H2020 BoostCrop Proiektua: laboreen hazkundea bultzatzea produktu naturalak eta sintesi bidezko eguzki-bilketa erabiliz
- Mota Proiektua
- Egoera Firmado
- Exekuzioa 2019 -2023
- Esleitutako Aurrekontua 4.940.403,75 €
- Eremua Europeo
- Finantza-iturri nagusia H2020
- Proiektuaren webgunea Proyecto BoostCrop
Estres hotzak laborearen etekinak asko murrizten ditu. Tenperatura baxuek landareen hazkundea eta garapena mugatzen dute, izozteak ehunak kaltetzen dituen bitartean. Etekin-galerak are larriagoak dira ugaltze-fasean estres hotza gertatzen denean. EBk finantzatutako BoostCrop proiektuak landareen estres hotzaren aurrean erresilientzia areagotu eta landareen hazkuntza suspertu nahi du baldintza ezberdinetan, berogailu molekularrak izeneko kontzeptu berritzaile baten bidez.
Landarearentzat kaltegarriak diren edo fotosintesian erabiltzen ez diren espektro elektromagnetikoko zatiak xurgatzen dituzten molekulak naturalean gertatzen dira eta, ondoren, uhin-luzera horiek uhin-luzera luzeagoetan (beroa) bihurtzen dituzte. Proposatutako metodoak errendimendu-galerak nabarmen murrizten ditu eta hazkuntza-denboraldiak luzatzen ditu.
Prozesu jasangarriak erabiliz "berogailu molekular" bi familia sintetizatzeko, bata sinapoil malato (SM) analogoez osatua eta bestea diketopirrolopirrol (DPP) analogoez osatua, arrakastaz muntatu dugu 60 konposatu baino gehiagoko liburutegia, bide sintetiko berri eta berdeekin multigramen eskalan optimizatuta. Gure ikaskide analistek lagin hauekin lortutako emaitzek etengabe zehazten dute sintetizatu beharreko SM analogo berrien aukeraketa. Esaterako, gaur egun hidrofobikotasun sintonizagarria duten SM analogo berriak sintetizatzen ari gara, haien formulazioa hobetzeko eta, horrela, haien hostoen aplikazioa errazteko. Landa eta berotegiko entseguetarako dauden analogoen ekoizpena eta optimizazioa jarraitzen du. DPPren garapenak jarraitzen du, nahiz eta gaur egun SM familia itxaropentsuena den eta proba gehiago egiteko ardatz nagusia den, behean deskribatzen den moduan. Punta-puntako esperimentu analitikoak "berogailu molekular" gisa eraginkortasuna aldatzen duten argi-molekula elkarrekintzak ulertzeko. Gure ereduko hainbat molekulatan erlaxazio-bide gakoen (egoeraren dinamika zirraragarria) ezagutu dugu. Batzuek ezaugarri oso onak dituzte, beste batzuek, berriz, ezaugarri egokiak baino ez dituzte.
Erlaxazio-ezaugarri horiek nola manipulatu ulertzen laguntzen diguten ikerketek molekula berrien sintesian eta produktuen formulazioan lagunduko dute. Egoera kitzikatuko dinamikarako ereduak garatzea: berogailu molekular hautagaien egitura elektronikoaren kalkuluak egiten jarraitzen dugu gas fasean eta ingurune konplexuetan, haien fotofisika eta fotokimika hobeto ezagutzeko. Kalkulu hauek gure kolaboratzaileen esperimentuekin sinergia eginez egiten dira. Lan hau hasi aurretik, sintetizatutako molekulen erlaxazio-ezaugarriak eta erreaktibitatea aurreikusi ahal izan ditugu analogo berrien sintesia informatzeko. Gure molekulen azpiproduktuen eta toxikotasunaren azterketa: in silico metodoak erabiliz toxikotasun potentziala duten molekula hautagaien hasierako baheketak adierazten du gure molekulak ez duela mutagenorik edo kartzinogenorik izan behar.
