علماء يكتشفون طريقة جديدة لحماية النباتات باستخدام المعادن النادرة
معادن رخيصة قد تُحدث ثورة في الزراعة ومقاومة الإجهاد المناخي
تُضيف العديد من الدول بالفعل اللانثانيدات، وهي مجموعة من المعادن الأرضية النادرة، إلى الأسمدة لدعم نمو المحاصيل. ومع ذلك، ورغم استخدامها على نطاق واسع في الزراعة، لم يفهم الباحثون تمامًا كيفية امتصاص النباتات لهذه العناصر أو تأثيرها على عمليات أساسية كالبناء الضوئي.
اكتشف علماء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) أن جرعة نانوية واحدة من اللانثانيدات المطبقة على البذور يمكن أن تساعد بعض المحاصيل الأكثر زراعة على مستوى العالم على مقاومة التلف الناتج عن الأشعة فوق البنفسجية (UV).
نُشرت الدراسة كاملة في مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية.
يُظهر عملهم أن هذا العامل الفعال على التفاعل مع الكلوروفيل – الصبغة الأساسية لعملية البناء – من خلال استبدال أيون المغنيسيوم في مركزه، يُعزز هذا المنتج أداء الصبغة ويُحسّن بشكل أفضل للأشعة فوق البنفسجية.
وقال الأستاذ بينيديتو ماريلي، الذي يدرس الدراسة مع الباحث ما بعد الدكتوراه جورجيو ريزو: “هذه خطوة أولى لفهم أفضل لكيفية عمل هذه العناصر في النباتات، لمثال لكيفية توصيلها بشكل أكثر تشابهًا مباشرة في الزراعة”.
وبالتالي: “هذا هو المثال الأول للتأثيرات الشاملة لتأثيرات اللانثانيدات على الكلوروفيل، ودورها في حماية النباتات من ضغوط الأشعة فوق البنفسجية”.
الجسم البشري لا يوجد أكثر من زراعة الطعام
لا يستخدم جوزيف اللانثانيات في الزراعة، بل شارك أيضًا في تطبيقات صناعية وطبية متعددة، من فحوصات الرنين المغناطيسية إلى الخلايا الشمسية والليزر ومصابيح LED.
في الصين، نسعى إلى المساندة بالان ثانية الزراعية نحو 4 مؤشرات تساهم في ذلك. تحتوي على ريزو أن “اللانثانيتات كانت غير ذات أهمية بيولوجية لفترة طويلة، ولكن الوضع تغير، خصوصًا في الزراعة الصينية”.
وقال الطفل “مازلنا لا نفهم بشكل كامل احتراقها أو تفاعلها مع الخلايا النباتية، على الرغم من وجود أسباب على أنها تعمل على تعزيز النمو، وبناء، وتخليق المركبات الكيميائية، وتثبيط الإجهاد”، ولكن الاستخدام قد يكون ضارًا، لذا فإن الاهتمام ضروري.
إعادة تخضير محاصيل
استخدم الفريق البحثي تقنية المصنع ومعالجة الملصقات للبذور، ما سمح لهم بدراسة تفاعل اللانثانيدات مع نباتي فيل وخارجها. فحين يفقد الكلوروفيل أيون المغنيسيوم، يسبب مؤثرات البناء الضوئي. لكن الانثانيتات يمكن أن تحل محله، وتعيد للكلوروفيل جزء من النجاح – وهي الخيار الدائم بإعادة الاخضرار”.
قال ماريلي: “لاحظنا أن اللانثانيتات تُحسن مؤشرات صحة النبات، وتتراكم غالباً في الجائزة، مع وصول كمية صغيرة إلى الأوراق، حيث تؤثر في بنية الكلوروفيل الجديد”.
الحماية من الشمس
اردت أن اللانثانيات تُعزز تحمل النباتات لإجهاد الأشعة فوق البنفسجية. قال ريزو: “الكلوروفيل حساس للغاية ويتحلل بشكل غير كيميائي. لكن عند استبدال السيسيوميه بالانثانيد، يصبح أكثر استقرارًا حتى خارج الخلايا”.
استخدم الفريق عناصر تأثيرية مؤثرة على العناصر الرئيسية مثل الحمص والشعير والذرة وفول وغير ذلك الكثير، نتائج واعدة.
أهمية متزايدة في ظل المناخ المتغير
مع تغيرات درجات الحرارة والظروف المناخية، البنك الدولي يحتاج إلى خيارات متنوعة لحماية المحاصيل. وأوضح ماريلي: “في ظل أشعة الشمس المتزايدة، نحتاج إلى زيادة النباتات، دون الاعتماد على مادة كيميائية قد تكون سامة أو تُسهم في التلوث بالبلاستيك”.
عنصر منخفض القيمة يُثبت فاعليته
برز اللانثانوم – وهو عنصر وفير ورخيص – كأكثر اللانثانيدات فعالية. عادة ما يتم إنتاجها بشكل ثانوي منخفض القيمة، لكن الدراسة لا تزال كبيرة.
العقود ماريلي: “نُظهر في هذه الدراسة ما يمكن أن نفعله بهذه الطريقة البسيطة، والتي تساهم في مشاركاتها الجديدة في الاتصالات الإلكترونية، ونأمل في إعادة استهلاكها بشكل أوسع”.
الخطوة التالية: من المختبر إلى المزرعة
يعمل الفريق حاليًا على اختبار هذه النتائج في الزجاجات والمزارع التجريبية، حيث يمتد نطاق التطبيق ودراسة تأثيرها على العديد.
ولا ريزو بالقول: “نأمل أن تُسهم هذه الدراسة في ترشيد استخدام اللانثانيدات في الزراعة، وابتكار طرق جديدة لمعالجة المستودعات وأكبر”.
