Quali colture possono sopravvivere alla siccità? I nanosensori possono offrire indizi

Per lo studio attuale, i ricercatori hanno iniettato la soluzione nelle foglie di mais, che hanno scelto, in parte, perché il raccolto è fondamentale per l’approvvigionamento alimentare mondiale. I nanosensori hanno rivestito l’esterno delle cellule della foglia, gonfiandosi o restringendosi in base alla quantità di acqua disponibile.

Le molecole di colorante in AquaDust emettono fluorescenza a diverse lunghezze d’onda, a seconda della loro vicinanza l’una all’altra, e queste lunghezze d’onda possono essere misurate con uno strumento chiamato spettrometro. Quando l’acqua è prontamente disponibile, le nanoparticelle si gonfiano, allontanando i coloranti e creando un picco nella lunghezza d’onda verde emessa dai coloranti. Quando non c’è molta acqua, le nanoparticelle si restringono e i coloranti si avvicinano, determinando un picco nella lunghezza d’onda gialla. Quindi i ricercatori possono convertire le letture dello spettro di emissione in misurazioni del potenziale idrico, il tutto senza danneggiare la pianta.

La tecnica può essere applicata a diverse posizioni lungo la foglia per tracciare il flusso d’acqua, afferma Piyush Jain, coautore dello studio e dottorando di ricerca in ingegneria meccanica presso la Cornell. “Ciò che ci consente di fare è fondamentalmente modellare il flusso dell’acqua attraverso diversi tessuti, partendo dallo stelo fino alle diverse parti della foglia”, afferma.

I ricercatori hanno concentrato le misurazioni di AquaDust sull’area appena sotto la superficie della foglia, dove le piante svolgono funzioni importanti come l’assorbimento di CO2, rilasciando vapore acqueo nell’atmosfera e confezionando gli zuccheri creati dalla fotosintesi. Per allevare colture che gestiscono meglio l’acqua, sarà molto utile avere una migliore comprensione della biologia e del comportamento dell’acqua in punti così critici, affermano i ricercatori.

In definitiva, la tecnologia potrebbe essere utilizzata in situazioni del mondo reale, come per i lavoratori nei campi o nelle serre. Potrebbe anche essere possibile un giorno spruzzare AquaDust su un campo e quindi utilizzare una fotocamera multispettrale per misurare rapidamente il potenziale idrico su centinaia di piante.

Un ricercatore che utilizza AquaDust in un campo di mais.Fotografia: Siyu Zhu/Cornell University

E mentre questo è ancora uno sviluppo lontano, AquaDust sembra una tecnologia utile, afferma Irwin Goldman, professore di orticoltura presso l’Università del Wisconsin, a Madison, che non è stato coinvolto nello studio. “L’utilizzo di qualsiasi tipo di tecnologia di telerilevamento, in questo caso utilizzano nanosensori, è un enorme passo avanti”, afferma. “La mia sensazione di questa tecnologia è che è il futuro, davvero.”

Gli allevatori si sono concentrati da tempo sullo sviluppo di colture resistenti alla siccità, afferma Goldman. “Per almeno gli ultimi 15 anni, nella comunità dei coltivatori di piante c’è stata la sensazione che abbiamo bisogno di incorporare la selezione per una maggiore resilienza nelle nostre colture come parte dei nostri programmi di allevamento, che non è sufficiente allevare solo prodotti ad alto rendimento o migliore qualità o per la resistenza alle malattie”, afferma. Ma, sottolinea, sarà un lungo processo per identificare quali piante sfidano meglio la perdita d’acqua e quali geni sono legati a quella resilienza, prima di associarle ad altri tratti desiderabili come una buona nutrizione e sapore. “Una volta identificati i geni, questo è molto utile, ma non ci porta necessariamente fino alla fine del progetto”, dice. “Dobbiamo ancora trovare combinazioni utili”.

Per ora, AquaDust è principalmente uno strumento di ricerca, non qualcosa che è pronto per essere implementato su larga scala che agricoltori o allevatori potrebbero utilizzare per, ad esempio, valutare 1.000 piante in un’ora. Per prima cosa, la stessa soluzione iniettata contiene acqua, che deve evaporare prima che qualcuno possa effettuare una misurazione. “Aspettiamo circa un giorno prima che la foglia torni al suo stato naturale”, afferma Jain.

L’applicazione e i metodi di lettura di AquaDust dovrebbero essere perfezionati prima che possa essere pronto per tali misurazioni ad alta produttività o prodotti commerciali. Ma nel frattempo, essere in grado di indirizzare con precisione il flusso d’acqua all’interno delle piante potrebbe aiutare i ricercatori a risolvere alcuni misteri. Uno di questi, dice Stroock, è se le piante permettano mai che gli strati più interni delle loro foglie, chiamati mesofillo, si secchino. Per anni, la saggezza convenzionale è stata che lo evitassero, ma misurazioni indirette da altri laboratori ora suggerisci che è una possibilità. Essere in grado di testarlo direttamente con AquaDust potrebbe alterare radicalmente la nostra comprensione di come le piante gestiscono la loro acqua e come gestiscono lo stress causato dal tessuto interno secco, dice.

“Crediamo che ci siano domande molto interessanti a cui rispondere in laboratorio che hanno la precedenza sulla commercializzazione”, afferma Stroock. “In questo momento, gli agricoltori dell’Iowa non ci chiamano per dire: ‘Possiamo coprire il nostro campo con AquaDust?'”

Quei contadini probabilmente sperano solo nella pioggia. Ma, un giorno, la tecnologia come i nanosensori potrebbe aiutarli quando quelle speranze si esauriranno.


Altre grandi storie WIRED

Lascia un commento

Il tuo indirizzo email non sarà pubblicato.