Aider l’agriculture à être intelligente et précise

Université des sciences et technologies du roi Abdallah (KAUST)

image : La spécialiste des matériaux Katya Pérez et le spécialiste des plantes Yağız Alagöz ont collaboré pour développer de nouveaux matériaux intelligents afin d'améliorer l'apport précis de micronutriments aux cultures.Voir plus

Crédit : © 2023 KAUST.

Des améliorations de la productivité des cultures et de la valeur nutritionnelle sont nécessaires pour répondre à la demande mondiale croissante de nourriture, tant en termes de quantité que de qualité. Une stratégie étudiée par les chercheurs de KAUST pour résoudre ce problème consiste à délivrer de manière contrôlée des molécules bioactives, telles que des composés stimulant la croissance et des micronutriments, qui peuvent être stockés dans les fruits ou les céréales pour stimuler la tolérance au stress et améliorer le rendement des cultures et la résistance aux agents pathogènes.

« Il existe une demande claire pour développer des plates-formes intelligentes pour la livraison précise et contrôlée de produits agrochimiques », explique Salim Al-Babili, spécialiste des plantes à KAUST.

"En plus de l'encapsulation des engrais, il est également nécessaire d'encapsuler et de fournir des minéraux qui agissent comme des micronutriments humains, comme le zinc, pour améliorer la valeur nutritionnelle des cultures."

Une équipe transdisciplinaire, dirigée par un doctorant. L'étudiante Katya Perez et le postdoc Yagiz Alagoz ont développé une nouvelle formulation pour l'administration intelligente d'un imitateur synthétique du régulateur de croissance zaxinone (MiZax-3), qui favorise la croissance des plantes avec une activité stimulante de croissance prouvée[1].

La minéralisation biomimétique utilisant des structures d'imidazolates zéolitiques (ZIF) est une méthode largement utilisée pour encapsuler une gamme de produits chimiques, depuis les petites molécules hydrophobes jusqu'aux grandes protéines hydrophiles.

« Au cours de la dernière décennie, nous avons développé une gamme de plates-formes sensibles aux stimuli qui peuvent encapsuler une variété impressionnante de marchandises, allant des petits produits chimiques neutres aux produits biologiques chargés de haut poids moléculaire », explique Khashab.

Les chercheurs ont utilisé le ZIF-8 contenant du zinc, un cadre organométallique (MOF) à l'échelle nanométrique qui peut charger efficacement MiZax-3 comme plate-forme, tout en le maintenant stable à des températures élevées, dans des conditions réelles de terrain, et en libérant la charge MiZax-3 d'une manière dépendante du pH. Ils ont d’abord testé la nouvelle formulation, qu’ils ont baptisée MiZIF, dans une expérience à petite échelle en l’appliquant à des plants de tomates et de millet perlé dans un milieu hydroponique. L'application de MiZIF a amélioré le poids frais des plants de tomates et de millet perlé, indiquant que le complexe MiZIF peut libérer efficacement le MiZax-3 bioactif, qui favorise la croissance des plantes au début du stade des semis.

Perez souligne l’importance de développer de nouveaux matériaux intelligents faciles à mettre à l’échelle pour un apport précis de micronutriments. « La plateforme MiZIFs nous a donné l’opportunité de faire davantage de recherche translationnelle », explique-t-elle.

Les résultats encourageants ont incité l’équipe à évaluer l’efficacité des MiZIF en matière de promotion de la croissance dans des conditions de terrain en effectuant un essai sur le terrain à petite échelle avec du poivron. Les semis traités avec MiZax-3 et MiZIF présentaient un nombre de boutons floraux significativement plus élevé que le témoin. De plus, les traitements ZIF-8, MiZax-3 et MiZIF ont considérablement amélioré la hauteur des plantes observée six et huit semaines après les premiers traitements et augmenté le rendement enregistré lors de deux récoltes consécutives par rapport au témoin.

Les chercheurs ont émis l’hypothèse que les ions Zn dans la charpente (les ions de coordination) contribuaient à l’amélioration des performances observée avec les cultures traitées au ZIF-8 et aux MIZIF. Ceci est cohérent avec les recherches sur d’autres cultures montrant les effets bénéfiques sur le rendement des traitements aux métaux et aux micronutriments à l’échelle nanométrique. Plus important encore, les plantes traitées avec les MiZIF ont montré une teneur en zinc des fruits presque multipliée par deux, ce qui est très prometteur pour l'enrichissement en micronutriments, indiquant un impact positif du MiZax encapsulé sur l'amélioration ou le transport du zinc de la rhizosphère au fruit.

Alagoz affirme que ces travaux ouvrent la possibilité d'utiliser d'autres systèmes basés sur la coordination biocompatibles et économiquement viables pour l'apport de micronutriments spécifiques dans l'agriculture de précision.