BADANIA

Badania nad nanocząsteczkami srebra (AgNPs) koncentrują się na zrozumieniu ich wpływu na procesy fizjologiczne roślin, z uwzględnieniem zmiennych warunków środowiskowych.

Pozwala to ocenić skuteczność i bezpieczeństwo stosowania nanosrebra w rolnictwie, przy jednoczesnym uwzględnieniu jego interakcji z glebą, mikroorganizmami oraz innymi elementami ekosystemu.

Wynik badań

Wpływ nanocząsteczek srebra na rośliny

Pozytywny wpływ na fizjologię roślin

Nanocząsteczki srebra przyczyniają się do zwiększenia zawartości azotu, fosforu i potasu w liściach, a także do równomiernego rozmieszczenia tych pierwiastków w tkankach roślin. Nanosrebro wykazuje właściwości wspierające rozwój pędów i korzeni, co przekłada się na uzyskanie większej ilości plonu o lepszej jakości. Badania potwierdzają także potencjał nanosrebra we wspomaganiu naturalnych mechanizmów obronnych roślin, szczególnie w warunkach stresu środowiskowego, jakim jest susza.

Korzystny wpływ na kiełkowanie

Warstwa nanocząsteczek srebra pokrywająca nasiona pomaga we wchłanianiu wody, co zwiększa szybkość metabolizmu skrobi i skraca czas kiełkowania. Gruntowanie nasion nanosrebrem poprawia kiełkowanie roślin w niekorzystnych warunkach pogodowych.

Stymulacja odporności na czynniki biotyczne (choroby roślin)

Badania wskazują, że nanocząsteczki srebra mogą skutecznie ograniczać występowanie i rozprzestrzenianie się wielu groźnych chorób, atakujących rośliny uprawne na każdym etapie ich wzrostu.

Poprawa jakości przechowywanych owoców

Powlekanie owoców roztworem na bazie nanocząsteczek srebra i chitosanu powoduje zanikanie infekcji szarej pleśni (Botrytis cinerea) w 90%, po zaledwie 7 dniach przechowywania. Nanocząsteczki srebra uzyskane metodą zielonej syntezy wykazują wysokie wyniki w konserwacji gatunków jagodowych.

Wyniki badań
laboratoryjnych i polowych

ZIEMNIAK

Zaprawianie sadzeniaków ziemniaka

Ziemniaki, aby zdrowo rosnąć, potrzebują odpowiednich warunków, takich jak temperatura, pH, ilość substancji odżywczych, wilgotność gleby i określona temperatura. Brak któregokolwiek z czynników może skutkować nie zawiązywaniem bulw, a tym samym zmiejszeniem przyszłych plonów.

Zaprawianie sadzeniaków ziemniaka nanocząsteczkami srebra przyczynia się do zwiększenia ilości plonów brutto o 10%, natomiast ilość netto o 11-12% w stosunku do próby nie poddanej działaniu nanosrebra.

Źródło: SGGW RZD Żelazna, 2024

Ochrona sadzeniaków ziemniaka

Etylen jest ważnym hormonem roślinnym wpływającym na wzrost i rozwój roślin. Jednakże powoduje także zahamowanie kiełkowania sadzeniaków ziemniaka, które są wrażliwe na jego zbyt dużą ilość w środowisku.

Badania z użyciem nanocząsteczek srebra (powlekanie sadzeniaków) skutkowało zmniejszeniem działania etylenu na ziemniaki, a tym samym zwiększeniem liczby kiełkujących bulw.

Źródło: Ibrahim, A. S., Soliman, A. M., Abd El-Dayem, H. M., Mady, M. A., & Eid, R. S. (2023). Silver nanoparticles potently inhibit ethylene action more than silver thiosulfate and promote microtuberization in potato (Solanum tuberosum L.) cv. Spunta.

Stymulacja wzrostu roślin

U ziemniaka, tak jak u każdej rośliny, wielkość pędu i powierzchni liści ma duże znaczenie. Pomimo, że jadalną częścią są bulwy, to duże pędy świadczą o wigorze rośliny, a większa masa liści przekłada się na efektywność fotosyntezy.

Preparaty oparte na nanocząsteczkach srebra umożliwiają stymulację wzrostu pędów i liści ziemniaka w stosunku do próby kontrolnej, co może przełożyć się na większą powierzchnię asymilacyjną, lepsze wykorzystanie składników pokarmowych oraz potencjalnie wyższy plon.

Źródło: Ehsanpour, A. A., & Nejati, Z. (2013). Effect of nanosilver on potato plant growth and protoplast viability. Biological Letters, 50(1), 35-43.

BURAK CUKROWY

Zwiększenie plonu buraka cukrowego

Burak cukrowy jest niezwykle ważną rośliną ze względu gospodarczego. Masa korzenia zależy od wielu czynników, takich jak warunki klimatyczne, jakość gleby, odpowiednie nawożenie oraz ochrona przed chorobami i szkodnikami.

