Ухудшение состояния окружающей среды, вызванное изменением климата, постоянно растущее население, нехватка пахотных земель и ограниченные ресурсы вынуждают сельскохозяйственную отрасль внедрять более устойчивые и точные методы, которые способствуют более эффективному использованию ресурсов (например, воды, удобрений и др.). пестициды) и смягчение воздействия на окружающую среду. Разработка систем доставки, которые эффективно используют агрохимикаты, такие как микроэлементы, пестициды и антибиотики, в сельскохозяйственных культурах, поможет обеспечить высокую производительность и высокое качество продукции при минимизации потерь ресурсов, что имеет решающее значение.
Теперь исследователи из Сингапура и США разработали первую в мире технику доставки лекарств на основе микроигл для растений. Этот метод можно использовать для точного введения контролируемых количеств агрохимикатов в определенные ткани растений в исследовательских целях. При применении в полевых условиях его однажды можно будет использовать в точном земледелии для улучшения качества урожая и борьбы с болезнями.
Работу возглавляют исследователи из междисциплинарной исследовательской группы «Прорывные и устойчивые технологии для сельскохозяйственной точности» (DiSTAP) в Сингапурско-MIT «Alliance for Research and Technology» («SMART»), исследовательского предприятия MIT в Сингапуре, а также их сотрудники из MIT и «Temasek Life». Научная лаборатория (TLL).
Существующие и стандартные методы применения агрохимикатов для растений, такие как опрыскивание листвы, неэффективны из-за нецелевого применения, быстрого стекания под дождем и быстрой деградации активных веществ. Эти методы также вызывают значительные пагубные побочные эффекты для окружающей среды, такие как загрязнение воды и почвы, утрата биоразнообразия и деградация экосистем; и проблемы общественного здравоохранения, такие как проблемы с дыханием, химическое воздействие и загрязнение пищевых продуктов.
Новая техника микроигл на основе шелка обходит эти ограничения, направляя известное количество полезной нагрузки непосредственно в глубокие ткани растения, что приведет к более высокой эффективности роста растений и поможет в борьбе с болезнями. Этот метод является минимально инвазивным, поскольку он доставляет соединение, не вызывая долговременного повреждения растений, и является экологически устойчивым. Это сводит к минимуму потери ресурсов и смягчает неблагоприятные побочные эффекты, вызванные агрохимическим загрязнением окружающей среды. Кроме того, он поможет внедрить точные методы ведения сельского хозяйства и предоставит новые инструменты для изучения растений и определения характеристик сельскохозяйственных культур, помогая обеспечить продовольственную безопасность.
Описанное в статье под названием «Доставка лекарств в растения с помощью шелковых микроигл», опубликованной в недавнем выпуске «Advanced Materials», исследование изучает первые в мире полимерные микроиглы, используемые для доставки небольших соединений в самые разные растения, и реакцию растений на биоматериал. инъекция. С помощью анализа экспрессии генов исследователи смогли внимательно изучить реакции на доставку лекарств после инъекции микроиглами. Наблюдались минимальные рубцы и образование мозолей, что свидетельствует о минимальном повреждении растения инъекцией. Доказательство концепции, представленное в этом исследовании, открывает двери для применения растительных микроигл в биологии растений и сельском хозяйстве, позволяя использовать новые средства для регулирования физиологии растений и изучения метаболизма посредством эффективной и действенной доставки полезной нагрузки».
Исследование оптимизировало конструкцию микроигл для воздействия на системную транспортную систему арабидопсиса (кресс-салат), выбранного модельного растения. Для доставки была выбрана гибберелловая кислота (GA3), широко используемый в сельском хозяйстве регулятор роста растений. Исследователи обнаружили, что доставка GA3 через микроиглы более эффективна для стимулирования роста, чем традиционные методы (такие как опрыскивание листвы). Затем они подтвердили эффективность с помощью генетических методов и продемонстрировали, что этот метод применим к различным видам растений, включая овощи, злаки, соевые бобы и рис.
Профессор Бенедетто Марелли, соавтор статьи, главный исследователь «DiSTAP» и адъюнкт-профессор гражданской и экологической инженерии в Массачусетском технологическом институте, делится: «Этот метод экономит ресурсы по сравнению с текущими методами доставки агрохимикатов, которые страдают от потерь. Во время применения микроиглы прорывают тканевые барьеры и высвобождают соединения непосредственно внутрь растений, избегая агрохимических потерь. Этот метод также позволяет точно контролировать количество используемого агрохимиката, обеспечивая высокотехнологичное точное земледелие и рост урожая для оптимизации урожая».
«Первая в своем роде технология является революционной для сельскохозяйственной отрасли. Это также сводит к минимуму потери ресурсов и загрязнение окружающей среды. В будущем, с возможностью автоматического применения микроигл, этот метод можно будет использовать на высокотехнологичных фермах на открытом воздухе и в помещении для точной доставки агрохимикатов и борьбы с болезнями», — добавляет Юнтенг Цао, первый автор статьи и постдоктор в Массачусетском технологическом институте.
«Эта работа также подчеркивает важность использования генетические инструменты для изучения реакции растений на биоматериалы. Анализ этих реакций на генетическом уровне дает всестороннее представление об этих реакциях и тем самым служит руководством для разработки будущих биоматериалов, которые можно будет использовать в агропродовольственной промышленности», — говорит Салли Кох, соавтор этой работы. и кандидат наук от «NUS» и «TLL».
Будущее кажется многообещающим, поскольку профессор Дайсуке Урано, соавтор статьи, главный исследователь «TLL» и адъюнкт-профессор «NUS» уточняют: «Наше исследование подтвердило использование микроигл на основе шелка для агрохимического применения, и мы с нетерпением ждем дальнейших исследований. разработка технологии и дизайна микроигл в масштабируемую модель для производства и коммерциализации. В то же время мы также активно изучаем потенциальные приложения, которые могут оказать значительное влияние на общество».
Изучение доставки лекарств в растения с использованием шелковых микроигл расширило предыдущие исследования под руководством Марелли. Первоначальная идея была придумана «SMART» и «MIT»: Марелли, Цао и профессор Нам-Хай Чуа, соруководитель главного исследователя DiSTAP. Исследователи из TLL и Национального университета Сингапура, профессора Урано Дайсуке и Кох, присоединились к исследованию, чтобы внести свой вклад в биологические перспективы. Исследование проводится «SMART» и поддерживается Национальным исследовательским фондом Сингапура (NRF) в рамках программы «Campus for Research Excellence And Technology Enterprise» (CREATE).
«SMART» была создана Массачусетским технологическим институтом и NRF в 2007 году. SMART — первая организация CREATE, разработанная NRF. SMART служит интеллектуальным и инновационным центром для исследовательского взаимодействия между Массачусетским технологическим институтом и Сингапуром, проводя передовые исследования в областях, представляющих интерес для обеих сторон. В настоящее время SMART включает в себя Инновационный центр и междисциплинарные исследовательские группы: Устойчивость к противомикробным препаратам, Критическая аналитика для производства персонализированных лекарств, DiSTAP, Будущая городская мобильность и Электронные системы с низким энергопотреблением.
Об этом сообщает источник «AgroPages»
