Pesticider kan beskytte afgrøder mod hydrofobe forurenende stoffer

Forskere har afsløret, at kommercielle pesticider kan påføres afgrøder i Cucurbitaceae familie for at reducere deres ophobning af hydrofobe forurenende stoffer, derved forbedre afgrødesikkerheden. Forskningsgruppen bestod af Fujita Kentaro (1. års ph.d. -studerende) fra Kobe University's Graduate School of Agricultural Science, Akademisk forsker Yoshihara Ryouhei (nu adjunkt ved Saitama University) og lektor Inui Hideyuki fra Kobe Universitets Biosignal Research Center, Seniorforsker Kondoh Yasumitsu, Teknisk personale Honda Kaori og koncerndirektør Osada Hiroyuki fra RIKEN, og hovedforsker Haga Yuki og seniorforsker Matsumura Chisato fra Hyogo Prefectural Institute of Environmental Sciences.

Teamet udviklede to tilgange til at kontrollere funktionerne af planteproteiner relateret til transport af hydrofobe forurenende stoffer. Disse fund vil føre til, at disse nye pesticidfunktioner bruges i landbruget, gør det muligt at producere mere sikre afgrøder. Disse resultater blev offentliggjort online i det internationale videnskabelige tidsskrift Videnskab om det samlede miljø den 23. juni og i Miljøforurening den 18. juli.

Hovedpunkter

• Afgrøder i Cucurbitaceae familien kan akkumulere hydrofobe forurenende stoffer (f.eks. dioxiner) i deres frugter fra forurenet jord. Store latexlignende proteiner (MLP'er) spiller en central rolle i transporten af ​​hydrofobe forurenende stoffer til deres frugter.
• Fremgangsmåde 1 :Behandling med et pesticid, der undertrykker ekspressionen af ​​MLP -genet, reducerer koncentrationerne af hydrofobe forurenende stoffer i xylemsaften.
• Fremgangsmåde 2 :Behandling med et pesticid, der binder til MLP'er, hæmmer proteinernes binding til hydrofobe forurenende stoffer. Dermed, koncentrationerne af hydrofobe forurenende stoffer i xylemsaften, der blev transporteret via MLP'er, blev reduceret.
• Det blev vist, at pesticider kunne give en enkel og billig løsning til produktion af mere sikre afgrøder.
• Denne undersøgelse afslørede, for første gang i verden, en ny måde, hvorpå pesticider kan bruges i landbruget, som adskiller sig fra nuværende metoder.

Hydrofobe forurenende stoffer omfatter dioxiner, insekticidet dieldrin, og hormonforstyrrende stoffer. Disse forurenende stoffer er meget giftige, og deres fremstilling og brug er nu forbudt. Imidlertid, disse stoffer blev brugt i store mængder, indtil de blev forbudt, forårsager udbredt miljøforurening, der også påvirker landbrugsjord.

Det Cucurbitaceae familien omfatter afgrøder som agurker og squash. Medlemmer af denne familie adskiller sig fra andre plantearter, idet de akkumulerer høje koncentrationer af hydrofobe forurenende stoffer i deres frugter. Lektor Inui et al. tidligere opdaget, at store latexlignende proteiner (MLP'er) i Cucurbitaceae familien spiller en nøglerolle i denne ophobning. MLP'er binder til hydrofobe forurenende stoffer, der optages fra jorden af ​​plantens rødder. Det Cucurbitaceae familien akkumulerer derefter hydrofobe forurenende stoffer i blade og frugter via saften i stilkene (figur 1). Følgelig, MLP'er er en vigtig faktor, der forårsager kontaminering af afgrøder i Cucurbitaceae familie.

Når afgrøder viser sig at have akkumuleret hydrofobe forurenende stoffer over restgrænsen, alle afgrøder dyrket på samme jord kan ikke sælges, resulterer i store økonomiske tab for producenten. Af denne grund, der er blevet forsket meget i måder at fjerne hydrofobe forurenende stoffer fra landbrugsjord, men der er endnu ikke fundet en omkostningseffektiv og effektiv metode. Derfor, der er et presserende behov for at udvikle teknologi til dyrkning af sikrere afgrøder på agerjord, der er forurenet af hydrofobe forurenende stoffer.

Denne undersøgelse fokuserede på pesticider, der er blevet bekræftet at være sikre. Forskerne forsøgte to tilgange designet til at undertrykke ophobning af hydrofobe forurenende stoffer via MLP'er:ved hjælp af et 'pesticid, der undertrykker MLP-genekspression' og et 'MLP-bindende pesticid.' De havde til formål at producere sikrere cucurbitaceous afgrøder.

Fremgangsmåde 1 (udgivet i Videnskab om det samlede miljø )

Anvendelsen af ​​et pesticid, der undertrykker MLP -genekspression, reducerer koncentrationen af ​​MLP'er i rødderne og xylemsaft. Dette antydede, at koncentrationerne af hydrofobe forurenende stoffer, der akkumuleres i frugterne via MLP, også ville blive reduceret.

Først, forsøg blev udført for at vælge et pesticid, der kunne undertrykke MLP -genekspression fra fem typer pesticider, der blev brugt på Cucurbitaceae familie (insekticiderne Guardbait, Starkle, og Diazinon og fungiciderne Benlate og Daconil). Daconil blev valgt, fordi behandlingen viste, at dets aktive ingrediens kunne reducere MLP -genekspression. Næste, det blev bekræftet, at koncentrationer af MLP'er i rødderne og xylemsaft af zucchini dyrket i jord forurenet med hydrofobe forurenende stoffer blev reduceret ved Daconil -behandlingen. Desuden, koncentrationerne af hydrofobe forurenende stoffer i xylemsaften faldt med 52%.

Fremgangsmåde 2 (udgivet i Miljøforurening )

Anvendelsen af ​​MLP-bindende pesticid hæmmer bindingen af ​​MLP'er til hydrofobe forurenende stoffer i rødderne. Med andre ord, mængden af ​​MLP'er, der binder sig til forurenende stoffer, reduceres. Det blev antaget, at denne fremgangsmåde ville reducere koncentrationerne af hydrofobe forurenende stoffer, der akkumuleres i frugterne via MLP'er.

Først og fremmest, kemiske arrays med cirka 22, 000 forbindelser fra RIKEN NPDepo blev brugt til at identificere forbindelser, der bundet til MLP'er. Insekticidet Colt, der kan påføres afgrøder i Cucurbitaceae familien blev valgt blandt kommercielle pesticider med lignende strukturer som MLP-bindende forbindelser. Når Colts aktive ingrediens blev reageret med både MLP'er og de hydrofobe forurenende stoffer, koncentrationen af ​​MLP'er bundet til disse forurenende stoffer faldt med 78%. Ud over, koncentrationerne af disse forurenende stoffer i xylemsaften faldt med 15% efter Colt -behandling.

Yderligere forskning

Denne undersøgelse afslørede, for første gang i verden, that it is possible to cultivate safer crops in contaminated soil through the control of the plant's functions. This achievement could reduce the number of cases where producers experience economic losses due to being unable to sell crops grown in contaminated soil. Desuden, this will also provide consumers with safe produce.

A new method of utilizing pesticides has been revealed by this research. For the first time in the world, this study has revealed a novel aspect of pesticides beyond their original functions of preventing pests or weed growth. Pesticides are thought to be extremely safe because they have to pass numerous strict safety tests. Desuden, the standardized treatment of crops with pesticides is simple and inexpensive. Derfor, it is anticipated that the method developed by this study to reduce hydrophobic pollutants using pesticides will become widespread across the globe.