Badania przeprowadzone z wykorzystaniem preparatów opartych na nanocząsteczkach srebra pozwoliły na zwiększenie plonu korzeni od 4% do 9,8% oraz plonu świeżej masy roślin o 11% w stosunku do próby kontrolnej.

Źródło: Terenowa Stacja Doświadczalna w Toruniu, IOR – PIB Poznań, 2024

Zwiększenie zawartości i plonu cukru

Większością masy buraka cukrowego jest woda, stanowiąca około 75%, a następnie cukry, białka, minerały i błonnik. Zawartość cukru w korzeniu buraka cukrowego wynosi średnio od 16% do 18%, co warunkuje jej wykorzystanie w produkcji cukru.

Preparaty oparte na nanocząsteczkach srebra zwiększyły zawartość cukru technologicznego o 1 punkt procentowy, w porównaniu do próby nie poddanej działaniu nanosrebra. Jednocześnie nastąpiło podwyższenie technologicznego plonu cukru o nawet 22%.

Źródło: Terenowa Stacja Doświadczalna w Toruniu, IOR – PIB Poznań, 2024

Wpływ na współczynnik ulistnienia

Liczba i wielkość liści wpływa na efektywność fotosyntezy, czyli procesu wytwarzania energii przez roślinę. Im większa powierzchnia asymilacyjna liści, tym więcej energii jest produkowane i wykorzystywane na zdrowy wzrost roślin i przyrost ich masy.

Stosując preparaty oparte na nanosrebrze istnieje możliwość zwiększenia współczynnika z 0,74 do 0,82.

Źródło: SGGW Sahryń, 2024

Hamowanie wzrostu grzyba Cercospora beticola (Chwościk buraka)

Chwościk buraka to choroba grzybicza wywoływana przez Cercospora beticola. Zmiany klimatyczne i wzrost odporności na dotychczas stosowane fungicydy wzmagają inwazyjność grzyba. Zmiany chorobowe, w postaci uszkodzonych liści, mogą obejmować od 30 do nawet 50% powierzchni, a tym samym przyczyniać się do drastycznego zmniejszenia ilości plonów buraka cukrowego.

Badania z użyciem nanocząsteczek srebra obejmowały cztery izolaty grzyba, z czego 2 wykazywały odporność na fungicydy. We wszystkich przypadkach zauważono hamowanie rozwoju grzybni na poziomie 70,3-85%.

Źródło: Doświadczenie laboratoryjne na pożywkach mikrobiologicznych, IOR-PIB, Toruń, 2023

Wzrost plonu biologicznego cukru

Preparaty wzbogacone nanocząsteczkami srebra umożliwiają zwiększenie biologicznego plonu cukru nawet o 2,4 tony z jednego hektara pola, dzięki czemu zwiększają efektywność produkcji rolniczej oraz opłacalność upraw.

Źródło: SGGW Sahryń, 2024

RZEPAK

Zwiększenie plonu rzepaku ozimego

Badania wskazują, że pola poddawane działaniu preparatów opartych na nanocząsteczkach srebra, mają wyższy plon niż kontrolne. Różnica, na korzyść nanosrebra, wynosi 0,31 t/ha.

Źródło: PODR Boguchwała, 2024

Wpływ na wielkość rośliny

Rozmiar rzepaku ma duże znaczenie dla przyszłego plonowania. Duże liście, wytrzymały i głęboki system korzeniowy zwiększają szansę rośliny na przezimowanie i lepszy start po rozpoczęciu wiosny.

Dolistne stosowanie nanocząsteczek srebra zwiększa liczbę odgałęzień I i II rzędu, masę tysiąca nasion oraz wysokość roślin. Najwyższa roślina po zastosowaniu nanosrebra osiągnęła 152,01 cm, podczas gdy w próbie kontrolnej wysokość wynosiła 113,51 cm.

Źródło: Rameen, S., Manaf, A., Bibi, Y., Jhanzab, H. M., Sher, A., Ali, N., … & Qayyum, A. (2024). Foliar application of silver (Ag-NPs) and copper (Cu-NPs) nanoparticles enhances phenotypic traits and oil quality in Brassica napus L. Scientific Reports, 14(1), 27618.

Zwiększenie zawartości oleju

Olej rzepakowy jest tłuszczem roślinnym, bogatym w nienasycone kwasy tłuszczowe; linolowy i linolenowy, a także witaminy E i K.

W przeprowadzonym badaniu polowym dolistne stosowanie nanocząsteczek srebra spowodowało wzrost zawartości kwasów tłuszczowych o 14,09% w porównaniu z próbą kontrolną.

