Рамеш Ралия, доктор философии, постдокторский исследователь, и Пратим Бисвас, доктор философии, Люси Стэнли Лопата Профессор и председатель Департамента энергетики, окружающей среды Химическая инженерия, оба в Инженерной школе Прикладная наука Вашингтонского университета в Сент-Луисе решает эту проблему, используя наночастицы для повышения содержания питательных веществ и роста растений томатов. Получив ключ к разгадке своей работы с солнечными батареями, команда обнаружила, что при использовании наночастиц оксида цинка и диоксида титана растения томата лучше поглощают свет и минералы, а плоды имеют более высокое содержание антиоксидантов.«Когда растение растет, оно сигнализирует почве о том, что ему нужны питательные вещества», — говорит Бисвас. «Питательное вещество, которое ему нужно, находится не в той форме, которую растение может принять сразу, поэтому оно выделяет ферменты, которые вступают в реакцию с почвой и запускают бактериальные микробы, которые превращают питательные вещества в форму, которую растение может использовать. Мы пытаемся способствовать этому пути, добавляя наночастицы ».
Цинк является важным питательным веществом для растений, помогает другим ферментам функционировать должным образом и входит в состав обычных удобрений. По словам Ралии, титан не является важным питательным веществом для растений, но увеличивает поглощение света за счет увеличения содержания хлорофилла в листьях и способствует фотосинтезу — свойства, обнаруженные лабораторией Бисваса при создании солнечных элементов.Команда использовала очень мелкий распылитель с использованием новых методов аэрозолизации, чтобы нанести наночастицы непосредственно на листья растений для максимального поглощения.«Мы обнаружили, что наша аэрозольная техника привела к гораздо большему поглощению растениями питательных веществ по сравнению с нанесением наночастиц в почву», — говорит Ралия. «Растение может поглощать только около 20 процентов питательных веществ, внесенных через почву, а оставшаяся часть либо образует устойчивые комплексы с компонентами почвы, либо смывается водой, вызывая сток.
В обоих последних случаях питательные вещества недоступны для растений. "В целом, растения, обработанные наночастицами с помощью аэрозольных путей, дали почти на 82 процента (по весу) больше фруктов, чем необработанные растения. Кроме того, помидоры из обработанного растения показали увеличение ликопина, антиоксиданта, связанного со снижением риска рака, сердечных заболеваний и возрастных заболеваний глаз, от 80 до 113 процентов.
Предыдущие исследования других исследователей показали, что расширение использования нанотехнологий в сельском хозяйстве в густонаселенных странах, таких как Индия и Китай, оказало влияние на сокращение недоедания и детской смертности. По словам Ралии, эти помидоры помогут решить проблему недоедания, потому что они позволяют людям получать больше питательных веществ из помидоров, чем те, что выращиваются обычным способом.В исследовании, опубликованном в прошлом месяце в журнале Metallomics, команда обнаружила, что количество наночастиц в растениях и помидорах было намного ниже предела Министерства сельского хозяйства США и значительно ниже, чем то, что используется в обычных удобрениях. Однако им по-прежнему нужно быть осторожными и выбирать лучшую концентрацию наночастиц для использования с максимальной пользой, — говорит Бисвас.
Ралия и остальные члены команды сейчас работают над разработкой нового состава нанонутриентов, который включает все 17 элементов, необходимых растениям.«Через 100 лет будет больше городов и меньше сельскохозяйственных угодий, но нам понадобится больше еды», — говорит Ралия. «В то же время вода будет ограничена из-за изменения климата.
Нам нужна эффективная методология и контролируемая среда, в которой могут расти растения».