Forskare har avslöjat att kommersiella bekämpningsmedel kan appliceras på grödor i området Cucurbitaceae familj för att minska sin ansamling av hydrofoba föroreningar, vilket förbättrar växtsäkerheten. Forskargruppen bestod av Fujita Kentaro (1:a års doktorand) från Kobe Universitys Graduate School of Agricultural Science, Akademisk forskare Yoshihara Ryouhei (nu biträdande professor vid Saitama University) och docent Inui Hideyuki vid Kobe Universitys Biosignal Research Center, Senior forskare Kondoh Yasumitsu, Teknisk personal Honda Kaori och koncernchef Osada Hiroyuki på RIKEN, och huvudforskaren Haga Yuki och seniorforskaren Matsumura Chisato från Hyogo Prefectural Institute of Environmental Sciences.

Teamet utvecklade två metoder för att kontrollera funktionerna hos växtproteiner relaterade till transporten av hydrofoba föroreningar. Dessa fynd kommer att leda till att dessa nya funktioner hos bekämpningsmedel används i jordbruket, gör det möjligt att producera säkrare grödor. Dessa resultat publicerades online i den internationella vetenskapliga tidskriften Vetenskap om den totala miljön den 23 juni och in Miljöförorening den 18 juli.

Huvudpunkter

• Grödor i Cucurbitaceae familj kan ackumulera hydrofoba föroreningar (som dioxiner) i sina frukter från förorenad jord. Viktiga latexliknande proteiner (MLP) spelar en nyckelroll i transporten av hydrofoba föroreningar till deras frukter.
• Tillvägagångssätt 1 :Behandling med ett bekämpningsmedel som undertrycker uttrycket av MLP-genen minskar koncentrationerna av hydrofoba föroreningar i xylemsaften.
• Tillvägagångssätt 2 :Behandling med ett bekämpningsmedel som binder till MLPs hämmar bindningen av proteinerna till hydrofoba föroreningar. Således, koncentrationerna av hydrofoba föroreningar i xylemsaften som transporterades via MLP minskade.
• Det visades att bekämpningsmedel kunde ge en enkel och låg kostnadslösning för produktion av säkrare grödor.
• Denna studie visade, för första gången i världen, ett nytt sätt att använda bekämpningsmedel i jordbruket, vilket skiljer sig från nuvarande metoder.

Hydrofoba föroreningar inkluderar dioxiner, insekticidet dieldrin, och hormonstörande ämnen. Dessa föroreningar är mycket giftiga, och deras tillverkning och användning är nu förbjudna. Dock, dessa ämnen användes i stora mängder fram tills de förbjöds, orsakar omfattande miljöföroreningar som även påverkar jordbruksmark.

De Cucurbitaceae familjen inkluderar grödor som gurkor och squash. Medlemmar av denna familj skiljer sig från andra växtarter genom att de samlar höga koncentrationer av hydrofoba föroreningar i sina frukter. Docent Inui et al. tidigare upptäckt att stora latexliknande proteiner (MLP) i Cucurbitaceae familjen spelar en nyckelroll i denna ackumulering. MLP binder till hydrofoba föroreningar som tas upp från jorden av växtens rötter. De Cucurbitaceae familjen ackumulerar sedan hydrofoba föroreningar i bladen och frukterna via saven i stjälkarna (Figur 1). Följaktligen, MLPs är en viktig faktor som orsakar grödaförorening i Cucurbitaceae familj.

När grödor visar sig ha ackumulerat hydrofoba föroreningar över restgränsen, alla grödor som odlas på samma mark kan inte säljas, vilket leder till stora ekonomiska förluster för producenten. Av denna anledning, mycket forskning har utförts på sätt att avlägsna hydrofoba föroreningar från jordbruksmark, Men en kostnadseffektiv och effektiv metod har ännu inte hittats. Därför, det finns ett akut behov av att utveckla teknik för odling av säkrare grödor på åkermark som är förorenad av hydrofoba föroreningar.

Denna studie fokuserade på bekämpningsmedel som har bekräftats vara säkra. Forskarna försökte två metoder utformade för att undertrycka ackumuleringen av hydrofoba föroreningar via MLP:er:att använda en "bekämpningsmedel som undertrycker MLP-genuttryck" och en "MLP-bindande bekämpningsmedel." De syftade till att producera säkrare gurkväxtgrödor.

Tillvägagångssätt 1 (publicerad i Vetenskap om den totala miljön )

Appliceringen av ett bekämpningsmedel som undertrycker MLP-genuttryck minskar koncentrationen av MLP i rötterna och xylemsaften. Detta antydde att koncentrationerna av hydrofoba föroreningar ackumulerade i frukterna via MLP också skulle minska.

Först, experiment utfördes för att välja ett bekämpningsmedel som kunde undertrycka MLP-genuttryck från fem typer av bekämpningsmedel som används på Cucurbitaceae familj (insekticiderna Guardbait, Starkle, och Diazinon och fungiciderna Benlate och Daconil). Daconil valdes eftersom behandlingen visade att dess aktiva ingrediens kunde minska MLP-genuttrycket. Nästa, det bekräftades att koncentrationer av MLP i rötterna och xylemsaften från zucchini som odlats i jord förorenad med hydrofoba föroreningar minskade genom Daconil-behandlingen. Vidare, koncentrationerna av hydrofoba föroreningar i xylemsaften minskade med 52 %.

Tillvägagångssätt 2 (publicerad i Miljöförorening )

Appliceringen av MLP-bindande bekämpningsmedel hämmar bindningen av MLP till hydrofoba föroreningar i rötterna. Med andra ord, mängden MLP som binder till föroreningarna minskar. Det antogs att detta tillvägagångssätt skulle minska koncentrationerna av hydrofoba föroreningar som ackumulerades i frukterna via MLP.

För det första, kemiska arrayer med cirka 22, 000 föreningar från RIKEN NPDepo användes för att identifiera föreningar som band till MLP. Insektsmedlet Colt som kan appliceras på grödor i Cucurbitaceae familjen valdes från kommersiella bekämpningsmedel med liknande strukturer som MLP-bindande föreningar. När Colts aktiva ingrediens reagerade med både MLP och de hydrofoba föroreningarna, koncentrationen av MLP bundna till dessa föroreningar minskade med 78 %. Dessutom, koncentrationerna av dessa föroreningar i xylemsaften minskade med 15 % efter Colt-behandling.

Vidare forskning

Denna studie visade, för första gången i världen, att det är möjligt att odla säkrare grödor i förorenad jord genom styrning av växtens funktioner. Denna prestation skulle kunna minska antalet fall där producenter drabbas av ekonomiska förluster på grund av att de inte kan sälja grödor som odlats i förorenad jord. Vidare, this will also provide consumers with safe produce.

A new method of utilizing pesticides has been revealed by this research. För första gången i världen, this study has revealed a novel aspect of pesticides beyond their original functions of preventing pests or weed growth. Pesticides are thought to be extremely safe because they have to pass numerous strict safety tests. Vidare, the standardized treatment of crops with pesticides is simple and inexpensive. Därför, it is anticipated that the method developed by this study to reduce hydrophobic pollutants using pesticides will become widespread across the globe.