Нанотехнологии и их роль в области сельского хозяйства

М и н о б р  н а у к и    Р о  с с и и

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ  ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

« НИ МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ  им. Н. П. ОГАРЁВА»

(ФГБОУ ВПО «МГУ им. Н.П.Огарёва»)

 

ИНСТИТУТ ФИЗИКИ И ХИМИИ

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

«Нанотехнологии и их роль в области сельского хозяйства»

 

 

 

 

 

 

 Выполнил студент  401 гр. физики А.П. Мальков

                                             Проверил  канд. Физ. - мат. наук, доц. Н.А. Смоланов

                                             

 

                                                                   

 

 

 

 

Саранск

2013

Оглавление

 

1. Введение

В современном мире всё более очевидным становится то, что превосходство будет у тех стран, которые развивают электронику, нанотехнологии и биотехнологии. Развитие этих технологий и в России не стоит на месте. В последнее время всё больше из них относится к области нанотехнологий. Эта новая наука стремительно входит в человеческую жизнь. У России есть значительные возможности, так как имеется существенный научный задел с советских времен по нанонауке. В нашу эпоху нанотехнологии великолепно управляют нанометровыми объектами и позволяют изготовать так называемые супермолекулы из крупных селективно связанных молекул. Что же представляет собой наука нанотехнология?

Нанотехнология — междисциплинарная область фундаментальной и прикладной науки и техники, имеющая дело с совокупностью теоретического обоснования, практических методов исследования, анализа и синтеза, а также методов производства и применения продуктов с заданной атомарной структурой путём контролируемого манипулирования отдельными атомами и молекулами.

Большие надежды в  применении нанотехнологий обнаруживаются и в агропромышленном комплексе. Увеличение производства и качества переработки сельскохозяйственного сырья, увеличение ресурса работы спецтехники, повышения сроков хранения, получение высококачественной пищевой продукции и кормов – все эти задачи агробизнеса могут решить нанотехнологии.

 

2. Основные понятия сферы нанотехнологий

2.1. Понятия и терминология в сфере нанотехнологий

Обычно употребляемое определение нанотехнологии как комплекса методов работы с объектами размером менее 100 нм недостаточно точно описывает как объект, так и отличие нанотехнологий от традиционных технологий и научных дисциплин. Объекты нанотехнологий, с одной стороны, могут иметь характеристические размеры указанного диапазона:

1. наночастицы, нанопорошки (объекты, у которых три характеристических размера находятся в диапазоне до 100 нм);
2. нанотрубки, нановолокна (объекты, у которых два характеристических размера находятся в диапазоне до 100 нм);
3. наноплёнки (объекты, у которых один характеристический размер находится в диапазоне до 100 нм).

С другой стороны, объектами  нанотехнологий могут быть макроскопические объекты, атомарная структура которых контролируемо создаётся с разрешением на уровне отдельных атомов.

Нанотехнологии качественно  отличаются от традиционных дисциплин, поскольку на таких масштабах  привычные, макроскопические, технологии обращения с материей часто неприменимы, а микроскопические явления, пренебрежительно слабые на привычных масштабах, становятся намного значительнее: свойства и взаимодействия отдельных атомов и молекул или агрегатов молекул, квантовые эффекты.

В практическом аспекте  это технологии производства устройств и их компонентов, необходимых для создания, обработки и манипуляции атомами, молекулами и частицами, размеры которых находятся в пределах от 1 до 100 нанометров. Однако, нанотехнология сейчас находится в начальной стадии развития, поскольку основные открытия, предсказываемые в этой области, пока не сделаны. Тем не менее проводимые исследования уже дают практические результаты. Использование в нанотехнологии передовых научных результатов позволяет относить её к высоким технологиям.

При работе с такими малыми размерами проявляются квантовые эффекты и эффекты межмолекулярных взаимодействий, такие как Ван-дер-Ваальсовы взаимодействия. Нанотехнология и, в особенности, молекулярная технология — новые области, очень мало исследованные.

Нанотехнология — следующий логический шаг развития электроники и других наукоёмких производств.

Многие источники, в  первую очередь англоязычные, первое упоминание методов, которые впоследствии будут названы нанотехнологией, связывают с известным выступлением Ричарда Фейнмана «Там внизу много места» (англ. «There’s Plenty of Room at the Bottom»), сделанным им в 1959 году в Калифорнийском технологическом институте на ежегодной встрече Американского физического общества. Ричард Фейнман предположил, что возможно механически перемещать одиночные атомы при помощи манипулятора соответствующего размера, по крайней мере, такой процесс не противоречил бы известным на сегодняшний день физическим законам.

