Onderzoekers van het Adolphe Merkle Instituut en de afdeling Biologie van de Universiteit van Fribourg hebben ontdekt hoe bepaalde silica nanodeeltjes kunnen werken als een spoorloze, afbreekbaar, en zeer efficiënte behandeling tegen sommige plantpathogenen.

Een van de grootste uitdagingen waarmee de landbouw tegenwoordig wordt geconfronteerd, is het uitgebreide gebruik van meststoffen en pesticiden. Met een toenemend aantal producten dat verboden is of als gevaarlijk wordt beschouwd voor de gezondheid van mens en dier, de behoefte aan substituten is acuut. Een benadering is het stimuleren van de eigen immuunrespons van planten op aanvallen van pathogenen. kiezelzuur, die van nature in de bodem voorkomt, bekend is dat het dergelijke reacties bij planten uitlokt, en nanodeeltjes van amorf silica kunnen deze stof in kleine hoeveelheden afgeven. Deze nanodeeltjes, die ook van nature aanwezig zijn in veel voedselgewassen zoals granen, komen vaker voor dan de meeste mensen denken. Ze maken deel uit van food grade silica (SiO2), ook wel bekend als E551 op etiketten en verpakkingen, en wordt al tientallen jaren gebruikt in een verscheidenheid aan producten zoals keukenzout, pillen, of eiwitpoeders om klonteren te voorkomen.

Verhoogde weerstand

Met dit in gedachten, de in Fribourg gevestigde onderzoekers wilden een milieuveilige nano-agrochemische stof maken voor de gerichte levering van kiezelzuur en om de afweer van planten te stimuleren. Ze synthetiseerden silica-nanodeeltjes met vergelijkbare eigenschappen als die in planten. Om hun efficiëntie te testen, ze brachten de nanodeeltjes aan op Arabidopsis thaliana (waterkers), een veelgebruikt plantenmodel, besmet met de bacteriële plaag Pseudomonas syringae, een ander modelorganisme. De resultaten toonden aan dat hun nanodeeltjes de weerstand tegen de bacteriën op een dosisafhankelijke manier kunnen verhogen door het afweerhormoon van de plant te stimuleren, salicylzuur (dat ook het actieve ingrediënt in aspirine is). De onderzoekers onderzochten ook de interacties van de nanodeeltjes met plantenbladeren. Ze konden aantonen dat de opname en werking van nanodeeltjes uitsluitend plaatsvond via de bladporiën (huidmondjes) die de planten laten ademen. De nanodeeltjes verspreidden zich niet verder in de planten, en de deeltjes worden afgebroken zonder een spoor achter te laten in de aanwezigheid van water, een belangrijke overweging voor milieu- en voedselveiligheid. In vergelijking met vrij kiezelzuur, die al wordt gebruikt in de gewasbescherming, de silica nanodeeltjes veroorzaakten minder stress voor de planten en voor andere bodemmicro-organismen door de langzame afgifte van het kiezelzuur. De studie, gepubliceerd in het toptijdschrift Natuur Nanotechnologie , toont aan dat silica-nanodeeltjes kunnen dienen als een goedkope, zeer efficiënt, veilig, en duurzaam alternatief voor de bescherming van plantenziekten.

Toekomstig onderzoek zou het onderzoek kunnen uitbreiden naar een breder spectrum van plantpathogenen volgens de onderzoekers, zoals andere bacteriën, insecten, of virussen. Ze benadrukken echter dat vóór elke brede toepassing van nanodeeltjes als nanobiostimulanten en -meststoffen, een grondige analyse is nodig om het potentiële lot van silica-nanodeeltjes in het milieu op lange termijn te beoordelen.