Грибковые болезни ежегодно уничтожают до 15% урожая в мире. Аграрии борются с ними химикатами, но патогены становятся устойчивыми, а токсичные вещества остаются в почве и продуктах. Чтобы получить наночастицы оксида меди, ученые использовали биогумус и культуральные экстракты видов Trichoderma. Такие частицы эффективно подавляют рост и прорастание спор фитопатогенных грибов. При этом метод основан на использовании биологических компонентов и является экологичным, простым и доступным.
Каждый год из-за болезней растений мир теряет 10–15% урожая — это миллиарды рублей убытков и тонны недоеденной еды. Фермеры борются с грибками с помощью химических фунгицидов, но у патогенов вырабатывается устойчивость, а токсичные вещества остаются в почве и продуктах. Альтернатива — наночастицы металлов. Они эффективно убивают грибки, но их синтез часто требует дорогих и опасных реагентов.
Чтобы получить наночастицы оксида меди для борьбы с фитопатогенными грибами, обычно используют агрессивные химические реагенты — кислоты, растворители. Это дорого, опасно для людей и вредно для экологии. Ученые из ЮФУ совместно с индийскими коллегами из Banaras Hindu University и Institute of Agricultural Sciences нашли другой путь: они взяли биогумус (органическое удобрение, которое получают с помощью червей) и экстракты грибов Trichoderma — эти грибы безопасны и часто используются в биозащите растений. С помощью этих компонентов ученые получили наночастицы оксида меди. Процесс идет при комнатной температуре, без нагревания, токсичных отходов и сложных приборов. Результаты исследования опубликованы в журнале BioNanoScience.
Грибы рода Trichoderma активно конкурируют с вредными грибами и бактериями за пространство и питание в почве и способны напрямую подавлять их. Кроме того, некоторые их штаммы вырабатывают фитогормоны и участвуют в разложении органических остатков. Экстракт вермикомпостирования, в свою очередь, содержит высокую концентрацию питательных веществ для растений, а исходным сырьем для его получения могут быть различные органические отходы.
«Мы использовали компоненты, которые можно легко получать в больших объемах абсолютно во всем мире, а также обладающие разными положительными эффектами на экосистему: утилизация органических отходов, ингибирование фитопатогенов, питание растений, биосовместимость и другие», — отмечает научный сотрудник лаборатории «Агробиотехнологии для повышения плодородия почв и качества сельскохозяйственной продукции» Наталья Черникова.
Полученные наночастицы проверили на шести видах грибов, которые чаще всего поражают сельхозкультуры: Fusarium (фузариоз зерновых), Alternaria (альтернариоз подсолнечника и овощей), Bipolaris, Curvularia, Helminthosporium и Botrytis (серая гниль плодов). В чашках Петри (прим. ред. сосуд, где выращивают бактерии и грибки) с питательной средой ученые добавляли разные концентрации CuONPs — от 25 до 200 ppm (миллионных долей).
Грибковым заболеваниям подвержены плодово-ягодные, овощные, зерновые и зернобобовые культуры. Особенно остро проблема стоит для зерновых — пшеницы, ржи, ячменя и других культур: заболевания могут снижать урожайность и качество зерна, а также способствовать накоплению микотоксинов. В первую очередь апробацию препарата планируют провести на ячмене и пшенице.
Результат впечатлил. Даже в минимальной концентрации (25 ppm) наночастицы замедляли рост грибниц на 10–38%. А при максимальной (200 ppm) подавление достигало 56–65% в зависимости от вида гриба. Особенно чувствительными оказались Fusarium и Alternaria — их рост сократился на 63% и 65% соответственно.
Но главное — наночастицы практически полностью блокировали прорастание спор, то есть останавливали размножение грибков. Для Fusarium и Alternaria подавление составило более 95% при концентрации 200 ppm. Это значит, что патогены не просто перестают расти — они теряют способность заражать новые растения.
Одним из наиболее интересных результатов стал сам размер полученных наночастиц. Их размер составил от пяти до 10 нанометров, тогда как, коммерческие CuONPs обычно имеют размер от пяти до 70 нанометров.
«Я бы выделила два факта: синтезированные наночастицы имели маленький диапазон размерности от пяти до 10 нанометров; высокий процент как антагонистического действия –– до 65% в отношении различных патогенов, так и ингибирования прорастания их спор –– до 95%», –– рассказала Наталья Черникова.
Исследователи также подчеркивают, что их метод синтеза решает сразу две задачи: утилизирует отходы вермикомпостирования и создает полезный продукт. Биогумус, который обычно используют как удобрение, в новой технологии становится сырьем для получения наночастиц. А сам процесс не требует дорогого оборудования и может быть масштабирован для промышленного производства.
Главной ценностью исследования стало то, что с помощью зеленого синтеза ученым удалось получить материал, который может одновременно использоваться как противомикробный препарат и наноудобрение. Наталья Черникова отмечает:
«Данная технология микосинтеза наночастиц представляет собой экологическую и экономически выгодную альтернативу, позволяющую избежать применения токсичных и дорогостоящих соединений, сильных восстановителей и органических растворителей».
При этом до практического применения технологии еще предстоит провести дополнительные исследования. Необходимо изучить работу препарата в реальных агроэкосистемах и разработать технологию его внесения для определенных культур и конкретных почвенно-климатических условий.
«У данного препарата высокий потенциал внедрения в агротехнологический сектор. Однако предстоит еще большой путь, прежде чем данную технологию можно будет масштабировать», –– поясняет Наталья Черникова.