Vågner sovende planter med plasmaer

Kommercielle afgrøder som druer, ferskner, bær og blomsterløg går alle i dvale om vinteren, sover hovedsageligt gennem sæsonens kulde, før de fortsætter med at vokse, blomstrer og frugter igen i de varmere måneder.

En kritisk bekymring for kommercielle landmænd er at have en god og synkroniseret trævækst. Problemet i milde vinterklimaer er, at planter ikke får nok køling, og vækstgenoptagelse bliver spredt med nogle knopper, der endda ikke vokser. Når frugtplantager med sovende træer begynder at vokse på omtrent samme tid, dette gør generelt pleje af træer og høst lettere og billigere - men trævækst og dets timing styres af vinterens uforudsigelige vildmarker.

Nu har en gruppe forskere fra Jazan University i Saudi -Arabien opdaget en effektiv ny måde at kontrollere vindruernes og andre frugtplanteres hviletid, ved at bruge højteknologiske plasmaer til at vække dem fra vinterens søvn.

Arbejdet kan hjælpe med at udvide dyrkningen af ​​frugtafgrøder og prydplanter hjemmehørende i tempererede klimaer til dele af verden, hvor vintrene er mildere, herunder det sydlige USA, Mexico, Brasilien, Syd Asien, Sydøstasien og Mellemøsten. Det kan også afbøde problemerne ved stigende temperaturer på grund af global opvarmning i visse dele af verden.

Arbejdet blev udført af et team af forskere bestående af Habib Khemira, en gartner; Zaka-ul-Islam Mujahid, en plasma fysiker; og Taieb Tounekti, en plantefysiolog. "Kunstige metoder til at frigive hviletid forventes at blive vigtigere i den nærmeste fremtid på grund af global opvarmning, "sagde Mujahid, der præsenterer arbejdet i næste uge på American Physical Society 71st Annual Gaseous Electronics Conference og 60. årlige møde i APS Division of Plasma Physics, som finder sted 5.-9. november i Oregon Convention Center i Portland.

Selvom metoden fungerede i laboratoriet, den skal stadig testes i marken og vise sig kommercielt gennemførlig og økonomisk levedygtig til gavn for fødevareproduktion i industriel skala.

At sove, Perchance til Bud

Mens den kolde vinter kryber mod de ensomme frugtplantager, afgrøder føler de længere nætter og friskere dage og tilpasser sig ved at blive sovende. Fra efteråret, de kaster deres blade, bremse deres metaboliske aktivitet og gå ind i en "søvnig" tilstand, hvor de vil fortsætte gennem de kølige måneder.

Planter frigives fra deres Jack Frost -søvn ved vinterens kulde. De fornemmer kulden, holde styr på kolde dage i vinterens døde, og når der er nok af de kolde dage, planterne reagerer ved at øge deres metaboliske processer, der fører til knoppebrydning og skydevækst, når de varmere forårsdage kommer.

Men når planter vokser i milde vinterområder eller klimaet bliver varmere, de får muligvis ikke nok chilling til at slippe deres knopper til tiden. Nogle gange med vildt vejrmønstre, du finder blomster, frugt og sovende knopper alle på samme træ på samme tid. Over en hel plantage, dette kan forårsage asynkron afgrødemodning - et uønsket resultat for landmænd, fordi det komplicerer operationer som skadedyrsbekæmpelse og øger lønomkostningerne og sænker udbyttet.

En af udfordringerne for moderne landbrug er at finde måder at skubbe det maksimale antal knop på planter til at vokse, og at bære blomst og frugt på samme tid. Dette ville svare til et større bladareal for at fodre den voksende frugt, og til en større afgrøde, som vil være klar til at plukke på samme tid.

En ny løsning, der startede med en afslappet diskussion

Det saudiarabiske team opnåede en ny måde at narre planterne ud af dvale ved at udsætte dem for plasmaer, som er specielle, hed, ioniserede gasser undertiden omtalt som den fjerde tilstand af stof - ved siden af ​​faste stoffer, væsker og almindelige gasser. Du kan finde plasmaer i lynnedslag, stjernekerner, himmelske auroras og old-school neonskilte.

Forskere bruger plasmaer til alt fra at drive fusionstestreaktorer til sterilisering af medicinske implantater. Teamet brugte dem specifikt til behandling af sovende vindruer.

De fandt ud af, at plasmaeksponering forårsager et oxidativt stress i planten, nøjagtig de samme signaler fremkaldt af kulden i cellerne i hvilende planter, som knopperne reagerer på ved at vågne op. Ved at behandle drueknopper med plasmaerne, forskerne fandt ud af, at de kunne frigive plantens hviletid - og meget hurtigere end vejret og mere sikkert end eksisterende kunstige metoder, som er afhængige af at sprøjte afgrøderne med kemikalier.

Mujahid sagde, at arbejdet startede fra en afslappet diskussion, han havde med sin kollega Khemira, seniorforsker ved Jazan Universitets Center for Miljøforskning og Studier. Khemira beskrev sit arbejde med oxidativ stress i druer, og de opdagede, at ingen nogensinde havde prøvet at bruge plasmaer til at forårsage oxidativt stress og frigive dem fra dvale. De testede hurtigt tilgangen, og det virkede. Taieb analyserede prøverne og fandt ud af, at plasmabehandlingen faktisk forårsagede et oxidativt stress svarende til det, der opnås ved naturlig kulde og hydrogencyanamid.

"Nogle af resultaterne fra vores første vellykkede eksperiment var fænomenale, og vi kunne ikke tro, at det var sandt, "Sagde Mujahid. Selv bare et par minutters plasmabehandling på knopper, der aldrig så koldt vejr, tillod planterne at opnå lignende, hvis ikke bedre, knoppepaus som kontrolplanter, der oplevede optimale kolde forhold (60 dages udsættelse for temperaturer omkring 5 grader Celsius) gjorde.

De testede tilgangen til forskellige druesorter fra forskellige områder og fandt ud af, at den pålideligt fungerede på dem alle. Almindeligvis afhjælper avlere problemet med mangel på nedkøling ved at sprøjte træer med kemikalier såsom hydrogencyanamid. Problemet er, at hydrogencyanamid eller andre kemikalier kun er effektive, hvis planten sikrer en betydelig del af sit nedkølingskrav fra naturlig kulde. Udover, hydrogencyanamid er også giftigt for mennesker, dyrelivet og planterne selv. På grund af dette, kemikaliet er blevet forbudt i flere lande, Sagde Khemira.

Uanset om det nye, grønnere fremgangsmåde ved hjælp af plasma til behandling af sovende knopper starter, afhænger af en række ting, herunder om det ville fungere effektivt i marken såvel som det gjorde i laboratoriet. Det skal testes på andre afgrøder end druer, og omkostningerne ved udstyret skal også tages i betragtning.

"Der er stadig meget arbejde med at teste effektiviteten og gennemførligheden, "Mujahid sagde." Vi er i færd med at finde ud af de korrekte parametre for at tage det på banen, men det kan være i brug inden for få år. "

Khemira sagde, at hvis de praktiske aspekter bliver udarbejdet, og den nye tilgang faktisk viser sig at være kommercielt levedygtig, ville det revolutionere den måde, vi dyrker mange afgrøder på. Forskerne har ansøgt om patent på metoden og leveringssystemet.