Этот манипулятор он предложил делать следующим способом. Необходимо построить механизм, создававший бы свою копию, только на порядок меньшую. Созданный меньший механизм должен опять создать свою копию, опять на порядок меньшую и так до тех пор, пока размеры механизма не будут соизмеримы с размерами порядка одного атома. При этом необходимо будет делать изменения в устройстве этого механизма, так как силы гравитации, действующие в макромире будут оказывать все меньшее влияние, а силы межмолекулярных взаимодействий и Ван-дер-Ваальсовы силы будут все больше влиять на работу механизма. Последний этап — полученный механизм соберёт свою копию из отдельных атомов. Принципиально число таких копий неограниченно, можно будет за короткое время создать любое число таких машин. Эти машины смогут таким же способом, поатомной сборкой собирать макровещи. Это позволит сделать вещи на порядок дешевле — таким роботам (нанороботам) нужно будет дать только необходимое количество молекул и энергию, и написать программу для сборки необходимых предметов. До сих пор никто не смог опровергнуть эту возможность, но и никому пока не удалось создать такие механизмы. Принципиальный недостаток такого робота — принципиальная невозможность создания механизма из одного атома.

Изложенные Фейнманом  в лекции идеи о способах создания и применения таких манипуляторов  совпадают практически текстуально с фантастическим рассказом известного советского писателя Бориса Житкова «Микроруки», опубликованным в 1931. Но не только. В широко известном произведении русского писателя Н. Лескова «Левша» есть любопытный фрагмент:

Если бы, — говорит, — был лучше мелкоскоп, который в пять миллионов увеличивает, так вы изволили бы, — говорит, — увидать, что на каждой подковинке мастерово имя выставлено: какой русский мастер ту подковку делал.

Увеличение в 5 000 000 раз  обеспечивают современные электронные и атомно-силовые микроскопы, считающиеся основными инструментами нанотехнологий, таким образом, литературного героя Левшу можно считать первым в истории нанотехнологом.

Впервые термин «нанотехнология» употребил Норио Танигути в 1974 году. Он назвал этим термином производство изделий размером несколько нанометров. В 1980-х годах этот термин использовал Эрик К. Дрекслер в своих книгах: «Машины создания: грядёт эра нанотехнологии» («Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology») и «Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing, and Computation». Центральное место в его исследованиях играли математические расчёты, с помощью которых можно было проанализировать работу устройства размерами в несколько нанометров.

2.2. Наночастицы

Современная тенденция к миниатюризации показала, что вещество может иметь совершенно новые свойства, если взять очень маленькую частицу этого вещества. Частицы, размерами от 1 до 1000 (свыше 100 нанометров наночастицами можно назвать их условно) нанометров обычно называют «наночастицами». Так, например, оказалось, что наночастицы некоторых материалов имеют очень хорошие каталитические и адсорбционные свойства. Другие материалы показывают удивительные оптические свойства, например, сверхтонкие пленки органических материалов применяют для производства солнечных батарей. Удается добиться взаимодействия искусственных наночастиц с природными объектами наноразмеров — белками, нуклеиновыми кислотами и др. Тщательно очищенные, наночастицы могут самовыстраиваться в определенные структуры. Такая структура содержит строго упорядоченные наночастицы и также зачастую проявляет необычные свойства.

Нанообъекты делятся на 3 основных класса:

1) трёхмерные частицы получаемые  взрывом проводников, плазменным  синтезом, восстановлением тонких  плёнок и т.д.,

2) двумерные объекты — плёнки, получаемые методами молекулярного  наслаивания, CVD, ALD, методом ионного  наслаивания и т.д,

одномерные объекты — вискеры, эти объекты получаются методом  молекулярного наслаивания, введением  веществ в цилиндрические микропоры и т. д.

На данный момент обширное применение получил только метод микролитографии, позволяющий получать на поверхности  матриц плоские островковые объекты  размером от 50 нм, применяется он в  электронике. Метод CVD и ALD в основном применяется для создания микронных плёнок.

1.3. Наноматериалы

Материалы, разработанные на основе наночастиц с уникальными характеристиками, вытекающими из микроскопических размеров их составляющих.

1. Углеродные нанотрубки – протяжённые цилиндрические структуры диаметром от одного до нескольких десятков нанометров и длиной до нескольких сантиметров состоящие из одной или нескольких свёрнутых в трубку гексагональных графитовых плоскостей (графенов) и заканчиваются обычно полусферической головкой.

