Статья «Эмульсия Пикеринга для повышения жизнеспособности бактерий, способствующих росту растений, и комбинированной доставки агрохимикатов и биопрепаратов» опубликована в журнале Advanced Functional Materials.
«Многие из известных нам полезных бактерий довольно хрупкие, что затрудняет их включение в практичные, долгосрочные продукты, которые можно наносить на корни или листья растений, - рассказывает говорит Джон Чидл, соавтор статьи о работе и аспирант Университета штата Северная Каролина (NC State). - Технология, которую мы здесь демонстрируем, по сути стабилизирует эти бактерии, что позволяет разрабатывать индивидуальные пробиотики для растений».
Речь идет о бактериях, стимулирующих рост растений (plant growth-promoting bacteria - PGPB), представляющих собой микробы, которые способствуют здоровью и росту растений, помогая растениям извлекать питательные вещества из окружающей среды и защищая их от вредителей и патогенов.
«Давняя проблема использования этих бактерий заключалась в том, что если вы попытаетесь придумать единое приложение, которое объединит их с агрохимикатами, такими как пестициды или удобрения, бактерии погибнут, - говорит Саад Хан, соавтор статьи и профессор химической и биомолекулярной инженерии INVISTA в Университете штата Северная Каролина. - Мы хотели разработать решение, которое позволило бы использовать бактерии в сочетании с химикатами, которые уже широко используются фермерами».
«Точно так же, здоровый растительный микробиом позволяет растениям лучше использовать питательные вещества, имеющиеся в почве, и быть более устойчивыми к патогенам, - говорит Тахира Пирзада, соавтор и научный сотрудник университета. - Это может позволить производителям использовать меньше удобрений и пестицидов, не нанося вреда производству сельскохозяйственных культур».
Новая технология вращается вокруг индивидуальной эмульсии, содержащей всего несколько ингредиентов. Одна часть эмульсии состоит из солевого раствора, содержащего PGPB. Для демонстрации концепции исследователи использовали бактерии Pseudomonas simiae и Azospirillum brasilense. P. simiae действует как биопестицид, способствуя устойчивости к патогенам; A. brasilense действует как биоудобрение, фиксируя азот.
Вторая часть эмульсии состоит из биоразлагаемого масла и биоразлагаемого полимера, полученного из целлюлозы. Полимер может быть загружен агрохимическими активными ингредиентами, что означает, что эмульсия может включать эти ингредиенты без использования экологически вредных органических растворителей, которые обычно используются в пестицидных формулах.
Когда две части эмульсии смешиваются, масло разбивается на капли, которые распределяются по всему солевому раствору. Целлюлозный полимер прилипает к поверхности этих капель, не давая им снова объединиться.
По сути, эмульсия представляет собой заправку для салата, в которой капли масла удерживаются во взвешенном состоянии в солевом растворе. На практике это позволило бы применять PGPB одновременно с агрохимикатами, используя ту же эмульсию.
Чтобы проверить, насколько хорошо работает эмульсия, исследователи провели два теста.
Сначала исследователи сравнили выживаемость PGPB в эмульсии с выживаемостью PGPB в чистом солевом растворе. Образцы каждого хранились при комнатной температуре. Через четыре недели популяция P. simiae в эмульсии была на 200% выше, чем популяция в солевом растворе; популяция A. brasilense в эмульсии была на 500% выше.
Во-вторых, исследователи хотели посмотреть, насколько хорошо будут работать пестициды, если их включить в эмульсию. Для этого исследователи включили пестицид флуопирам в эмульсию. Они также добавили флуопирам в солевой раствор отдельно. Затем исследователи ввели нематод C. elegans, которые служат в качестве заменителя вредителей, в эмульсию и солевой раствор.
«Неудивительно, что пестицид в солевом растворе убил вредителя очень быстро — все вредители были убиты в течение часа, - говорит Мариам Сохаил, соавтор статьи и недавний выпускник докторантуры в Университете штата Северная Каролина. - Эмульсия действовала более постепенно, убивая 95% вредителей в течение 72 часов. Это ценно знать, поскольку это предполагает, что нашу технологию можно использовать стратегически для обеспечения устойчивой защиты от определенных вредителей или патогенов. В конечном итоге мы обнаружили, что наша технология позволяет нам объединять несколько активных ингредиентов в единую систему доставки и позволяет PGPB выживать и процветать».
«Мы также продемонстрировали, что эмульсия улучшает выживаемость и репродуктивную способность этих бактерий при внесении в почву по сравнению с внесением бактерий в почву без эмульсии», - говорит Чидл.
«Следующие шаги будут включать в себя испытания в теплицах, а затем и на микроучастках, - рассказал Хан. - Мы, вероятно, захотим оценить различные PGPB и другие активные ингредиенты, чтобы увидеть, как они работают с различными целевыми видами растений».
Третьим соавтором статьи является Натан Крук, доцент кафедры химической и биомолекулярной инженерии в NC State. Статья была написана в соавторстве с Ришумом Ханом, бывшим студентом магистратуры NC State; Хришикешем Мане и Кэти Эрнст, аспирантами NC State; Кхандокером Самахером Салемом, научным сотрудником-постдоком NC State; Адрианой Сан Мигель, доцентом кафедры химической и биомолекулярной инженерии NC State; и Чарльзом Опперманом, профессором энтомологии и фитопатологии NC State.
Источник: North Carolina State University. Автор: Мэтт Шипман.
Заглавное фото: Медведева Анна, AgroXXI.ru.
