Әлем әлдеқашан белгілі бір критерийлерге, соның ішінде экологиялық таза болуына сәйкес келетін органикалық өнімдердің айналасында бум бастады. Ал егер барлық дерлік дақылдар микробтар тудыратын ауруларға бейім болса, қалаған тазалыққа қалай жетуге болады? Мұндай мәселені «химиясыз» шешу оңай емес. Сондықтан ғалымдар химиялық заттарды өсімдіктер мен адам денсаулығына барынша зиянсыз етуді ойлайды. Алла ПЕРФИЛЬЕВА, Ресей ғылым академиясының Сібір бөлімшесінің Сібір өсімдіктер физиологиясы және биохимиясы институты өсімдіктер мен микробтардың өзара әрекеттесу зертханасының аға ғылыми қызметкері, биология ғылымдарының кандидаты, ғылыми тобымен бірге бұл мәселені шешуге кірісті. . «Химиялық және микробиологиялық синтез арқылы алынған селен нанокомпозиттерін қолдану арқылы ауылшаруашылық өсімдіктерін бактериялық және саңырауқұлақ фитопатогендерінен жақсарту» зерттеу тақырыбы Ресей Федерациясы Президентінің грантымен қолдау тапты.
- Мәдени өсімдіктердің ауруларының қоздырғышы – фитопатогенді микробтар, дейді Алла. Олар вирустар, бактериялар немесе саңырауқұлақтар түрінде болуы мүмкін. Жаһандық климаттың өзгеруіне байланысты көптеген патогенді микробтардың ауқымы кеңейіп, жаңа аумақтарға таралуда. Қоздырғыштар отырғызу материалының бұзылуына әкеледі - шамдардың, өсімдіктердің түйнектерінің шіріп кетуі. Нәтижесінде вегетациялық кезеңде өсімдіктің өсуі баяулайды: тұтастай алғанда оның мөлшері немесе оның мүшелері кішірейеді - жапырақтары кішірейеді, тамыр жүйесі нашар дамиды. Пигментация өзгереді: сарғаю пайда болады, органдар бозғылт жасылға айналады. Жапырақтары мен сабақтары қурап қалады, өсімдіктердің толық өлу жағдайлары сирек емес. Мұның бәрі, әрине, егінге кері әсерін тигізеді.
– Онымен қалай күресуге болады?
– Фитопатогенді микроорганизмдерді басу үшін улы пестицидтер қолданылады. Дегенмен, олар саңырауқұлақтарға қарсы әрекет етеді және бактерияларға тиімсіз. Бірақ мұндай қаражат сөзсіз қажет.
- Фитопатогенді бактериялар бәрін жойып жібереді және бұл туралы ештеңе істеуге болмайды?
- Фитопатогендерге барлығын жою тиімсіз, өйткені оларға қоректік база қажет. Егер олар негізгі өсімдіктерді толығымен жойса, онда олардың тұратын жері және жейтін ештеңесі болмайды. Сондықтан фитопатогендер өсімдіктерді біртіндеп тежейді.
Аурулардың дамуына ауа райы жағдайлары әсер етеді, кейде олар патогенді емес, адамның пайдасына айналады. Мысалы, әр түрлі шіріктер, соның ішінде кеш күйік ауруы жаздың суық және жаңбырлы күндерінде белсендірек дамиды, ал құрғақ және ыстық ауа райы оларға қолайсыз. Кейде егіннің жоғалуы айтарлықтай және 40-70% құрайды. Фитопатогендердің ешқашан жалғыз әрекет етпейтінін ескеру қажет. Әдетте, саңырауқұлақтар мен бактериялардың өсімдіктерге күрделі әсері бар. Нәтижесінде бір инфекция (көбінесе саңырауқұлақтар) өсімдік ағзасын әлсіретеді, ал фитопатогендердің қалған бөлігі кейінірек шабуыл жасайды.
- Кейбір дақылдарды мүлдем өсірмеу керек екен – бәрібір бактериялар оларды жей ме?
- Ұзақ мерзімді таңдау нәтижесінде адам мәдени өсімдіктердің ең төзімді сорттарын таңдады. Дегенмен, фитопатогендердің эволюциясы ие өсімдіктердің эволюциясымен қатар жүреді – олар да төзімдірек болады.
– Мәселені шешу үшін қазір қандай препараттар жасалып жатыр?