Horri esker, molekula hautagaiak garatzen jarrai dezakegu elikagaien ekoizpenerako segurtasun-berme handia duten. Aipatzekoa da hiru molekula hautagai berriek hasierako segurtasun-proba guztiak gainditu dituztela. Laborategian, negutegian eta eremuan irudi termikoak eta biomasaren neurketak erabiliz, arrakastaz frogatu dugu hazkunde termiko nabarmena gertatzen dela landarean zein hostoetan, molekula UV-A/B erradiaziopean aplikatu ondoren. Hiru molekula hautagaiek gure lehen prototipoak baino beroketa hobea erakusten dute. Tomate, benth eta piperraren landareetan gure SM estandarraren nahasketa batekin eta osagarri itsasgarri batekin egindako saiakuntzetan, behin eta berriz ikusi dugu landareen pisu lehorra igotzen dela, %12,3ra arte gure kasu arrakastatsuenean. Proba hauek ere frogatu dute formulazioa ezinbestekoa dela SMk hazkundean dituen ondorioak optimizatzeko, eta gure etengabeko lana negutegiko eta landa-saiakuntzarako produktu prototipo bat arrakastaz formulatzera bideratzen da.
mendeko erronka nagusi bat elikagaien ekoizpen globala areagotzea da, gero eta biztanleria handiagoa elikatzeko, laborantza-lurraren kalitatea eta kantitatea gutxitzen ari diren bitartean. Arazo honen alderdi nagusia labore-espezie garrantzitsu ugariren errendimendua handitu beharra da eta nekazaritzarako egokiak diren kokapen geografikoak zabaltzeko bideak aurkitzea da. Hotza-estresa laborearen etekina oztopatzen duen ingurumen-muturreko bat da. Tenperatura baxuek landareen hazkundea eta garapena mugatzen dute, izozteak ehunak kaltetzen dituen bitartean. Errendimendu-galerak are larriagoak dira ugaltze-fasean estres hotza gertatzen denean. Barietate tolerante berrietarako hazkuntza-programak askotarikoak dira eta, oro har, labore jakin baten behar espezifikoetara egokitzen dira. Hala ere, landareen erantzuna hotzaren estresaren aurrean konplexua da eta aldaketa fisiologiko, estruktural eta biokimiko asko dakartza, beste ingurumen-faktore batzuekin eta prozesu metabolikoekin elkarreragiten dutenak. BoostCrop laborearen errendimendua hobetzeko ikuspegi berri bat da, landareak estres hotzetik babestuz eta hazkuntza baldintza ezberdinetan hazkuntza suspertuz.
Asmakizuna "berogailu molekularretan" oinarritzen da; Naturan inspiratutako molekulak landarearentzat kaltegarriak diren edo fotosintesian erabiltzen ez diren energietatik argia xurgatzen duten eta argi-energia hori bero bihurtzen dute. BoostCrop-en epe luzerako ikuspegia elikagaien segurtasunerako tokiko beroa sortzeko molekula multzo bat garatzea da. BoostCrop-en ikerketa programa berri eta asmo handikoak, lehendik dagoen edozein paradigma teknologiko nabarmen gainditzen duena, behetik gorako ikuspegia erabiltzen du eguzki-espektroko osagai hautatuen xurgapena optimizatzen duten argi molekula-berogailuak diseinatzeko.
Beraz, BoostCrop-en gakoa argi molekula-berogailu iraultzaile hauek hosto-spray batean erabiltzean datza, laborearen hazkundea tenperatura baxuetan eta UV esposizio handian hobetzeko, landare-dentsitate handian laborearen etekina handitzeko (gorri eta gorri urruneko uhin-luzera proportzio txikiagoa eragiten duten baldintzak; R:FR baxua) eta, ondorioz, berotegiko energia kostuak murrizteko. Ikuspegi hori gauzatzeko, BoostCrop-ek zientzia fisiko eta biologikoen hainbat arlotan aditua den zientzialari talde bat biltzen du.
Proiektuak sortuko duen zientzian oinarritutako teknologia erradikal berriak honako hauek ditu:
- Molekulen fotoi-energiaren fluxua gidatzea.
Erabili energia hori Europako eta mundu mailako etengabeko erronkei aurre egiteko, batez ere elikagaien ekoizpen jasangarrian, baita osasungintzan eta energia garbiaren ekoizpenean hobekuntzan ere.
