Климатический хаос, экономическое неравенство, войны и вынужденные переселения людей сложились в тревожную картину: по данным ООН, сегодня в 68 странах мира разразился продовольственный кризис, а 318 миллионов человек сталкиваются с острой нехваткой пищи. Поэтому ученые вынуждены искать все более изобретательные способы борьбы с голодом.
Исследователи из Инженерной школы Джейкобса Калифорнийского университета в Сан-Диего предложили неожиданный, но многообещающий инструмент укрепления глобальной продовольственной безопасности. В статье, опубликованной в журнале ACS Materials Letters, команда под руководством Патрика Опденстейна описывает синтетический полимер, который работает как «распыляемая броня» для растений.
Этот полимер помогает культурам противостоять разрушительным бактериям и одновременно повышает их выживаемость в условиях засухи. Для сельского хозяйства, зависящего от стабильных урожаев, такая двойная защита может стать настоящим прорывом.
Скрытая угроза урожаю
Как и люди, растения подвержены болезням, вызываемым бактериями. Некоторые микроорганизмы полезны, но патогенные виды способны уничтожать целые поля. Бактериальные заболевания растений включают пятнистость (опасную для томатов и способную переживать зиму), рак плодовых деревьев — яблонь и персиков — и различные формы гнили и фитофтороза, поражающие дыни, огурцы, тыквы, перцы, фасоль и множество других культур.
Ситуацию усугубляет изменение климата: бактерии всё чаще проникают в регионы, где раньше низкие температуры служили естественным барьером. В результате под угрозой оказывается не только урожай, но и продовольственная стабильность целых стран.
Как работает «броня» для листьев
Над технологией работали специалисты из кафедры химической и наноинженерии имени семьи Айсо Юфэн Ли и Центра исследований материалов (MRSEC) при UC San Diego. Учёные синтезировали газопроницаемый полимер — полинорборнен — содержащий положительно заряженные химические группы. Эти группы ослабляют клеточные мембраны вредных бактерий, при этом оставаясь безопасными для самого растения.
Ключевое новшество — способ получения материала. Обычно полимеры синтезируют в органических растворителях, токсичных для растений. Здесь же реакцию адаптировали для водной среды.
«Мы сделали полимер в буферных условиях на воде. Это позволило создать спрей, биосовместимый с растениями. Его легко растворить до нужной концентрации и просто распылить», — объясняет соавтор исследования, аспирант Луис Паломино.
Одно из самых неожиданных открытий заключалось в том, что спрей не обязан покрывать весь лист или всё растение. Достаточно обработать небольшой участок — и защита распространяется на всю культуру. По аналогии, это как если бы бронированная перчатка делала ненужным пуленепробиваемый жилет.
Почему так происходит? Исследователи предполагают, что обработка вызывает кратковременный и безвредный всплеск уровня перекиси водорода в листе. Этот сигнал может запускать внутренние защитные механизмы растения, повышая его иммунитет в целом.
Защита от засухи
Не менее впечатляющим оказался эффект устойчивости к нехватке воды. В эксперименте растения, оставленные без полива на четыре дня, реагировали по-разному: необработанные быстро увядали, тогда как покрытые полимером оставались здоровыми. Вероятно, спрей снижал потерю влаги — словно «дистилляторный костюм» из романа «Дюна», но для растений, — и одновременно усиливал молекулярные стресс-ответы.
Следующий шаг для команды Опденстейна — повысить биоразлагаемость полимера и тщательно изучить его возможную токсичность. Цель ясна: вывести технологию из лаборатории в поля и сделать её практическим инструментом сельского хозяйства.
«Мы надеемся, что сможем использовать это в реальных условиях Это только первый шаг, но потенциал защиты растений здесь огромен», — говорит исследователь.
