Исследователи из Университета штата Северная Каролина разработали текстильную «броню из растений», которая заставляет насекомых перемещаться по лабиринту, если они пытаются добраться до растения. Этот дизайн был более эффективен для предотвращения проникновения насекомых к растениям капусты в нескольких экспериментах по сравнению с альтернативным покрытием посевов.
Основываясь на своих выводах, исследователи заявили, что Plant Armor может стать более эффективной альтернативой для защиты от насекомых, не содержащей химикатов.
«Мы обнаружили, что эту новую технологию можно использовать для защиты от насекомых, от которых мы не думали, что сможем защитить», - сказал первый автор исследования Грейсон Кейв, докторант в штате Северная Каролина.«Мы показали, что можем использовать механический барьер, который защитит от табачного трипса и, возможно, других насекомых, позволяя растению расти и процветать под ним».
Ранее растительные покровы были разработаны таким образом, чтобы исключать насекомых только из-за их размера - например, оконные сетки, - говорят исследователи. Тем не менее, эта стратегия может быть проблематичной для защиты от таких мелких насекомых, как табачный трипс, размер которого примерно с кончик карандаша.
«Чтобы исключить насекомых, которые действительно маленькие, используя традиционные текстильные покрытия, размер отверстий должен быть настолько маленьким, чтобы он также предотвращал проникновение воды, воздуха и влаги», - сказал старший научный сотрудник исследования Майк. Роу, Уильям Нил Рейнольдс, заслуженный профессор энтомологии штата Северная Каролина. «Нам пришлось придумать другой способ исключения насекомых, помимо размера пор».
С этой целью исследователи разработали трехслойное трехмерное покрытие, связанное с использованием прозрачной пряжи в самом внешнем и самом внутреннем слоях. Пряжа, которая может быть изготовлена из переработанного пластика, по-прежнему пропускает солнечный свет, но не дает насекомым добраться до растений. Трикотажный внутренний слой расположен перпендикулярно двум окружающим слоям, создавая лабиринтную структуру внутри Plant Armor.
«С нашим дизайном насекомое должно выяснить, как пройти через лабиринт, чтобы добраться до растения на другой стороне», - сказал Роу. «Извилистость усложняет прохождение. У насекомого есть определенное количество времени, чтобы найти пищу, иначе оно умрет. Это время относительно быстро для молодого насекомого».
В первом из трех экспериментов исследователи обнаружили, что насекомым требуется значительно больше времени, чтобы проникнуть в растительную броню. Они поместили капустный лист и 10 табачных трипсов в чашку Петри, разделив их растительной броней или другим покровом. Пятерым трипсам потребовалось около трех часов, чтобы пройти через растительную броню, в то время как им потребовалось всего 12 минут, чтобы пересечь имеющийся в продаже однослойный покров сельскохозяйственных культур. В том же эксперименте с молодыми некормленными гусеницами их конструкция была почти на 90% эффективна в предотвращении пересечения некормленными молодыми гусеницами растительной брони за 12 часов.
«В реальной жизни у насекомого есть много других вариантов, куда пойти, чтобы найти пищу; это был наихудший сценарий, когда у них было только одно место», - сказал Роу. «Поэтому мы ожидаем, что в естественной среде защита будет намного лучше».
Когда исследователи проверяли, насколько хорошо они могут защитить растения капусты в горшках в клетке с некормленными гусеницами, незакрытые растения были заражены и почти полностью съедены, в то время как растения, покрытые и запечатанные с помощью Plant Armor, не были. За 10 дней на укрытых растениях не нашли ни одной гусеницы.
Их последним экспериментом были трехмесячные полевые испытания на открытом воздухе, чтобы проверить, насколько хорошо работает Plant Armor, когда они использовали его в качестве покрытия для теплицы. Исследователи обнаружили, что растения, покрытые растительной броней, в среднем были крупнее; масса капусты под растительной броней почти в три раза превышала контрольную.
Исследователи заявили, что требуется дополнительная работа, чтобы определить, удалось ли им успешно исключить насекомых из-за толщины, размера пор или лабиринтной структуры внутреннего слоя. Тем не менее, их работа свидетельствует о том, что их конструкция, не содержащая химикатов, может работать против крошечных тварей.
«Трипсы очень маленькие», - сказал Кейв. «Если бы мы могли не допустить их, мы думаем, что у нас есть хорошие шансы не допустить проникновения других, более крупных насекомых. А что касается новорожденных гусениц - они должны питаться немедленно, и это самая маленькая стадия гусениц. хорошие предварительные данные о том, что это поможет защитить и от других гусениц».
Исследователи считают, что их посевной покров может стать хорошей альтернативой таким ценным культурам, как виноград. В будущих исследованиях они также хотят выяснить, можно ли использовать покрытие для защиты растений в экстремальных условиях и при изменении климата.
«Часть того, что мы делаем, - это поиск нового, умного текстиля», - сказал соавтор исследования Андре Уэст, доцент кафедры управления текстилем, одеждой и технологиями в штате Северная Каролина и директор Zeis Textiles Extension.«Мы думаем, что этот дизайн может помочь фермерам в экстремальных условиях или там, где производство сельскохозяйственных культур ограничено в определенных областях. Он также может стать альтернативой для органических фермеров. Мало того, что сам продукт сделан из переработанных материалов, он также может быть переработан повторно.."
Исследование «Новые трехмерные прокладочные ткани для защиты сельскохозяйственных культур от заражения насекомыми и улучшения роста растений» было опубликовано в Интернете в журнале «Сельское хозяйство». Среди соавторов Мэриан Г. МакКорд, старший вице-ректор Университета Нью-Гэмпшира и адъюнкт-профессор Департамента лесных биоматериалов штата Северная Каролина; Брайан Коэн и Бенджамин Бек из Luna Innovations; и Жан М. Дегенон и Кун Луан, ученые-исследователи с докторской степенью в штате Северная Каролина.
Этот документ основан на работе, поддержанной Национальным институтом продовольствия и сельского хозяйства Министерства сельского хозяйства США в соответствии с Соглашением № 2015-33610-23785 Программы грантов на исследования в области инноваций для малого бизнеса. Любые мнения, выводы и выводы или рекомендации, изложенные в этой публикации, принадлежат автору (авторам) и не обязательно отражают точку зрения Министерства сельского хозяйства США. Кейв частично поддерживался ассистентом преподавателя из штата Северная Каролина, а Кейв и Роу поддерживаются Сельскохозяйственной экспериментальной станцией Северной Каролины.
Конфликт интересов: Vector Textiles владеет эксклюзивной лицензией на патент, связанный с технологией Plant Armor. МакКорд, Роу и Уэст являются изобретателями патента, относящегося к технологии, принадлежащей штату Северная Каролина, и получат долю в доходах, полученных от коммерциализации.