سوف تضرب المركبات النانوية مسببات الأمراض النباتية

لقد بدأ العالم منذ فترة طويلة طفرة حول المنتجات العضوية التي يجب أن تفي بمعايير معينة ، بما في ذلك كونها صديقة للبيئة. وكيف نحقق النقاء المطلوب إذا كانت كل المحاصيل تقريبا عرضة للأمراض التي تسببها الميكروبات؟ ليس من السهل حل مثل هذه المشكلة بدون "الكيمياء". لذلك ، يفكر العلماء في كيفية جعل المواد الكيميائية غير ضارة بالنباتات وصحة الإنسان قدر الإمكان. آلا بيرفيليفا ، باحثة أولى في مختبر التفاعلات الميكروبية النباتية في معهد سيبيريا لفسيولوجيا النبات والكيمياء الحيوية التابع لفرع سيبيريا التابع لأكاديمية العلوم الروسية ، مرشحة للعلوم البيولوجية ، تناولت حل هذه المشكلة مع فريقها العلمي . تم دعم موضوع البحث "تحسين النباتات الزراعية من مسببات الأمراض النباتية البكتيرية والفطرية باستخدام مركبات السيلينيوم النانوية التي تم الحصول عليها عن طريق التخليق الكيميائي والميكروبيولوجي" بمنحة من رئيس الاتحاد الروسي.

• يقول علاء إن الميكروبات الممرضة للنبات هي العوامل المسببة لأمراض النباتات المزروعة. يمكن أن تكون على شكل فيروسات أو بكتيريا أو فطريات. بسبب تغير المناخ العالمي ، يتوسع نطاق العديد من الميكروبات المسببة للأمراض ، بما في ذلك الانتشار إلى مناطق جديدة. تؤدي مسببات الأمراض إلى هزيمة مادة الزراعة - تعفن المصابيح ودرنات النباتات. نتيجة لذلك ، يتباطأ نمو النبات خلال موسم النمو: حجمه ككل أو يتناقص أعضائه - تصبح الأوراق أصغر ، ويتطور نظام الجذر بشكل سيء. تغيرات التصبغ: يحدث الاصفرار ، تصبح الأعضاء خضراء شاحبة. تذبل الأوراق والسيقان ، وحالات الموت التام للنباتات شائعة. كل هذا ، بالطبع ، يؤثر سلبًا على المحصول.

- كيفية التعامل معها؟

- لقمع الكائنات الدقيقة المسببة للأمراض النباتية ، يتم استخدام المبيدات السامة. ومع ذلك ، فهي تعمل ضد الفطريات وغير فعالة ضد البكتيريا. ولكن مما لا شك فيه أن هناك حاجة إلى مثل هذه الأموال.

• اتضح أن البكتيريا المسببة للأمراض النباتية تدمر كل شيء ولا يمكن فعل أي شيء حيال ذلك؟
• ليس من المجدي أن تدمر مسببات الأمراض النباتية كل شيء ، لأنها تحتاج إلى قاعدة غذائية. إذا أبادوا النباتات المضيفة تمامًا ، فلن يكون لديهم ببساطة مكان يعيشون فيه ولا شيء يأكلونه. لذلك ، تمنع مسببات الأمراض النباتية النباتات تدريجياً.

يتأثر تطور الأمراض بالظروف الجوية ، وفي بعض الأحيان يتضح أنها لصالح الشخص وليس مسببات الأمراض. على سبيل المثال ، تتطور أنواع التعفن المختلفة ، بما في ذلك مرض اللفحة المتأخرة ، بشكل أكثر نشاطًا في الصيف البارد والممطر ، والطقس الجاف والحار غير مواتٍ لها. في بعض الأحيان تكون خسائر المحاصيل كبيرة وتصل إلى 40-70 ٪. يجب على المرء أن يأخذ في الاعتبار حقيقة أن مسببات الأمراض النباتية لا تعمل بمفردها أبدًا. كقاعدة عامة ، هناك تأثير معقد للفطريات والبكتيريا على النباتات. نتيجة لذلك ، تؤدي عدوى واحدة (غالبًا فطريات) إلى إضعاف الكائن النباتي ، وتهاجم بقية مسببات الأمراض النباتية لاحقًا.

• اتضح أنه لا ينبغي زراعة بعض المحاصيل على الإطلاق - فهل ستأكلها البكتيريا على أي حال؟
• نتيجة للاختيار طويل الأمد ، اختار الشخص أكثر أنواع النباتات المزروعة مقاومة. ومع ذلك ، فإن تطور مسببات الأمراض النباتية يسير بالتوازي مع تطور النباتات المضيفة - كما أنها تصبح أكثر ثباتًا.

