Химические соединения на основе кремния и наноалмазов, полученные при участии исследователей из СПбГЭТУ «ЛЭТИ», создают особую пленку на поверхности семян, которая в дальнейшем улучшает обмен веществ растения.

Обеспечение продовольствием постоянно растущего населения Земли является одной из глобальных задач, которые сегодня так или иначе стоят перед всеми странами мира. Одним из важных способов решения данной задачи – поиск новых недорогих и легко масштабируемых методов повышения продуктивности и производительности сельскохозяйственных животных и растений.

«Наш исследовательский коллектив разработал специальные золь-гель композиции или кремнезоли. В упрощенном виде их можно представить как водную дисперсию кремнезема. Нанесение такого кремнезоля на поверхность семян создает функциональное покрытие, которое позитивно влияет на процесс роста ряда овощных и зерновых растений», – рассказывает профессор базовой кафедры нанотехнологий и наноматериалов в радиоэлектронике СПбГЭТУ «ЛЭТИ» при Институте химии силикатов (ИХС РАН), главный научный сотрудник лаборатории неорганического синтеза ИХС РАН Ольга Алексеевна Шилова.

В состав кремнезоля могут быть добавлены различные полезные для растений реагенты – соли и кислоты в микро- и макроколичествах, наночастицы оксидов металлов или углеродные наночастицы. Например, в качестве такой функциональной добавки была использована шихта детонационного наноалмаза производства ФГУП «СКТБ Технолог». Детонационный наноалмаз (ДНА) известен как биологически активная добавка, в том числе, обладающая бактерицидными и фунгицидными свойствами. Использование шихты ДНА как полупродукта, получаемого в цикле изготовления ДНА, не только удешевляет конечную стоимость продукта. Помимо алмазов, она содержит ряд других неалмазных форм углерода, в том числе благоприятно сказывающихся на росте и развитии растений. В данном исследовании для предпосевной обработки семян была использована шихта, обогащенная бором.

Золь-гель композиция для обработки семян экологически безопасна, поскольку изготавливается на водной основе. Концентрация функциональных соединений (наночастицы кремнезема и шихта ДНА) невысока (несколько процентов), она практически не имеет цвета и запаха. Эксперименты, осуществляемые в содружестве с НИИ АФИ (Санкт-Петербург), показали, что предпосевная обработка семян пекинской капусты полученной золь-гель композицией повысила их всхожесть примерно на 50-70%. Было зафиксировано значительное увеличение размера проростков растений на начальном этапе их развития, а через 20 дней после посева в два раза увеличилась биомасса пекинской капусты. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Biointerface Research in Applied Chemistry.

«Обработка семян растений золь-гель композициями на основе тетраэтоксисилана с добавками шихты ДНА улучшает обмен веществ растений, облегчает усвоение ими необходимых для их роста и развития питательных веществ. Сам кремний в составе функциональной пленки полезен семенам, поскольку кремний участвует в метаболизме растений. Использование пленкообразующих кремнезолей позволяет лучше других аналогов (жидких реагентов, супензий) защитить и закрепить на поверхности семени полезные для развития наночастицы».

Профессор базовой кафедры НРР СПбГЭТУ «ЛЭТИ» при Институте химии силикатов (ИХС РАН), главный научный сотрудник лаборатории неорганического синтеза ИХС РАН Ольга Алексеевна Шилова

В дальнейшем ученые планируют изучать растворы кремнезолей с другими функциональными компонентами, которые можно будет адаптировать для обработки семян иных видов сельскохозяйственных растений. В проекте также приняли участие исследователи из ФГБНУ «Агрофизический институт» и ФГБУ «Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова» (входит в НИЦ «Курчатовский институт»).

Для справки

Базовая кафедра нанотехнологий и наноматериалов в радиоэлектронике организована в СПбГЭТУ «ЛЭТИ» совместно с Институтом химии силикатов РАН им. И.В. Гребенщикова в 2010 году. Кафедра работает со студентами старших курсов ЛЭТИ и готовит специалистов для инновационных отраслей промышленности, в которых используются наноструктурированные материалы.