H2020 BoostCrop Proiektua: Uztaren hazkundea sustatzea produktu naturalak eta sintesi bidezko eguzki-uzta erabiliz
- Mota Proiektua
- Egoera Sinatua
- Exekuzioa 2019 -2023
- Esleitutako Aurrekontua 4.940.403,75 €
- Eremua Europeo
- Finantza-iturri nagusia Horizonte 2020
- Proiektuaren webgunea Proyecto BoostCrop
Estres hotzak uzta asko murriztu dezake. Tenperatura baxuek landareen hazkuntza eta garapena mugatzen dituzte, eta izozteak, berriz, ehunen kalteak eragiten ditu. Ugalketa-fasean estres hotza gertatzen denean, etekin-galerak are larriagoak dira. EBk finantzatutako BoostCrop proiektuak landareen erresilientzia handitu nahi du estres hotzearekiko eta landareen hazkundea estimulatu baldintza desberdinetan, berogailu molekular izeneko kontzeptu berritzaile baten bidez.
Hauek modu naturalean sortzen diren molekulak dira, landarearentzat kaltegarriak diren edo fotosintesian erabiltzen ez diren espektro elektromagnetikoaren zatiak xurgatzen dituztenak eta gero uhin-luzera horiek uhin-luzera luzeagoetan (beroa) bihurtzen dituztenak. Proposatutako metodoak nabarmen murriztu ditzake uzta-galerak eta hazkuntza-denboraldiak luzatu.
"Berogailu molekular" bi familia sintetizatzeko prozesu jasangarriak erabiliz, bata sinapoil malato (SM) analogoez eta bestea diketopirolopirrol (DPP) analogoez osatua, 60 konposatu baino gehiagoko liburutegi bat osatu dugu arrakastaz, multigramo eskalan optimizatutako bide sintetiko berde berritzaileekin. Gure lankide analistek lagin hauekin lortutako emaitzek etengabe zehazten dute sintetizatuko diren SM analogo berrien aukera. Adibidez, hidrofobikotasun erregulagarria duten SM analogo berriak sintetizatzen ari gara, haien formulazioa hobetzeko eta, horrela, hostoetan aplikatzea errazteko. Zelaiko eta negutegiko entseguetarako dauden analogoen ekoizpena eta optimizazioa jarraitzen du. DPPren garapena aurrera doa, nahiz eta SM familia den une honetan itxaropentsuena eta proba gehiagoren helburu nagusia, behean azaltzen den bezala. "Berogailu molekular" gisa duten eraginkortasuna aldatzen duten argi-molekulen arteko elkarrekintzak ulertzeko punta-puntako analisi-esperimentuak. Gure eredu molekula batzuetako erlaxazio bide gakoei (egoera kitzikatuaren dinamika) buruzko ezagutza lortu dugu. Batzuek ezaugarri oso onak dituzte, eta beste batzuek, berriz, ezaugarri egokiak baino ez.
Erlaxazio-ezaugarri hauek nola manipulatu ulertzen laguntzen diguten ikerketa gehiagok molekula berrien sintesian eta produktuen formulazioan lagunduko dute. Egoera kitzikatuaren dinamikarako ereduak garatzea: Berogailu molekular hautagaien egitura elektronikoaren kalkuluak egiten jarraitzen dugu gas fasean eta ingurune konplexuetan, haien fotofisika eta fotokimika hobeto ulertzeko. Kalkulu hauek gure kolaboratzaileen esperimentuekin sinergian egiten dira. Lan hau hasi aurretik, sintetizatutako molekulen erlaxazio-ezaugarriak eta erreaktibotasuna aurreikusteko gai izan ginen analogo berrien sintesia informatzeko. Gure molekulen azpiproduktuen eta toxikotasunaren analisia: In silico metodoak erabiliz toxikotasun potentziala duten molekula hautagaien hasierako baheketak adierazten du gure molekuletako bat ere ez litzatekeela mutagenikoa edo kartzinogenikoa izan behar.
