農業のスマートかつ正確な実現を支援

キング・アブドラ科学技術大学 (KAUST)

画像: 材料科学者のカティア・ペレスと植物科学者のヤグズ・アラゴズは、作物への微量栄養素の正確な供給を向上させる新しいスマート材料の開発に協力しました。もっと見る

クレジット: © 2023 KAUST.

量と質の両面で世界的な食料需要の増加に応えるには、作物の生産性と栄養価の向上が必要です。 この問題に対処するためにKAUSTの研究者が研究している戦略は、ストレス耐性を刺激し、作物の収量と病原体に対する耐性を高めるために果物や穀物に貯蔵できる成長刺激化合物や微量栄養素などの生理活性分子の制御された送達である。

KAUST の植物科学者であるサリム・アル・バビリ氏は、「農薬を正確に制御して供給するためのスマート プラットフォームを開発するという明確な需要があります」と述べています。

「肥料のカプセル化と同様に、作物の栄養価を向上させるために、人間の微量栄養素として機能する亜鉛などのミネラルをカプセル化して供給する必要もあります。」

Ph.D.が率いる学際的なチーム。 学生のKatya PerezとポスドクのYagiz Alagozは、証明された成長刺激活性で植物の成長を促進する、成長調節剤ザキシノンの合成模倣体（MiZax-3）をスマートに送達するための新しい製剤を開発しました[1]。

ゼオライト系イミダゾレートフレームワーク (ZIF) を使用した生体模倣石化は、疎水性の小さな分子から親水性の大きなタンパク質に至るまで、さまざまな化学物質をカプセル化するために広く使用されている方法です。

「過去 10 年にわたり、私たちは中性の小さな化学物質から帯電した高分子量の生物製剤に至るまで、多種多様な貨物をカプセル化できるさまざまな刺激応答性プラットフォームを開発してきました」とカシャブ氏は言います。

研究者らは、MiZax-3をプラットフォームとして効率的に搭載できるナノスケールの金属有機フレームワーク（MOF）である亜鉛含有ZIF-8を使用し、実際のフィールド条件下で高温で安定性を維持し、放出した。 pH に依存した方法で MiZax-3 をロードします。 彼らはまず、MiZIFsと名付けたこの新しい配合物を、水耕栽培培地のトマトとパールミレットの苗に適用する小規模実験でテストした。 MiZIF の適用によりトマトとパールミレットの苗の生重が増加したことは、MiZIF 複合体が苗の初期段階で植物の成長を促進する生理活性 MiZax-3 を効果的に放出できることを示しています。

ペレス氏は、微量栄養素を正確に供給するために簡単にスケールアップできる新しいスマート材料を開発することの重要性を指摘しています。 「MiZIF プラットフォームのおかげで、よりトランスレーショナルリサーチを行う機会が得られました」と彼女は説明します。

この心強い発見により、チームはトウガラシを使った小規模圃場試験を実施することにより、圃場条件下での MiZIF の成長促進効率を評価することになりました。 MiZax-3 および MiZIF で処理した苗木は、対照よりも有意に多くの花芽を持っていました。 さらに、ZIF-8、MiZax-3、および MiZIFs 処理は、最初の処理から 6 週間および 8 週間後に観察された草丈を大幅に高め、対照と比較して 2 回連続の収穫で記録された収量を増加させました。

研究者らは、フレームワーク内の Zn イオン (配位イオン) が、ZIF-8 および MIZIF で処理された作物で観察された性能の向上に寄与していると仮説を立てました。 これは、ナノスケールの金属および微量栄養素処理が収量促進に影響を与えることを示した他の作物における研究と一致しています。 最も重要なことは、MiZIF で処理した植物は果実の亜鉛含有量がほぼ 2 倍増加したことです。これは微量栄養素の強化に非常に有望であり、カプセル化された MiZax が根圏から果実への亜鉛の輸送の促進または輸送にプラスの影響を与えていることを示しています。

アラゴズ氏は、この研究により、精密農業における特定の微量栄養素の供給に、生体適合性があり、経済的に実行可能な他の調整ベースのシステムを採用する可能性が開かれたと述べています。