Нанотехнологии и их роль в области сельского хозяйства

Одним из объяснений подобного  факта стало то, что нанотрубки, проникая сквозь оболочку семян, облегчают поступление воды к зародышу. Для проверки этого семена высушивали при t 250°С в течение 2 часов и затем определяли изменение массы. Как оказалось: в сухих семенах до высевания на среду содержание влаги  составило 18,4%, в выдержанных два дня в питательной среде – 38,9% влаги. В семенах же, высаженных на среду с нанотрубками, было обнаружено 57,6% жидкости. Таким образом, ученым удалось доказать, что нанотрубки, накопление воды и прорастание семян связаны между собой. Ученые надеются, что данная работа (опубликована в ACS Nano) носит не только фундаментальный характер, но и будет иметь практическое значение для сельского хозяйства.

4.5 Применение нанотехнологий при хранении плодоовощной продукции

Примером использовании ненотехнологий при хранении плодоовощной продукции служит облучение растений когерентным светом.

Яблоки двух сортов —  Антоновка обыкновенная и Синап  северный обрабатывали квазимонохроматическим светом с высокой и низкой когерентностью. Высококогерентное излучение с  шириной спектральной линии менее 1 нм получено с помощью гелийнеонового лазера.

Источником низкокогерентного  излучения служила лампа накали вания с системой светофильтров, вырезающих спектральную полосу шириной 5080 нм с максимумом на длине волны  генерации лазера (633 нм). Установлено, что лазерное облучение в течение 20 с снизило поражение яблок как гнилью, так и загаром. Причем в большей степени это проявилось на физиологическом нарушении — загаре.

Через 190 дней хранения эта  патология встречалась в 3 раза реже, чем среди необлученных плодов. Исследования, проведенные под руководством академика Россельхозакадемии И. Ф. Бородина, позволяют сделать вывод, что когерентность света является важным параметром рабочего органа оборудования лазерных агротехнологий. Для достижения наибольшего биологического эффекта ширина спектральной линии не должна превосходить 2030 нм. Это условие является необходимым не только при обработке плодов, но и других растительных организмов, что позволяет относить процессы облучения высококогерентным, в частности, лазерным светом к категории нанотехнологий.

4.6 Нанотехнологии в борьбе с нитратами

 Одним из острых  вопросов в растениеводстве является  восстановление качества зараженной  нитратами почвы. Химические методы  по очистке почвы от нитратных  соединений не дают желаемых результатов из-за их сложности и больших материальных затрат.

Заслуживают внимания теоретические  предпосылки для разработки способа  очистки почвы от нитратных соединений, основанного на воздействии энергии  УФИ на биологический объект —  растение и почва. Для полного восстановления нитратов до усвояемой формы азота требуются затраты энергии 575,6 кДж/моль.

Известно, что длительное воздействие коротковолнового УФИ  губительно действует на растение. Кратковременное воздействие излучения  влияет положительно.  Извлекаемые растением из почвы нитраты с помощью УФИ преобразуются растением в усвояемые формы.

4.7 Нанотехнологии в кормопроизводстве

Каротиностабилизирующая СВЧ-обработка витаминной травяной муки сокращает потери каротина в  процессе сушки в 2,5 раза с 10 до 4%, а в период шестисемимесячного хранения обеспечивается сохранность каротина в муке до 9%, что в 2,32,8 раза выше, чем без СВЧ-обработки. Удельные энергозатраты сокращаются в 1,52 раза.

Многие хозяйства, основной деятельностью которых является производство мясного и молочного скотоводства, самостоятельно занимаются выращиванием фуражного зерна. Курским НИИ агропромышленного производства было показано, что протравливание посевного материала и обработка посевов в период кущения полимерным биоцидом (БИОПАГ) повышает урожайность ярового ячменя, яровой пшеницы и гороха. Это дает возможность снизить себестоимость кормов, а следовательно, решить поставленную задачу развития молочного и мясного скотоводства.

4.8 Удобрение из нанотрубок

Исследователи Арканзаского университета Литл-Рокского Нанотехнологического Центра установили, что экспозиция семян томатов в питательном растворе, содержащим углеродные нанотрубки приводит к их более быстрому и усиленному прорастанию. Учёные считают, что углеродные нанотрубки могут стать открытием для всего сельского хозяйства, открыв эру удобрений нового типа.