Horri esker, elikagaien ekoizpenerako segurtasun-berme maila altua duten molekula hautagaiak garatzen jarrai dezakegu. Aipatzekoa da hiru molekula hautagai berrik hasierako segurtasun-proba guztiak gainditu dituztela. Laborategian, negutegian eta landan egindako irudi termikoak eta biomasaren neurketak erabiliz, arrakastaz frogatu dugu molekula UV-A/B erradiaziopean aplikatu ondoren, bai landarean bai hostoetan igoera termiko nabarmena gertatzen dela. Hiru molekula hautagai gure lehen prototipoak baino berotze hobea erakusten dute. Gure SM estandarraren eta itsasgarri laguntzaile baten nahasketarekin tomate, benth eta piper landareetan egindako entseguetan, landareen pisu lehorraren igoera behin eta berriz ikusi dugu, gure kasu arrakastatsuenean % 12,3ra arte. Proba hauek erakutsi dute formulazioa ezinbestekoa dela SM-k hazkuntzan dituen efektuak optimizatzeko, eta gure etengabeko lana negutegiko eta landa-probetarako prototipo produktu bat arrakastaz formulatzera bideratzen da.
XXI. mendeko erronka nagusietako bat da munduko elikagaien ekoizpena handitzea, hazten ari den biztanleria elikatzeko, lantzeko lurren kalitatea eta kantitatea gutxitzen ari diren bitartean. Arazo honen alderdi nagusi bat hainbat labore-espezie garrantzitsuren errendimendua handitzeko eta nekazaritzarako egokiak diren kokapen geografikoak zabaltzeko moduak aurkitzeko beharra da. Estres hotza ingurumen-muturreko bat da, uzta oztopatzen duena. Tenperatura baxuek landareen hazkuntza eta garapena mugatzen dituzte, eta izozteak, berriz, ehunen kalteak eragiten ditu. Errendimendu-galerak are larriagoak dira ugalketa-fasean estres hotza gertatzen denean. Barietate tolerante berrien hazkuntza-programak anitzak dira eta, oro har, labore jakin baten beharretara egokituta daude. Hala ere, landareen estres hotzari ematen zaion erantzuna konplexua da eta aldaketa fisiologiko, estruktural eta biokimiko asko dakartza, eta horiek beste ingurumen-faktore batzuekin eta prozesu metabolikoekin elkarreragiten dute. BoostCrop-ek laboreen errendimendua hobetzeko ikuspegi berritzailea da, landareak estres hotzetik babestuz eta haien hazkundea hainbat hazkuntza-baldintzatan estimulatuz.
Asmakizuna "berogailu molekularretan" oinarritzen da; Naturak inspiratutako molekulak, landarearentzat kaltegarriak diren edo fotosintesian erabiltzen ez diren energien argia xurgatzen dutenak eta argi-energia hori bero bihurtzen dutenak. BoostCropen epe luzerako ikuspegia elikagaien segurtasunerako tokiko beroa sortzeko molekula multzo bat garatzea da. BoostCropen ikerketa programa berritzaile eta anbiziotsuak, dauden paradigma teknologiko guztiak gainditzen dituenak, behetik gorako ikuspegia erabiltzen du eguzki-espektroaren osagai hautatuen xurgapena optimizatzen duten argi-molekula berogailuak diseinatzeko.
Beraz, BoostCrop-en gakoa molekula-berogailu iraultzaile hauek hosto-ihinztadura batean erabiltzean datza, laboreen hazkuntza hobetzeko tenperatura baxuetan eta UV esposizio handian, laboreen errendimendua handitzeko landare-dentsitate handian (uhin-luzera gorriaren eta gorri urrunaren arteko erlazio txikiagoa eragiten duten baldintzak; R:FR baxua) eta, ondorioz, negutegietako energia-kostuak murrizteko. Ikuspegi hau gauzatzeko, BoostCrop-ek zientzia fisiko eta biologikoen hainbat arlotan adituak diren zientzialari talde bat elkartu du.
Proiektuak sortuko duen zientzian oinarritutako teknologia erabat berria honako hauek barne hartzen ditu:
- Molekuletan fotoi-energiaren fluxua gidatzea.
Erabili energia hau Europako eta munduko erronkei aurre egiteko, batez ere elikagaien ekoizpen jasangarrian, baita osasungintzan eta energia garbiaren ekoizpenean hobekuntzak egiteko ere.
