为了应对全球粮食需求的不断上升，提升作物的产量和营养成分显得尤为重要。KAUST的研究团队正在研究一种新策略，通过调控生物活性分子的传递，特别是那些储存在水果或谷物中的促进生长的化合物和微量营养素，以增强作物的抗逆性，提升产量并增强对病原体的抵抗力。
KAUST的植物科学家Salim Al-Babili指出：“开发一个智能平台以精确控制农用化学品的输送是非常必要的。”
“除了肥料的封装，还需要对作为人体微量营养素的矿物质，如锌，进行封装和输送，以提高作物的营养价值。”
由博士生Katya Perez和博士后Yagiz Alagoz带领的跨学科团队开发了一种新配方，用于智能递送生长调节剂zaxinone (MiZax-3)的合成模拟物，利用已知的生长刺激活性来促进植物生长。他们的研究成果已在《纳米快报》上发表。
利用沸石咪唑酸框架(ZIFs)进行仿生矿化是一种常见的方法，可以封装从小的疏水分子到大的亲水蛋白质等多种化学物质。
Khashab提到：“在过去十年中，我们开发了一系列刺激响应平台，能够封装从中性小化学品到带电高分子量生物制品的各种货物。”
研究人员使用了锌钴含有ZIF-8，这是一种纳米级的金属有机框架(MOF)，能够有效加载MiZax-3作为平台，同时在高温下保持稳定，并以pH依赖的方式释放MiZax-3负载。
他们最初将这种新配方命名为MiZIFs，并在小规模实验中应用于水培介质中的番茄和珍珠粟幼苗。施用MiZIF后，番茄和珍珠粟幼苗的鲜重显著提高，表明MiZIF复合物能够有效释放生物活性物质MiZax-3，促进苗期早期的植株生长。
Perez强调了开发新型智能材料的重要性，这种材料易于大规模生产，以实现精确的微量营养素输送。她解释道：“MiZIFs平台为我们提供了更多转化研究的机会。”
这些令人振奋的发现促使研究团队通过在辣椒上进行小规模田间试验，评估MiZIF在田间条件下的促生长效果。经MiZax-3和MiZIFs处理的幼苗花蕾数量显著高于对照组。此外，与对照组相比，ZIF-8、MiZax-3和MiZIFs处理显著提高了第一次处理后6周和8周的株高，并提升了连续两季的产量。
研究人员推测，框架中的锌离子（配位离子）有助于提高ZIF-8和MIZIFs处理作物的性能。这与其他作物的研究结果一致，表明纳米级金属和微量元素处理具有促进产量的作用。
最重要的是，经过MiZIFs处理的植株果实中锌含量几乎增加了两倍，这在微量营养素强化方面具有良好的前景，表明封装的MiZIFs对锌从根际到果实的输送或增加有积极影响。
Alagoz表示，这项研究为在精准农业中使用其他生物相容性和经济可行的协调系统输送特定微量营养素开辟了新的可能性。
他指出：“这是首次研究表明MiZax-3与MiZIFs成功结合，作为智能农用化学品输送平台，以提高作物产量和辣椒果实中的锌含量。”
该团队目前正在不同地点和季节进行更大规模的实验，以收集更多数据，以便在其他作物物种上应用这个智能平台。他们的研究还被选为其他期刊的研究亮点，并在《科学》网站上得到了突出展示。
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