                                              Рис. 1 – Нанотрубки под электронным микроскопом

2. Фуллерены – молекулярные соединения, принадлежащие классу аллотропных форм углерода (другие — алмаз, карбин и графит) и представляющие собой выпуклые замкнутые многогранники, составленные из чётного числа трёхкоординированных атомов углерода.

 

                                                                                               Рис. 2 – Фуллерен С-60

3. Графен – монослой атомов углерода, полученный в октябре 2004 года в Манчестерском университете (The University Of Manchester). Графен можно использовать, как детектор молекул (NO2), позволяющий детектировать приход и уход единичных молекул. Графен обладает высокой подвижностью при комнатной температуре. Обсуждают графен как перспективный материал, который заменит кремний в интегральных микросхемах.                                                               Рис. 3 - Графен

4) Наноаккумуляторы – в начале 2005 года компания Altair Nanotechnologies (США) объявила о создании инновационного нанотехнологического материала для электродов литий-ионных аккумуляторов, плотность энергии в которых будет в несколько раз больше, чем в традиционных батареях этого типа. На практике это означает возможность создания аккумуляторов меньшего размера при сохранении их первоначальной      ёмкости.

                                                                                                      Рис. 4 - наноаккумуляторы

 

3. Перспективы использования нанотехнологий в сельском хозяйстве

 

 Важной особенностью металлических наноматериалов, играющей ключевую роль при их использовании в АПК, является низкая токсичность этих наноматериалов, обнаруженная российскими учёными.

Таблица 1 – Токсичность  наночастиц металлов

Дозы мг/кг	Fe°	FeSO4 · 7H2O	Zn°	ZnSO4 · 7H2О	Cu°	CuSO4 · 7 H2O
МДП	1100	20	450	10	25	3
ЛД50	2200	60	700	25	45	6
ЛД100	3200	90	1200	45	60	10

Оказалось, что токсичность  наночастиц металлов во много раз  меньше, чем токсичность ионов  металлов: медь - в 7 раз, цинк – в 30 раз, а железо – в 40 раз. Это проверено на многочисленных экспериментах с соблюдением всех норм.

 Металлические наноматериалы,  полученные  с помощью химических  способов, практически всегда несут  в себе не лучшую «наследственность»  исходных химических соединений, что делает проблем их использование в отраслях с жёсткими требованиями к чистоте применяемых материалов, в том числе и в АПК.

 Наиболее приемлемыми для  таких отраслей является применение  металлических наночастиц, полученных  с помощью технологий, основанных  на использовании физических явлений. Физическими способами получения металлических наноматериалов владеет лишь незначительная часть компаний-производителей наноматериалов, расположенных, в основном, в США, Великобритании, Германии, России, Украине. В частности, с помощью эрозионно-взрывных технологий получены такие новые наноматериалы:

1) неионные коллоидные растворы  наночастиц металлов;

2) анионоподобные высококоординационные  аквахелаты нанометаллов;

3) гадратированные наночастицы  биогенных металлов;

4) электрически заряженные коллоидные наночастицы металлов;

5) элекрически нейтральные и  электрически заряженные металлические  наночастицы в аморфном состоянии  и др. 

К настоящему времени  применительно к большей группе наноматериалов на основе металлов Ag, Cu, Co, Mn, Mg, Zn, Mo, получены технические условия (ТУ У 24.6-35291116-001:2007) и налажено их производство отнчественным производителем – компанией «Наноматериалы и нанотехнологии».

Особый интерес среди  новых наноматериалов, синтезированных  с помощью эрозионно-взрывных технологий, представляют для АПК высококоординационные анионоподобные аквахелаты нанометаллов, которые являются наиболее перспективными для применения в биосистемах в силу нетоксичности, хорошей биосовместимости с живой клеткой, а также своих антиоксидантных свойств.

На сегодняшний день наноматериалы и нанотехнологии находят применение практически  во всех областях сельского хозяйства: растениеводстве, животноводстве, птицеводстве, рыбоводстве, ветеринарии, перерабатывающей промышленности.

В растениеводстве применение нанопрепаратов, в качестве микроудобрений, обеспечивает повышение устойчивости к неблагоприятным погодным условиям и увеличение урожайности (в среднем в 1,5-2 раза) почти всех продовольственных (картофель, зерновые, овощные и плодово-ягодные) и технических (хлопок, лён) культур. Эффект здесь достигается благодаря более активному проникновению микроэлементов в растение за счёт наноразмера частиц и их нейтрального (в электрохимическом смысле) статуса.

