Ajudar a agricultura a ser inteligente e precisa

Universidade Rei Abdullah de Ciência e Tecnologia (KAUST)

imagem: A cientista de materiais Katya Pérez e o cientista de plantas Yağız Alagöz colaboraram para desenvolver novos materiais inteligentes para melhorar a entrega precisa de micronutrientes às culturas.Veja mais

Crédito: © 2023 KAUST.

São necessárias melhorias na produtividade das culturas e no valor nutricional para satisfazer a crescente procura global de alimentos, tanto em termos de quantidade como de qualidade. Uma estratégia que está sendo investigada pelos pesquisadores da KAUST para resolver o problema é a entrega controlada de moléculas bioativas, como compostos estimuladores do crescimento e micronutrientes que podem ser armazenados em frutas ou grãos para estimular a tolerância ao estresse e aumentar o rendimento das culturas e a resistência a patógenos.

“Há uma demanda clara para desenvolver plataformas inteligentes para a entrega precisa e controlada de agroquímicos”, diz Salim Al-Babili, cientista de plantas da KAUST.

“Além do encapsulamento de fertilizantes, há também a necessidade de encapsular e fornecer minerais que atuam como micronutrientes humanos, como o zinco, para melhorar o valor nutricional das culturas.”

Uma equipe interdisciplinar, liderada pelo Ph.D. a estudante Katya Perez e o pós-doutorado Yagiz Alagoz desenvolveram uma nova formulação para a entrega inteligente de um imitador sintético do regulador de crescimento zaxinona (MiZax-3), que promove o crescimento das plantas com atividade estimulante de crescimento comprovada [1].

A mineralização biomimética usando estruturas zeolíticas de imidazolato (ZIFs) é um método amplamente utilizado para encapsular uma variedade de produtos químicos, desde pequenas moléculas hidrofóbicas até grandes proteínas hidrofílicas.

“Na última década, desenvolvemos uma série de plataformas responsivas a estímulos que podem encapsular uma variedade impressionante de cargas, desde pequenos produtos químicos neutros até produtos biológicos carregados de alto peso molecular”, diz Khashab.

Os pesquisadores usaram o ZIF-8 contendo zinco, uma estrutura metal-orgânica (MOF) em nanoescala que pode carregar eficientemente o MiZax-3 como plataforma, mantendo-o estável em altas temperaturas, sob condições de campo da vida real, e liberando a carga do MiZax-3 de maneira dependente do pH. Eles testaram inicialmente a nova formulação, que chamaram de MiZIFs, em um experimento de pequena escala, aplicando-a a mudas de tomate e milheto em meio hidropônico. A aplicação de MiZIFs melhorou o peso fresco das mudas de tomate e milheto, indicando que o complexo MiZIF pode efetivamente liberar MiZax-3 bioativo, que promove o crescimento das plantas na fase inicial das mudas.

Perez observa a importância de desenvolver novos materiais inteligentes que sejam fáceis de ampliar para fornecimento preciso de micronutrientes. “A plataforma MiZIFs deu-nos a oportunidade de fazer mais investigação translacional”, explica ela.

As descobertas encorajadoras levaram a equipe a avaliar a eficiência dos MiZIFs na promoção do crescimento em condições de campo, realizando um teste de campo em pequena escala com capsicum. Mudas tratadas com MiZax-3 e MiZIFs apresentaram número de botões florais significativamente maior que o controle. Além disso, o tratamento ZIF-8, MiZax-3 e MiZIFs melhorou significativamente a altura das plantas observada seis e oito semanas após os primeiros tratamentos e aumentou o rendimento registado em duas colheitas consecutivas em comparação com o controlo.

Os pesquisadores levantaram a hipótese de que os íons Zn na estrutura (os íons coordenadores) estavam contribuindo para o melhor desempenho observado com as culturas tratadas com ZIF-8 e MIZIFs. Isto é consistente com pesquisas em outras culturas que mostram os impactos na promoção do rendimento dos tratamentos com metais e micronutrientes em nanoescala. Mais importante ainda, as plantas tratadas com MiZIFs mostraram um aumento de quase duas vezes no teor de zinco nos frutos, o que é muito promissor para a fortificação de micronutrientes, indicando um impacto positivo do MiZax encapsulado no aumento ou transporte de zinco da rizosfera para os frutos.

Alagoz diz que o trabalho abre possibilidades de emprego de outros sistemas baseados em coordenação biocompatíveis e economicamente viáveis ​​para fornecimento de micronutrientes específicos na agricultura de precisão.