Efektivitas ditunjukkan dalam keluarga Cucurbitaceae – Sains Terkini

Para peneliti telah mengungkapkan bahwa pestisida komersial dapat diaplikasikan pada tanaman di Cucurbitaceae keluarga untuk mengurangi akumulasi polutan hidrofobik (* 1), sehingga meningkatkan keamanan tanaman. Kelompok peneliti terdiri dari FUJITA Kentaro (mahasiswa tahun pertama Ph.D.) dari Sekolah Pascasarjana Ilmu Pertanian Universitas Kobe, Peneliti Akademik YOSHIHARA Ryouhei (sekarang asisten profesor di Universitas Saitama) dan Associate Professor INUI Hideyuki dari Pusat Penelitian Biosignal Universitas Kobe, Ilmuwan Riset Senior KONDOH Yasumitsu, Staf Teknis HONDA Kaori dan Direktur Grup OSADA Hiroyuki dari RIKEN, dan Peneliti Utama HAGA Yuki dan Ilmuwan Senior MATSUMURA ​​Chisato dari Institut Ilmu Lingkungan Prefektur Hyogo.

Tim mengembangkan dua pendekatan untuk mengontrol fungsi protein nabati yang terkait dengan pengangkutan polutan hidrofobik.

Temuan ini akan mengarah pada fungsi baru pestisida yang digunakan dalam pertanian, memungkinkan tanaman yang lebih aman untuk diproduksi.

Hasil ini dipublikasikan secara online di jurnal ilmiah internasional Ilmu Lingkungan Total pada tanggal 23 Juni dan di Pencemaran lingkungan'pada 18 Juli.

Poin utama

  • Tanaman di Cucurbitaceae keluarga dapat mengakumulasi polutan hidrofobik (seperti dioksin) dalam buahnya dari tanah yang terkontaminasi. Protein seperti lateks utama (MLP) (* 2) memainkan peran kunci dalam mengangkut polutan hidrofobik ke buahnya.
  • Pendekatan 1: Perlakuan dengan pestisida yang menekan ekspresi gen MLP menurunkan konsentrasi polutan hidrofobik pada getah xilem.
  • Pendekatan 2: Perawatan dengan pestisida yang mengikat MLP menghambat pengikatan protein ke polutan hidrofobik. Dengan demikian, konsentrasi polutan hidrofobik dalam getah xilem yang diangkut melalui MLP berkurang.
  • Terbukti bahwa pestisida dapat memberikan solusi sederhana dan berbiaya rendah untuk produksi tanaman yang lebih aman.
  • Studi ini mengungkapkan, untuk pertama kalinya di dunia, cara baru penggunaan pestisida dalam pertanian, yang berbeda dengan metode saat ini.

Latar belakang penelitian

Polutan hidrofobik termasuk dioksin, insektisida dieldrin, dan pengganggu endokrin. Polutan ini sangat beracun, dan pembuatan serta penggunaannya sekarang dilarang. Namun, zat-zat ini digunakan dalam jumlah besar hingga dilarang, menyebabkan pencemaran lingkungan yang meluas yang juga mempengaruhi lahan pertanian.


Itu Cucurbitaceae keluarga termasuk tanaman seperti ketimun dan labu. Anggota famili ini berbeda dari spesies tumbuhan lain karena mereka mengakumulasi polutan hidrofobik konsentrasi tinggi dalam buahnya. Associate Professor Inui dkk. sebelumnya menemukan bahwa protein seperti lateks utama (MLP) di Cucurbitaceae keluarga memainkan peran kunci dalam akumulasi ini. MLP mengikat polutan hidrofobik yang diambil dari tanah oleh akar tanaman. Itu Cucurbitaceae Famili kemudian mengakumulasi polutan hidrofobik di daun dan buah melalui getah di batang. Akibatnya, MLP merupakan faktor utama yang menyebabkan kontaminasi tanaman di Cucurbitaceae keluarga.

Ketika tanaman ditemukan memiliki polutan hidrofobik di atas batas residu, semua tanaman yang ditanam di lahan yang sama tidak dapat dijual, mengakibatkan kerugian ekonomi yang besar bagi produsen. Untuk alasan ini, banyak penelitian telah dilakukan untuk menghilangkan polutan hidrofobik dari tanah pertanian, namun metode yang hemat biaya dan efisien belum ditemukan. Oleh karena itu, ada kebutuhan mendesak untuk mengembangkan teknologi untuk budidaya tanaman yang lebih aman di lahan subur yang terkontaminasi oleh polutan hidrofobik.

Metodologi Penelitian

Studi ini difokuskan pada pestisida yang telah dipastikan aman. Para peneliti mencoba dua pendekatan yang dirancang untuk menekan akumulasi polutan hidrofobik melalui MLP: memanfaatkan 'pestisida yang menekan ekspresi gen MLP' dan 'pestisida pengikat MLP'. Mereka bertujuan untuk menghasilkan tanaman cucurbitaceous yang lebih aman.

Pendekatan 1 (diterbitkan dalam 'Science of the Total Environment')

Penerapan pestisida yang menekan ekspresi gen MLP mengurangi konsentrasi MLP di akar dan getah xilem (* 3). Ini menunjukkan bahwa konsentrasi polutan hidrofobik yang terakumulasi dalam buah melalui MLP juga akan berkurang.

