Reduktion af pesticidbrug med nanopartikler

Forskere ved Adolphe Merkle Instituttet og Biologisk Institut ved Fribourg Universitet har opdaget, hvordan visse silicananopartikler kunne fungere som sporløse, nedbrydeligt, og højeffektiv behandling mod nogle plantepatogener.

En af de største udfordringer, som landbruget står over for i dag, er den omfattende brug af kunstgødning og pesticider. Med et stigende antal produkter, der er forbudt eller betragtet som farlige for menneskers og dyrs sundhed, behovet for vikarer er akut. En tilgang er at stimulere planters eget immunrespons på patogenangreb. Kiselsyre, som forekommer naturligt i jorden, er kendt for at fremkalde sådanne reaktioner i planter, og amorfe silica nanopartikler kan frigive dette stof i små mængder. Disse nanopartikler, som også er naturligt til stede i mange fødevareafgrøder, såsom korn, er mere almindelige end de fleste tror. De er en del af fødevaregodkendt silica (SiO2), ellers kendt som E551 på etiketter og emballage, og brugt i årtier i en række produkter såsom bordsalt, piller, eller proteinpulver for at undgå klumpning.

Øget modstand

Med det i tankerne, de Fribourg-baserede forskere havde til formål at skabe et miljømæssigt sikkert nano-landbrugskemikalie til målrettet levering af kiselsyre og til at stimulere planteforsvar. De syntetiserede silica nanopartikler med lignende egenskaber som dem, der findes i planter. For at teste deres effektivitet, de påførte nanopartiklerne på Arabidopsis thaliana (thalkarse), en meget brugt plantemodel, inficeret med det bakterielle skadedyr Pseudomonas syringae, en anden modelorganisme. Resultaterne viste, at deres nanopartikler kan øge modstanden mod bakterierne på en dosisafhængig måde ved at stimulere plantens forsvarshormon, salicylsyre (som også er den aktive ingrediens i aspirin). Forskerne undersøgte også nanopartiklernes interaktioner med planteblade. De var i stand til at vise, at optagelse og virkning af nanopartikler udelukkende skete gennem bladporerne (stomata), der tillader planterne at ånde. Nanopartiklerne fordelte sig ikke videre i planterne, og partiklerne nedbrydes uden at efterlade spor i nærvær af vand, et vigtigt hensyn til miljø- og fødevaresikkerhed. Sammenlignet med fri kiselsyre, som allerede bruges til plantebeskyttelse, silicananopartiklerne forårsagede mindre stress for planterne og for andre jordmikroorganismer på grund af den langsomme frigivelse af kiselsyren. Studiet, udgivet i det toprangerede tidsskrift Natur nanoteknologi , viser, at silica nanopartikler kunne tjene som en billig, meget effektiv, sikker, og bæredygtigt alternativ til beskyttelse af plantesygdomme.

Fremtidig forskning kan udvide undersøgelserne til et bredere spektrum af plantepatogener ifølge forskerne, såsom andre bakterier, insekter, eller vira. De understreger dog, at før enhver bred anvendelse af nanopartikler som nano-biostimulanter og -gødning, en grundig analyse er nødvendig for at vurdere den potentielle langsigtede skæbne for silicananopartikler i miljøet.