Наука не стоит на месте, все время изобретая что-то новое. Вот уже и слово «нанотехнология» стало таким привычным, что звучит даже в мультфильмах для детей. И уже мы представляем себе нанороботов, собирающих любые вещества из атомов.
Но что же такое нанотехнология в действительности? Одни говорят, что это будущее человечества, другие оппонируют – что это его конец. Бесспорным остается тот факт, что в нашу эпоху преобладание будет за теми странами, которые развивают электронику, нано- и биотехнологии.
Мы попытались разобраться в этом вопросе в ракурсе использования уже достигнутых и прогнозируемых результатов в области сельскохозяйственного производства. По прогнозам специалистов, нанотехнологии способны полностью заменить пищевую промышленность, изменив путь производства продуктов, их переработки, пакетирования, транспортирования и потребления.
Что же такое «нанотехнология»? Все просто: это изучение объектов, которые имеют размеры от 1 до 100 нанометров (10−9 метра). Например, вирусы имеют размер приблизительно 100 нм, а наночастички вещества диаметром от 5 до 100 нм состоят из 103-108 атомов. Малые размеры наночастичек обусловливают принципиально новые качества (физическая стойкость, химическая реакционная способность, электропроводность, магнетизм, оптические эффекты и др.).
И тут вы спросите: а как же вирусология, а как же химия? Они ведь тоже имеют дело с объектами таких размеров! Лауреат Нобелевской премии по химии Роалд Хофман считает, что «нанотехнологии – это новое название, которое придумали химики. Миром правит мода, и молодым людям очень важно думать, что они занимаются чем-то новым». Российский ученый Генрих Эрлих считает, что основная заслуга нанотехнологий – это возможность междисциплинарного общения, совместного нахождения решений учеными из разных областей.
На сегодня первое место по разработке нанотехнологий принадлежит США; рядом с ними стоит Германия, Франция, Япония, Южная Корея и Китай. После них идут Тайвань, Израиль, Сингапур, Великобритания. К т.н. «низшей лиге» принадлежат Индия, Россия, Украина, Белоруссия и другие страны.
На использование нанотхенологий в сельском хозяйстве ученые всего мира возлагают большие надежды. Ожидается, что наноматериалы найдут свое применение в разных областях сельскохозяйственного производства: растениеводство, перерабатывающая промышленность, техническое обеспечение, кормление. Есть даже предположение, что «нанопродукты» со временем будут способны вытеснить с рынка генетически модифицированные продукты. В перспективе ожидается увеличение производства продуктов питания и снижение их цены.
Основным направлением развития нанотехнологий в растениеводстве является производство наноудобрений. Наночастички, благодаря своему малому размеру, могут легко проникать в клетку и влиять на прохождение метаболических процессов внутри растения.
Особый интерес представляют наночастички металлов. Их отличительной чертой является низкая токсичность, которую обязательно нужно учитывать при работе с солями металлов-микроэлементов. Анионоподобные аквахелаты нанометаллов – наиболее перспективные продукты для использования в растениеводстве в силу их нетоксичности, родственности с живой клеткой и антиоксидантным свойствам.
Ожидается, что наномагний будет положительно влиять на процесс фотосинтеза, увеличивая, в результате, продуктивность культур.
Традиционно используемые в агрохимии микроудобрения представляют собой либо неорганические соединения, либо хелаты. Использование обоих групп соединений ограничивается, с одной стороны, существующими граничными допустимыми концентрациями для растений, с другой – возможной угрозой загрязнения окружающей среды ионами тяжелых металлов. Нанометаллы могут помочь решить обе эти проблемы.
Наночастички, вследствие своих небольших размеров, могут связываться с нуклеиновыми кислотами, белками, встраиваться в мембраны, проникать в клеточные органеллы и, тем самым, изменять функции биоструктур.
Нанопорошки металлов обладают низкой токсичностью, пролонгированным действием и биостимулирующими свойствами. Было установлено, что предпосевная обработка семян рапса нанопорошком железа приводит к более сильному развитию корневой системы, увеличению фотосинтетической поверхности и увеличению водоудерживающей способности листьев, противостояния их к ряду заболеваний и, как следствие, к повышению урожайности и качества продукции (Д. Виноградов, П. Балабко, 2011).
На основе нанопрепаратов силатранов (органические соединения кремния) были созданы кремнийорганические биостимуляторы, которые входят в клеточные мембраны, изменяя скорость их взаимодействия с биологическими рецепторами. Их использование позволяет увеличить холодоустойчивость, стойкость к засухе и высоким температурам, помогает пережить стрессовые погодные условия, усиливает защитную функцию растений против болезней и вредителей.
