Ученые Университета МИСИС выяснили, что кормовые культуры и микрозелень растут гораздо быстрее, если поливать их питательной смесью с наночастицами многоэлементного сплава CoCuFeNi (кобальт, медь, железо, никель). Такой коллоидный раствор увеличивает высоту побегов кресс-салата на 12%, а масличной редьки на 50%. Более того, он значительно замедляет активность вредоносных бактерий, демонстрируя свойства классического антибиотика. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Environmental Science and Pollution Research.
В последние годы для сельскохозяйственной отрасли все чаще создаются различные удобрения, содержащие металлические наночастицы, которые могут стимулировать метаболизм растений. Еще одним процессом, где они могут быть использованы, является проращивание семян. Наиболее важный аспект — предотвращение распространения нежелательных бактерий без использования антибиотиков.
«Суспензия с наночастицами CoCuFeNi способствовала увеличению высоты растений до 12% у кресс-салата и до 50% у масличной редьки, также заметно удлинились стебли. Этот результат указывает на то, что синтезированные наночастицы отлично подойдут в качестве микроудобрения. Комплексный характер воздействия наночастиц на растения является результатом их способности проникать в клетки и далее в субклеточные органеллы. Питательная взвесь показала положительные результаты в биостимуляции растений, прирост массы по сравнению с поливом обычной водой составил 20%. Это объясняется влиянием на внутренние структуры клеток, а также изменениями в синтезе и активности некоторых ферментов», — рассказал соавтор исследования Валентин Романовский, к.т.н., ведущий эксперт НИЦ «Конструкционные керамические наноматериалы» НИТУ МИСИС.
Результаты испытаний показали, что суспензия с наночастицами оказывает подавляющее рост действие на микроорганизмы вида P. aeruginosa.
«Наночастицы CoCuFeNi проявили существенную активность по инактивации патогенной для человека синегнойной палочки, которая трудно поддается лечению из-за высокой устойчивости к лекарствам. Две исследованные взвеси показали более высокую эффективность, чем у классического антибиотика тетрациклина. Кроме того, под воздействием палящего солнца и высокой температуры, побеги, которые подкармливали суспензией, оказались наиболее устойчивыми», — добавил Валентин Романовский.
В большинстве случаев, исследуются наночастицы, состоящие из одного элемента или бинарного соединения. Науке известны своими положительными биостимулирующими эффектами наноразмерные частицы серебра, железа, меди, а также оксидов цинка, кремния, титана и др. Однако практически нет работ о влиянии многоэлементных наночастиц на прорастание семян и процессы роста растений.
«Именно благодаря контролируемому сочетанию разных металлов в одной наночастице эти материалы обладают широким спектром привлекательных свойств для сельскохозяйственных нужд, — объяснил соавтор проекта Сергей Росляков, к.т.н., старший научный сотрудник НИЦ „Конструкционные керамические наноматериалы“ НИТУ МИСИС. — Нанопорошок CoCuFeNi мы получили энергосберегающим методом горения реакционного золь-гель прекурсора. Поэтапно процесс выглядит так: нитраты соответствующих металлов растворили в дистиллированной воде, затем к раствору добавили органическое топливо, выполняющее роль восстановителя. Полученную реакционную смесь высушили до полного испарения воды и образования гелеобразной массы. Воздействуя на гель локальным источником нагрева, запустили реакцию самоподдерживающегося горения. В результате такой реакции образовался твердый полиметаллический нанопорошок».
Предлагаемый способ синтеза относится к достаточно современным, отличается высокой скоростью и отсутствием сточных вод и отходов, а выбрасываемые вещества — это диоксид углерода, азот, пары воды (все присутствует в атмосфере и не нормируется к выбросу). Можно сказать, что среди существующих способов синтеза этот подход является самым экологичным и технологичным. Все это также предопределяет очень низкую, легкодоступную будущую стоимость данного материала.
Кобальт, медь, железо и никель имеют наибольшее значение для роста растений и приводят к получению высококачественного урожая. Точная дозировка позволяет избежать негативного эффекта. Химический анализ золы растений показал, что содержание металлов в них ниже предела обнаружения прибора. По словам Сергея Рослякова, именно высокоэнтропийные наночастицы являются наиболее перспективной и быстрорастущей областью исследования для нужд агропрома.