Pertama, percobaan dilakukan untuk memilih pestisida yang dapat menekan ekspresi gen MLP dari lima jenis pestisida yang digunakan Cucurbitaceae keluarga (insektisida Guardbait, Starkle, dan Diazinon dan fungisida Benlate dan Daconil). Daconil dipilih karena perlakuan menunjukkan bahwa bahan aktifnya (* 4) dapat menurunkan ekspresi gen MLP. Selanjutnya, dipastikan bahwa konsentrasi MLPs pada akar dan getah xilem zucchini yang ditanam di tanah yang terkontaminasi polutan hidrofobik berkurang dengan perlakuan Daconil. Selanjutnya konsentrasi pencemar hidrofobik pada getah xilem mengalami penurunan sebesar 52%.

Pendekatan 2 (diterbitkan dalam 'Pencemaran Lingkungan')

Aplikasi pestisida pengikat MLP menghambat pengikatan MLP ke polutan hidrofobik di akar. Dengan kata lain, jumlah MLP yang mengikat polutan berkurang. Dihipotesiskan bahwa pendekatan ini akan menurunkan konsentrasi polutan hidrofobik yang terakumulasi dalam buah melalui MLP.

Pertama-tama, susunan kimiawi (* 5) dengan sekitar 22.000 senyawa dari RIKEN NPDepo (* 6) digunakan untuk mengidentifikasi senyawa yang terikat pada MLP. Insektisida Colt yang dapat digunakan pada tanaman di Cucurbitaceae keluarga dipilih dari pestisida komersial dengan struktur yang mirip dengan senyawa pengikat MLP. Ketika bahan aktif Colt direaksikan dengan MLP dan polutan hidrofobik, konsentrasi MLP yang terikat pada polutan ini menurun 78%. Selain itu, konsentrasi polutan ini dalam getah xilem turun 15% setelah perlakuan Colt.

Penelitian Lebih Lanjut

Studi ini mengungkapkan, untuk pertama kalinya di dunia, bahwa mungkin untuk menanam tanaman yang lebih aman di tanah yang terkontaminasi melalui kontrol fungsi tanaman. Pencapaian ini dapat mengurangi jumlah kasus dimana produsen mengalami kerugian ekonomi akibat tidak dapat menjual tanaman yang ditanam di tanah yang tercemar. Selain itu, ini juga akan memberi konsumen produk yang aman.

Metode baru penggunaan pestisida telah ditemukan dalam penelitian ini. Untuk pertama kalinya di dunia, penelitian ini telah mengungkapkan aspek baru pestisida di luar fungsi aslinya dalam mencegah hama atau pertumbuhan gulma. Pestisida dianggap sangat aman karena harus melewati berbagai uji keamanan yang ketat. Selain itu, perawatan tanaman standar dengan pestisida sederhana dan murah. Oleh karena itu, metode yang dikembangkan dalam studi ini untuk mengurangi polutan hidrofobik dengan menggunakan pestisida diperkirakan akan tersebar luas di seluruh dunia.

Glosarium

1. Polutan hidrofobik:

Polutan hidrofobik adalah zat kimia yang tidak mudah terurai di lingkungan dan mudah terakumulasi di dalam organisme. Mereka sangat beracun dan telah terbukti menjadi karsinogenik dan neurotoksik pada manusia. Polutan hidrofobik termasuk dioksin, bifenil poliklorinasi, dan dieldrin. Penggunaan dan pembuatannya telah dilarang di 181 negara.

2. Protein seperti lateks utama (MLP):


Protein ini ditemukan di banyak spesies tumbuhan, termasuk Arabidopsis thaliana, anggur dan apel. Khususnya di Cucurbitaceae Keluarga, MLP mengikat polutan hidrofobik, mengangkutnya ke daun dan buah, di mana polutan ini kemudian terakumulasi. Fungsi asli dari protein ini masih harus diklarifikasi.

3. Getah xilem:

Getah xilem adalah cairan yang terdapat di xilem, yang merupakan bagian dari ikatan pembuluh bersama floem. Ini mengangkut air dan nutrisi yang diserap dari akar ke daun dan buah.

4. Bahan aktif:

Bahan kimia dalam pestisida komersial yang menjalankan fungsi utama produk (mis. Insektisida atau fungisida). Pestisida juga mengandung bahan selain bahan aktifnya, seperti zat penyebar, yang memastikan bahan aktif tersebut melekat pada tanaman atau hama. Studi ini memastikan bahwa bahan aktif dalam pestisida dapat mengontrol fungsi MLP.

5. susunan kimia:

Senyawa kimia organik diimobilisasi pada sebuah chip, memungkinkan evaluasi yang sangat efisien dari interaksi fisik senyawa dengan protein yang diinginkan. Sulit untuk melumpuhkan berbagai jenis dan struktur kompleks senyawa organik, dibandingkan dengan melumpuhkan DNA terstruktur tunggal untuk susunan DNA. Kelompok Riset Biologi Kimia RIKEN telah mengembangkan metode imobilisasi menggunakan karben dengan aviditas nonspesifik (karbon divalen yang hanya memiliki 6 elektron valensi dan tidak bermuatan) yang akan mengikat senyawa tersebut tanpa memandang gugus fungsinya.

6. RIKEN NPDepo (Penyimpanan Hasil Alam):

Perpustakaan senyawa kimia sedang dikembangkan oleh Unit Penelitian Pengembangan Sumber Daya Kimia dari Kelompok Penelitian Biologi Kimia RIKEN. Selain mengumpulkan dan menyimpan senyawa alami yang diisolasi dari sumber seperti actinobacteria, mereka juga menerima simpanan dari peneliti untuk membangun perpustakaan senyawa kimia yang beragam.

Penelitian ini didukung oleh pendanaan dari Japan Crop Protection Association dan Hibah Penelitian Ilmiah Sasakawa (No. 2019-5004).

You may also like...

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.