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
