Nanopartikel als Sterilisationsmittel zum Ersatz von Antibiotika in der Phytoproduktion

Ein einfaches und wirksames Präparat zum Schutz von in vitro gewonnenen Sämlingen vor Phytopathogenen wurde von einem wissenschaftlichen Team von NUST MISIS zusammen mit Kollegen aus Woronesch und Tambow entwickelt. Kleine Dosen von Kupferoxid-Nanopartikeln in seiner Zusammensetzung wirken als Immunstimulator von Pflanzen. Als Ergebnis planen die Wissenschaftler, ein Präparat zu erhalten, das die Menge des geernteten Pflanzenmaterials erhöht. Die Ergebnisse der Arbeit wurden im veröffentlicht Nanomaterialien Internationale wissenschaftliche Zeitschrift.

Moderne Methoden der Massenpflanzenproduktion umfassen die Gewinnung von Pflanzenmaterial von Gehölzen durch klonale Mikrovermehrung in vitro. Diese Methode der vegetativen Vermehrung ermöglicht es, neue Pflanzen, die mit dem Originalexemplar genetisch identisch sind, in einem Laborgefäß oder einer anderen kontrollierten Versuchsumgebung zu erhalten, anstatt in einem lebenden Organismus oder einer natürlichen Umgebung.

Bei der neuen Technologie gibt es einige Herausforderungen: Da Nährmedien für Phytoklone ideale Bedingungen für das mikrobielle Wachstum bieten, müssen neue Pflanzen geschaffen und in vollständiger Sterilität gehalten werden. Antibiotika werden zunehmend eingesetzt, um das Kontaminationsrisiko bei in vitro vermehrten Pflanzen zu verringern.

Neben der bakteriziden Wirkung können Antibiotika jedoch auch eine toxische Wirkung auf Pflanzengewebe haben, deren Wachstum und Entwicklung hemmen. Zudem können sich Mikroorganismen durch Mutationen an biozide Wirkstoffe anpassen, was zur Resistenz von Phytopathogenen führt. Laut russischen Wissenschaftlern könnte die Verwendung von Nanopartikeln als Sterilisationsmittel eine sichere Alternative zu Antibiotika sein.

Das Forschungsteam aus Wissenschaftlern der NUST MISIS, der Staatlichen Universität für Forstwirtschaft und Technologie Woronesch, benannt nach GF Morozov, und der Staatlichen Universität Tambov, benannt nach GR Derzhavin, zielte darauf ab, die Auswirkungen von Kupferoxid-Nanopartikeln auf das Wachstum von Kolonien sporenbildender Schimmelpilze zu bewerten, as sowie zur Produktion von Stressresistenzgenen in Birkenklonen in vitro bei Infektion mit Phytopathogenen.

„Kupferoxid-Nanopartikel hatten erwartungsgemäß eine ausgeprägte antimykotische Wirkung auf Phytopathogene in Pflanzenkulturen, was mit den Ergebnissen einer Reihe früherer Studien übereinstimmt ein antimikrobieller Wirkstoff und spezifische nanotoxische Wirkungen, wie die Induktion von oxidativem Stress oder Schäden an der Zellmembran“, sagte Olga Zakharova, Expertin aus der Abteilung für funktionelle Nanosysteme und Hochtemperaturmaterialien bei NUST MISIS.

Interessanterweise wurde laut den Entwicklern die maximale Sterilität von Pflanzen bei der niedrigsten untersuchten Konzentration von Nanopartikeln beobachtet. Wissenschaftler vermuten, dass die Wirkung nicht durch die direkte Zerstörung phytopathogener Mikroorganismen durch Nanopartikel erreicht wird, sondern indirekt durch die Stimulierung der Immunität von Sämlingen.

„Nanopartikel in geringen Konzentrationen können in Pflanzen mäßigen Stress verursachen, eine der Reaktionen darauf ist eine Änderung ihres biochemischen Status. Verbindungen wie Peroxidasen und Polyphenole, die Teil des Systems des unspezifischen Schutzes von Pflanzen gegen phytopathogene Mikroorganismen sind, Gleichzeitig wird durch eine Erhöhung der Konzentration an Nanopartikeln der „Nano“-induzierte Stress erhöht, und die Gesamteffizienz der Pflanzenanpassung an Stress beginnt zu sinken, was sich letztendlich in einer verringerten Anzahl lebensfähiger Mikroklone manifestiert bei der maximalen Konzentration von Nanopartikeln“, fügte Olga Zakharova hinzu.

Die gewonnenen Daten bestätigen den Forschern zufolge die Aussicht, Kupferoxid-Nanopartikel zur Optimierung der Technologie der Pflanzenzüchtung in vitro einzusetzen. Die nächste Phase des Projekts besteht darin, die Mechanismen genau zu identifizieren, durch die Nanopartikel Pflanzen und Phytopathogene beeinflussen.