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Jun 06, 2023

Yamswurzeln profitieren vom Bananen-„Papier“-Kokon

Das Einwickeln von Yamswurzelsamen in biologisch abbaubares Papier, das aus einer Mischung unbrauchbarer Teile von Bananenpflanzen und recycelten Pappkartons besteht, steigerte in Feldversuchen in Benin die Yamswurzelgröße und die Erträge deutlich.

Das Einwickeln von Yamswurzelsamen in biologisch abbaubares Papier, das aus einer Mischung unbrauchbarer Teile von Bananenpflanzen und recycelten Pappkartons besteht, steigerte in Feldversuchen in Benin, Afrika, die Yamswurzelgröße und die Erträge deutlich.

Wie in Nature Food berichtet, zeigt eine Studie der North Carolina State University, dass das aus Bananenfasern und Pappe hergestellte Papier dazu beitrug, dass in das Papier gepflanzte Yamswurzelsamen – mit und ohne winzige Mengen einer Schädlingsbekämpfungschemikalie namens Abamectin – größer und üppiger wuchsen als gepflanzte Yamswurzeln mit traditionellen Methoden ohne Papier.

Neben größeren Erträgen und gesünderen Yamswurzeln zeigte die vierjährige Studie eine signifikante Verringerung der Auswirkungen des Yamswurzelnematodenschädlings (S. bradys) in Knollenschalen nach drei- und fünfmonatiger Lagerung, was auf die Wirksamkeit des „Wrap-and-Pflanzen“-Konzepts hinweist. Methode zur Reduzierung von Nachernteverlusten. Yamswurzelnematoden verursachen Hausschwamm in Yamswurzeln und können die Knollen anfälliger für bakterielle und Pilzinfektionen machen.

„Wir haben mit dieser Papierherstellungsmethode im Labor begonnen, herausgefunden, wie das Papier funktioniert, haben es auf das Feld gebracht und gesehen, dass es nicht nur die Yamswurzelproduktion unterstützt, sondern auch die Qualität der Yamswurzeln bei der Lagerung verbessert“, sagte Saad Khan, INVISTA-Professor für Chemie- und Biomolekulartechnik an der NC State und Mitautor des Artikels. „Das Papier kann in großem Maßstab in einer kommerziellen Mühle hergestellt werden, das ist also kein Problem. Es ist sehr skalierbar und hat einen Nutzen, der über das hier vorgestellte hinausgeht.“

„Wir sehen sauberere, längere Knollen mit weniger Rissen und weniger Schäden. Im Gegenzug erhalten die Erzeuger ein gesünderes Produkt, dessen Verkauf auf dem Markt viel wertvoller ist“, sagte Charles Opperman, Professor für Entomologie und Pflanzenpathologie an der NC State und Mitautor der Studie. „Die Aufrechterhaltung der Knollenqualität während der Lagerung ist von entscheidender Bedeutung, da viele Erzeuger Yamswurzeln über den Winter lagern. Qualität und Gewichtsverlust sind also wirklich wichtige Faktoren.“

Die Forscher sagen, dass der Yamswurzelnematode und andere Nematodenerreger jährlich zum Verlust von 17 bis 50 % der weltweiten Yamswurzeln führen können. Weniger Landwirte sind sich dieser Gefahren bewusster als diejenigen in Benin, das im „Yamsgürtel“ Afrikas liegt, in dem etwa 92 % der Yamswurzeln weltweit produziert werden.

Das Papier sei aus der wässrigen Aufschlämmung von Bananenernteabfällen, gemischt mit alter Wellpappe, hergestellt worden, sagte Tahira Pirzada, Co-Erstautorin der Studie und Postdoktorandin am Department of Chemical and Biomolecular Engineering des US-Bundesstaates North Carolina. Das wirksamste Verhältnis zur Bildung einer geschmeidigen und porösen Verpackung war vier Teile Bananenabfall zu einem Teil Pappe.

Wenn das Wasser aus der Aufschlämmung entfernt wird, entstehen Blätter aus flexiblem Bananenpapier. Mit einem Papierschneider wird das Papier in kleine Stücke geschnitten, die sich um Yamswurzelsamen wickeln lassen; Diese Pakete werden dann gepflanzt.

„Das sind die positiven Aspekte des Produktionsprozesses: Es wird nur Wasser verwendet – keine Chemikalien – und es wird auch ein anderes recyceltes Produkt – Pappe – verwendet, das leicht verfügbar ist“, sagte sie. „Die Art und Weise, wie wir es verarbeiten, ist für seine biologische Abbaubarkeit und Nachhaltigkeit von entscheidender Bedeutung.

„Wir haben die Eigenschaften des Papiers so gestaltet, dass es das Abamectin sehr langsam freisetzt, ohne den Wurzelwachstumsprozess des Yamswurzelsamens zu beeinträchtigen. Da es als Verpackung verwendet wird, müssen wir auch die Stärke des Papiers anpassen.“

In Feldversuchen, die die Wirksamkeit des Bananenpapiers testen sollten, pflanzten die Forscher Yamswurzelsamen eingewickelt allein in Bananenpapier, in Bananenpapier mit kleinen Dosen Abamectin und ohne Bananenpapierhülle. Die Feldversuche in drei verschiedenen Regionen Benins zeigten eine erhebliche Steigerung des Ertrags und der Qualität von Pflanzen, die aus mit Abamectin beladenem oder unbehandeltem Bananenpapier erzeugten Knollen erzeugt wurden. Mit Abamectin beladenes Bananenpapier bot den größten Schutz vor Trockenfäule und Rissbildung, gefolgt von Bananenpapier allein.

