Onderzoekers hebben onthuld dat commerciële pesticiden kunnen worden toegepast op gewassen in de Cucurbitaceae familie om hun ophoping van hydrofobe verontreinigende stoffen te verminderen, waardoor de gewasveiligheid wordt verbeterd. De onderzoeksgroep bestond uit Fujita Kentaro (1e jaars Ph.D. student) van de Graduate School of Agricultural Science van Kobe University, Academisch onderzoeker Yoshihara Ryouhei (nu een assistent-professor aan de Saitama University) en universitair hoofddocent Inui Hideyuki van het Biosignal Research Center van Kobe University, Senior onderzoekswetenschapper Kondoh Yasumitsu, Technische Staf Honda Kaori en Groepsdirecteur Osada Hiroyuki van RIKEN, en hoofdonderzoeker Haga Yuki en senior wetenschapper Matsumura Chisato van Hyogo Prefectural Institute of Environmental Sciences.

Het team ontwikkelde twee benaderingen om de functies van plantaardige eiwitten te controleren die verband houden met het transport van hydrofobe verontreinigende stoffen. Deze bevindingen zullen ertoe leiden dat deze nieuwe functies van pesticiden worden gebruikt in de landbouw, waardoor veiliger gewassen kunnen worden geproduceerd. Deze resultaten zijn online gepubliceerd in het internationale wetenschappelijke tijdschrift Wetenschap van de totale omgeving op 23 juni en in Milieuvervuiling op 18 juli.

Hoofdpunten

• Gewassen in de Cucurbitaceae familie kunnen hydrofobe verontreinigende stoffen (zoals dioxines) in hun fruit van verontreinigde grond accumuleren. Grote latexachtige eiwitten (MLP's) spelen een sleutelrol bij het transporteren van hydrofobe verontreinigende stoffen naar hun fruit.
• Benadering 1 :Behandeling met een pesticide dat de expressie van het MLP-gen onderdrukt, verlaagt de concentraties van hydrofobe verontreinigende stoffen in het xyleemsap.
• Benadering 2 :Behandeling met een bestrijdingsmiddel dat bindt aan MLP's remt de binding van de eiwitten aan hydrofobe verontreinigende stoffen. Dus, de concentraties van hydrofobe verontreinigende stoffen in het xyleemsap die via MLP's werden getransporteerd, werden verlaagd.
• Er werd aangetoond dat pesticiden een eenvoudige en goedkope oplossing kunnen bieden voor de productie van veiligere gewassen.
• Deze studie onthulde, voor het eerst ter wereld, een nieuwe manier waarop pesticiden in de landbouw kunnen worden gebruikt, die verschilt van de huidige methoden.

Hydrofobe verontreinigende stoffen zijn onder meer dioxines, het insecticide dieldrin, en hormoonontregelaars. Deze verontreinigende stoffen zijn zeer giftig, en de vervaardiging en het gebruik ervan zijn nu verboden. Echter, deze stoffen werden in grote hoeveelheden gebruikt totdat ze werden verboden, veroorzaakt wijdverbreide milieuvervuiling die ook landbouwgrond aantast.

De Cucurbitaceae familie omvat gewassen zoals komkommers en pompoenen. Leden van deze familie verschillen van andere plantensoorten doordat ze hoge concentraties hydrofobe verontreinigende stoffen in hun fruit accumuleren. Universitair hoofddocent Inui et al. eerder ontdekt dat belangrijke latex-achtige eiwitten (MLP's) in de Cucurbitaceae familie spelen een sleutelrol in deze accumulatie. MLP's binden aan hydrofobe verontreinigende stoffen die door de wortels van de plant uit de bodem worden opgenomen. De Cucurbitaceae familie accumuleren vervolgens hydrofobe verontreinigende stoffen in de bladeren en vruchten via het sap in de stengels (Figuur 1). Bijgevolg, MLP's zijn een belangrijke factor die besmetting van gewassen veroorzaakt in de Cucurbitaceae familie.