Ожидается также положительное  влияние наномагния на ускорение (вернее увеличение продуктивности) фотосинтеза у растений.

Нанотехнологии применяются при  послеуборочной обработки подсолнечника, табака и картофеля, хранении яблок  в регулируемых средах, озонировании воздуха.

По мнению учёных, применение нанотехнологий в сельском хозяйстве (при выращивании зерна, овощей, растений и животных) и на пищевых производствах (при переработке и упаковке) приведёт к рождению совершенно нового класса пищевых продуктов – «нанопродуктов», которые со временем вытеснят с рынка генномодифицированные продукты. К примеру, такое мнение высказывается экспертами международной исследовательской организации ЕТС Group.

Согласно общепринятой научной терминологии, продукт может  считаться «нанопродуктом», если при  его выращивании, производстве, переработке или упаковке использовались наночастицы, нанотехнологические разработки и инструменты. Разработчики нанопродуктов обещают более совершенный процесс производства и упаковки продуктов питания, их улучшенный вкус и новые питательные свойства. Ожидается также производство «функциональных продуктов (продукт будет содержать лекарственные или дополнительные питательные вещества). Ожидается также увеличение производительности и уменьшение цен на пищевые продукты. Уже через пару десятков лет использование нанопродуктов будет повсеместным, говорится в докладе, подготовленным для Королевского научного общества Великобритании (Royal Society).

Размах исследований в области  нанопродуктов поражает также, как  и количество инвестиций в них. За последние насколько лет крупнейшие производители продуктов питания, такие как Kraft, Nestle, Heinz, Altria, Unilever, инвестировали значительные суммы в разработки нанотехнологий. По последним оценкам, стоимость рынка нанопродуктов уже составляет 410 млн. долларов, а к 2010 г. ожидается рост до 5,8 млрд. долларов.

 

4. Применение нанотехнологий в растениеводстве

В России создана госкорпорация  «Роснанотех», разработана «Программа развития наноиндустрии в РФ до 2015г.». Программа будет реализовываться  в 2 этапа: первый этап рассчитан на 2007 – 2010 гг., второй на 2010 – 2015 гг. Общий объём затрат на реализация программы составит 138 млрд. руб.

В мае 2006 г. Президент Российской Федерации  утвердил приоритетные направления  развития науки, технологий и техники  и перечень критических технологий, в числе которых нанотехнологии и наноматериалы. Для развития нанотехнологий в России созданы концерн «Наноиндустрия» и 16 региональных центров нанотехнологий в Нижнем Новгороде, Саратове, Иванове, Астрахани, Калужской области, Петрозаводске, Краснодарском крае и других субъектах Российской Федерации. В АПК наибольшее число исследований проведено по применению наноэлектротехнологий. Такие исследования ведутся в МГАУ им. В. П. Горячкина, ВИЭСХ, Мичуринской ГСХА, АЧГАУ, ГОСНИТИ и других научных организациях и вузах.

Нанотехнологии в сельском хозяйстве предполагают использование  для защиты растений препаратов новейшего  поколения, которые отличаются максимальным проникновением в листья, стебли и  корни активных действующих веществ за счет необычайно малых размеров. Проводится разработка проектов с использованием наноматериалов для более точной и безопасной доставки пестицидов к биологическим мишеням, питательных веществ – к растениям. В этих проектах используются следующие технологии: транспортные процессы, биоселектирующие поверхности, биоразделение, и микроэлектромеханические системы, нанобиопроцессинг, биоинженерия нуклеиновых кислот, адресовка веществ. Размер частиц этих веществ в десятки и даже сотни раз меньше, чем микроны (10^-9). Их применение дает возможность при минимальных дозах препаратов достигать гораздо больших эффектов и экономить деньги.

Использование наноэлектротехнологии  в растениеводстве связало молекулярную и клеточную биологию с помощью  внешних электромагнитных полей и биополей живых клеток в общем нанопроцессе, что должно привести к внедрению в практику АПК принципиально новых технологий по производству сельскохозяйственного сырья, материалов, продовольственной пищи и кормов.

В сельскохозяйственных научных организациях России, в том числе и в Московском государственном агроинженерном университете им. В. П. Горячкина (МГАУ), получены результаты использования наноэлектротехнологий в производстве продуктов растениеводства.

