식물 성장을 향상시키기 위해 나노미터 규모로 복잡하고 캡슐화된 영양분을 생산하기 위한 새로운 연구

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 11100(2023) 이 기사 인용

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착화제와 미량 영양소의 복합화는 토양 수계에서 비료의 바람직하지 않은 반응을 줄입니다. 복잡한 구조의 형태로 영양소는 식물이 사용할 수 있는 형태로 유지됩니다. 나노형 비료는 입자의 표면적을 향상시키고 넓은 식물 뿌리 면적과 비료 접촉량이 적어 비료 비용을 절감합니다. 알긴산나트륨과 같은 고분자 물질을 사용하여 비료 방출을 제어하면 농업 관행이 더욱 효율적이고 비용 효율적으로 됩니다. 전 세계적으로 작물 수확량을 개선하기 위해 여러 가지 비료와 영양소가 대규모로 사용되며 거의 절반 이상이 낭비됩니다. 따라서 실행 가능하고 환경 친화적인 기술을 사용하여 토양에서 식물이 이용할 수 있는 영양분을 개선해야 할 절실한 필요성이 있습니다. 본 연구에서는 나노미터 규모의 새로운 기술을 사용하여 복잡한 미량 영양소를 성공적으로 캡슐화했습니다. 영양소는 프롤린과 복합체를 형성하고 알긴산 나트륨(고분자)을 사용하여 캡슐화되었습니다. 합성된 복합 미량영양소 나노비료의 효과를 연구하기 위해 스위트 바질을 적당히 통제된 환경(온도 25°C, 습도 57%)에서 3개월에 걸쳐 7번의 처리를 거쳤습니다. X선 분말 회절(XRD) 및 주사 전자 현미경(SEM)을 통해 복합 미량 영양소 나노형태의 비료의 구조적 변형을 조사했습니다. 제조된 비료의 크기는 1~200nm 사이였다. FTIR(푸리에 변환 적외선) 분광법 스트레칭 진동 피크는 1600.9 cm−1(C=O), 3336 cm−1(N-H) 및 1090.2 cm−1(비틀고 흔들리는 N-H)에서 피롤리딘에 해당합니다. 반지. 바질 식물의 에센셜 오일의 화학적 구성을 분석하기 위해 가스 크로마토그래피-질량 분석법을 사용했습니다. 바질 식물의 에센셜 오일 생산량은 처리 후 0.0035%에서 0.1226%로 증가했습니다. 본 연구 결과에 따르면 복합화 및 캡슐화는 작물 품질, 에센셜 오일 생산량 및 바질의 항산화 잠재력을 향상시키는 것으로 나타났습니다.

침출, 과도한 경작, 산성 토양의 석회화 및 표토 침식으로 인해 지난 몇 년 동안 작물의 미량 영양소 결핍이 크게 증가했습니다1. 낮은 작물 품질 및 수확량, 광범위한 해충 및 질병 침입, 식물의 불완전한 형태학적 구조(예: 작은 크기의 작은 물관 혈관), 낮은 파이토시데로포어 활성화 및 비료의 사용 효율성 감소는 미량 영양소 결핍으로 인한 부정적인 영향 중 일부입니다. 식물에서 2. 농작물에는 낮은 농도의 미량 영양소가 필요하지만 이는 많은 작물의 성장과 수확량에 필수적입니다3. 위에서 언급한 문제는 킬레이트 형태의 미량 영양소 비료를 사용하여 해결할 수 있습니다3. 식물의 뿌리 마디는 약간의 음전하를 띠고 미량 영양소의 금속 이온은 본질적으로 전기 양성이므로 뿌리 마디 부위와 결합하여 식물 조직으로 흘러 들어가지 않습니다. 이러한 영양소는 착화제와 결합하여 중성이거나 약간 음성이 되므로 식물 조직을 쉽게 통과합니다. 프롤린은 효과적인 두자리 리간드입니다4. 이는 다양한 도전으로부터 식물을 보호하고 스트레스로부터 더 빠른 회복을 돕습니다. 프롤린을 스트레스를 받는 식물에 외인성으로 투여하면 식물 성장뿐 아니라 기타 생리학적 특성도 증가됩니다5. 비료의 형태로 식물에 공급되는 영양분은 식물의 적절한 성장과 신진대사에 매우 중요하지만, 작물에 비료를 부적절하게 공급하면 비료의 약 40~70%가 배수되어 담수 및 지하수 저수지의 중금속이 오염됩니다. 나노 비료는 식물의 요구 사항에 정확하게 영양분을 제공하여 환경적 영양분 손실을 줄입니다6. 가장 중요하고 강력한 기술은 농업 분야에서 비료와 살충제의 방출을 제어하기 위한 나노기술의 개발입니다. 나노캐리어, 나노비료, 나노센서의 개발로 낭비를 최소화하면서 비료 효율이 향상되었습니다7. 나노기술은 농약의 제어 방출 제제 합성에 매우 성공적인 것으로 밝혀졌습니다8. 제어 방출 기술의 이점에는 활성제의 필요성 감소, 수질-토양 시스템에서 활성제의 장기 지속성 등이 포함되어 농업 방법을 더욱 비용 효율적으로 만듭니다. 또한 이는 사용된 위험한 살충제, 살충제 및 기타 화학 물질로부터 지하수를 보호합니다9. 필수 미량 영양소의 운반체 역할을 하고 필요한 양과 지속 시간으로 이를 전달하는 나노캐리어의 사용은 미량 영양소 결핍을 해결하기 위한 실행 가능한 기술 중 하나입니다10. 무독성, 자연의 풍부함11, 용이한 가용성12, 저렴한 비용13, 친환경적 특성14, 생분해성15 및 기능화의 용이성으로 인해 최근 몇 년간 자연 발생 폴리머의 사용이 크게 증가했습니다. 알긴산나트륨, 키토산, 전분 및 다당류와 같은 생체고분자의 사용을 보고한 연구는 문헌에 잘 기록되어 있습니다16. 방향족 식물은 여러 산업에서 활용되고 있으며17,18 바질과 같은 식물은 비료 적용에 빠르게 반응합니다.