Aiutare l’agricoltura ad essere intelligente e precisa

Università della Scienza e della Tecnologia Re Abdullah (KAUST)

immagine: La scienziata dei materiali Katya Pérez e la scienziata delle piante Yağız Alagöz hanno collaborato per sviluppare nuovi materiali intelligenti per migliorare la distribuzione precisa dei micronutrienti alle colture.vedere di più

Credito: © 2023 KAUST.

Sono necessari miglioramenti nella produttività delle colture e nel valore nutrizionale per soddisfare la crescente domanda globale di cibo in termini sia di quantità che di qualità. Una strategia studiata dai ricercatori KAUST per affrontare il problema è la fornitura controllata di molecole bioattive, come composti stimolanti la crescita e micronutrienti che possono essere conservati nella frutta o nei cereali per stimolare la tolleranza allo stress e migliorare la resa del raccolto e la resistenza agli agenti patogeni.

“C’è una chiara richiesta di sviluppare piattaforme intelligenti per la consegna precisa e controllata di prodotti chimici per l’agricoltura”, afferma Salim Al-Babili, scienziato vegetale della KAUST.

“Oltre all’incapsulamento dei fertilizzanti, esiste anche la necessità di incapsulare e fornire minerali che agiscono come micronutrienti umani, come lo zinco, per migliorare il valore nutrizionale delle colture”.

Un team interdisciplinare, guidato dal Ph.D. la studentessa Katya Perez e il postdoc Yagiz Alagoz, hanno sviluppato una nuova formulazione per la somministrazione intelligente di un mimo sintetico del regolatore della crescita zaxinone (MiZax-3), che promuove la crescita delle piante con una comprovata attività stimolante della crescita[1].

La mineralizzazione biomimetica utilizzando strutture zeolitiche di imidazolato (ZIF) è un metodo ampiamente utilizzato per incapsulare una gamma di sostanze chimiche, da piccole molecole idrofobiche a grandi proteine ​​idrofile.

“Negli ultimi dieci anni, abbiamo sviluppato una gamma di piattaforme sensibili agli stimoli in grado di incapsulare un’impressionante varietà di carichi, che vanno dalle piccole sostanze chimiche neutre ai prodotti biologici carichi ad alto peso molecolare”, afferma Khashab.

I ricercatori hanno utilizzato ZIF-8 contenente zinco, una struttura metallo-organica (MOF) su scala nanometrica in grado di caricare in modo efficiente MiZax-3 come piattaforma, mantenendolo stabile alle alte temperature, in condizioni di campo reali e rilasciando il carico del MiZax-3 in modo dipendente dal pH. Inizialmente hanno testato la nuova formulazione, che hanno chiamato MiZIF, in un esperimento su piccola scala applicandola a piantine di pomodoro e miglio perlato in mezzi idroponici. L’applicazione dei MiZIF ha aumentato il peso fresco delle piantine di pomodoro e miglio perlato, indicando che il complesso MiZIF può rilasciare efficacemente MiZax-3 bioattivo, che promuove la crescita delle piante nella fase iniziale della piantina.

Perez sottolinea l’importanza di sviluppare nuovi materiali intelligenti che siano facili da ampliare per un rilascio preciso di micronutrienti. "La piattaforma MiZIFs ci ha dato l'opportunità di fare più ricerche traslazionali", spiega.

I risultati incoraggianti hanno spinto il team a valutare l’efficienza di promozione della crescita dei MiZIF in condizioni sul campo eseguendo una prova sul campo su piccola scala con il peperoncino. Le piantine trattate con MiZax-3 e MiZIF avevano un numero di boccioli fiorali significativamente più elevato rispetto al controllo. Inoltre, il trattamento con ZIF-8, MiZax-3 e MiZIF ha aumentato significativamente l’altezza delle piante osservata a sei e otto settimane dopo i primi trattamenti e ha aumentato la resa registrata in due raccolti consecutivi rispetto al controllo.

I ricercatori hanno ipotizzato che gli ioni Zn nella struttura (gli ioni coordinanti) contribuissero al miglioramento delle prestazioni osservato con le colture trattate con ZIF-8 e MIZIF. Ciò è coerente con la ricerca condotta su altre colture che mostra gli effetti di promozione della resa dei trattamenti con metalli e micronutrienti su scala nanometrica. Ancora più importante, le piante trattate con MiZIF hanno mostrato un aumento quasi doppio del contenuto di zinco nel frutto, il che è molto promettente per l’arricchimento dei micronutrienti, indicando un impatto positivo del MiZax incapsulato sul miglioramento o sul trasporto dello zinco dalla rizosfera al frutto.

Alagoz afferma che il lavoro apre la possibilità di impiegare altri sistemi basati sul coordinamento biocompatibili ed economicamente sostenibili per la distribuzione di micronutrienti specifici nell’agricoltura di precisione.