Наноматериалы дают растениям «супер» способности
Писатели-фантасты давно предполагают гибриды человека и машины, которые обладают необычайными способностями. Однако «супер растения» с интегрированными наноматериалами могут быть гораздо ближе к реальности, чем киборги. Сегодня ученые сообщают о разработке растений, которые могут производить наноматериалы, называемые металлоорганическими каркасами (MOF), и применении MOF в качестве покрытий для растений. Расширенные растения могут потенциально выполнять полезные новые функции, такие как восприятие химических веществ или сбор света более эффективно.
Исследователи представят свои результаты сегодня на Национальном собрании и выставке Американского химического общества (ACS) весной 2019 года.
По словам ведущего научного сотрудника проекта Джозефа Ричардсона, люди уже тысячи лет внедряют в растения чужеродные материалы . «Одним из примеров этого является окрашивание цветов», — говорит он. «Вы погрузите стебель срезанного цветка в краситель, и краситель попадет через стебель и проникнет в лепестки цветка, и тогда вы увидите эти прекрасные цвета».
Благодаря своим обширным сосудистым сетям растения легко поглощают воду и молекулы, растворенные в жидкости. Однако более крупным материалам и наночастицам, таким как MOF, труднее проникнуть в корни. Поэтому Ричардсон и его коллеги из Мельбурнского университета (Австралия) задались вопросом, могут ли они кормить растения предшественниками MOF, которые растения будут поглощать, а затем превращать в готовые наноматериалы.
MOFs, которые состоят из ионов металлов или кластеров, связанных с органическими молекулами, образуют высокопористые кристаллы, которые могут поглощать, хранить и высвобождать другие молекулы, подобно губке. До сих пор химики производили тысячи различных MOF, с потенциальными применениями, начиная от хранения водородного топлива до поглощения парниковых газов и доставки лекарств в организм. Наличие у растений небольшого количества этих полезных соединений в их собственных тканях может дать им новые способности, невиданные в природе.
Чтобы увидеть, могут ли растения производить MOF, Ричардсон и его коллеги добавили в воду соли металлов и органические линкеры, а затем поместили в раствор черенки или неповрежденные растения. Растения транспортировали предшественники в свои ткани, где росли два разных типа флуоресцентных кристаллов MOF. В эксперименте с проверкой концепции, производящие MOF обрезки растений лотоса обнаружили небольшие концентрации ацетона в воде, о чем свидетельствует снижение флуоресценции материалов. Основываясь на этих результатах, Ричардсон планирует исследовать, могут ли гибриды растений-MOF обнаруживать взрывчатые вещества или другие летучие химические вещества, которые могут быть полезны для безопасности аэропорта .
В дополнение к тому, что растения производят MOF, готовые материалы можно использовать в качестве покрытия для растений, чтобы помочь им преобразовывать вредные ультрафиолетовые (УФ) лучи в свет, который более полезен для фотосинтеза. «Поскольку мы рассматриваем выращивание сельскохозяйственных культур в космосе или на Марсе, где у вас нет атмосферы, и на вас воздействуют ультрафиолетовые лучи, что-то подобное может быть полезным», — говорит Ричардсон. «Это потому, что он не только защищает растения от ультрафиолетовых лучей, но и превращает их в полезную энергию. Особенно, когда вы удаляетесь от солнца, труднее захватить весь свет, необходимый для фотосинтеза».
Исследователи уже начали изучать защитные свойства наноматериалов, и предварительные данные являются многообещающими. Команда покрыла обрезки хризантемы и лилий с помощью люминесцентных MOF, а затем выставила растения на УФ-свет в течение трех часов. По сравнению с обрезками без покрытия растения с MOF показали меньшее увядание и обесцвечивание.
Сейчас Ричардсон объединяется с биологами растений для изучения влияния MOFs на рост растений. Пока что они не заметили никакой токсичности наноматериалов. Исследователи также хотят исследовать, могут ли MOF действительно помочь растениям расти лучше, что может привести к применению в сельском хозяйстве.
