готтемс.
