Tomater får boost i væksten, antioxidanter fra næringsstoffer i nanostørrelse

Med verdens befolkning, der forventes at nå 9 milliarder i 2050, ingeniører og videnskabsmænd leder efter måder at imødekomme den stigende efterspørgsel efter fødevarer uden også at øge belastningen af ​​naturressourcer, såsom vand og energi - et initiativ kendt som mad-vand-energi-forbindelsen.

Ramesh Raliya, PhD, en postdoc forsker, og Pratim Biswas, PhD, Lucy &Stanley Lopata professor og formand for Institut for Energi, Miljø- og kemiteknik, både på School of Engineering &Applied Science ved Washington University i St. Louis, løser dette problem ved at bruge nanopartikler til at øge næringsindholdet og væksten af ​​tomatplanter. Tager et fingerpeg fra deres arbejde med solceller, holdet fandt, at ved at bruge zinkoxid og titaniumdioxid nanopartikler, tomatplanterne optager bedre lys og mineraler, og frugten havde højere antioxidantindhold.

"Når en plante vokser, det signalerer jorden, at den har brug for næringsstoffer, " siger Biswas. "Det næringsstof, den har brug for, er ikke i en form, som planten kan tage med det samme, så det udskiller enzymer, som reagerer med jorden og udløser bakteriemikrober til at omdanne næringsstofferne til en form, som planten kan bruge. Vi forsøger at hjælpe denne vej ved at tilføje nanopartikler."

Zink er et vigtigt næringsstof for planter, hjælper andre enzymer med at fungere korrekt og er en ingrediens i konventionel gødning. Titanium er ikke et vigtigt næringsstof for planter, Raliya siger, men øger lysabsorptionen ved at øge klorofylindholdet i bladene og fremmer fotosyntesen, egenskaber Biswas' laboratorium opdagede, mens han skabte solceller.

Holdet brugte en meget fin spray ved hjælp af nye aerosoliseringsteknikker til direkte at deponere nanopartiklerne på planternes blade for maksimal optagelse.

"Vi fandt ud af, at vores aerosolteknik resulterede i meget større optagelse af næringsstoffer af planten sammenlignet med påføring af nanopartikler til jorden, " siger Raliya. "En plante kan kun optage omkring 20 procent af de næringsstoffer, der tilføres gennem jorden, hvor resten enten danner stabile komplekser med jordbestanddele eller skylles væk med vand, forårsager afstrømning. I begge sidstnævnte tilfælde, næringsstofferne er utilgængelige for planter."

Samlet set, planter behandlet med nanopartiklerne via aerosolruter producerede næsten 82 procent (i vægt) mere frugt end ubehandlede planter. Ud over, tomaterne fra den behandlede plante viste en stigning i lycopen, en antioxidant forbundet med reduceret risiko for kræft, hjertesygdomme og aldersrelaterede øjenlidelser, på mellem 80 procent og 113 procent.

Tidligere undersøgelser fra andre forskere har vist, at øget brug af nanoteknologi i landbruget i tætbefolkede lande som Indien og Kina har haft betydning for at reducere underernæring og børnedødelighed. Disse tomater vil hjælpe med at afhjælpe underernæring, Raliya siger, fordi de giver folk mulighed for at få flere næringsstoffer fra tomater end dem, der dyrkes konventionelt.

I undersøgelsen, offentliggjort online sidste måned i tidsskriftet Metallomics , holdet fandt, at nanopartiklerne i planterne og tomaterne var et godt stykke under USDA-grænsen og betydeligt lavere end hvad der bruges i konventionel gødning. Imidlertid, de skal stadig være forsigtige og vælge den bedste koncentration af nanopartikler til brug for at opnå maksimal fordel, siger Biswas.

Raliya og resten af ​​teamet arbejder nu på at udvikle en ny formulering af nanonnæringsstoffer, der inkluderer alle 17 elementer, der kræves af planter.

"Om 100 år der vil være flere byer og mindre landbrugsjord, men vi får brug for mere mad, " siger Raliya. "På samme tid, vand vil være begrænset på grund af klimaændringer. Vi har brug for en effektiv metode og et kontrolleret miljø, hvori planter kan vokse."