- ما الأدوية التي يتم تطويرها حاليًا لحل المشكلة؟

• الكائنات الحية الدقيقة المسببة للأمراض النباتية مقاومة للغاية للعوامل البيئية ، لأنها قادرة على قضاء جزء من حياتها خارج كائن النبات المضيف ، في التربة. لذلك ، لا يمكن أن تؤثر جميع المواد على صلاحيتها. هذا ما أعلمه من تجربتي الخاصة في اختبار المواد الكيميائية المختلفة.

- لماذا قررت تجربة مركبات السيلينيوم النانوية؟

السيلينيوم هو عنصر غذائي دقيق أساسي لجميع الكائنات الحية. إنه جزء من الإنزيمات الضرورية للخلية ، وله نشاط بيولوجي عالي وتأثير مضاد للأكسدة. ومع ذلك ، فإن محتواها في التربة حول العالم غير كاف.

في تكوين المركبات النانوية ، يكون السيلينيوم في شكل جسيمات نانوية. ليس لديهم أي شحنة ، وحجمهم يصل إلى 100 نانومتر. بالمقارنة مع المركبات التقليدية للعناصر الكيميائية ، يجب استهلاك الجسيمات النانوية بأحجام أصغر. بكميات كبيرة ، لديهم تأثير سام.

عند تكوين المركبات النانوية ، يتم تعبئة الجسيمات النانوية بكثافة داخل جزيء كبير (مصفوفة). هذا بوليمر طبيعي ، على سبيل المثال ، نشا يتم الحصول عليه من البطاطس ، أو كاراجينان ، يستخدم كمكثف لصناعة الأغذية ، أو أرابينوجالاكتان ، وهو عديد السكاريد المعزول من الصنوبر السيبيري ، وكذلك المواد الدبالية. لا توجد الجسيمات النانوية على سطح المركب النانوي ، ولكنها في الداخل ، وبالتالي فهي غير قادرة على الدخول في تفاعلات كيميائية.

كيف يتم تدمير البكتيريا؟

- البوليمرات الطبيعية جذابة للبكتيريا المسببة للأمراض كغذاء. تفرز مواد خاصة في الخارج - الإنزيمات الخارجية ، القادرة على تكسير الجزيئات الكبيرة خارج الخلية البكتيرية إلى جزيئات أصغر - أوليغومرات ومونومرات. تتغذى البكتيريا عليها. عندما يتم شق مصفوفة المركبات النانوية بواسطة الإنزيمات الخارجية ، يتم إطلاق جزيئات السيلينيوم النانوية.

إنها تلتصق بسطح الخلية البكتيرية وتعمل على إمكانات الغشاء ، أي الشحنة الموجودة على سطح الخلية. نتيجة لذلك ، يبدأ السائل من البيئة في الدخول بنشاط إلى الخلية البكتيرية ، مما يؤدي إلى تمزق البكتيريا.

في الوقت نفسه ، ليس لكل من جسيمات السيلينيوم النانوية والمصفوفات تأثير سلبي على النباتات. علاوة على ذلك ، درسنا عددًا من المواد - مركبات السيلينيوم النانوية في العديد من مصفوفات البوليمر الطبيعي - ووجدنا أنها تحفز نمو النباتات وتطورها ، وتزيد من مقاومتها لمسببات الأمراض النباتية في المختبر ، أي "في أنبوب الاختبار" ، والإنتاجية في حالات المجال. تجربة.

في الوقت نفسه ، لا يتراكم السيلينيوم في الأنسجة النباتية بعد معالجتها ولا يكون له تأثير ضار على الكائنات الحية الدقيقة في التربة ، مما يشير إلى سلامة استخدام المركبات النانوية. علاوة على ذلك ، فإنها تثري التغذية المعدنية للنباتات ، وتزيد من مقاومتها للأمراض. وهكذا ، اتضح أن مركبات السيلينيوم النانوية تدمر الكائنات الحية الدقيقة المسببة للأمراض ، بالإضافة إلى ذلك ، لها تأثير محفز للنمو للنباتات دون الإضرار بالبيئة.

