Science >> Wetenschap >  >> nanotechnologie

Onderzoekers formuleren gecontroleerde afgifte van micronutriënten om de plantengroei te bevorderen

Grafische samenvatting. Krediet:Nanobrieven (2023). DOI:10.1021/acs.nanolett.2c04506

Verbeteringen in de productiviteit van gewassen en de voedingswaarde zijn nodig om te voldoen aan de toegenomen mondiale vraag naar voedsel, zowel in termen van kwantiteit als kwaliteit. Een strategie die door KAUST-onderzoekers wordt onderzocht om dit probleem aan te pakken, is de gecontroleerde afgifte van bioactieve moleculen, zoals groeistimulerende verbindingen en micronutriënten die kunnen worden opgeslagen in fruit of granen om de stresstolerantie te stimuleren en de gewasopbrengst en de weerstand tegen ziekteverwekkers te verbeteren. P>

"Er is een duidelijke vraag om slimme platforms te ontwikkelen voor de nauwkeurige en gecontroleerde levering van landbouwchemicaliën", zegt KAUST-plantenwetenschapper Salim Al-Babili.

"Naast het inkapselen van meststoffen is er ook behoefte aan het inkapselen en leveren van mineralen die fungeren als menselijke micronutriënten, zoals zink, om de voedingswaarde van gewassen te verbeteren."

Een interdisciplinair team, geleid door Ph.D. student Katya Perez en postdoc Yagiz Alagoz hebben een nieuwe formulering ontwikkeld voor de slimme toediening van een synthetische nabootsing van de groeiregulator zaxinone (MiZax-3), die de plantengroei bevordert met bewezen groeistimulerende activiteit. Hun onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Nano Letters .

Biomimetische mineralisatie met behulp van zeolitische imidazolaatraamwerken (ZIF's) is een veelgebruikte methode voor het inkapselen van een reeks chemicaliën, van kleine hydrofobe moleculen tot grote hydrofiele eiwitten.

"De afgelopen tien jaar hebben we een reeks op stimuli reagerende platforms ontwikkeld die een indrukwekkende verscheidenheid aan lading kunnen inkapselen, variërend van neutrale kleine chemicaliën tot geladen biologische geneesmiddelen met een hoog molecuulgewicht", zegt Khashab.

De onderzoekers gebruikten het zinkhoudende ZIF-8, een metaal-organisch raamwerk (MOF) op nanoschaal dat MiZax-3 efficiënt als platform kan laden, terwijl het stabiel blijft bij hoge temperaturen, onder reële veldomstandigheden, en vrijgeeft de MiZax-3 laadt pH-afhankelijk.

Materiaalwetenschapper Katya Pérez en plantenwetenschapper Yağız Alagöz werkten samen om nieuwe slimme materialen te ontwikkelen om de precieze afgifte van micronutriënten aan gewassen te verbeteren. Credit:KAUST

Ze testten de nieuwe formulering, die ze MiZIFs noemden, aanvankelijk in een kleinschalig experiment door deze toe te passen op tomaten- en parelgierstzaailingen in hydrocultuurmedia. De toepassing van MiZIF's verhoogde het verse gewicht van tomaten- en parelgierstzaailingen, wat aangeeft dat het MiZIF-complex effectief bioactieve MiZax-3 kan vrijgeven, wat de plantengroei in het vroege zaailingstadium bevordert.

Perez wijst op het belang van de ontwikkeling van nieuwe slimme materialen die eenvoudig op te schalen zijn voor een nauwkeurige afgifte van micronutriënten. "Het MiZIFs-platform gaf ons de mogelijkheid om meer translationeel onderzoek te doen", legt ze uit.

De bemoedigende bevindingen waren voor het team aanleiding om de groeibevorderende efficiëntie van MiZIFs onder veldomstandigheden te beoordelen door een kleinschalige veldproef met paprika uit te voeren. Zaailingen behandeld met MiZax-3 en MiZIFs hadden een significant hoger aantal bloemknoppen dan de controle. Bovendien verbeterde de ZIF-8-, MiZax-3- en MiZIFs-behandeling de planthoogte aanzienlijk, waargenomen zes en acht weken na de eerste behandelingen, en verhoogde de opbrengst die werd geregistreerd bij twee opeenvolgende oogsten vergeleken met de controle.

De onderzoekers veronderstelden dat de Zn-ionen in het raamwerk (de coördinerende ionen) bijdroegen aan de verbeterde prestaties die werden waargenomen bij met ZIF-8 en MIZIFs behandelde gewassen. Dit komt overeen met onderzoek bij andere gewassen dat de opbrengstbevorderende effecten van behandelingen met metalen en micronutriënten op nanoschaal aantoont.

Het belangrijkste is dat de met MiZIFs behandelde planten een bijna tweevoudige toename van het zinkgehalte in fruit vertoonden, wat veelbelovend is voor de verrijking van micronutriënten, wat wijst op een positieve impact van ingekapselde MiZax op de verbetering of het transport van zink van de rhizosfeer naar het fruit.

Alagoz zegt dat het werk mogelijkheden opent voor het gebruik van andere biocompatibele en economisch levensvatbare, op coördinatie gebaseerde systemen voor specifieke levering van micronutriënten in de precisielandbouw.

"Dit is de eerste studie die de succesvolle verpakking van MiZax-3 met MiZIF's aantoont als een slim agrochemisch leveringsplatform om de gewasopbrengst en het zinkgehalte van fruit in paprika op veldschaal te verbeteren", merkt hij op.

Het team voert nu experimenten op nog grotere schaal uit op verschillende locaties en in verschillende seizoenen om meer gegevens te verzamelen voor het gebruik van dit slimme platform op andere gewassoorten. Hun onderzoek werd ook geselecteerd om onder de aandacht te worden gebracht op de Wetenschap website als onderzoekshoogtepunt uit andere tijdschriften.

Meer informatie: Katya M. Aguliar Perez et al, Biomimetische mineralisatie voor slimme afgifte van biostimulantia en verrijking van micronutriënten in gewassen, Nano Letters (2023). DOI:10.1021/acs.nanolett.2c04506

Journaalinformatie: Nanobrieven , Wetenschap

Aangeboden door King Abdullah University of Science and Technology




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Kunstmatige intelligentie lost conflicten op die onderzoek naar diergedrag belemmeren
  2. Hypermutators zorgen ervoor dat pathogene schimmels sneller evolueren
  3. Mediterrane wijnmakerijen bevinden zich in een klimaathotspot. Klimatologen helpen hen zich aan te passen
  4. Eiwitarm dieet in het vroege leven verlengt de levensduur van fruitvliegen
  5. Wetenschappers ontdekken een nieuw mechanisme voor de export van bacteriële polysachariden
  6. Vooruitgang in het begrijpen van de evolutie van maagverlies bij maagvissen
  7. Wetenschappers ontrafelen de mysteries van de communicatie tussen orang-oetans
  8. Geheimen van sargassum:wetenschappers vergroten de kennis over zeewier dat chaos veroorzaakt in het Caribisch gebied en West-Afrika
  9. Hoe de bacteriegroei in petrischalen te meten

Wetenschap