ZBOŻA

Zwiększenie plonu zbóż jarych

Wynikiem zastosowania preparatów opartych na nanocząsteczkach srebra jest zwiększenie ilości otrzymanego plonu.

W przypadku pszenicy plon był wyższy od 0,03 t/ha do 0,26 t/ha w zależności od odmiany. Owies różnił się o 0-0,31 t/ha w zależności od odmiany, a jęczmień o 0,01-0,39 t/ha.

Źródło: PODR Boguchwała 2024

Zwiększenie wytrzymałości na suszę

Susza ma negatywny wpływ na zboża. Ogranicza dostępność wody, a tym samym pobieranie związków mineralnych przez korzenie przyczyniając się do spadku plonów. Brak wody w fazie kłoszenia i wypełniania ziaren prowadzi do zmniejszenia wielkości źdźbeł, liczby kłosów i spadku ilości ziaren.

Podczas trwania suszy preparaty oparte na nanocząsteczkach srebra zwiększają zawartość chlorofilu z 55% na 66,69% przyczyniając się do efektywniejszej fotosyntezy. Jednocześnie wpływają na zwiększenie ilości potasu w liściach z 1,54 mg/kg na 1,84 mg/kg, co przekłada się na ograniczenie parowania wody z rośliny poprzez zamykanie aparatów szparkowych.

Źródło: Ahmed, F., Javed, B., Razzaq, A., & Mashwani, Z. U. R. (2021). Applications of copper and silver nanoparticles on wheat plants to induce drought tolerance and increase yield. IET nanobiotechnology, 15(1), 68-78.

DRZEWA PESTKOWE

Wsparcie w walce z rakiem drzew

Rak drzew owocowych (zrakowacenie) to choroba powodowana przez grzyby (Nectria lub Neonectria galligena) albo bakterie (Pseudomonas syringae). Choroba powoduje pojawianie się guzów, obumieranie kory i gałęzi, wycieki żywicy oraz spadek plonu.

Stosowanie preparatów opartych na nanocząsteczkach srebra w stężeniu 0,1%, w formie cotygodniowych, dwukrotnych oprysków, spowodowało gojenie się około 80% ran w ciągu dwóch tygodni.

Źródło: Orlikowski, L., Sas-Paszt, L., Wojdyła, A., & Orlikowska, T. (2023). The Use of Hydrogen Peroxide and Silver Nanoparticles in Horticulture. Journal of Horticultural Research, 31(2), 1-22.

OWOCE JAGODOWE

Pozytywny wpływ na fizjologię truskawek

Badania polegające na wykonywaniu oprysków preparatami opartymi na nanocząsteczkach srebra wykazały zwiększenie rozmiarów roślin, owoców i liści, a także poprawę jakości plonów (zwiększenie zawartości witaminy C oraz enzymów antyoksydacyjnych) w porównaniu do owoców niepoddanych działaniu nanosrebra.

Źródło: Shahzad, U., Saqib, M., Jhanzab, H. M., Abou Fayssal, S., Ahmad, R., & Qayyum, A. (2024). Different concentrations of silver nanoparticles trigger growth, yield, and quality of strawberry (Fragaria ananassa L.) fruits. Journal of Plant Nutrition and Soil Science, 187(5), 668-677.

Zmniejszenie stanów chorobowych roślin jagodowych

Choroby roślin nie ograniczają się do pól. Potencjalnie zdrowe owoce mogą zostać zakażone w miejscach składowania, a tym samym przyczynić się do spadku możliwych do zjedzenia owoców.

Powlekanie owoców truskawki nanocząsteczkami srebra w połączeniu z chitosanem przyczyniło się do istotnego ograniczenia infekcji szarą pleśnią (Botrytis cinerea). Już po 7 dniu zaobserwowano spadek o 90% ilości chorych owoców.

Źródło: Moussa, S. H., Tayel, A. A., Alsohim, A. S., & Abdallah, R. R. (2013). Botryticidal activity of nanosized silver‐chitosan composite and its application for the control of gray mold in strawberry. Journal of food science, 78(10), M1589-M1594.

Poprawa jakości przechowywania truskawek

Przechowywanie owoców wiąże się z ryzykiem strat w jakości owoców, które mogą powodować utratę wody, minerałów, koloru i tekstury owoców, a także łatwiejsze rozprzestrzenianie się niebezpiecznych chorób.

Badanie wykazało, że pokrycie owoców warstwą nanocząsteczkami srebra wraz ze skrobią, w ciągu 6 dni ograniczyło utratę wody z 28% do 15,8%.

Źródło: Taha, I. M., Zaghlool, A., Nasr, A., Nagib, A., El Azab, I. H., Mersal, G. A., … & Fahmy, A. (2022). Impact of starch coating embedded with silver nanoparticles on strawberry storage time. Polymers, 14(7), 1439.