Forskare vid Adolphe Merkle-institutet och institutionen för biologi vid universitetet i Fribourg har upptäckt hur vissa nanopartiklar av kiseldioxid kan fungera som spårlösa, nedbrytbar, och högeffektiv behandling mot vissa växtpatogener.

En av de största utmaningarna som jordbruket står inför idag är den omfattande användningen av konstgödsel och bekämpningsmedel. Med ett ökande antal produkter som är förbjudna eller anses vara farliga för människors och djurs hälsa, behovet av vikarier är akut. Ett tillvägagångssätt är att stimulera växternas eget immunsvar mot patogenattacker. Kiselsyra, som förekommer naturligt i marken, är känt för att framkalla sådana reaktioner hos växter, och amorfa kiseldioxidnanopartiklar kan frigöra detta ämne i små mängder. Dessa nanopartiklar, som också finns naturligt i många livsmedelsgrödor som spannmål, är vanligare än de flesta tror. De är en del av kiseldioxid av livsmedelskvalitet (SiO2), annars känd som E551 på etiketter och förpackningar, och använts i decennier i en mängd olika produkter som bordssalt, biljard, eller proteinpulver för att undvika klumpar.

Ökat motstånd

Med detta i åtanke, de Fribourg-baserade forskarna hade som mål att skapa en miljösäker nano-jordbrukskemikalie för målinriktad leverans av kiselsyra och för att stimulera växtförsvar. De syntetiserade silikananopartiklar med liknande egenskaper som de som finns i växter. För att testa deras effektivitet, de applicerade nanopartiklarna på Arabidopsis thaliana (talkrasse), en mycket använd växtmodell, infekterad med den bakteriella skadegöraren Pseudomonas syringae, en annan modellorganism. Resultaten visade att deras nanopartiklar kan öka motståndet mot bakterierna på ett dosberoende sätt genom att stimulera växtens försvarshormon, salicylsyra (som också är den aktiva ingrediensen i aspirin). Forskarna undersökte också växelverkan mellan nanopartiklar och växtblad. De kunde visa att upptag och verkan av nanopartiklar uteslutande skedde genom bladporerna (stomata) som tillåter växterna att andas. Nanopartiklarna fördelade sig inte vidare i växterna, och partiklarna bryts ned utan att lämna spår i närvaro av vatten, en viktig hänsyn till miljö- och livsmedelssäkerhet. Jämfört med fri kiselsyra, som redan används i växtskydd, kiseldioxidnanopartiklarna orsakade mindre stress för växterna och andra markmikroorganismer på grund av den långsamma frisättningen av kiselsyran. Studien, publicerad i den topprankade tidskriften Naturens nanoteknik , visar att nanopartiklar av kiseldioxid kan fungera som en billig, högeffektiv, säker, och hållbart alternativ för skydd av växtsjukdomar.

Framtida forskning skulle kunna utöka undersökningarna till ett bredare spektrum av växtpatogener enligt forskarna som andra bakterier, insekter, eller virus. De betonar dock att innan någon bred användning av nanopartiklar som nano-biostimulanter och -gödningsmedel, en grundlig analys behövs för att bedöma det potentiella långsiktiga ödet för silikananopartiklar i miljön.