농업이 스마트하고 정확하도록 지원

킹 압둘라 과학기술대학교(KAUST)

이미지: 재료 과학자 Katya Pérez와 식물 과학자 Yağız Alagöz는 작물에 정밀한 미량 영양소 전달을 개선하기 위해 새로운 스마트 재료를 개발하기 위해 협력했습니다.더보기

크레딧: © 2023 KAUST.

양적, 질적 측면에서 증가하는 세계 식량 수요를 충족시키기 위해서는 작물 생산성과 영양가의 개선이 필요합니다. 이 문제를 해결하기 위해 KAUST 연구원들이 조사하고 있는 전략은 과일이나 곡물에 저장되어 스트레스 내성을 자극하고 작물 수확량과 병원균에 대한 저항성을 향상시킬 수 있는 성장 자극 화합물 및 미량 영양소와 같은 생리 활성 분자의 제어된 전달입니다.

KAUST 식물 과학자 Salim Al-Babili는 "농약의 정확하고 제어된 전달을 위한 스마트 플랫폼을 개발해야 한다는 분명한 요구가 있습니다."라고 말합니다.

“비료의 캡슐화뿐만 아니라 아연과 같이 인간의 미량 영양소 역할을 하는 미네랄을 캡슐화하여 전달하여 작물의 영양가를 향상시키는 것도 필요합니다.”

Ph.D.가 이끄는 학제 간 팀. 학생 Katya Perez와 박사후 연구원 Yagiz Alagoz는 입증된 성장 자극제 활동으로 식물 성장을 촉진하는 성장 조절제인 Zaxinone(MiZax-3)의 합성 모방체를 스마트하게 전달하기 위한 새로운 제제를 개발했습니다[1].

제올라이트 이미다졸레이트 프레임워크(ZIF)를 사용한 생체 모방 광물화는 작은 소수성 분자부터 큰 친수성 단백질에 이르기까지 다양한 화학 물질을 캡슐화하는 데 널리 사용되는 방법입니다.

Khashab은 "지난 10년 동안 우리는 중성 소형 화학물질부터 하전된 고분자량 생물학적 제제에 이르기까지 인상적인 다양한 화물을 캡슐화할 수 있는 다양한 자극 반응 플랫폼을 개발했습니다."라고 말했습니다.

연구진은 MiZax-3를 플랫폼으로 효율적으로 탑재할 수 있는 나노 크기의 MOF인 아연 함유 ZIF-8을 사용했으며, 동시에 고온, 실제 현장 조건에서 안정성을 유지하고 출시했습니다. pH에 따라 MiZax-3 로드가 달라집니다. 그들은 처음에 MiZIF라고 명명한 새로운 제제를 수경 재배 매체의 토마토와 진주 기장 묘목에 적용하여 소규모 실험으로 테스트했습니다. MiZIF를 적용하면 토마토와 기장 묘목의 생중량이 향상되었으며, 이는 MiZIF 복합체가 초기 묘목 단계에서 식물 성장을 촉진하는 생리활성 MiZax-3을 효과적으로 방출할 수 있음을 나타냅니다.

Perez는 정밀한 미량 영양소 전달을 위해 쉽게 확장할 수 있는 새로운 스마트 소재를 개발하는 것이 중요하다고 지적합니다. “MiZIF 플랫폼은 우리에게 더 많은 중개 연구를 수행할 수 있는 기회를 제공했습니다.”라고 그녀는 설명합니다.

고무적인 발견으로 인해 팀은 고추를 이용한 소규모 현장 시험을 수행하여 현장 조건에서 MiZIF의 성장 촉진 효율성을 평가하게 되었습니다. MiZax-3 및 MiZIF를 처리한 묘목은 대조구에 비해 꽃봉오리 수가 훨씬 더 많았습니다. 또한, ZIF-8, MiZax-3 및 MiZIFs 처리는 첫 번째 처리 후 6주 및 8주에 관찰된 식물 높이를 크게 향상시켰으며 대조군에 비해 2회 연속 수확에서 기록된 수확량을 증가시켰습니다.

연구자들은 프레임워크의 Zn 이온(배위 이온)이 ZIF-8 및 MIZIF 처리 작물에서 관찰된 향상된 성능에 기여하고 있다는 가설을 세웠습니다. 이는 나노 규모의 금속 및 미량 영양소 처리가 수확량을 촉진하는 영향을 보여주는 다른 작물의 연구와 일치합니다. 가장 중요한 것은, MiZIF로 처리된 식물은 과일 아연 함량이 거의 2배 증가한 것으로 나타났는데, 이는 미량 영양소 강화에 매우 유망하며, 이는 캡슐화된 MiZax가 근권에서 과일까지 아연의 강화 또는 수송에 대한 긍정적인 영향을 나타냅니다.

Alagoz는 이 연구가 정밀 농업에서 특정 미량 영양소 전달을 위해 생체 적합하고 경제적으로 실행 가능한 조정 기반 시스템을 사용할 수 있는 가능성을 열어준다고 말했습니다.