Если вы садовник – и, конечно же, если вы фермер – вы хотите тратить меньше на удобрения, но при этом выращивать больше продуктов питания. Что ж, пришло время отправить свою благодарственную корзину с фруктами и овощами исследователям из Национального университета Сингапура, потому что они создали волшебную палочку именно для этого. А точнее, волшебную иглу.
В своей статье «Доставка биоудобрений с помощью микроигл улучшает рост растений за счет инженерии микробиома», опубликованной в журнале Advanced Functional Materials , Энди Тэй и его коллеги исследуют два источника своей инновации: микроорганизмы в организме человека и инъекции для человека.
«Вдохновленные тем, как микробы могут мигрировать внутри человеческого тела, — говорит профессор Тэй, возглавлявший работу в качестве главного исследователя в Институте инноваций и технологий здравоохранения (iHealthtech) Национального университета Сингапура, — мы предположили, что, доставляя полезные микробы непосредственно в ткани растения, такие как лист или стебель, они смогут перемещаться к корням и продолжать выполнять свою функцию, но гораздо эффективнее и менее уязвимыми к условиям почвы».
Чтобы доставить эти полезные микробы — живое биоудобрение — туда, где они нужны растениям, команда Тэя создала участки с растворимыми микроиглами. Используя коктейль из ризобактерий, стимулирующих рост растений (PGPR), состоящих из Streptomyces и Agromyces-Bacillus, для улучшения метаболизма питательных веществ и стимуляции гормонов роста растений, капуста кале и чой сум в теплице росли быстрее в высоту, увеличивая площадь листовой поверхности и биомассу побегов.
Микроигольчатые пластыри изготовлены из поливинилового спирта (ПВС), биоразлагаемого и недорогого полимера, и пропитаны коктейлем из ризобактерий, способствующих росту растений (PGPR), состоящим из Streptomyces и Agromyces-Bacillus (Национальный университет Сингапура).
Этот дополнительный рост сопровождался экономией: на 15% меньше биоудобрений, чем обычно используется для инокуляции почвы. В значительной степени это заслуга более точного внесения удобрений и, следовательно, меньшего количества отходов, что означает снижение ущерба от удобрений, не попадающих в цель и оказывающихся там, где им не место.
Итак, что же такое живое биоудобрение?
Полезные грибы и бактерии действуют как «няньки для растений», помогая культурам переносить стресс и усваивать питательные вещества. Традиционно фермеры добавляли эти живые биоудобрения в почву, где кислотность, а также обитающие там микроорганизмы, представляют большую угрозу, и поэтому из каждого количества биоудобрений, внесенных в почву, лишь часть достигает корней. Метод NUS, напротив, вводит полезные грибы и бактерии непосредственно в стебли или листья, минуя препятствия и достигая цели немедленно.
Используя поливиниловый спирт (ПВС), недорогой, биоразлагаемый и дешевый полимер, команда создает участки (1 см², или 0,16 квадратных дюймов) с коротким рядом микроигл диаметром 140 мкм для листьев или 430 мкм для стеблей внутри массива из 40 x 40 пирамид диаметром 140 мкм.
Затем исследователи смешивают микробы с раствором ПВА, который они заливают в микроскопические формы, после чего закрепляют микробы на кончиках игл. Просто надавив большим пальцем на этот «обратный наперсток» или используя ручной аппликатор для равномерного распределения силы, иглы безвредно остаются внутри растений и растворяются примерно через 60 секунд, оставляя после себя микробы.
Для удобства производства и мгновенной доставки, пластыри-аппликаторы можно распечатать на 3D-принтере, и даже при нанесении на большие листья они обеспечивают равномерное проникновение. А благодаря конструкции пластыря, содержащиеся в нем микроорганизмы сохраняют жизнеспособность при хранении до четырех недель, что позволяет создавать запасы. В отличие от биоудобрений, доставляемых в почву, практически отсутствуют отходы и сбои, а это значит, что культуры, в том числе и особо ценные, получают все необходимые лекарственные вещества.
Доктор Арья Гопинат Мадатил Пуликкал (слева) и доцент Энди Тэй (справа) перед небольшой теплицей с растениями чой сум. Национальный университет Сингапура.
Хотя технология микроигл не нова ( New Atlas ранее рассказывал о микроигольчатых пластырях, доставляющих пестициды к растениям), «Эта работа впервые демонстрирует, что биоудобрение, связанное с корнями, может быть доставлено непосредственно в листья или стебли растения для улучшения роста», — говорит Тэй. «Благодаря этому открытию мы представили новую концепцию «микроигольчатого биоудобрения», которая преодолевает значительные трудности, связанные с инокуляцией почвы».
Тэй и его команда выражают надежду, что в ближайшем будущем метод микроигл станет важным компонентом вертикальных и городских ферм по выращиванию пищевых и лекарственных растений.
«Основное внимание уделяется масштабируемости», — говорит Тэй. «Мы планируем изучить возможность интеграции нашей технологии микроигл с сельскохозяйственной робототехникой и автоматизированными системами, чтобы сделать ее применимой для крупных фермерских хозяйств. Мы также протестируем это на более широком спектре культур, таких как клубника, и исследуем, как эти микроорганизмы эффективно мигрируют из листа в корень».