 

4.1 Применение наноэлектротехнологий в производстве зерновых культур

 

Биологически активные наночастицы железа могут помочь повысить урожайность некоторых зерновых культур от 10 до 40%.

Новые нанотехнологии СВЧ-предпосевной обработки семян и дезинсекции осуществлялись как альтернатива химическим методам. Для дезинсекции зерна и семян был использован импульсный режим СВЧ-обработки, который за счет сверхвысокой напряженности ЭМП в импульсе обеспечивает гибель вредителей и насекомых. Установлено, что для 100%-го эффекта СВЧ-дезинсекции необходима доза не более 75 МДж на 1 т семян. 

Новая наноэлектротехнология  комбинированной сушки зерна  осуществляется циклично: конвективный нагрев зерна до 50°С, а затем кратковременная  СВЧ-обработка его, при которой  в нагретом зерне создается избыточное давление влаги при температуре ниже температуры кипения воды. Вследствие этого ускоряется фильтрационный перенос влаги из зерновки на поверхность в капельножидком состоянии. С поверхности влага удаляется подогретым воздушным теплоносителем. Удельный расход энергии на сушку зерна по сравнению с традиционной конвективной сокращается в 1,3 раза и более, снижаются микроповреждения семян до 6%, их посевные качества улучшаются на 5%. Для низкотемпературной досушки и обеззараживания зерна дополнительно использовали озон, что повысило эффективность обеззараживания в 24 раза и снизило в 1,5 раза энергозатраты.

Наноэлектротехнология СВЧ-микронизации зерна основана на эффекте декстринизации зерен крахмала — расщепление полисахаридов крахмала и переход их в усвояемые питательные вещества. Степень декстринизации увеличивается с 12% до 80%, энергосодержания корма — в 2 раза с 7,7 до 15,7 МДж/кг.  По сравнению с ИК-микронизацией, широко распространенной за рубежом, удельные затраты энергии сокращаются более чем в 2 раза с 250300 до 130150 кВт·ч на 1 т зерна.

По данным государственных приемочных испытаний, зоотехнические показатели откорма поросят СВЧ-микронизированным ячменным ингредиентом комбикорма увеличились по среднесуточному привесу на 36%, а за месячный срок — в 2 раза.

По мнению специалистов-агрохимиков, от эффективности защиты растений зависит до пятидесяти процентов урожайности всех сельхозкультур. Наноэмульсии рассчитаны на применение при возделывании различных культур, в том числе зерновых, сахарной свеклы. Специалисты представляют несколько самых последних разработок. Например, предпосевная обработка микроэмульсиями «Тебу 60», «Скарлетт», которые показали высокую эффективность при применении на 700 га собственной базы «Щелково Агрохима». Эти препараты не расслаиваются под воздействием тепла и света, приготовленный рабочий раствор может храниться не часы или дни, а годы, оставаясь при этом активным. Но самое главное – нанопродукты, в отличие от традиционных ядохимикатов, обеспечивают полное смачивание поверхности растений, полностью всасываются растениями, не смываются дождем.

Производители не скрывают, что наноэмульсии недешевы, но в итоге они дают гораздо больший эффект. Например, обработка озимой пшеницы препаратом «Титул Дуо, КРР», аналогов которому нет, может обеспечить до 400% рентабельности и дополнительный урожай до 17 центнеров с гектара. Но даже небогатые сельхозпредприятия уже могут воспользоваться продуктами нанотехнологий благодаря товарным кредитам, предоставляемым производителями.

4.2 Применение нанотехнологий в овощеводстве

Мониторинг разработанных  нанотехнологических процессов  и наноматериалов подтверждает, что  применение нанопрепаратов в овощеводстве обеспечивает повышение устойчивости к неблагоприятным погодным условиям и увеличение выхода готовой продукции. Почти для всех технических и продовольственных культур – картофеля, овощных, плодово-ягодных, хлопка и льна показатели урожая увеличились в 1,5-2 раза. Нанотехнологии уже активно внедряются при послеуборочной обработке подсолнечника, табака и картофеля, хранении яблок в регулируемых средах, озонировании воздушной среды.