Принцип воздействия  углеродных нанотрубок следующий. Благодаря  своим микроскопическим размерам, нанотрубки легко проникают сквозь кожицу семени, способствуя лучшему проникновению  воды и питательных веществ внутрь семян. Это и сказывается на скорости прорастания семян.

Тем не мене многие учёные считают, что использование подобных «нано-удобрений» может привести к  непредсказуемым последствиям. Так  некоторые опыты с «удобрением» томатов углеродными нанотрубками показали, что плоды оказались  «токсичны» для плодовых мушек дрозофил. Кроме того, согласно некоторым исследованиям, углеродные нанотрубки являются канцерогенами для животных организмов.

 

5. Примеры использования препаратов, основанных на нанотехнологиях, в растениеводстве

5.1 Препарат Nano–Gro

Nano–Gro – это органический регулятор роста растений, в основе которого лежит новый революционный подход к повышению урожайности растений, улучшению качества урожая и укрепления иммунитета сельскохозяйственных культур. Производителем и создателем данного продукта является компания Agro Nanotechnology, Corp.

Созданию Nano–Gro предшествовали 10 лет исследований влияния различных био-активных соединений на растения и их семена. Результаты позволил сделать вывод о степени воздействия веществ в наномолекулярной концентрации на биологические организмы. Технология в основе Nano–Gro была разработана как естественный, простой и недорогой метод повышения эффективности с.х. производства без использования синтетических химикатов.

В момент, когда раствор  ингредиентов в наномолекулярной концентрации попадает на растение или семя, растение воспринимает их присутствие как определённый фактор стресса. Данный стресс является лишь воображаемым, тем не менее растение начинает готовиться к борьбе за существование, что выражается в увеличении массы и длины корней, к увеличению поглощаемого атмосферного азота и, следовательно, стимулированию синтеза белков растением, приращению биомассы и увеличению урожая.

Преимущества использования Nano–Gro:

1. повышает урожайность в среднем на 20%;
2. повышает сопротивляемость растений неблагоприятным условиям внешней среды, уменьшая зависимость с.х. от погодных условий;
3. продукт прост в использовании, поэтому может применяться в любых хозяйствах как в крупных, так и в малых;
4. позволяет уменьшить объём внесения азотных удобрений.

Для обработки зерновых культур (пшеница, рожь, рис, кукуруза, ячмень, овёс) препаратом Nano–Gro необходим раствор концентрацией 24 гранулы на 10 литров воды. Семена обрабатываются с использованием протравливающей машины. При этом расходуется 10 литров раствора на обработку 1 тонны семян. Для экономии трудовых затрат и воды Nano–Gro можно применять совместно с практически всеми удобрениями и пестицидами.

Для обработки овощей (огурцы, томаты, лук, салат) необходим  раствор концентрацией 1 гранула на 1 литр воды. Семена замачиваются на 30 секунд в растворе Nano–Gro. Затем семена высушиваются в тени, а после того как семена высохнут, высаживаются в ящички.

Рис. 5 – Результат обработки  растений препаратом Nano–Gro

Предпосадочная обработка  семян препаратом Nano–Gro была испытана в США, Израиле, России, Китае, странах Евросоюза, Украине на зерновых и овощных культурах. Данное испытание показало хорошие результаты в каждом из тестов (15% - 60 % прирост урожая). Также препарат был испытан как средство защиты растений против грибковых и вирусных заболеваний, таких как, фузариазные гнили, серая гниль, бактериальные заболевания плодовых деревьев и пр. В данных испытаниях препарат Nano–Gro показал высокий эффект стимуляции иммунной системы.

Таблица 2 – Прирост урожая при использовании препарата Nano–Gro

В результате испытания  самый большой прирост урожая был выявлен по озимому ячменю с 222 ц/га до 355 ц/га или на 59%. Ниже прироста урожайности овса и сахарной свеклы в 24%  в испытании не наблюдалось.

