Nanocząstki metali jako stymulatory wzrostu roślin

Właściwości nanocząstek w ochronie roślin

Zastosowanie nanotechnologii w ogrodnictwie jest obecnie intensywnie badane, ponieważ nanocząstki (o rozmiarach do 100 nm) wykazują znacznie wyższą aktywność biochemiczną niż ich odpowiedniki makrometryczne, co pozwala na skuteczniejsze zwalczanie grzybów i bakterii chorobotwórczych. Nanotechnologia umożliwia wprowadzenie skutecznych środków ochrony roślin, a także regulatorów i stymulatorów ich wzrostu.

Mechanizm działania nanocząstek metali

Mechanizm działania metalicznych nanocząstek (w postaci wodnych układów koloidalnych) wobec mikroorganizmów patogennych nie jest do końca poznany. Przyjmuje się, że wnikają one stopniowo do wnętrza komórek bakteryjnych, prowadząc do degradacji ściany komórkowej, a w konsekwencji do śmierci drobnoustrojów. Nanocząstki srebra wpływają na liczne procesy biologiczne mikroorganizmów, w tym na strukturę i funkcję ich błon komórkowych.

FOTO:

W produkcji roślinnej najczęściej stosuje się nanocząstki srebra (AgNPs), które wykazują działanie antymykobiologiczne poprzez uszkodzenie ściany komórkowej drobnoustrojów, co zwiększa przepuszczalność błon i zakłóca procesy metaboliczne, ostatecznie uszkadzając materiał genetyczny. Badania wykazały, że nanocząstki srebra w stężeniach 40 i 60 mg/l hamowały rozwój Escherichia coli, a przy stężeniu 100 ppm - Sclerotinia sclerotiorum na świeżo pokrojonej marchwi. Innymi, nieco rzadziej stosowanymi nanocząstkami o właściwościach przeciwbakteryjnych i przeciwgrzybicznych, są nanocząstki złota, które eliminują E. coli i Salmonella typhi.

Nanocząstki jako biostymulatory

Różnorodność nanomateriałów - zarówno metalicznych, jak i niemetalicznych - a także zróżnicowane formy i rozmiary nanocząstek tworzonych na ich bazie, dają szerokie możliwości zastosowania ich jako stymulatorów wzrostu roślin. Niektóre badania dowodzą, że koloidy zawierające nanocząstki zmniejszają stres roślin wywołany suszą i transpiracją. Redukcja stresu wodnego wynika prawdopodobnie ze stymulacji wzrostu systemu korzeniowego.

Inne badania potwierdzają, że stosowanie koloidów z nanocząstkami zwiększa zawartość chlorofilu i karotenoidów w tkankach roślinnych. Wykazano także wyższe stężenia azotu, potasu, wapnia i siarki w liściach, co wskazuje na lepsze odżywienie roślin, prawdopodobnie dzięki efektywniejszemu transportowi składników pokarmowych.

Badania nad sałatą w Instytucie Ogrodnictwa - PIB

W Instytucie Ogrodnictwa - PIB w Skierniewicach przeprowadzono badania nad wpływem nowych formulacji nanocząstek metali opracowanych na Wydziale Chemii Uniwersytetu Warszawskiego. Układy te nie zawierają dodatkowych substancji stabilizujących i są przygotowywane na bazie ultraczystej wody. Celem badań była ocena wpływu jedno- (Ag, Au) i dwuskładnikowych (Ag/Si, Ag/Zn) układów nanocząstek na wzrost i rozwój sałaty.

Podczas wegetacji stosowano dolistne opryskiwanie sałaty, wykorzystując różne stężenia badanych nanocząstek. Opryski wykonywano co 10 dni, pierwszy zabieg 5 dni po posadzeniu roślin na miejsce stałe. Rośliny kontrolne opryskiwano wodą destylowaną.

Zastosowanie nanocząstek srebra, złota, Ag/Si i Ag/Zn znacząco zwiększyło średnicę rozety oraz powierzchnię liści sałaty, co przełożyło się na wyższy plon. Największy plon uzyskano po zastosowaniu nanocząstek srebra - średnio o 33% wyższy niż w kontroli. Niższe stężenia badanych preparatów 2,5 ppm (Ag, Ag/Si, Ag/Zn) 10,14 (Au) miały korzystniejszy wpływ - plon wzrósł o 13 i 12%. Stwierdzono również niemal dwukrotny wzrost zawartości kwasu askorbinowego w liściach, szczególnie przy niższych stężeniach.

FOTO:

FOTO:

Bezpieczeństwo i wpływ na środowisko

Warto podkreślić, że zastosowane w badaniach stężenia nanocząstek nie przekraczają dopuszczalnych norm dla wody pitnej, znacznie ogranicza ryzyko ich akumulacji w środowisku naturalnym.

prof. Stanisław Kaniszewski, dr Natalia Skubij - Instytut Ogrodnictwa – PIB w Skierniewicach

dr hab. Wojciech Hyk - Uniwersytet Warszawski