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. A pesquisa deles foi publicada na revista Nano Letters .

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.

“Este é o primeiro estudo a mostrar o sucesso do empacotamento do MiZax-3 com MiZIFs como uma plataforma inteligente de entrega de agroquímicos para melhorar o rendimento das colheitas e o teor de zinco das frutas no pimentão em escala de campo”, observa ele.

A equipe está agora realizando experimentos em escala ainda maior em diferentes locais e em estações variadas para coletar mais dados para usar esta plataforma inteligente em outras espécies agrícolas. Suas pesquisas também foram selecionadas para destaque na Science website como destaque de pesquisa de outras revistas.

Mais informações: Katya M. Aguliar Perez et al, Mineralização Biomimética para Entrega Inteligente de Bioestimulantes e Fortificação de Micronutrientes de Culturas, Nano Letters (2023). DOI:10.1021/acs.nanolett.2c04506
Informações do diário: Nanoletras , Ciência

Fornecido pela Universidade de Ciência e Tecnologia King Abdullah