植物の成長を促進するためにナノメートルスケールで複合化およびカプセル化された栄養素を生成するための新しい研究

Scientific Reports volume 13、記事番号: 11100 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

錯化剤による微量栄養素の錯体形成により、土壌水系における肥料の望ましくない反応が減少します。 複雑な構造の形でも、栄養素は植物に利用可能な形で残ります。 ナノフォーム肥料は粒子の表面積を増やし、植物の根の広い面積に接触する肥料の量を減らし、肥料コストを削減します。 アルギン酸ナトリウムのようなポリマー材料を使用して肥料の放出を制御すると、農業実践がより効率的でコスト効率が高くなります。 作物の収量を向上させるために世界中でいくつかの肥料や栄養素が大規模に使用されており、そのほぼ半分以上が無駄になっています。 したがって、実行可能な環境に優しい技術を使用して、土壌中の植物が利用できる栄養素を改善することが緊急に必要とされています。 本研究では、複合微量栄養素をナノメートルスケールでの新しい技術を使用してカプセル化することに成功しました。 栄養素はプロリンと複合体を形成し、アルギン酸ナトリウム（ポリマー）を使用してカプセル化されました。 スイートバジルは、合成された複合微量栄養素ナノ肥料の効果を研究するために、適度に制御された環境（温度 25 °C、湿度 57%）で 3 か月間にわたって 7 回の処理を受けました。 粉末X線回折(XRD)と走査型電子顕微鏡(SEM)によって、肥料の複合微量栄養素ナノフォームの構造変化を調べた。 製造された肥料のサイズは 1 ～ 200 nm でした。 フーリエ変換赤外 (FTIR) 分光法による 1600.9 cm-1 (C=O)、3336 cm-1 (N-H)、および 1090.2 cm-1 (ねじれと揺動中の N-H) の伸縮振動ピークはピロリジンに対応します。指輪。 ガスクロマトグラフィー質量分析法を使用して、バジル植物の精油の化学組成を分析しました。 処理後のバジル植物の精油収量は 0.0035 ％から 0.1226％ に増加しました。 本研究の結果は、複合体形成とカプセル化がバジルの作物の品質、精油収量、抗酸化能力を向上させることを示しています。

浸出、乱作、酸性土壌の石灰処理、表土侵食により、作物の微量栄養素欠乏は過去数年間で大幅に増加しています1。 作物の品質と収量の低さ、さまざまな害虫や病気の蔓延、植物の不完全な形態構造（小さいサイズで小さな木部導管が少ないなど）、フィトシデロフォアの活性化の低下、肥料の使用効率の低下などは、微量栄養素の欠乏によって引き起こされる悪影響の一部です。植物の場合2. 作物は低濃度の微量栄養素を必要としますが、それらは多くの作物の成長と収量に不可欠です3。 上記の問題は、キレート化された微量栄養素肥料を使用することで解決できる可能性があります3。 植物の根節はわずかに負の電荷を持ち、微量栄養素の金属イオンは本質的に陽性であるため、根節部位に結合して植物組織に流入しません。 これらの栄養素は錯化剤と結合すると中性またはわずかに陰性になり、植物組織を容易に通過します。 プロリンは効果的な二座配位子です4。 植物をさまざまな課題から守り、ストレスからの素早い回復を助けます。 プロリンは、ストレスを受けた植物に外から投与されると、植物の成長だけでなく他の生理学的特性も増加させます5。 肥料の形で植物に供給される栄養素は、植物の適切な成長とその代謝に不可欠ですが、作物への肥料の不適切な供給は、肥料の約40〜70％の排水をもたらし、淡水および地下水貯留層の重金属汚染を引き起こします。 ナノ肥料は植物の要求に合わせて正確に栄養素を提供するため、環境における栄養素の損失が減少します6。 最も重要かつ強力な技術は、農業分野で肥料や農薬の放出を制御するためのナノテクノロジーの開発です。 ナノキャリア、ナノ肥料、ナノセンサーの開発により、無駄を最小限に抑えながら肥料効率が向上しました7。 ナノテクノロジーは、農薬の放出制御製剤の合成に非常に成功していることがわかっています8。 放出制御技術の利点には、活性剤の必要性が減少すること、および水土壌系における活性剤の持続時間が長くなり、農業方法の費用効率が向上することが含まれます。 さらに、これにより、使用されている有害な殺虫剤、殺虫剤、その他の化学物質から地下水を保護できます9。 必要な微量栄養素の媒体として機能し、それらを必要な量および時間で送達するナノキャリアの使用は、微量栄養素欠乏症に取り組むための実行可能な技術の 1 つです10。 天然ポリマーの使用は、毒性がないこと、自然界に豊富に存在すること 11、容易に入手できること 12、低コスト 13、環境に優しい性質 14、生分解性 15、機能化の容易さなどの理由から、近年大幅に増加しています。 アルギン酸ナトリウム、キトサン、デンプン、多糖類などの生体高分子の使用を報告する研究は、文献に詳しく記載されています16。 芳香植物はいくつかの産業で利用されており 17,18 、バジルのような植物は肥料の施用に対して迅速に反応します。