Таблица 2 –Изменение некоторых  признаков роста, развития и урожайности  пшеницы под действием регуляторов  роста в хозяйстве Пушкинское Нижегородской области

Культура	Вариант	Высота растений перед уборкой, см	Урожайность, ц/га	Количество зёрн в колосе, шт.	Масса 1000 зёрен, г	Натура, г/л	Содержание сырой клейковины, %	Стекловидность, %
Яровая пшеница	Контроль	102,1	41,7	31,2	37,1	744,4	20,3	69
	Раксил	100,8	47,2	37,1	39,3	711,2	22,4	75
	Раксил + Nano-Gro	97,1	48,9	32,6	38,6	729,6	24	81
	Nano-Gro	98,5	50,6	38,3	38,9	725,4	24,7	83

Как видно из таблицы, обработка пшеницы препаратом Nano-Gro, повысила значения большинства анализируемых признаков.

Показатель увеличения урожая складывается из увеличения роста листьев, биомассы, плодов и семян в отдельности. Также тесты показали увеличение, в среднем на 10%, содержания в обработанных растениях белков и сахара в большинстве из проведённых опытов.

Тесты, проведённые в  лабораторных условиях имели цель выявить  изменения в биомассе корней, стеблей  и листвы. Тесты показали увеличение биомассы корней на 9%, а биомассы листвы и стеблей на 40%. ¹  

Рис. 6 – Влияние Nano–Gro на увеличение биомассы корней,             листвы и стеблей

4.2 Нанотехнологичекое удобрение «Биоплант флора»

 

Революционная формула  удобрения «Биоплант Флора» позволяет увеличить урожай сельскохозяйственных культур минимум на40–50 процентов при снижении себестоимости продукции в два и более раз.

Полученные молекулярные структуры в наноразмерном состоянии, гораздо лучше усваиваются клетками растений, чтоповышает все биометрические показатели с.х. растений. «Биоплант Флора» повышает иммунную устойчивость растений в условиях различных внешних неблагоприятных факторах: резких перепадов температур, заморозков, засух, переувлажнения, недостатка суммы активных температур. Имеет мощное ростостимулирующее действие – стимулирует все физиологические процессы в растении: увеличивает энергию прорастания и всхожесть семян (до100%), стимулирует корнеобразование, способствует цветению и образованию завязей и плодов, активизирует процессы жизнедеятельности растений.

Многочисленные испытания  «Биоплант Флора» наразличных сельскохозяйственных культурах вразных климатических  зонах РФ, подтвержденные рядом научных  учреждений. Высокую оценку удобрение  «БиоплантФлора» получило ГНУ«ТатНИИСХ» Россельхозакадемии (г.Казань) по применению на пшенице, ячмене, рапсе; ГНУВНИПТИОУ Россельхозакадемии (г.Владимир) по применению на зеленных культурах; ГНУАФИ Россельхозакадемии (г.Санкт-Петербург) по применению на томатах; ГНУНИИСХ Юго-Востока (г.Саратов) по применению на пшенице и нуте.

Преимущества «Биолант флора»:

1. Увеличения урожайности на 20-50%, в некоторых случаях в 2-3 раза;
2. Повышение качества урожая (уменьшение уровня нитратов, повышение содержания витаминов);
3. Защита растений от болезней (биологическая эффективность в среднем 40-80%);
4. Повышение засухоустойчивости растений (на 10-60%);
5. Повышает выносливость к экстремальным погодным условиям, восстанавливает посадки после повреждений морозами;
6. Повышение эффективности минеральных удобрений (с возможным снижением их норм расхода на 30-50%);
7. Сокращение сроков вызревания до 30%;
8. Ростостимулирующий эффект у обработанных растений сохраняется в течение 2-3 месяцев.

В удобрении «Биоплант Флора» нет веществ, полученных химическим путем. «Биоплант Флора» изготавливается только из природных экологически чистых компонентов, а это значит, что с его помощью получается экологически чистая продукция. Что идеально подходит для органического земледелия, в том числе для хозяйств, выращивающих продукцию для детского питания. Это особенно важно в наше время, когда все прилавки заполонили опасные продукты, созданные при помощи генной инженерии, отравленные нитратами и пестицидами.

   

Рис. 7 – Механизм действия удобрения «Биоплант Флора»