BoostCrop taldearen esfortzu konbinatuak, parte hartzen duten 6 unibertsitateen esperientzia konbinatuz 13 unibertsitateko ikertzaile nagusirekin, gobernuko institutu bat atal buru batekin, ETE bat bi talde bururekin (ikus 4. atala) eta Kimika, Fisika, Biologiako 3 diziplina nagusiak biltzen dituena, laboreen hosto-ihinztatzaileen segurtasun oso eraginkor, ingurumen errespetua eta merkean sortzeko. >
Hotza eta izozte-estresa laborantza eta baratzezaintzarako muga handiak dira. BoostCrop-ek estres hori murriztea bilatzen du "berogailu molekularrak" izeneko asmakizunaren bidez. Naturan inspiratutako molekulak dira, eguzki-erradiazioa xurgatu eta energia termiko bihurtzen dutenak. Asmakizunak estres hotzaren ondoriozko errendimendu-galerak murriztuko lituzke, nekazaritzarako egokiak diren hazkuntza-denboraldiak eta kokapen geografikoak luzatuko lituzke, labore-dentsitate handiko laboreen etekinak handituko lituzke eta, aldi berean, berotegi-efektuko energia-kostuak murriztuko lituzke. BoostCrop-ek elikagaien ekoizpena areagotzen ahalegintzen da, gero eta hazten ari den biztanleria elikatzeko, eta horrela, Europako eta mundu mailako elikadura-segurtasunaren erronka handi bati aurre egiten dio.
BoostCrop-en deskribatzen den diziplina anitzeko ikerketa-programak energia-transferentziaren azpian dauden prozesu molekular intrintsekoak, segundoko hamarnaka mila milioireneko denbora-eskaletan gertatzen diren, propietate makroskopikoei eragiten dieten moduan nola manipula daitezkeen erakutsiko du. Ikerketa-programaren helburuak honakoak dira: punta-puntako esperimentuak eta teoriak aplikatzea, aurrekaririk gabeko xehetasunez, naturan inspiratutako molekula zehatzetako energia-fluxua trazatzeko eta ulertzeko; manipulatu energia-fluxu hori aldaketa kimikoaren bidez; eta molekula-multzo bat garatzea laborantzaren hazkuntza-beharrei erantzuteko soroan eta babestutako (berotegiko) baldintzetan. Ondoren, molekula hauek landareetan aplikatuko dira hosto-spray urtsu baten bidez.
Proposatutako ikerketa programak diziplinaz gaindiko ikuspegia eta sinergikoa eskaintzen du fotoitik molekularako berogailu berrien propietateak garatzeko eta ulertzeko. Sei unibertsitateren (eta kimika, fisika eta biologiako langileen), gobernuko institutu baten eta nekazaritza-teknologia iraunkorrak garatzen frogatutako ETE baten esperientzia konbinatuak bermatuko du BoostCrop-en epe luzerako berogailu molekularrak ihinztatzean erabiltzeko berogailu molekularrak garatzeko duen ikuspegia gauzatuko dela, eta, horrela, Europako etorkizuneko elikagaien eta teknologiaren segurtasunari nabarmen lagunduz.
Nekazariek landareei ihinzta diezaiekeen molekula ez-toxiko berezi batek berogailu natural gisa jokatzen du, laboreak hotzeria jasaten eta etekinak areagotzen laguntzeko. Landare batzuek hotzak jasaten dituzte. Hotzaren erresilientzia hobetzeak produktibitatea areagotu dezake, hazkuntza-denbora luzatu eta laboreak hazteko aukera eman dezake lehen izozteak kaltetzeko arriskuan zeuden eremuetan. Eskala handiago batean, elikagaien segurtasuna hobetu dezake. EBk finantzatutako BoostCrop proiektuak beroa ekoizten duten molekula naturalak identifikatu zituen, laboreetan aplika daitezkeenak. "Berogailu molekularrak deitzen diegu; uzta bat-bateko hotzetatik babesten duten estalki termikoak bezalakoak dira", azaldu du Vasilios Stavros proiektuaren koordinatzaileak, Birminghameko Unibertsitateko (Erresuma Batuko) kimika fisikoko irakasleak. "Landareetan argia xurgatzen duen molekula zehatz bat identifikatu dugu landarearen fotosintesia oztopatzen ez duten espektroko zenbait eskualdetan.
Landareak argi-energia hori bero bihurtzen du, eta gero hostoan zehar banatzen da." "Hori izan zen gure hasierako molekula. Bagenekien ez-toxikoa zela, eta molekula natural honen inguruan molekula berriak diseinatzen saiatuko ginela pentsatu genuen, hosto-spray batean sar daitezkeen molekula berriak". Landareen hazkuntzarako bio-inspiratutako bero molekulak Kimikariak, fisikariak eta biologoak nekazaritzako ETE batekin bat egin zuten. hostoetan, kimika sintetiko berdea, espektroskopia eta modelizazio teorikoaren konbinazioa erabiliz, taldeak hainbat molekula berri garatu zituen eta hazkuntza-ganbera batean simulatutako baldintzetan probatu zituen.
