08:57 2022-01-20
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Studiul a constatat că verdele cu frunze contaminate cu metale grele devin violete
_ Studiul a constatat că metalele grele- verdele cu frunze contaminate devin violet
Unii ar putea spune că arăți puțin verde când ești bolnav. Verdele cu frunze devine de fapt violet - deși nu este evident pentru ochiul uman, poate fi văzut prin imagistica hiperspectrală avansată (diferită de soiurile violet ale unor legume). Cercetătorii de la Purdue au descoperit această schimbare de culoare a varzelor și a busuiocului subliniate de cadmiu, un metal greu toxic pentru sănătatea umană și animală.
Noua metodă de detectare avansează munca pentru a crea un amendament de sol care se leagă de metal și îl menține. de la plante, îmbunătățind siguranța alimentelor în produse, alimente pentru copii și mâncăruri preparate.
„Este foarte greu să vezi stresul cu metale grele în plante”, a spus Lori Hoagland, profesor de horticultură și arhitectură peisagistică la Universitatea Purdue , care a condus cercetarea. „Avem nevoie de instrumente noi pentru el. Dacă îl putem vedea rapid și măsura cu acuratețe pe măsură ce plantele cresc, vom fi mai capabili să dezvoltăm amendamente de sol care să sechestreze metalele dăunătoare, precum și să identificăm contaminarea înainte de a ajunge pe plăcile noastre. scopul este de a putea avea drone care să zboare deasupra câmpurilor și să detecteze stresul plantelor din cadmiu, plumb și arsen.”
Detecția hiperspectrală este mult mai rapidă decât tehnicile tradiționale de analiză chimică. De asemenea, nu necesită distrugerea plantei analizate, ceea ce permite studierea plantelor și a amendamentelor solului prin diferite stadii de dezvoltare a plantelor.
„Contaminarea plantelor cu cadmiu este cunoscută drept „ucigaș tăcut”, deoarece nu o pot vedea și, de obicei, nu o testează”, a spus Hoagland, care conduce Laboratorul de ecologie microbiană a solului din Purdue. „Plantele suferă atunci când sunt expuse la niveluri ridicate de cadmiu, dar nu se zboară și nu se ofilesc sau mor. Apar bine, cu excepția cazului în care nivelurile de cadmiu trec prin acoperiș. Plantele contaminate ajung la maturitate și la recoltare.”
Cadmiul este folosit în baterii și este adesea legat de fosfatul extras pentru îngrășăminte. În întreaga lume, acesta și alte metale grele din gunoi și poluare se infiltrează în sol și călătoresc la fermele din apropiere, unde culturile le absorb. Consumul de niveluri ridicate de cadmiu poate duce la boli de rinichi, probleme osoase, cancer și alte probleme de sănătate.
„Este prezent în mod natural în multe legume în concentrații mici, dar nivelurile ridicate pot fi dăunătoare”, a spus ea. „Trebuie în special să menținem aceste niveluri scăzute în alimentele pentru copii, dar este o problemă în creștere de-a lungul lanțului nostru alimentar.”
Hoagland a lucrat cu o echipă de la Purdue’s Ag Alumni Seed Phenotyping Facility pentru a sorta mii de diferite lungimi de undă pentru a vedea ce combinații au prezentat modificări care au indicat stresul plantei de la metal. Apoi au verificat metoda prin tehnici de analiză chimică.
Unitatea de fenotipizare este echipată cu un set de sisteme de fenotipizare a plantelor de mare randament, bazate pe imagini, care nu se găsesc la multe universități. Un fenotip este o caracteristică observabilă a unui organism care rezultă din codul său genetic și din interacțiunile sale cu mediul. Cercetătorii abia încep să exploateze capacitățile sale, a spus Hoagland.
„Am intrat în studiu ca un pic de test și nu sunt sigură dacă ar funcționa sau nu pentru cercetarea mea”, a spus ea. „Am fost surprins de cât de puternic poate fi un instrument și de câte date generează într-o perioadă scurtă de timp. Aceste tehnici de imagistică ne vor ajuta să învățăm și să răspundem la multe întrebări științifice.”
În cadrul studiului instalație de fenotipizare în mediu controlat, plantele călătoresc cu bandă transportoare la o stație de imagistică la intervale selectate de cercetători. Rezultatele echipei lui Hoagland au arătat că kale a acumulat niveluri mai mari de cadmiu decât busuiocul în aceleași condiții de sol, dar simptomele stresului cauzat de cadmiu au fost mai puternice la busuioc. Ei au descoperit, de asemenea, că plantele au prezentat doar stres de cadmiu la începutul dezvoltării.
