Een onderzoeksteam in China heeft met succes een nanomateriaal op koolstofbasis ontwikkeld, afkomstig van landbouwafvalbiomassa. Dit materiaal kan de fotosynthese van planten verbeteren en de groei van gewassen stimuleren.
Deze doorbraak werd bereikt door wetenschappers van de Shenzhen Institutes of Advanced Technology, onderdeel van de Chinese Academie van Wetenschappen, samen met onderzoekers van de Shanghai Jiao Tong Universiteit. Hun bevindingen werden gepubliceerd in het tijdschrift Communications Materials.
Het nieuwe materiaal, bekend als koolstofkwantumdots, gebruikt organische afvalproducten zoals stro, bladeren en onkruid als basis voor de synthese. Volgens de studie hebben deze kwantumdots het vermogen om ultraviolet licht – dat doorgaans niet door planten wordt geabsorbeerd – en groen licht, dat met een lage efficiëntie wordt geabsorbeerd, om te zetten in rood licht. Deze transformatie zorgt voor een efficiëntere lichtabsorptie door planten, wat de effectiviteit van fotosynthese aanzienlijk verbetert. Het onderzoek legt uit dat de koolstofkwantumdots dit bereiken door elektronen uit de geabsorbeerde fotonen te exciteren en zo extra elektronen te leveren aan de fotosynthetische elektronentransportketen.
In experimentele settings verwerkten de onderzoekers het nanomateriaal in het vloeibare kweekmedium van cyanobacteriën en pasten het ook rechtstreeks toe op planten. De resultaten wezen op een veelbelovende toename in groei en CO₂-binding: de glycerolproducerende cyanobacteriën vertoonden een 2-voudige toename in hun CO₂-binding, gepaard gaand met een 2.4-voudige toename in hun glycerolproductie. Tegelijkertijd werd de biomassa van de modelplant Arabidopsis 2 keer vergroot.
De studie schetst verdere voordelen van dit materiaal, met name de lage productiekosten en hoge biocompatibiliteit. Deze suggereren dat het een cruciale rol zou kunnen spelen in toekomstige landbouwpraktijken en in bioproductieprocessen op zonne-energie. Eerste experimenten hebben ook aangetoond dat het effectief is bij het bevorderen van de groei van diverse planten, waaronder kroos, pinda's, maïs en sojabonen.
Het onderzoeksteam heeft de intentie uitgesproken om in de toekomst verdere veldexperimenten uit te voeren om het potentieel van koolstofkwantumdots in realistische landbouwscenario's te valideren. Deze ontwikkeling kan een veelbelovende richting bieden voor het verbeteren van de gewasproductiviteit en tegelijkertijd een aantal uitdagingen op het gebied van landbouwduurzaamheid aanpakken.