Molekula hautagaiak apurka-apurka murrizten "Laborategian arrakastaz frogatu genuen landarean eta hostoan igoera termiko nabarmena zegoela molekula aplikatu ondoren eta UV-A/B erradiaziopean", adierazi du Stavrosek. "Energia molekularra bero bihurtzea ezinbestekoa dela deskubritu dugu beroketa molekularren teknologia eraginkorra izateko". EBk finantzatutako aurreko proiektu batek, NatuCrop-ek, beroaren eta beste estres-faktore batzuen babes naturala aztertu zuen errendimendua hobetzeko. Hala ere, Stavrosek azaldu du potentzial berogailu molekular batzuk ia ezinezkoak zirela laborategi batean sintetizatzea. Beste batzuk toxikoak izan ziren eta baztertu egin behar izan zituzten, hasierako segurtasun-proba guztiak gainditu zituzten hiru molekula hautagai berri utziz. Molekula hautagaiak landareei ihinzta zitekeen produktu batean formulatu behar ziren eta hostoan zehar uniformeki hedatu behar ziren borborik egin gabe. Formulazioak ere egonkorra izan behar zuen bi urte inguru edukiontzi batean. Hala ere, molekula hautagai batzuk irradiaziotik 2 edo 3 orduko epean apurtu edo degradatzen dira, eta horrek eremuan erabilezin bihurtuko luke. Laborategiko probak Laborategiko proben ondoren, molekula hautagaiak landa-probak egin ziren tomatean, pepinoan eta letxugetan Espainian, eta udaberriko gari, arto eta azukre erremolatxan Alemanian.
Esperimentuen aste luzeetan, biologoek tenperatura aldaketa handiena sortu zuten molekulak kontrolatu zituzten. Landa-probak COVID-19 pandemiak eragina izan zuen, taldeak izozteak kalteak eragin ditzakeen urteko sasoi jakin batean zentratu behar izan baitzuen. Stavros-ek dioenez, "COVID-ekin, bi hazkuntza denboraldi galdu genituen". Hala ere, entsegu horietan, errendimenduaren igoera ikusi zen, bioestimulatzaile komertzialen parekoa edo hobea zena. Bost urteko proiektuaren amaieran, Stavrosek esan zuen: "Intereseko molekularen kilogramo bat arte sintetizatu eta landa-saiakuntzak arrakastaz egin ahal izan genituen, eta hori nahiko sinestezina da". Hurrengo fasea marketina da; Aurretiazko kostuen azterketak bideragarria dela erakusten du, gaineratu du.
Nekazaritza funtsezko gaia da EBrentzat (eta mundu osoan): EBren urteko aurrekontuaren ia % 40 nekazaritzan bideratzen da. 2015eko merkatu agrokimiko globala 179.000 milioi eurokoa izan zen, eta horietatik Europak %11 ordezkatzen du, AEB (%59) eta Asia (%22) merkatuan nagusi diren bitartean (www.marketsandmarkets.com). Bistan denez, EBk sektore honetan duen lidergo globala hobetzeko aukera handia dauka. Hotza eta izozte-estresa laborantza eta baratzezaintzarako muga handiak dira.
BoostCrop-ek "berogailu molekularrak" asmatzeak laboreen errendimendua areagotzeko estres hotzean, hazkuntza denboraldiak luzatzeko, nekazaritzarako egokiak diren kokapen geografikoak zabaltzeko (adibidez, altitude handiagoetan) eta uzta dentsitate handiko uztaren etekinak handitzeko eragin handia izango du mundu osoan. Gainera, berotegi-efektuko energia-kostuen murrizketa izugarria izango litzateke; 40.000 oin koadroko azalera (3.700 m²) duen industria-tamainako negutegi batek 3.000 euro inguru aurreztuko luke hilean berogailuan. Estimazio honek propanoa erregai gisa erabiltzea suposatzen du negutegia 17 °C-tan mantentzeko, kanpoko batez besteko tenperatura 0 °C-koa izanik, eta berogailu molekularrak 3 °C-ko tenperatura igotzea lortuz (errealista samarra).
- THE UNIVERSITY OF BIRMINGHAM (UoB)
Lotutako proiektuak