„Imaginile hiperspectrale includ mult mai multe benzi decât benzile de culoare roșie, verde, albastră sau RGB pe care le putem vedea”, a spus Yang Yang, director de fenomene digitale la Purdue. „Tehnologia este foarte sensibilă la schimbările din interiorul plantelor care nu sunt detectabile pentru ochii noștri.”
Echipa a implementat un algoritm de învățare automată pentru a sorta și clasifica datele.
„Prin perechea noastră duală de camere hiperspectrale, putem realiza o detecție optică cu spectru complet atât din partea superioară, cât și din partea laterală a unei plante”, a spus Yang. „Sistemul hiperspectral al lui Purdue poate fi folosit pentru a scana plante de la răsaduri la o tulpină de porumb de 15 picioare. Aceasta a fost prima dată când l-am folosit pentru a căuta stresul de la metalele grele. Este o aplicație interesantă și a reprezentat o nouă provocare interdisciplinară.”< /p>
Echipa s-a gândit mai întâi că efectul stresului legat de toxicitatea cadmiului asupra nivelurilor de producție de clorofilă ar fi un indicator probabil și a examinat spectrul luminii verzi. Schimbarea de culoare rezultată a fost foarte subtilă. Echipa a progresat prin alte modificări legate de stres în plantă și în alte părți din spectrele de reflexie ale plantei, a spus Hoagland. Ei au descoperit că modificările metaboliților din cauza răspunsului la stres au oferit un semnal hiperspectral de stres mult mai clar.
„Privindu-se la acești metaboliți secundari, a dat un semnal mult mai puternic și a existat un „violet” clar al plantei atunci când vizualizate cu lungimile de undă antocianice corespunzătoare”, a spus ea. „Așadar, dacă verdele scade și violetul crește, știm că planta este stresată.”
Hoagland și echipa ei au evaluat „indicii de vegetație”, care sunt combinații de reflectanță de la diferite lungimi de undă care au fost identificate ca fiind cele mai bune pentru analiza hiperspectrală a diferitelor proprietăți ale plantelor. Echipa a descoperit că indicele de reflectare a antocianinei, sau ARI, este cel mai bun pentru detectarea stresului cauzat de cadmiu și a dezvoltat o ecuație specifică a indicelui de vegetație pentru acesta. De asemenea, au dezvoltat un amendament de sol pentru a reduce nivelul de cadmiu absorbit de plantă. Lucrarea este detaliată într-o lucrare publicată în revista Environmental Pollution.
„Am dezvoltat amendamente la sol pentru a ajuta la remedierea poluării mediului”, a spus Hoagland. „Aceste amendamente sunt amestecuri diferite de carbon bio, care includ deșeuri de materiale organice și așchii de lemn tratați special arse la temperaturi ridicate. Acestea pot lega metalele grele și pot reduce absorbția în combinație cu procesele microbiene. Trucul este să găsești formula potrivită pentru materie primă și temperaturi. .”
Formula testată a scăzut ușor nivelurile de cadmiu din plante, a spus ea. O soluție ar putea fi ca fermierii să folosească pur și simplu mai mult din amendament, dar Hoagland intenționează să continue să ajusteze și să îmbunătățească formularea.
De asemenea, intenționează să folosească metoda imagistică hiperspectrală pentru a găsi un semnal clar pentru plumb și arsenic.
„Sunt microbiolog de sol, deci sunt de obicei în murdărie”, a spus Hoagland. „Tehnologia imagistică a fost folosită mai mult pentru evaluarea răspunsurilor la secetă sau a nutrienților din plante, iar munca mea a fost diferită. Aceasta a fost o nouă aplicație pentru instrumente și o mare colaborare între ingineri și oameni de știință.”
În plus față de Hoagland și Yang, cercetătorii Purdue Maria Zea, o studentă absolventă în laboratorul lui Hoagland; Augusto Souza, cercetător postdoctoral pentru unitățile de fenotipizare; Linda Lee, profesor de agronomie; și Krishna Nemali, specialist în extindere în agricultură în mediu controlat; a lucrat la proiect și sunt co-autori ai lucrării.
Comentarii:
Adauga Comentariu