Wanneer blijkt dat gewassen hydrofobe verontreinigende stoffen hebben opgehoopt boven de restlimiet, alle gewassen die op hetzelfde land worden verbouwd, kunnen niet worden verkocht, met grote economische verliezen voor de producent tot gevolg. Om deze reden, er is veel onderzoek gedaan naar manieren om hydrofobe verontreinigende stoffen uit landbouwgrond te verwijderen, een kosteneffectieve en efficiënte methode moet echter nog worden gevonden. Daarom, er is dringend behoefte aan de ontwikkeling van technologie voor de teelt van veiligere gewassen op bouwland dat is verontreinigd met hydrofobe verontreinigende stoffen.

Deze studie richtte zich op pesticiden waarvan is bevestigd dat ze veilig zijn. De onderzoekers probeerden twee benaderingen om de accumulatie van hydrofobe verontreinigende stoffen via MLP's te onderdrukken:het gebruik van een 'pesticide dat de MLP-genexpressie onderdrukt' en een 'MLP-bindend pesticide'. Ze waren gericht op het produceren van veiligere komkommerachtige gewassen.

Benadering 1 (gepubliceerd in Wetenschap van de totale omgeving )

De toepassing van een pesticide dat de MLP-genexpressie onderdrukt, vermindert de concentratie van MLP's in de wortels en xyleemsap. Dit suggereerde dat de concentraties van hydrofobe verontreinigende stoffen die via MLP in de vruchten worden verzameld, ook zouden worden verminderd.

Eerst, experimenten werden uitgevoerd om een ​​pesticide te selecteren dat de MLP-genexpressie zou kunnen onderdrukken van vijf soorten pesticide die op de Cucurbitaceae familie (de insecticiden Guardbait, Stark, en Diazinon en de fungiciden Benlate en Daconil). Daconil werd gekozen omdat uit de behandeling bleek dat het actieve ingrediënt de MLP-genexpressie kon verminderen. Volgende, er werd bevestigd dat de concentraties van MLP's in de wortels en xyleemsap van courgettes die werden gekweekt in grond die verontreinigd was met hydrofobe verontreinigende stoffen, werden verminderd door de behandeling met Daconil. Verder, de concentraties van hydrofobe verontreinigende stoffen in het xyleemsap daalden met 52%.

Benadering 2 (gepubliceerd in Milieuvervuiling )

De toepassing van MLP-bindend pesticide remt de binding van MLP's aan hydrofobe verontreinigende stoffen in de wortels. Met andere woorden, de hoeveelheid MLP's die zich bindt aan de verontreinigende stoffen wordt verminderd. Er werd verondersteld dat deze benadering de concentraties van hydrofobe verontreinigende stoffen die via MLP's in de vruchten worden verzameld, zou verminderen.

Allereerst, chemische arrays met ongeveer 22, 000 verbindingen van de RIKEN NPDepo werden gebruikt om verbindingen te identificeren die aan MLP's bonden. Het insecticide Colt dat kan worden toegepast op gewassen in de Cucurbitaceae familie werd geselecteerd uit commerciële pesticiden met vergelijkbare structuren als MLP-bindende verbindingen. Toen Colt's actieve ingrediënt reageerde met zowel MLP's als de hydrofobe verontreinigende stoffen, de concentratie van MLP's gebonden aan deze verontreinigende stoffen daalde met 78%. In aanvulling, de concentraties van deze verontreinigende stoffen in het xyleemsap daalden met 15% na behandeling met Colt.

Verder onderzoek

Deze studie onthulde, voor het eerst ter wereld, that it is possible to cultivate safer crops in contaminated soil through the control of the plant's functions. This achievement could reduce the number of cases where producers experience economic losses due to being unable to sell crops grown in contaminated soil. Verder, this will also provide consumers with safe produce.

A new method of utilizing pesticides has been revealed by this research. For the first time in the world, this study has revealed a novel aspect of pesticides beyond their original functions of preventing pests or weed growth. Pesticides are thought to be extremely safe because they have to pass numerous strict safety tests. Verder, the standardized treatment of crops with pesticides is simple and inexpensive. Daarom, it is anticipated that the method developed by this study to reduce hydrophobic pollutants using pesticides will become widespread across the globe.