Mokslo ir technologijų pasaulis

Naujausi moksliniai duomenys rodo, kad nanotechnologijos teigiamai veikia žemės ūkio ir maisto produktų sektorius, sumažinant neigiamus žemės ūkio praktikos padarinius aplinkai ir žmonių sveikatai, pagerindamos augalų kokybę ir produktyvumą.

Atsižvelgiant į prognozuojamą pasaulio gyventojų skaičiaus augimą, nanotechnologijų pritaikymas žemės ūkyje ženkliai prisidėtų prie žmonijos išmaitinimo ir kartu paskatintų socialinę ir ekonominę veiklas.

Nanotechnologija – tai mokslas tiriantis ir kuriantis nano- dydžio (nuo 1 iki 100 nanometrų, o 1 centimetrą atitinka 10 000 000 nm) struktūras manipuliuojant atomais ir molekulėmis. Nanomedžiagos gali būti kuriamos tiek mechaniniu, tiek cheminiu būdu, būti išgaunamos iš natūralių produktų (augalų, bakterijų) arba sintetinių (anglies pluoštai, metalų nanodalelės).

Dėl specifinių atomų išsidėstymų, kurie nulemia dalelių formą, paviršiaus krūvį ir paviršiaus plotą gali pasikeisti mums įprastų medžiagų savybės. Pavyzdžiui, visi žinome kokios spalvos yra auksas, tačiau tirpalo, su susmulkintu 25 nm dydžio aukso dalelėmis, spalva tampa raudona. O jeigu atsižvelgtume į agronomijoje naudojamas trąšas, tai molibdeno ar boro mikroelementinės trąšos dažniausiai būna baltos spalvos milteliai, o štai nanodalelių milteliai yra juodos spalvos.

Tyrinėjant nanodalelių ir įprastinių trąšų taikymą žemės ūkyje, kad trąšos būna nevisiškai grynos. Pavyzdžiui, įsigyjant nanodaleles jų grynumas būna 99,7-99,9 proc.

Tai reiškia, kad nanodalelių milteliuose yra grynas elementas. O perkant produktus parduodamus žemės ūkyje, pavyzdžiui, jeigu ieškotume įsigyti molibdeno, mes rastume tokius junginius: amonio molibdatas, amonio ir natrio molibdatas, kuriuose molibdeno kiekis vyrauja iki 60 proc. O tai reiškia, kad siekiant praturtinti augalus molibdenu reikės naudoti daug kartų didesnį kiekį įprastų trąšų. Tokia tendencija yra būdinga ir kitiems makro- ir mikroelementams. Taip pat, kyla klausimas, kodėl norint tręšti augalus molibdenu į dirvą turi patekti amoniakas, natris ar fosfatas naudojant įprastas trąšas?

Atsižvelgiant į Lietuvos agrarinių ir miškų mokslo centre atliktus mokslinius tyrimus žirniams, buvo nustatyta, kad panaudojus vario, boro, molibdeno ar silicio oksidų nanodalelių tirpalus žirnių derlių galima padidinti net iki 40 proc. Tai galioja tiek juos auginant sausros sąlygomis, tiek normalaus substrato drėgnyje.

Kaip nustatyta, tai nulėmė padidėjęs antioksidantų kiekis augaluose. Šis poveikis priklauso nuo naudojamų nanodalelių koncentracijos. Buvo nustatyta, kad boro oksido nanodalelių didžiausia koncentracija gali turėti ir neigiamą poveikį žirniams. Taip pat, tų pačių nanodalelių poveikis kitų veislių augalams, gali skirtis dėl skirtingos augalų sandaros.

Nanodalelės gali patekti į augalus tiek juos purškiant per lapus, tiek laistant per šaknis. Dirvožemyje ND gali sąveikauti tiesiogiai prasiskverbdamos per šaknies paviršių, būti transportuojami į augalą naudojant specifinius baltymų nešiklius arba per mikroorganizmus ir specifinius paviršiaus junginius, kurie gali palengvinti arba trukdyti jų absorbcijai. Tokie patekimo į augalą būdai įprasti ir mikro- makroelementams. Pažymėtina, kad nanodalelių poveikis gali priklausyti nuo dirvožemio tipo, granulometrinės sudėties ir pH.

Nanodalelės per šaknis patekusios į augalus juda kartu su visais elementais augalo mediena arba jungiasi su įvairias metabolitais ir juda karniena. Nanodalelių kaupimasis kaip ir kitų elementų priklauso nuo augale vykstančios transpiracijos. Tai reiškia, kad jei augalai išgarina mažiau vandens arba jį garina lėtai, nanodalelių kaupimasis yra nedidelis arba vyksta lėčiau.

Į augalo lapus patekusios nanodalelės gali tiek teigiamai, tiek ir neigiamai paveikti žiotelių varstymą, fotosintezės intensyvumą, chlorofilo susidarymą, sukelti oksidacinį stresą ir hormezę arba suaktyvinti antioksidacinį aktyvumą.

Naudojant purškimo per lapus metodą, nanodalelės gali suformuoti apsauginį lapo paviršių arba patekti į augalą per vaškiniame sluoksnyje susidariusias žaizdas ar kitus lapo paviršiaus darinius (trichomas ir hidatodus). Yra mokslinių tyrimų, kurie teigia, kad nanodalelės iki 10 nm gali prasiskverbti pro vaškinį augalų lapų sluoksnį ir tiesiogiai patekti į augalo vidų bei kauptis epidermyje. Taip pat, neatmetame galimybės, kad nupurškus augalus prieš lietų, dėl kurio nanodalelės patenka į dirvožemį ir augalus paveikia per šaknis.

Siekiant įvertinti dalelių dydžio poveikį augalams Lietuvoje yra atliekami tyrimai su cinko ir vario oksidų nanodalelėmis. Lietuvos mokslo tarybos finansuojamame mokslininkų grupių projekte „Nanogreens“ (Nr. S-MIP-21-27) lapinės daržovės yra purškiamos trijų dydžių nanodalelėmis. Įdomu tai, kad žiūrint pro skenuojantį elektroninį mikroskopą ant salotų lapų paviršiaus (po 10 d. nuo purškimo) nebesimato jokių nanodalelių pėdsakų.

Tokie rezultatai rodo, kad augalas efektyviai pasisavina cinko oksidą purškiant per lapus ir praturtina augalą cinku, antioksidantais. Taip pat nustatyta, kad lapinės daržovės būna didesnės panaudojus šias nanodaleles. Tinkamiausiu cinko oksido nanodalelių dydžiu nustatytas 35-45 nm dalelės.

Tačiau reikalingi tolimesni tyrimai, siekiant ištirti nanodalelių poveikį visai biosferai.

Rūta Sutulienė, Lietuvos agrarinių ir miškų mokslų centro Augalų fiziologijos laboratorija

Šaltinis:

https://www.lammc.lt/data/public/uploads/2022/11/rutos-sutulienes-disertacija.pdf