Наночастицы и семена в ультрафиолете: как проект школьницы из Невинномысска спасает растения и решает глобальные задачи

Всё начиналось с семечка

Александра живёт в частном доме, и каждую весну её мама высаживает семена огурцов и помидоров в горшочки, для последующей пересадки на грядки приусадебного участка. Однажды школьница обратила внимание на то, что некоторые из прорастающих семян дают слабые побеги. Ей стало интересно: как сделать так, чтобы процент жизнеспособного посевного материала был как можно больше?

К тому времени Александра уже не первый год занималась в невинномысском центре талантов, который открылся в 2017 году. В тандеме с ним более пяти лет работает детский технопарк «Кванториум». Свои исследования Александра Калева провела под руководством наставника «Наноквантума» Светланы Лищенко. Итогом стал проект «Разработка и применение экологически чистого органического удобрения, содержащего люминесцентные наночастицы».

На первый взгляд, определение наноудобрений просто и понятно — это препараты, содержащие питательные вещества мельчайшего размера. Однако исследование невинномысской школьницы неподготовленному человеку усвоить непросто. «У-точки», «гидролизаты», «нанотрубки», «фотостабильность» — проект изобилует этими и другими весьма сложными терминами.

Подсветили брак

В опытах, проведённых Александрой и её наставницей, использовались углеродные люминесцентные наночастицы. Их уже применяют в экомониторинге для отслеживания различных примесей, при определении качества нефти или коррозии металла, контроле качества пищевых продуктов, создании люминесцентных меток и чернил. Использование же в биотехнологиях — на начальном этапе, вклад в который внесла в том числе работа школьницы из Невинномысска.

Свечение люминесцентных частиц невооруженным взглядом не заметишь — только под лучами ультрафиолета. Наставница Александры Светлана Лищенко объяснила, что его можно использовать как индикатор качества:

«В любой партии семян, особенно большой, есть нежизнеспособные экземпляры. Они в любом случае не прорастут, а значит, не будут светиться в ультрафиолете. Это даёт возможность не ручной, а автоматической выбраковки пустых семян. Вместе с воспитанниками IT–квантума мы хотим разработать программы, алгоритмы, которые позволят на практике, с использованием искусственного интеллекта, осуществить процесс обнаружения и удаления непроросшего посадочного материала из партий какого угодно количества».

Месяц на исследование

Свою работу Александра представила на всероссийском конкурсе научно-исследовательских работ «Десять в минус девятой». Его организовал Самарский национальный исследовательский университет имени академика С. П. Королёва. В состязании юных учёных приняли участие более 5 тыс. школьников со всей России. Проект ставропольчанки вошёл в число победителей, их было всего 25.

Представительница Ставрополья доказала, что использование питательной среды с наночастицами нейтрального углерода (так называемыми У-точками) позволяет, в отличие от традиционных технологий, получить близкий к стопроцентному выход оздоровлённых растений, пшеницы и гороха. У них получается компактный стебель, развитая и активная корневая система. У-точки улучшают усвоение питательных веществ, например, за счёт увеличения доступности фосфора.

Высококачественный посадочный материал в дальнейшем поможет получить прибавку к урожаю, составляющую, по предварительным данным, десятки процентов. Во время конкурса на проведение исследований давался месяц. В это время полный цикл развития того же растения пшеницы никак не уложится, поэтому полноценные натурные испытания метода проведут в ближайшем будущем.

Накормить 10 миллиардов человек

Наградой за победу в конкурсе для Александры Калевой стало участие в его финальной части, прошедшей в Международном детском центре «Артек».

«Особенно мне запомнились мастер-классы, лабораторные эксперименты, практические занятия. Поездка в «Артек» дала мотивацию к продолжению начатой работы. Обязательно, вместе с моей наставницей, исследую, как оптимально подобрать состав наноудобрений уже не для ростков тех или иных сельхозкультур, а непосредственно для взрослых растений, дающих урожай»,

— говорит школьница

Как рассказала Александра, её работа преследует глобальные цели. По прогнозам ООН, население мира к 2050 году достигнет без малого 10 миллиардов человек. Чтобы его прокормить, надо увеличить производство продовольствия на 70 процентов. С помощью традиционных технологий сделать это не удастся, но есть надежда на наноудобрения.

«Эти удобрения не панацея, но свой вклад, причём большой, в обеспечение продовольственной безопасности человечества они, несомненно, внесут. Сегодня основные виды наноудобрений усваиваются растениями на 95 процентов, тогда как у обычных подкормок этот показатель составляет всего 30-40 процентов. Ещё одно преимущество — минимальный риск вымывания питательных веществ, в отличие от обычных составов, теряющих большую часть активных компонентов. Удобрения 21 века вносятся всего один-два раза за сезон, тогда как стандартные требуют регулярных, иногда еженедельных обработок. Есть виды наноудобрений, вносимые в почву, а есть те, что проникают в растение через опрыскивание на лист. Выбор применения зависит от той или иной ситуации»,

— объяснила Александра.

Впереди у Александры Калевой много работы. Создание наноудобрений для засушливых зон, экологически неблагополучных районов, для определённых сельхозкультур — решение этих и других проблем потребует проведения десятков сложных опытов и экспериментов.