- Фитопатогенді микроорганизмдер қоршаған орта факторларына өте төзімді, өйткені олар топырақта бола отырып, өз өмірінің бір бөлігін иесі өсімдік ағзасынан тыс өткізе алады. Сондықтан барлық заттар олардың өміршеңдігіне әсер ете алмайды. Мұны мен әртүрлі химиялық заттарды сынаудағы өз тәжірибемнен білемін.
– Неліктен селен нанокомпозиттерін сынап көруді шештіңіз?
Селен барлық тірі ағзалар үшін маңызды микроэлемент болып табылады. Ол жасушаға қажетті ферменттердің құрамына кіреді, жоғары биологиялық белсенділікке және антиоксиданттық әсерге ие. Алайда оның дүние жүзіндегі топырақтағы мөлшері жеткіліксіз.
Нанокомпозиттер құрамында селен нанобөлшек түрінде болады. Олардың заряды жоқ, көлемі 100 нанометрге дейін жетеді. Химиялық элементтердің кәдімгі қосылыстарымен салыстырғанда, нанобөлшектерді азырақ көлемде тұтыну қажет. Көп мөлшерде олар токсикалық әсерге ие.
Нанокомпозиттерді жасау кезінде нанобөлшектер үлкен молекуланың (матрица) ішінде тығыз орналасқан. Бұл табиғи полимер, мысалы, картоптан алынған крахмал немесе тамақ өнеркәсібіне қоюландырғыш ретінде қолданылатын караген немесе арабиногалактан, сібір балқарағайынан оқшауланған полисахарид, сондай-ақ гуминдік заттар. Нанобөлшектер нанокомпозиттің бетінде емес, ішінде орналасады, сондықтан олар химиялық реакцияларға түсе алмайды.
Бактериялар қалай жойылады?
– Табиғи полимерлер тағам ретінде патогендік бактериялар үшін тартымды. Олар сырттан арнайы заттарды – экзоферменттерді шығарады, олар бактерия жасушасынан тыс үлкен молекулаларды кішіректерге – олигомерлерге және мономерлерге ыдыратуға қабілетті. Бактериялар олармен қоректенеді. Нанокомпозиттік матрицаны экзоферменттермен бөлген кезде селен нанобөлшектері бөлінеді.
Олар бактерия жасушасының бетіне жабысып, мембраналық потенциалға, яғни жасуша бетіндегі зарядқа әсер етеді. Нәтижесінде қоршаған ортадан сұйықтық бактериялық жасушаға белсенді түрде түсе бастайды, бұл бактерияның жарылуына әкеледі.
Сонымен қатар селен нанобөлшектері де, матрицалары да өсімдіктерге кері әсерін тигізбейді. Сонымен қатар, біз бірқатар заттарды – әртүрлі табиғи полимерлі матрицалардағы селен нанокомпозиттерін зерттедік және олардың тіпті өсімдіктердің өсуі мен дамуын ынталандыратынын, фитопатогендерге in vitro, яғни «пробиркада» төзімділігін және өнімділігін арттыратынын анықтадық. дала жағдайлары. эксперимент.
Сонымен қатар, селен оларды өңдегеннен кейін өсімдік ұлпаларында жиналмайды және топырақ микроорганизмдеріне зиянды әсер етпейді, бұл нанокомпозиттерді қолданудың қауіпсіздігін көрсетеді. Сонымен қатар, олар өсімдіктерді минералды қоректендіреді, ауруларға төзімділігін арттырады. Осылайша, селен нанокомпозиттері фитопатогенді микроорганизмдерді жойып, сонымен қатар қоршаған ортаға зиян келтірмей өсімдіктердің өсуін ынталандыратын әсерге ие екендігі анықталды.
- Сіз бұл тақырыппен қанша уақыт жұмыс істеп жатырсыз? Тағы қандай нәтижелерге қол жеткіздіңіз?
– Мен нанокомпозиттердің биологиялық белсенділігін зерттеуді кандидаттық диссертациямды қорғағаннан кейін бастадым. 2013 жылы диссертация қорғады. Селен нанокомпозиттерін Ресей ғылым академиясының Сібір бөлімшесінің кинетика және жану институтында Борис Суховтың ғылыми тобы синтездейді. Новосибирскідегі В.В.Воеводский. Біздің институтта мен және менің әріптестерім нанокомпозиттермен айналысамыз: өсімдіктер мен микробтардың өзара әрекеттесу зертханасының бас ғылыми қызметкері Ирина Граскова, биология ғылымдарының докторы Ольга Ножкина және жетекші инженер Анастасия Газизова, сонымен қатар биология және топырақ факультетінің студенттері. Менің жетекшілігіммен курстық және диссертациялар бойынша зерттеулер жүргізетін Иркутск мемлекеттік университетінің профессоры.