BoostCrop taldearen ahalegin konbinatuak, parte hartzen duten 6 unibertsitateren eta 13 unibertsitateko ikertzaile nagusiren esperientzia konbinatuz, gobernu-institutu baten eta atal-buru baten eta ETE baten eta bi talde-bururen artean (ikus 4. atala) eta Kimika, Fisika eta Biologiako 3 diziplina nagusiak landuz, laboreen hazkuntza hobetzeko eta, beraz, elikagaien segurtasun jasangarria lortzeko hosto-ihinztagailu oso eraginkor, ingurumena errespetatzen duen eta merkean bat sortzeko. >
Hotza eta izozte-estresak oztopo nagusiak dira laboreentzat eta baratzezaintzarentzat. BoostCrop-ek estres hori murriztu nahi du "berogailu molekularrak" izeneko asmakizun baten bidez. Naturak inspiratutako molekulak dira, eguzki-erradiazioa xurgatu eta energia termiko bihurtzen dutenak. Asmakizunak estres hotzak eragindako errendimendu-galerak murriztuko lituzke, hazkuntza-sasoiak eta nekazaritzarako egokiak diren kokapen geografikoak luzatuko lituzke, laboreen errendimendua handituko luke labore-dentsitate handiarekin, eta, aldi berean, negutegietako energia-kostuak murriztuko lituzke. BoostCrop-ek etengabe hazten ari den populazioa elikatzeko elikagaien ekoizpena handitzen saiatzen da, horrela Europako eta munduko elikagaien segurtasun erronka handi bati aurre eginez.
BoostCrop-en deskribatutako diziplina anitzeko ikerketa-programak erakutsiko du nola manipula daitezkeen energia-transferentziaren oinarrian dauden prozesu molekular intrintsekoek, segundo baten hamarnaka milioireneko denbora-eskaletan gertatzen direnek, propietate makroskopikoak eragiten dituzten moduan. Ikerketa programaren helburuen artean daude: punta-puntako esperimentuak eta teoriak aplikatzea naturak inspiratutako molekula espezifikoetan energia-fluxua xehetasun paregabean jarraitzeko eta ulertzeko; energia-fluxu hori aldaketa kimikoen bidez manipulatu; eta molekula multzo bat garatu laboreen hazkuntzaren beharrak asetzeko soroan eta babestutako (negutegi) baldintzetan. Molekula hauek ondoren laboreei aplikatuko zaizkie hostoetan ihinztatze urtsu baten bidez.
Proposatutako ikerketa programak diziplina arteko eta sinergia bidezko ikuspegia eskaintzen du fotoi-molekula berogailu berrien propietateak garatu eta ulertzeko. Sei unibertsitateren (eta kimika, fisika eta biologiako langileen), gobernu-institutu baten eta nekazaritza-teknologia jasangarriak garatzen esperientzia frogatua duen ETE baten esperientzia konbinatuak bermatuko du BoostCropen epe luzerako ikuspegia gauzatuko dela, hau da, hosto-ihinztaduran erabiltzeko berogailu molekularrak garatzea, eta, horrela, Europako etorkizuneko elikagaien eta teknologiaren segurtasunari ekarpen handia egingo diola.
Nekazariek landareetan ihinztatu dezaketen molekula ez-toxiko berezi batek berogailu natural gisa jokatzen du laboreek hotzaldiei aurre egiten eta errendimendua handitzen laguntzeko. Landare batzuek hotzaldi asko jasaten dituzte. Hotzerarekiko erresilientzia hobetzeak produktibitatea handitu dezake, hazkuntza-denboraldia luzatu eta laboreak lehen izozte-kalteen arriskua zuten eremuetan haztea ahalbidetu dezake. Eskala handiagoan, elikagaien segurtasuna hobetu lezake. EBk finantzatutako BoostCrop proiektuak soroetan aplika daitezkeen beroa sortzen duten molekula naturalak identifikatu zituen. «Berogailu molekularrak deitzen diegu; uzta bat-bateko hotzaldietatik babesten duten manta termikoen antzekoak dira», azaldu du Vasilios Stavros proiektuaren koordinatzaileak, Erresuma Batuko Birminghameko Unibertsitateko kimika fisikoko irakasleak. "Landareetan molekula espezifiko bat identifikatu dugu, espektroaren eskualde jakin batzuetan argia xurgatzen duena, landarearen fotosintesia oztopatzen ez duena."
Landareak argi-energia hori bero bihurtzen du, eta gero bero hori hosto osoan zehar banatzen da." "Hori izan zen gure hasierako molekula." Bagenekien ez zela toxikoa, eta molekula natural honen inguruan molekula berriak diseinatzen saiatuko ginela pentsatu genuen, hostoetarako spray batean sartu ahal izateko". Bero molekula biologikoak landareen hazkuntzarako Kimikariek, fisikariek eta biologoek nekazaritza-teknologiako ETE batekin elkartu ziren. Naturan inspiratutako molekulak sortzen espezializatutako kimikari baten laguntzarekin, taldeak aztertu zuen zer molekula berri diseina zitezkeen hostoetan argia bero bihurtzeko hobeto. Kimika sintetiko berdearen, espektroskopiaren eta modelizazio teorikoaren konbinazio bat erabiliz, taldeak hainbat molekula berri garatu zituen eta hazkuntza-ganbera batean baldintza simulatuetan probatu zituen.
