Усиление иммунного ответа: российские учёные предложили использовать наночастицы оксида меди для защиты растений
Российские исследователи изучили воздействие наночастиц оксида меди на патогены растений. Оказалось, что в малых концентрациях это вещество уничтожает опасные для саженцев грибки. Также оно стимулирует иммунитет растений, и этот эффект дополнительно усиливает защиту ростков от фитопатогенов. Кроме того, наночастицы могут снижать стресс у растений, что повышает их жизнестойкость. Учёные планируют продолжить исследования и создать на основе наночастиц оксида меди эффективный препарат для защиты растений от заболеваний, вызываемых микроорганизмами.
Учёные из Национального исследовательского технологического университета «МИСИС» совместно с коллегами из Воронежского государственного лесотехнического университета имени Г.Ф. Морозова и Тамбовского государственного университета имени Г.Р. Державина разрабатывают средство для защиты саженцев растений от патогенов на основе наночастиц оксида меди. В определённых дозах это вещество не только уничтожает опасные для растений микроорганизмы, но и стимулирует иммунитет саженцев, сообщили RT в пресс-службе НИТУ «МИСИС». Результаты исследования опубликованы в журнале Nanomaterials.
Работа проводилась на клонах берёзы, полученных в лабораторных условиях. Клональное размножение сегодня активно применяется для получения саженцев растений в коммерческих целях.
Научный коллектив изучил, каким образом наночастицы оксида меди влияют на колонии опасных для растений грибков, которые особенно хорошо размножаются в питательных средах, используемых для выращивания растений.
«Как мы и ожидали, наночастицы оксида меди оказывали выраженное противогрибковое действие на фитопатогены в растительной культуре, что согласуется с результатами ряда предыдущих исследований», — рассказала RT эксперт кафедры Функциональных наносистем и высокотемпературных материалов НИТУ «МИСИС» Ольга Захарова.
Авторы работы предполагают, что эффект может быть связан с двумя механизмами: диффузией ионов меди, которая сама по себе обладает антимикробным действием, а также токсическими эффектами наночастиц — такими как индукция окислительного стресса или повреждение клеточной мембраны. Окислительным стрессом учёные называют процесс повреждения клеток в результате их окисления.
Учёные полагают, что защита растений от поражения грибками достигается не только за счёт непосредственного воздействия наночастиц меди на клетки вредных микроорганизмов, но и благодаря усиленной работе иммунной системы саженцев в результате её стимуляции малыми дозами наночастиц.
Причём в отличие от эксперимента с подавлением грибковых колоний без растений, в присутствии саженцев-клонов максимальная защита их от заражения наблюдалась не при высокой, а при наиболее низкой концентрации наночастиц. Вероятно, эффект достигается в этом случае опосредованно, через усиление иммунного ответа растения.
«Наночастицы в низких концентрациях могут вызывать у растений умеренный стресс, одной из реакций на который является изменение их биохимического статуса. Начинают вырабатываться такие соединения как пероксидазы и полифенолы, являющиеся частью системы неспецифической защиты растений от фитопатогенных микроорганизмов», — пояснила Ольга Захарова.
Исследование показало, что этот эффект наблюдается только при воздействии на растение малых доз наночастиц оксида меди. Увеличение концентрации вещества приводит к увеличению уровня стресса у растений, что снижает их жизнеспособность.
Кроме того, в рамках проведённой работы выяснилось, что наночастицы оксида меди способны вызывать активацию генов стрессоустойчивости растений. В присутствии наночастиц у саженцев снизился уровень стресса, вызванного патогенными грибками.
По словам исследователей, полученные данные говорят о перспективности использования наночастиц оксида меди для защиты растений, выращиваемых клональным способом. На следующем этапе учёные намерены выяснить, с помощью каких именно механизмов наночастицы влияют на растения и фитопатогены.
В перспективе планируется создать препарат, который сможет заменить фунгициды и антибиотики, которые сейчас применяются для борьбы с болезнями растений.