Opryskiwanie ryżu cząsteczkami przypominającymi filtr przeciwsłoneczny podczas upałów wspomaga jego wzrost

Nanocząsteczki cynku wspierają uprawy ryżu, chroniąc je przed stresem cieplnym

W obliczu rosnących wyzwań, jakie niesie ze sobą zmieniający się klimat, naukowcy poszukują nowych sposobów na poprawę wydajności rolnictwa i zwiększenie odporności roślin na trudne warunki pogodowe. W jednym z ostatnich badań, przeprowadzonych przez zespół Xianganga Hu z Uniwersytetu Nankai w Chinach, wykazano, że nanocząsteczki cynku mogą odegrać kluczową rolę w ochronie roślin ryżu przed stresem związanym z upałami. To odkrycie może mieć ogromne znaczenie dla produkcji żywności w nadchodzących latach.

Cynk – kluczowy element metabolizmu roślin

Cynk od dawna jest znany jako niezbędny składnik dla prawidłowego funkcjonowania roślin. Jego obecność wpływa na wiele procesów metabolicznych, w tym na fotosyntezę. Standardowo dodaje się go do gleby w postaci soli lub stosuje jako oprysk na liście roślin. Jednakże, te tradycyjne metody nie są w pełni efektywne, co skłania badaczy do poszukiwania alternatywnych rozwiązań. Jednym z nich jest dostarczanie cynku w formie nanocząsteczek, które cechują się rozmiarem mniejszym niż 100 nanometrów, co pozwala im na wnikanie przez mikroskopijne pory w liściach i skuteczniejsze akumulowanie się w roślinie.

Nanocząsteczki cynku nie tylko zwiększają efektywność przyswajania tego pierwiastka przez rośliny, ale także mogą znacząco przyczynić się do utrzymania wydajności upraw, jednocześnie redukując szkodliwy wpływ nadmiernego stosowania nawozów na środowisko.

Eksperyment z roślinami ryżu w warunkach stresu cieplnego

Zespół badawczy Xianganga Hu postanowił przetestować wpływ nanocząsteczek cynku na wydajność upraw ryżu w ekstremalnych warunkach upałów. W swoim eksperymencie posadzili kwitnące rośliny ryżu w szklarni, symulując warunki normalne oraz warunki fali upałów, gdzie temperatura przez sześć dni z rzędu przekraczała 37°C.

Część roślin została spryskana nanocząsteczkami cynku, a część pozostawiono bez dodatkowej ochrony. Wyniki okazały się znaczące – po zbiorach stwierdzono, że średni plon roślin traktowanych nanocząsteczkami był o 22,1% wyższy niż w przypadku roślin niepryskanych. Co więcej, ten sam efekt zaobserwowano również bez stresu cieplnego – różnica w plonach między roślinami traktowanymi nanocząsteczkami a tymi bez oprysków była jeszcze większa.

Mechanizm działania nanocząsteczek cynku

Szczegółowe analizy chemiczne wykazały, że obecność cynku w nanoskali zwiększa wydajność fotosyntezy, wpływając na enzymy odpowiedzialne za ten proces. Dodatkowo, cynk wspierał produkcję antyoksydantów, które chronią rośliny przed szkodliwymi cząsteczkami, zwanymi reaktywnymi formami tlenu (ROS). ROS powstają w wyniku stresu oksydacyjnego, który często towarzyszy roślinom podczas ekstremalnych warunków, takich jak wysokie temperatury.

Jason White z Connecticut Agricultural Experiment Station zauważa, że nanocząsteczki mikroelementów, takich jak cynk, mają ogromny potencjał w zwiększaniu odporności roślin na zmiany klimatyczne. Mechanizmy, takie jak redukcja ROS, mogą w przyszłości stanowić klucz do utrzymania stabilnych plonów w trudniejszych warunkach uprawnych.

Wpływ na mikrobiom liści roślin

Kolejnym interesującym odkryciem było to, że rośliny ryżu, które zostały spryskane nanocząsteczkami cynku, utrzymywały większą różnorodność mikroorganizmów żyjących na powierzchni liści. Ten mikrobiom, zwany fylosferą, może odgrywać ważną rolę w zdrowiu i wzroście roślin, a jego większa różnorodność może dodatkowo wspomagać ich odporność na stresy środowiskowe.

Wnioski i przyszłe badania

Chociaż badania na roślinach ryżu wykazały obiecujące wyniki, Hu zwraca uwagę, że konieczne jest dalsze testowanie nanocząsteczek cynku na innych uprawach, takich jak pszenica, aby sprawdzić, czy podobne korzyści można osiągnąć w przypadku innych gatunków roślin.

Wyniki tych badań sugerują, że zastosowanie nanocząsteczek cynku może stanowić jedno z innowacyjnych rozwiązań wspierających produkcję żywności w obliczu globalnych wyzwań związanych ze zmianami klimatycznymi. W połączeniu z innymi technologiami rolniczymi, nanotechnologia ma potencjał, aby w znaczący sposób zwiększyć plony, jednocześnie ograniczając wpływ rolnictwa na środowisko.