Несколько лет назад на рынке Украины появился стимулятор роста “Nano-Gro”™ (производитель — Agro Nanotechnology Corporation, США), представляющий собой наночастички сульфатов металлов Al, Ni, Mg, Mn, Ag, Fe. Его действие сводится к стимулированию иммунитета растений и ростовых процессов.
Другой регулятор роста Primo MAXX® производит компания Syngenta, представляет собой наноэмульсию. Характер его действия состоит в том, что внесенный перед стрессовыми для растений условиями (засуха, жара, болезни), он задерживает производство гибереллиновой кислоты (гормон роста растений, стимулирующий вытягивание клеток). Угнетение вертикального роста растений способствует латеральному (боковому) росту и развитию корневой системы, генеративных органов.
Очень перспективным выглядит использование достижений нанотехнологий в производстве пестицидов. На рынке уже существуют пестициды, которые содержат наночастички вещества, способные растворяться в воде с намного большей эффективностью, нежели традиционные средства защиты. Другие компании предлагают суспензии (наноэмульсии) пестицидов, которые легко проникают в ткани при обработке в минимальных дозах. Препараты, приготовленные из наноматериалов, не разрушаются под влиянием тепла и света, а приготовленный раствор может сохранять свои свойства очень длительное время. А самое главное – нанопродукты, в отличие от традиционных пестицидов, обеспечивают максимальное смачивание поверхности растений, полностью поглощаются растением и не смываются дождями.
Углеродные нанотрубки могут стать перспективой в сельском хозяйстве. Было установлено, что экспозиция семян томатов в питательном растворе, содержащем углеродные нанотрубки, приводит к их более быстрому и усиленному прорастанию.
Принцип действия состоит в том, что за счет микроскопических размеров, нанотрубки легко проникают через кожицу семян, способствуя лучшему проникновению воды и элементов питания. Однако многие ученые считают, что подобные «наноудобрения» могут иметь непредсказуемые последствия.
Некоторые опыты с использованием на томатах нанотрубок показали, что плоды оказались токсичными для некоторых мушек-дрозофил. Исследования на животных также показали канцерогенность нанотрубок.
Ультрадисперсные (наноразмерные) порошки металлов также предлагаются для обработки посевного материала сельскохозяйственных культур. Доказано, что наночастички металлов менее токсичны по сравнению с растворами солей металлов, что дает возможность увеличить норму использования препарата.
Все описанное выше уже есть на рынке или проходит испытания в полевых условиях. Но какой еще «прорыв» готовят для нас нанотехнологии в растениеводстве?
Ученые утверждают, что нанороботы позволят выявлять дефицит того или иного элемента еще до появления симптомов недостатка. Также нанороботы смогут доставлять элементы питания в ту часть растения, где они наиболее необходимы, что позволит резко повысить эффективность удобрений.
Наноприборы позволят идентифицировать за болевания растений еще до появления симптомов, реагируя на появление чужеродного ДНК или белка. Более того, эти приборы будут способны бороться с патогеном (например, доставляя пестициды в необходимое место – больные ткани или органы) или предоставлять агроному информацию про возникшую проблему (B.M. Prasanna и др. ).
Подлежит изменению и методология точного земледелия. Миниатюрные наносенсоры и мониторинговые системы смогут быть распределены в пределах поля, и с помощью привязки к GPS предоставлять информацию о почвенных условиях и состоянии культуры. Это позволит каждую минуту собирать информацию о состоянии посева и, соответственно, вносить коррективы в технологию выращивания культуры.
Нанотехнологии будут способны модифицировать генотип культурных растений, повышая их продуктивность. Появятся т.н. «атомарно модифицированные организмы», проявляющие нужные человечеству признаки (H.C. Warad, J. Dutta и др. ).
Это все пока только прогнозы и предположения. Хотя, кто знает, возможно, что очень скоро эти «сказки» станут обычными для нас вещами.
Однако нужно обязательно помнить, что любые технологии и достижения должны использоваться разумно. Любое возможное негативное влияние нанотехнологий на здоровье людей и экологию планеты должно быть предупреждено. Пускаясь в плавание, нужно хорошо осознавать, какого берега мы желаем достичь.
Ирина Логинова, эксперт рынка агрохимии
infoindustria.com.ua
