Полученные при участии ученых СПбГЭТУ «ЛЭТИ» химические соединения на основе кремния и наноалмазов создают особую пленку на поверхности семян, которая в дальнейшем улучшает обмен веществ растения. Обеспечение продовольствием постоянно растущего населения Земли — одна из глобальных задач, которые сегодня так или иначе стоят перед всеми странами мира. Один из важных способов решения этой 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 растения (ряда овощных и зерновых)», — рассказывает профессор базовой кафедры нанотехнологий и наноматериалов в радиоэлектронике СПбГЭТУ «ЛЭТИ» при Институте химии силикатов РАН, главный научный сотрудник лаборатории неорганического синтеза ИХС РАН, доктор химических наук, профессор Ольга 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 наноалмазов, 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 этом исследовании для предпосевной обработки семян была использована шихта, обогащенная бором.

Изображение семян пекинской капусты после обработки кремнезолем / ©Пресс-служба ЛЭТИ

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), в частности, показали, что предпосевная обработка семян пекинской капусты полученной золь-гель композицией повысила их всхожесть примерно на 50–70 процентов. Зафиксировано и 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», – добавляет Ольга Шилова.

Профессор базовой кафедры нанотехнологий и наноматериалов в радиоэлектронике СПбГЭТУ «ЛЭТИ» при Институте химии силикатов РАН, главный научный сотрудник лаборатории неорганического синтеза ИХС РАН, доктор химических наук, профессор Ольга Шилова / ©Пресс-служба ЛЭТИ

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 имени Б. П. Константинова» (входит в НИЦ «Курчатовский институт»).

Базовая кафедра нанотехнологий и наноматериалов в радиоэлектронике организована в СПбГЭТУ «ЛЭТИ» совместно с Институтом химии силикатов РАН имени И. В. Гребенщикова в 2010 году. Кафедра работает со студентами старших курсов ЛЭТИ и готовит магистров, способных работать на современных высокотехнологических предприятиях, занимающихся созданием конкурентно-способной продукции из наноструктурированных материалов (керамических, металлокерамических, композитных) для инновационных отраслей промышленности.