Het gebruik van pesticiden verminderen met nanodeeltjes

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

Een van de grootste uitdagingen waarmee de landbouw vandaag wordt geconfronteerd, is het uitgebreide gebruik van kunstmest en pesticiden. Nu steeds meer producten worden verboden of als gevaarlijk worden beschouwd voor de gezondheid van mens en dier, is de behoefte aan vervangingsmiddelen acuut. Eén benadering is het stimuleren van de eigen immuunrespons van planten op aanvallen van pathogenen. Het is bekend dat kiezelzuur, dat van nature in de bodem voorkomt, dergelijke reacties in planten opwekt, en amorfe silica-nanodeeltjes kunnen deze stof in kleine hoeveelheden afgeven. Deze nanodeeltjes, die ook van nature voorkomen in veel voedselgewassen zoals granen, komen vaker voor dan de meeste mensen denken. Ze maken deel uit van siliciumdioxide van voedingskwaliteit (SiO2), ook wel bekend als E551 op etiketten en verpakkingen, en worden al decennia gebruikt in een verscheidenheid aan producten, zoals keukenzout, pillen of eiwitpoeders om klonteren te voorkomen.

Verhoogde weerstand

Met dit in gedachten probeerden de in Fribourg gevestigde onderzoekers een milieuvriendelijke nano-agrochemische stof te creëren voor de gerichte afgifte 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, pasten ze de nanodeeltjes toe op Arabidopsis thaliana (zandraket), een veelgebruikt plantmodel, besmet met de bacteriële plaag Pseudomonas syringae, een ander modelorganisme. De resultaten toonden aan dat hun nanodeeltjes de resistentie tegen de bacteriën dosisafhankelijk kunnen verhogen door het afweerhormoon van de plant, salicylzuur (dat ook het actieve ingrediënt in aspirine is) te stimuleren. De onderzoekers keken ook naar de interacties van de nanodeeltjes met bladeren van planten. 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 degraderen spoorloos in aanwezigheid van water, een belangrijke overweging voor milieu- en voedselveiligheid. Vergeleken met het vrije kiezelzuur, dat al wordt gebruikt bij de gewasbescherming, veroorzaakten de siliciumdioxide nanodeeltjes door de langzame afgifte van het kiezelzuur minder stress bij de planten en andere bodemmicro-organismen. De studie, gepubliceerd in het toptijdschrift Natuur Nanotechnologie, laat zien dat silica nanodeeltjes kunnen dienen als een goedkoop, 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 voor een brede toepassing van nanodeeltjes als nano-biostimulanten en -meststoffen, een grondige analyse nodig is om het potentiële lot op lange termijn van silica-nanodeeltjes in het milieu te beoordelen.