Molekula hautagaiak pixkanaka murriztea «Laborategian arrakastaz frogatu dugu molekula aplikatu ondoren eta UV-A/B erradiazioaren pean landarean zein hostoan igoera termiko nabarmena zegoela», dio Stavrosek. «Ohartu ginen energia molekularra bero bihurtzea azkar ezinbestekoa dela berokuntza molekularreko teknologia eraginkorrerako». Aurreko EBk finantzatutako proiektu batek, NatuCrop-ek, beroaren eta beste estres faktore batzuen aurkako laboreen babes naturala aztertu zuen errendimendua hobetzeko. Hala ere, Stavrosek azaltzen du berogailu molekular potentzial batzuk ia ezinezkoak zirela laborategian sintetizatzea. Beste batzuk toxikoak izan ziren eta baztertu egin behar izan ziren, hasierako segurtasun-proba guztiak gainditu zituzten hiru molekula hautagai berri utziz. Hautagai molekulak landareetan ihinztatu eta hostoan zehar uniformeki zabaldu zitekeen produktu batean formulatu behar ziren, burbuilarik sortu gabe. Formulazioa bi urtez egonkorra izan behar zen ontzi batean. Hala ere, molekula hautagai batzuk erradiaziotik 2-3 orduko epean deskonposatu edo degradatu egiten dira, eta horrek ere erabilezin bihurtuko lituzke eremuan. Landa-probak laboreetan Laborategiko probak egin ondoren, molekula hautagaiak tomate, pepino eta letxugan probatu ziren Espainian, eta udaberriko gari, arto eta erremolatxan Alemanian.
Esperimentu luzeetan zehar, biologoek tenperatura-aldaketa handiena sortzen zuten molekulak kontrolatu zituzten. COVID-19 pandemiak eragina izan zuen landa-entseguetan, taldeak izozte-kalteen arriskua zuen urteko garai jakin batean jarri behar izan baitzuen arreta. Stavrosek dioenez, «COVIDarekin, bi hazkuntza-denboraldi galdu genituen». Hala ere, entsegu hauetan zehar, errendimenduaren igoera ikusi zen, bioestimulatzaile komertzialen parekoa edo hobea. Bost urteko proiektuaren amaieran, Stavrosek esan zuen: "Intereseko molekularen kilogramo bat sintetizatu eta landa-probak arrakastaz egin ahal izan genituen, eta hori nahiko sinestezina da". Hurrengo fasea marketina da; Hasierako kostuen analisiak bideragarria dela erakusten du, gaineratu du.
Nekazaritza oso gai garrantzitsua da EBrentzat (eta mundu osoan): EBren urteko aurrekontuaren ia % 40 nekazaritzan gastatzen da. 2015ean, munduko agrokimikoen merkatua 179.000 milioi eurokoa zela kalkulatu zen, eta horren % 11 Europak osatzen zuen, eta AEBek (% 59) eta Asiak (% 22) merkatua menderatzen zuten (www.marketsandmarkets.com). Argi dago EBk sektore honetan duen lidergo globala hobetzeko aukera handiak dituela. Hotza eta izozte-estresak oztopo nagusiak dira laboreentzat eta baratzezaintzarentzat.
BoostCrop-ek "berogailu molekularrak" asmatzeak, estres hotzean laboreen errendimendua handitzeko, hazkuntza-denboraldiak luzatzeko, nekazaritzarako egokiak diren kokapen geografikoak zabaltzeko (adibidez, altitude handiagoetan) eta labore-dentsitate handietan laboreen errendimendua handitzeko, eragin global handia izango du. Gainera, berotegi-efektuko energia-kostuen murrizketa izugarria izango litzateke; 40.000 oin koadroko (3.700 m²) azalera duen industria-tamainako negutegi batek hilean 3.000 euro inguru aurreztuko lituzke berogailuan. Kalkulu honek propanoa erregai gisa erabiltzen dela suposatzen du negutegia 17 °C-tan mantentzeko, kanpoko batez besteko tenperatura 0 °C-koa delarik, eta berogailu molekularrek 3 °C-ko tenperatura igotzea lortzen dutelarik (nahiko errealista).
- THE UNIVERSITY OF BIRMINGHAM (UoB)
Lotutako proiektuak
