Каждый садовод или фермер хочет тратить на удобрения меньше, а урожая собирать больше. Исследователи из Национального университета Сингапура (NUS) уверены, что нашли элегантный способ приблизиться к этой мечте. Речь идёт о микроскопических иглах, которые доставляют живые биоудобрения прямо внутрь растения.
Работа описывает технологию «микроигольчатых биоудобрений», вдохновлённую медициной. Команда под руководством профессора Энди Тэя объединила знания о поведении микробов в человеческом организме и принципах инъекций — и применила их к сельскому хозяйству.
Микроинъекции для растений
Идея родилась из простого наблюдения: в организме человека полезные микроорганизмы могут мигрировать между тканями и выполнять свои функции далеко от места «входа». Почему бы не попробовать то же самое с растениями?
Учёные предположили, что если ввести полезные бактерии не в почву, а прямо в лист или стебель, они смогут добраться до корней самостоятельно — и при этом не пострадают от кислой среды, конкурирующих микробов и других почвенных «ловушек».
Для этого команда создала миниатюрные пластыри с растворимыми микроиглами. Они изготовлены из поливинилового спирта (PVA) — дешёвого и биоразлагаемого полимера. В кончики игл «запечатывается» коктейль из бактерий PGPR (plant growth-promoting rhizobacteria), в который вошли штаммы Streptomyces и Agromyces-Bacillus. Эти микроорганизмы известны тем, что улучшают усвоение питательных веществ и стимулируют выработку гормонов роста у растений.
Размеры игл подбираются под задачу: для листьев используются микроиглы длиной около 140 микрометров, для стеблей — до 430 микрометров. Пластырь площадью всего 1 см² содержит массив из десятков микроскопических «пирамид». Достаточно слегка прижать его пальцем — и иглы без вреда для растения проникают в ткань, растворяясь примерно за минуту и оставляя бактерии внутри.
Живые биоудобрения
Живые биоудобрения — это полезные бактерии и грибы, которые можно назвать «нянями» для растений. Они помогают корням справляться со стрессом, лучше усваивать азот, фосфор и другие элементы, а также активируют рост.
Проблема в том, что традиционный способ внесения таких удобрений — прямо в почву — крайне неэффективен. Кислотность, температура и конкуренция со стороны местных микробов делают своё дело: до корней доходит лишь часть внесённых организмов. Остальное попросту теряется.
Микроигольчатый подход обходит эти ограничения. Бактерии сразу попадают туда, где они нужны, и начинают работать практически мгновенно.
В тепличных испытаниях на кудрявой капусте и китайской капусте чой-сам растения, получившие «микроукол», показали заметно лучшие результаты. Они быстрее росли в высоту, наращивали большую площадь листьев и увеличивали биомассу побегов.
Особенно важно, что при этом потребовалось примерно на 15% меньше биоудобрений по сравнению с традиционным почвенным внесением. Точная доставка означает меньше отходов, меньше «промахов» — и, как следствие, меньший ущерб для окружающей среды.
Почему это важно
Сами пластыри легко масштабировать: их можно производить с помощью 3D-печати, а микроиглы сохраняют жизнеспособность бактерий до четырёх недель при хранении. Это открывает путь к автоматизации — от ручных аппликаторов до интеграции с сельскохозяйственными роботами.
По словам профессора Тэя, в будущем технология может стать важной частью вертикальных ферм и городского земледелия, где точность и экономия ресурсов особенно критичны. Команда планирует испытать метод на других культурах, включая клубнику, а также подробнее изучить, как именно микроорганизмы перемещаются из листа к корням.
Можно сказать, что растениям впервые предложили не просто подкормку, а аккуратную и целенаправленную «инъекцию здоровья».
Исследование опубликовано в журнале Advanced Functional Materials.
