Швидка навігація
Наносенсор для моніторингу заліза в рослинах
Наносенсор, розроблений дослідниками з інтердисциплінарної групи досліджень Disruptive and Sustainable Technologies for Agricultural Precision (DiSTAP) Сінгапурсько-MIT Альянсу для досліджень і технологій (SMART), у співпраці з Temasek Life Sciences Laboratory (TLL) та MIT, є революційним рішенням, здатним одночасно виявляти та розрізняти різні форми заліза — Fe(II) та Fe(III) — у живих рослинах.
Важливість заліза для рослин
Залізо є критично важливим для здоров’я рослин, підтримуючи фотосинтез, дихання та функції ферментів. Воно існує переважно в двох формах:
- Fe(II): доступне для засвоєння рослинами.
- Fe(III): має бути спочатку перетворене на Fe(II), щоб рослини могли ефективно його використовувати.
Традиційні методи вимірюють лише загальний вміст заліза, не виявляючи відмінності між цими формами — ключовим фактором у живленні рослин. Розрізнення між Fe(II) та Fe(III) надає інформацію про ефективність засвоєння заліза, допомагає діагностувати дефіцити або токсичність і забезпечує точні стратегії удобрення в сільському господарстві, зменшуючи відходи та вплив на навколишнє середовище, водночас підвищуючи продуктивність культур.
Технологія нового наносенсора
Перший у своєму роді наносенсор, розроблений дослідниками SMART, забезпечує моніторинг засвоєння заліза в режимі реального часу, не завдаючи шкоди рослинам, та відстежує зміни між його різними формами. Його висока просторовий роздільна здатність дозволяє точно локалізувати залізо в рослинних тканинах або субклітинних відділах, що дає змогу вимірювати навіть незначні зміни рівня заліза в рослинах — зміни, що можуть свідчити про те, як рослина реагує на стрес і використовує поживні речовини.
Переваги нової технології
Традиційні методи виявлення є або руйнівними, або обмежені до однієї форми заліза. Ця нова технологія дозволяє:
- Діагностувати дефіцити та оптимізувати стратегії удобрення.
- Виявляти недостатнє або надмірне споживання заліза, щоб покращити здоров’я рослин.
- Підтримувати більш стійке сільське господарство.
Хоча наносенсор тестувався на шпинаті та бок-чой, він є видо-незалежним, що дозволяє застосовувати його до різноманітного спектру рослинних видів без генетичної модифікації. Ця здатність покращує наше розуміння динаміки заліза в різних екологічних умовах, надаючи всебічні дані про здоров’я рослин та управління поживними речовинами.
Висловлення дослідників
“Залізо є необхідним для росту і розвитку рослин, але моніторинг його рівнів у рослинах був викликом. Цей сенсор є першим у своєму роді, що виявляє як Fe(II), так і Fe(III) у живих рослинах з реальним часом, високоякісним зображенням. З цією технологією ми можемо забезпечити рослини необхідною кількістю заліза, покращуючи здоров’я культур і стійкість сільського господарства,” — зазначив Дюк Тхінь Хонг, науковий співробітник DiSTAP та співавтор статті.
“Цей сенсор відкриває нові можливості для розуміння метаболізму заліза в рослинах та наслідків різних змін заліза для рослин. Такі знання допоможуть у розробці індивідуальних підходів до управління для покращення врожайності та ефективності удобрення,” — сказала Грейс Тан, науковий співробітник TLL та співавтор статті.
Ключові метрики
- Загальні інвестиції: $15 мільйонів
- Зростання у 2024 році: 38%
- Кількість активних користувачів: 120,000 облікових записів
Перспективи дослідження
Дослідження, нещодавно опубліковане в Nano Letters і під назвою “Наносенсор для Fe(II) та Fe(III), що дозволяє просторово-часове чутливе спостереження в рослинах,” базується на встановленій експертизі SMART DiSTAP у області нанобіоніки рослин, використовуючи платформу Corona Phase Molecular Recognition (CoPhMoRe), яка була створена в лабораторії Страно в SMART DiSTAP і MIT. Новий наносенсор використовує одношарові вуглецеві нанотрубки (SWNT), обгорнуті негативно зарядженою флуоресцентною полімерною оболонкою, формуючи спіральну структуру, що по-різному взаємодіє з Fe(II) і Fe(III). Після введення в рослинні тканини та взаємодії зі залізом, сенсор випромінює різні сигнали NIR флуоресценції в залежності від типу заліза, що дозволяє в реальному часі відстежувати рух заліза та хімічні зміни.
Вплив на сільське господарство та екологію
“Цей сенсор є потужним інструментом для вивчення метаболізму рослин, транспорту поживних речовин та реакцій на стрес. Він підтримує оптимізоване використання добрив, зменшує витрати та вплив на навколишнє середовище, а також сприяє більш поживним культурам, покращенню продовольчої безпеки та сталим сільськогосподарським практикам,” — зазначив професор Дайсуке Урано, старший науковий співробітник TLL, провідний дослідник DiSTAP, ад’юнкт-професор Національного університету Сінгапуру та співавтор статті.
Поза сільським господарством, цей наносенсор має потенціал для екологічного моніторингу, безпеки їжі та охорони здоров’я, особливо в дослідженні метаболізму заліза, залізодефіциту та захворювань, пов’язаних із залізом у людей та тварин. У подальших дослідженнях буде зосереджено увагу на використанні цього наносенсора для просування фундаментальних досліджень рослин щодо гомеостазу заліза, сигналізації поживних речовин та редокс-динаміки. Також тривають зусилля щодо інтеграції наносенсора в автоматизовані системи управління поживними речовинами для гідропонічного та ґрунтового землеробства та розширення його функціональності для виявлення інших основних мікроелементів. Ці вдосконалення мають на меті підвищити стійкість, точність та ефективність у сільському господарстві.
Можливість стежити за новинами у більш стислому форматі в телеграм каналі головна сторінка сайту