• منذ متى وانت تعمل على هذا الموضوع؟ ما النتائج الأخرى التي حصلت عليها؟

- بدأت البحث عن النشاط البيولوجي للمركبات النانوية بعد دفاعي عن درجة الدكتوراه. أطروحة في عام 2013. يتم تصنيع مركبات السيلينيوم النانوية من قبل المجموعة العلمية لبوريس سوخوف في معهد الحركية والاحتراق التابع لفرع سيبيريا التابع لأكاديمية العلوم الروسية. VV Voevodsky في نوفوسيبيرسك. في معهدنا ، أنا وزملائي منخرطون في المركبات النانوية: إيرينا جراسكوفا ، الباحثة الرئيسية في مختبر التفاعلات الميكروبية النباتية ، دكتوراه في علم الأحياء ، أولغا نوزكينا وأناستاسيا جزيزوفا ، المهندسون الرائدون ، وكذلك طلاب كلية الأحياء والتربة من جامعة ولاية إيركوتسك ، الذين أجروا بحثًا تحت إشرافي لأبحاثهم وأطروحاتهم.

لقد درسنا تأثير عدد من المركبات النانوية المحتوية على السيلينيوم في المصفوفات على إنبات الفجل وفول الصويا والبطاطس. وجدت أنها في بعض الحالات تحفز النمو. لمدة ثلاث سنوات ، من 2020 إلى 2022 ، في سياق التجارب الميدانية ، درسنا تأثير مركبات السيلينيوم النانوية على إنتاجية البطاطس ووجدنا أنها زادت من عدد الدرنات التي تم الحصول عليها من كل نبات.

بالإضافة إلى ذلك ، اكتشفنا التأثير الضار لمركبات السيلينيوم النانوية على بكتيريا تعفن حلقة البطاطس ، Clavibactersepedonicus ، ومرض اللفحة المتأخرة Phytophthora cactorum ، الذي يصيب مجموعة واسعة من المحاصيل ، من أشجار التفاح إلى الزهور.

اللفحة المتأخرة هي مرض يصيب النباتات حيث يلاحظ اصفرار الأوراق وذبولها وتعفن الثمار على الكرمة وحتى الموت التام للنبات. غالبًا ما توجد في ممثلي عائلة الباذنجان - هذه الطماطم والبطاطس. ندرس الآن كيف تؤثر المعالجة المسبقة لدرنات البطاطس بمركبات السيلينيوم النانوية على التركيب الميكروبي (الميكروبيوم) للدرنات من محصول البطاطس.

لمدة 10 سنوات ، قمنا بدراسة عدد من المركبات النانوية القائمة على الجسيمات النانوية من المعادن - الفضة والنحاس والمنغنيز والحديد ، بالإضافة إلى مجموعاتها المختلفة. تم الحصول على بيانات جديدة مثيرة للاهتمام ، تفيد بأن بعض المركبات النانوية لها نشاط بيولوجي مرتفع للغاية: فهي تحفز نمو النباتات وتطورها ، ولها تأثير مضاد للجراثيم. لقد تقدمنا ​​بالفعل بطلب للحصول على براءة اختراع لتسجيل النشاط البيولوجي لمركبات المنغنيز النانوية.

- إلى أي مدى ستكون نتائج بحثك مطلوبة؟

- تجري اليوم مناقشة استخدام التقنيات النانوية في مختلف مجالات الاقتصاد الوطني. في الطب والطب البيطري ، تستخدم الجسيمات النانوية بالفعل على نطاق واسع لعلاج السرطان وكمضادات للأكسدة. يعد استخدام تقنيات النانو في الكيمياء الزراعية واعدًا بسبب الحجم المنخفض لاستخدام المواد التي تحتوي على الجسيمات النانوية. في الوقت نفسه ، يمكن مقارنة التكاليف بالمطهرات التقليدية ، كما أن تأثير استخدام الجسيمات النانوية أعلى بكثير. بسبب حقيقة أن التربة فقيرة في السيلينيوم ، تحتاج النباتات إلى مكملات معدنية مناسبة. ومع ذلك ، فإن معظمهم لا يذوب تمامًا في رطوبة التربة ويمتصه النبات. لذلك ، فإن الحاجة إلى معالجة مادة الزراعة بمركبات السيلينيوم النانوية واضحة.

بالإضافة إلى ذلك ، لا تزال المعرفة الأساسية غير كافية حول تأثير الجسيمات النانوية على الكائنات الحية النباتية ، والكائنات الدقيقة المسببة للأمراض النباتية ، والعلاقات بين النبات والميكروبات. بحثنا يملأ هذه الثغرات. لقد أجرينا بالفعل عددًا كبيرًا من الاختبارات المعملية والتجارب الميدانية ، مما أعطانا فهمًا عميقًا للمشكلة. لاستخدام هذه المعرفة في الممارسة العملية ، هناك حاجة إلى الاستحسان في شركة زراعية. سنفعل هذا أيضًا ، لكن لاحقًا. يتطلب مثل هذا العمل أحجامًا أكبر بكثير من المركبات النانوية مقارنة بالدراسات المختبرية. هذه هي مهمة الكيميائيين التخليقيين.