Une nouvelle étude pour produire des nutriments complexés et encapsulés à l’échelle nanométrique pour améliorer la croissance des plantes

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 11100 (2023) Citer cet article

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La complexation des micronutriments avec des agents complexants réduit les réactions indésirables des engrais dans le système hydro-sol. Sous forme de structure complexe, les nutriments restent disponibles pour les plantes sous une forme utilisable. L'engrais nanoforme améliore la surface des particules et réduit la quantité de contact de l'engrais avec une grande surface de racines des plantes, ce qui réduit le coût de l'engrais. Le contrôle de la libération d’engrais à l’aide de matériaux polymères comme l’alginate de sodium rend les pratiques agricoles plus efficaces et plus rentables. Plusieurs engrais et nutriments sont utilisés à grande échelle pour améliorer les rendements des cultures à l’échelle mondiale et près de la moitié sont gaspillés. Il existe donc un besoin urgent d’améliorer les éléments nutritifs disponibles dans le sol pour les plantes, en utilisant des technologies réalisables et respectueuses de l’environnement. Dans la présente recherche, des micronutriments complexés ont été encapsulés avec succès à l’aide d’une nouvelle technique à l’échelle nanométrique. Les nutriments ont été complexés avec de la proline et encapsulés à l'aide d'alginate de sodium (polymère). Le basilic doux a été soumis à sept traitements sur trois mois dans un environnement modérément contrôlé (25 °C de température et 57 % d'humidité) pour étudier les effets des nano-engrais synthétisés en micronutriments complexés. Les modifications structurelles des nanoformes de micronutriments complexés des engrais ont été examinées par diffraction des rayons X sur poudre (XRD) et par microscopie électronique à balayage (MEB). La taille des engrais fabriqués était comprise entre 1 et 200 nm. La spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) étend les pics de vibration à 1600,9 cm−1 (C=O), 3336 cm−1 (N–H) et à 1090,2 cm−1 (N–H dans une torsion et un balancement) correspond à la pyrrolidine anneau. La chromatographie en phase gazeuse et la spectrométrie de masse ont été utilisées pour analyser la composition chimique de l'huile essentielle des plants de basilic. Le rendement en huile essentielle des plants de basilic a augmenté de 0,0035 à 0,1226 % après traitements. Les résultats de la présente recherche montrent que la complexation et l’encapsulation améliorent la qualité des cultures, le rendement en huile essentielle et le potentiel antioxydant du basilic.

En raison du lessivage, des cultures intensives, du chaulage des sols acides et de l’érosion de la couche arable, les déficits en micronutriments des cultures ont considérablement augmenté au cours des dernières années1. La faible qualité et le rendement des cultures, l'infestation généralisée de différents ravageurs et maladies, la structure morphologique imparfaite de la plante (comme la petite taille, moins de petits vaisseaux du xylème), la faible activation des phytosidérophores et la diminution de l'efficacité de l'utilisation des engrais sont quelques-uns des effets négatifs causés par la carence en micronutriments. dans les plantes2. Même si les plantes cultivées ont besoin de micronutriments en concentrations plus faibles, ils sont essentiels à la croissance ainsi qu’au rendement de nombreuses cultures3. Les problèmes mentionnés ci-dessus peuvent être résolus en utilisant des engrais micronutriments sous forme chélatée3. Les nœuds racinaires des plantes possèdent une charge légèrement négative et les ions métalliques des micronutriments sont de nature électropositive, ils se lient donc aux sites des nœuds racinaires et ne s'écoulent pas dans les tissus végétaux. Lorsque ces nutriments se combinent à un agent complexant, ils deviennent neutres ou légèrement négatifs et traversent donc facilement les tissus végétaux. La proline est un ligand bidenté efficace4. Il protège la plante de divers défis et contribue à sa récupération plus rapide du stress. La proline augmente la croissance des plantes ainsi que d'autres caractéristiques physiologiques lorsqu'elle est administrée de manière exogène aux plantes stressées5. Les nutriments fournis aux plantes sous forme d'engrais sont cruciaux pour une croissance appropriée des plantes et leur métabolisme, mais un apport inapproprié d'engrais aux cultures entraîne un drainage d'environ 40 à 70 % des engrais, provoquant une contamination des métaux lourds dans les réservoirs d'eau douce et souterraine. Les nano-engrais fournissent des nutriments précisément adaptés aux besoins de la plante et réduisent ainsi la perte de nutriments dans l'environnement6. La technique la plus importante et la plus puissante est le développement de la nanotechnologie pour la libération contrôlée d'engrais et de pesticides dans les domaines agricoles. Le développement de nanosupports, de nanoengrais et de nanocapteurs a amélioré l’efficacité des engrais avec un minimum de gaspillage7. La nanotechnologie s’est révélée très efficace pour la synthèse de formulations de produits agrochimiques à libération contrôlée8. Les avantages de la technologie à libération contrôlée comprennent une diminution du besoin en agents actifs et une persistance plus longue des agents actifs dans le système eau-sol, ce qui rend les méthodes agricoles plus rentables. De plus, cela protège les eaux souterraines des pesticides, insecticides et autres produits chimiques dangereux qui ont été utilisés9. L’utilisation de nanoporteurs, qui se comportent comme des véhicules des micronutriments nécessaires et les délivrent en quantité et dans le temps requis, est l’une des techniques viables pour lutter contre la carence en micronutriments10. L’utilisation de polymères naturels a considérablement augmenté ces dernières années en raison de leur non-toxicité, de leur abondance dans la nature11, de leur disponibilité facile12, de leur faible coût13, de leur nature respectueuse de l’environnement14, de leur biodégradabilité15 et de leur facilité de fonctionnalisation. Les études rapportant l'utilisation de biopolymères tels que l'alginate de sodium, le chitosane, l'amidon et le polysaccharide sont bien documentées dans la littérature16. Les plantes aromatiques sont utilisées dans plusieurs industries17,18 et des plantes comme le basilic réagissent rapidement aux applications d'engrais.