Як зазначає Організація Об'єднаних Націй, у 68 країнах світу спостерігається глобальна продовольча криза, від якої страждають 318 мільйонів людей, які відчувають гостру нестачу продовольства. На щастя, деякі дослідники в США звертають увагу на пошук способів дати рослинам шанс протистояти посусі та хворобам.
Вчені з Інженерної школи ім. Джейкобса Каліфорнійського університету в Сан-Дієго розробили новий інструмент для забезпечення глобальної продовольчої безпеки — полімер, що функціонує як напилюваний захист, який допомагає рослинам боротися з руйнівними бактеріями та виживати в умовах посухи.
Дослідження було опубліковано у журналі ACS Materials Letters.
Так само як люди стикаються з хворобами та смертю від різних бактерій, рослини теж (хоча, як повідомляв New Atlas, деякі бактерії також допомагають рослинам та людям). Але коли ці рослини є сільськогосподарськими культурами, необхідними людям для виживання, ця бактеріальна загроза означає хаос для глобальної безпеки та життя окремих людей.
До бактеріальних хвороб рослин відносяться плямистість (зимостійка інфекція, що вражає томати), пліснявка (що вражає плодові дерева, у тому числі яблуні та персики) і фітофтороз (від якого гниють дині, огірки, гарбузи, кабачки, перець, помідори, баклажани, квасоля та багато іншого). Найгірше, кліматичний хаос дозволяє таким бактеріям проникати на території, де раніше низькі температури зупинили б похолодання.
То як же працює спрей?
Вчені з кафедри хімічної та наноінженерії ім. Айісо Юфена Лі та Центру досліджень та розробок у галузі матеріалознавства (MRSEC) Каліфорнійського університету в Сан-Дієго спільно розробили синтетичний полімер, що містить позитивно заряджені хімічні групи. Адаптувавши типовий метод синтезу полімерів для роботи у воді, дослідники створили газопроникний полімер полінорборнен, нешкідливий для рослин, але який послаблює клітинні мембрани різних шкідливих бактерій.
"Зазвичай полімери синтезуються з використанням органічних розчинників, токсичних для рослин", - сказав співавтор Луїс Паломіно, аспірант у галузі хімічної та наноінженерії. «У нашому випадку ми зробили інакше: ми синтезували полімер у буферних умовах у воді. Це дозволило нам створити склад для спрею, більш біосумісний із рослинами. Ми можемо легко розчинити полімер до потрібної концентрації у воді й просто розпорошити його».
Однією з несподіваних переваг стало те, що захисне покриття не обов'язково має покривати всю рослину або навіть весь лист — це схоже на відкриття того, що броньована рукавичка робить непотрібним бронежилет. «Ми можемо обприскувати лише невелику частину листа», — каже провідний автор Патрік Опденштайнен, — «і це забезпечує бактеріальний імунітет всієї рослини. Це справді крутий результат».
Але навіщо потрібний такий захист? Якщо припущення дослідників вірне, можливо, стресова реакція обприскуваного листя викликає невелике, тимчасове та нешкідливе збільшення концентрації перекису водню, що може активувати інші захисні механізми рослини.
Однак одним із найкращих результатів експерименту, проведеного в Каліфорнійському університеті в Сан-Дієго, стало підвищення стійкості рослин до посухи. Після чотирьох днів штучної посухи необроблені рослини в'янули сильніше, ніж оброблені, які залишалися здоровими, можливо, тому що напилюваний полімер запобігав втраті води (подібно захисному костюму для рослин), одночасно покращуючи реакції на стрес на молекулярному рівні.
У майбутньому Опденстейнен та його колеги прагнутимуть підвищити біорозкладність свого полімеру, одночасно досліджуючи ступінь його потенційної токсичності. «Ми сподіваємося, — каже він, — використати це у польових умовах на благо сільського господарства, і це перший крок. У захисті рослин закладено величезний потенціал».