В свете последних  открытий нанотехнологий была изучена биологическая роль кремния в живых организмах и изучена биологическая активность органических соединений кремния – силатранов. Силатраны, являющиеся клеточным образованием и содержащие кремний, оказывают физиологическое действие на живые организмы на всех этапах эволюционного развития от микроорганизмов до человека. Применение кремнеорганических биостимуляторов в овощеводстве позволяет повысить холодостойкость, выносливость к жаре и засухе, помогает благополучно выйти из стрессовых погодных ситуаций (возвратные заморозки, резкие перепады температуры и т. д.), усиливает защитные функции растений к болезням и вредителям. Препараты снимают угнетающее, седативное действие химических реагентов по защите растений при комплексных обработках.

Суперсовременное направление нанобиотехнологии (нанотехнологии в биологии) в овощеводстве – это создание культурных растений, особенно устойчивых к насекомым вредителям.

 

 

4.3 Применение нанотехнологий в растениеводстве закрытого грунта

Ультрафиолетовое излучение (УФИ) в растениеводстве — наименее исследованная часть спектрального диапазона оптического излучения. Для повышения урожайности и качества продукции теплиц имеются резервы, пока не получившие широкого распространения, но которые могут быть использованы в решении основных проблем растениеводства защищенного грунта.  УФИ применяют в селекционных целях и при предпосевной обработке семян. При непосредственном воздействии на растения излучение может служить эффективным регулятором основных процессов метаболизма в живых биообъектах. В результате разработки и применения методов УФИ получены положительные данные по борьбе с вредителями сельскохозяйственных растений, а также гипотетические предпосылки по денитратизации почвы.  Предпосевная обработка семян УФИ вышла на уровень индустриальных методов подготовки семенного зерна к посеву и, как показали исследования, они вдвое эффективнее, чем солнечный или воздушнотепловой обогрев. Облучение семян в оптимальных дозах стимулирует общее развитие растений, повышает урожайность. Воздействие УФИ на семена основано на дезинфекции, дезинсекции и способности вызывать стимуляцию фотохимических превращений в облучаемом семени.

В прорастающих семенах  и растениях роль регуляторов  скорости биохимических процессов  выполняют ферменты, ростовые вещества и витамины. Находясь в небольших количествах, эти вещества оказывают влияние как на скорость роста, так и на направление синтеза клетки и растения в целом. Поэтому даже небольшие, на первый взгляд, химические и биохимические изменения в семенах, связанные с поглощением энергии УФИ, могут оказать существенное влияние на развитие растения и его продуктивность.

Антимикробное действие УФИ проявляется в фотохимических повреждениях ДНК в клеточном  ядре микроорганизмов, что приводит к гибели микробной клетки в первом или последующих поколениях.

В тепличных хозяйствах остро стоит проблема борьбы с  вирусными инфекциями. Для практики важно установить летальную дозу УФИ для растений и изучить  относительную сопротивляемость различных  видов. Значение пороговой дозы для растений при облучении необходимо при использовании гербицидных устройств. При умеренных дозах излучения можно применять бактерицидные лампы для уничтожения микроорганизмов растений, не нанося вреда самим растениям.

Примером сельскохозяйственной нанотехнологии может служить и облучение растений когерентным светом. Растения обрабатывают квазимонохроматическим светом с высокой и низкойкогерентностью.

4.4 Применение наночестиц при проращивании семян

Наночастицы, благодаря  своему малому размеру, исчисляемому в нанометрах, легко проникают в клетки животных и человека, чуть труднее – в клетки растений по причине их прочной, твёрдой клеточной стенки. Не так давно ученые задались еще одним вопросом: могут ли наночастицы проникать в семена растений, оболочка которых еще более толстая? Исследователи отмечают, что семена некоторых видов растений способны накапливать тяжелые металлы, такие как барий или свинец. На основании этого существует предположение, что некоторые наноразмерные частицы будут также проникать сквозь оболочку семян и влиять на их прорастание. Для участия в эксперименте (работа американских учёных по воздействию наночастиц на семена растений) были использованы семена самого миниатюрного сорта помидор – Micro-Tom, а в качестве объектов исследования – многостенные углеродные нанотрубки. Стерильные семена высевали на твёрдую питательную среду с содержанием 10, 20, 40 мкг/мл нанотрубок. В контрольной группе семена росли в такой же среде, только без добавления наночастиц. Уже на 3-ий день на средах с нанотрубками проросло более 30% семян. Здесь проростки быстрее набирали биомассу и имели большую длину побегов в отличие от растений контрольной группы: там подобные показатели были достигнуты только к 12-му дню. Наличие нанотрубок внутри семян было показано при помощи рамановской спектроскопии. В клетках корня при помощи микрофотографии корневой системы проростков также были обнаружены нанотрубки.