Die Forscher testen die Wrap-and-Pflanz-Technik derzeit an anderen Nutzpflanzen, darunter Süßkartoffeln und Maniok, und wollen die Technologie kommerzialisieren, was die wirtschaftliche Entwicklung in Afrika vorantreiben könnte. Frühere Untersuchungen zeigten die Wirksamkeit von Bananenpapier im afrikanischen Kartoffelanbau.

„Es geht um mehr als nur die Bekämpfung von Nematoden auf einer Yamswurzel, es geht um den Aufbau einer nachhaltigen Infrastruktur, in der es den Menschen besser geht als vor der Einführung der Wrap-and-Plant-Technologie“, sagte Opperman.

„Wir untersuchen dies jetzt bei Süßkartoffeln in Afrika und haben bisher einige unglaubliche Ergebnisse erzielt; Wir führen auch erste Arbeiten mit Süßkartoffeln in North Carolina durch“, fügte Opperman hinzu. „Es gibt auch einige gute Ergebnisse mit Maniok in Afrika. Wir sehen kein Hindernis dafür, an irgendeiner Ernte zu arbeiten, die uns möglich ist. Wir arbeiten auch an Modifikationen, um diese Plattform mit echtem Saatgut zu nutzen.“

„Durch dieses Projekt weiß jeder, dass das Bananenpapier eine biologisch abbaubare, natürliche und chemiefreie Lieferplattform ist“, sagte Pirzada. „Ich denke, das ist die Zukunft der Landwirtschaft.“

Antoine Affokpon von der Universität Abomey-Calavi in ​​Benin war Mitautor der Studie. Weitere Co-Autoren sind Dick Guenther, Reny Mathew, Eric Davis, Tim Sit und Stephen Koenning vom Department of Entomology and Plant Pathology des NC State; und Lokendra Pal, Medwick Byrd, Sachin Agate und Aitana Blevins vom Department of Forest Biomaterials des US-Bundesstaates North Carolina.

Diese Arbeit wurde von der Bill & Melinda Gates Foundation (OPP1118810 und OPP1196989) unterstützt. Die Autoren danken außerdem dem Kenan Institute for Engineering, Technology and Science an der NC State. Diese Arbeit wurde teilweise in der Analytical Instrumentation Facility (AIF) des US-Bundesstaates North Carolina durchgeführt, die vom Staat North Carolina und der National Science Foundation unterstützt wird (Auszeichnungsnummer ECCS-1542015). Das AIF ist Mitglied des North Carolina Research Triangle Nanotechnology Network, einem Standort der National Nanotechnology Coordinated Infrastructure.

-kulikowski-

Hinweis für die Redaktion: Die Zusammenfassung der Arbeit folgt.

„Hybrid-Saatgutverpackungen auf Pflanzenbiomassebasis mildern Ertrags- und Nachernteverluste bei Kleinbauern in Subsahara-Afrika.“

Autoren: Tahira Pirzada, Antoine Affokpon, Richard Guenther, Reny Mathew, Sachin Agate, Altana Blevins, Medwick Byrd, Tim Sit, Stephen Koenning, Eric Davis, Lokendra Pal, Charles Opperman und Saad Khan

Veröffentlicht: 16. Februar 2023 in Nature Food

DOI: 10.1038/s43016-023-00695-z

Abstrakt : Nachhaltige Praktiken, die Lebensmittelverluste reduzieren, sind für die Verbesserung der globalen Ernährungssicherheit von entscheidender Bedeutung. Wir berichten über eine „Wrap and Plant“-Plattform zur Saatgutbehandlung, um Pflanzen vor bodenbürtigen Krankheitserregern zu schützen. Diese papierähnlichen, biologisch abbaubaren Samenverpackungen wurden aus den reichlich vorhandenen Abfällen der Bananenernte und recycelten alten Wellpappkartons durch chemikalienfreies Auflösen entwickelt und weisen eine einstellbare Integrität und Bioverfügbarkeit der beladenen Bestandteile auf. Diese Wickel wurden zur Nematodenbekämpfung an Samenstücken der Yamswurzel (Dioscorea cayenensis-rotundata) in Benin verwendet, einem wichtigen Produzenten dieser Grundnahrungspflanze im „Yamsgürtel“ Afrikas südlich der Sahara. Unsere mit Abamectin in extrem geringer Menge (1/100 kleiner oder gleich der kommerziellen Formulierung) beladenen Samenwickel kontrollierten die Populationen des Yamswurzelnematoden (Scutellonema bradys) konsistent und steigerten den Ertrag an verschiedenen Standorten im Zeitraum 2015–2018 erheblich. Nach 3 und 5 Monaten Lagerung wurde eine deutliche Verringerung des Gewichtsverlusts und der Rissbildung der Knollen nach der Ernte beobachtet, was zu einem höheren Wert, mehr Nährwert und der Präferenz der Interessengruppen für die Verpackung und Pflanzenbehandlung beitrug.