Біз матрицаларда құрамында селен бар бірқатар нанокомпозиттердің шалғам, соя және картоптың өнуіне әсерін зерттедік. Кейбір жағдайларда олар өсуді ынталандыратыны анықталды. Үш жыл бойы, яғни 2020-2022 жылдар аралығында далалық тәжірибелер барысында біз селен нанокомпозиттерінің картоп өнімділігіне әсерін зерттеп, олардың әр өсімдіктен алынатын түйнектер санын көбейткенін анықтадық.
Сонымен қатар, біз селен нанокомпозиттерінің картоп сақиналы шірік бактерияларына, Clavibactersepedonicus және алма ағашынан гүлдерге дейін көптеген ауылшаруашылық дақылдарын зақымдайтын Phytophthora cactorum қоздырғышына тигізетін зиянды әсерін анықтадық.
Кеш күйдіргіш – жапырақтардың сарғаюы және солуы, жүзімдегі жемістердің шіруі, тіпті өсімдіктің толық өлуі байқалатын өсімдіктердің ауруы. Көбінесе түнгі тұқымның өкілдерінде кездеседі - бұл қызанақ пен картоп. Қазір біз картоп түйнектерін селен нанокомпозиттерімен отырғызу алдында өңдеу картоп дақылының түйнектерінің микробтық құрамына (микробиомасына) қалай әсер ететінін зерттеп жатырмыз.
10 жыл бойы біз металдардың нанобөлшектері – күміс, мыс, марганец, темір негізіндегі бірқатар нанокомпозиттерді, сондай-ақ олардың әртүрлі комбинацияларын зерттедік. Жаңа қызықты деректер алынды, соған сәйкес кейбір нанокомпозиттер өте жоғары биологиялық белсенділікке ие: олар өсімдіктердің өсуі мен дамуын ынталандырады және жоғары бактерияға қарсы әсерге ие. Марганец нанокомпозиттерінің биологиялық белсенділігін тіркеуге патент алуға өтінім бердік.
– Зерттеу нәтижелеріңіз қаншалықты сұранысқа ие болады?
– Бүгінде ұлттық экономиканың түрлі салаларында нанотехнологияларды қолдану мәселесі қызу талқылануда. Медицинада және ветеринарияда нанобөлшектер қазірдің өзінде онкологиялық ауруларды емдеуде және антиоксиданттар ретінде кеңінен қолданылады. Құрамында нанобөлшектері бар заттарды қолдану көлемі аз болғандықтан, нанотехнологияларды агрохимияда қолдану перспективалы болып табылады. Бұл ретте шығындарды кәдімгі дезинфекциялау құралдарымен салыстыруға болады, ал нанобөлшектерді қолданудың әсері әлдеқайда жоғары. Топырақ селенге кедей болғандықтан, өсімдіктерге тиісті минералды қоспалар қажет. Бірақ олардың көпшілігі топырақ ылғалында толық ерімейді және өсімдіктерге сіңеді. Сондықтан себілетін материалды селен нанокомпозиттерімен өңдеу қажеттілігі айқын.
Сонымен қатар, нанобөлшектердің өсімдік ағзаларына әсері, фитопатогендік микроорганизмдер және өсімдік-микробтық қарым-қатынастар туралы әлі де іргелі білім жеткіліксіз. Біздің зерттеуіміз осы олқылықтарды толтырады. Біз қазірдің өзінде көптеген зертханалық сынақтар мен далалық тәжірибелер жүргіздік, бұл бізге мәселені жеткілікті түрде терең түсінуге мүмкіндік берді. Бұл білімді тәжірибеде қолдану үшін агрофирмада апробация қажет. Біз мұны да жасаймыз, бірақ кейінірек. Мұндай жұмыс зертханалық зерттеулерге қарағанда, нанокомпозиттердің әлдеқайда үлкен көлемін қажет етеді. Бұл синтетикалық химиктердің міндеті.
