Une équipe de recherche scientifique de l'Université nationale de Singapour a récemment développé un système de « patch de biofertilisant à micro-aiguilles » pour les plantes, qui devrait améliorer considérablement les performances de croissance des cultures tout en réduisant la consommation d'engrais et les déchets environnementaux causés par la fertilisation traditionnelle. La recherche a été publiée dans la revue Advanced Functional Materials.

Andy Tay, chef du projet et professeur adjoint à l'Institut d'innovation et de technologie de la santé (iHealthtech) de l'Université nationale de Singapour, a déclaré que cette idée découle de la référence à la migration microbienne humaine et aux méthodes d'administration de médicaments par injection. L’équipe a émis l’hypothèse que si les micro-organismes bénéfiques étaient introduits directement dans les feuilles ou les tiges des plantes, comme ils seraient administrés aux humains, ils pourraient migrer à l’intérieur de la plante jusqu’aux racines et faire leur travail, tout en réduisant le risque d’être affaiblis par l’acidité ou par des micro-organismes concurrents dans l’environnement du sol.

Afin de réaliser cette « alimentation à point fixe », les chercheurs ont préparé des patchs de micro-aiguilles solubles et ont encapsulé un « biofertilisant vivant » composé de micro-organismes bénéfiques dans les pointes des aiguilles. Dans l’expérience, l’équipe a utilisé un mélange de bactéries rhizosphériques favorisant la croissance des plantes (PGPR) composées d’Actinobactéries (Streptomyces) et de flore Agromyces-Bacillus pour favoriser le métabolisme des nutriments et stimuler les hormones de croissance des plantes. Les résultats ont montré que dans des conditions de serre, le chou frisé et le chou traité avec des micro-aiguilles étaient nettement meilleurs que les traitements traditionnels en termes de hauteur de plante, de surface foliaire et de biomasse aérienne.

Plus important encore, cette méthode permet de réaliser des économies sur la quantité d'engrais utilisée : par rapport à l'inoculation conventionnelle de biofertilisant dans le sol, la solution de patch à micro-aiguilles réduit la quantité de biofertilisant utilisée d'environ 15 %. L'équipe de recherche a souligné que cet avantage provient d'une distribution d'engrais plus précise, ce qui réduit considérablement le gaspillage d'engrais et la charge environnementale associée causée par des engrais non ciblés.

Selon la définition de l'équipe de recherche, les « biofertilisants vivants » sont un groupe composé de bactéries et de champignons bénéfiques, qui peuvent être considérés comme la « nourrice des plantes » des cultures, aidant les cultures à soulager le stress environnemental et à améliorer la capacité d'absorption des nutriments. L’approche traditionnelle consiste à l’appliquer dans le sol, mais l’acidité du sol et la présence de micro-organismes concurrents affaiblissent souvent son efficacité, de sorte que seule une partie des micro-organismes se retrouve dans la zone racinaire. En revanche, la nouvelle méthode de l'équipe singapourienne contourne les barrières du sol en injectant des micro-organismes bénéfiques directement dans les feuilles ou les tiges, leur permettant ainsi d'atteindre rapidement le site d'action.

En termes de matériaux et de procédés, les chercheurs ont choisi l'alcool polyvinylique (PVA), un polymère bon marché et biodégradable, comme support. La superficie du patch expérimental est d'environ 1 centimètre carré et contient un ensemble de micro-aiguilles d'une longueur d'aiguille d'environ 140 microns, adaptées aux feuilles, ou de micro-aiguilles d'une longueur d'aiguille d'environ 430 microns, adaptées aux tiges. Ces micro-aiguilles sont disposées dans un réseau 40×40 composé de pyramides de 140 microns de hauteur. L’équipe a d’abord mélangé les micro-organismes dans une solution de PVA, puis a utilisé des micro-moules pour « verrouiller » les micro-organismes sur la pointe de l’aiguille.

Lorsqu'il est utilisé, il fonctionne comme un dé à coudre inversé : les producteurs appuient simplement sur le patch avec leur pouce ou appliquent une pression uniforme à l'aide d'un simple applicateur portatif, permettant aux micro-aiguilles de pénétrer dans les tissus végétaux sans dommage. Après environ 60 secondes, les micro-aiguilles se dissolvent dans la plante, libérant les micro-organismes piégés, tandis que les aiguilles elles-mêmes restent dans le tissu végétal et finissent par se dégrader.

L'équipe a souligné que cet ensemble de technologies de patch à micro-aiguilles prend en charge la production d'impression 3D, facilite une préparation rapide et peut obtenir un effet d'insertion relativement uniforme lorsqu'il couvre une grande surface de feuilles. Conçus dans un souci de stabilité de stockage, les micro-organismes contenus dans le patch peuvent rester actifs jusqu'à quatre semaines dans des conditions normales de stockage, ce qui permet aux exploitations agricoles de s'approvisionner plus facilement à l'avance. Comparée à l'application de biofertilisants sur le sol, cette méthode ne présente pratiquement aucune situation « manquante », ce qui rend les plantes, y compris les cultures de grande valeur, plus sûres de recevoir des quantités suffisantes de « médicaments ».

Il convient de mentionner que la technologie des micro-aiguilles elle-même n’est pas la première fois qu’elle est utilisée dans le domaine végétal. Des patchs similaires à micro-aiguilles ont déjà été utilisés pour administrer des pesticides aux plantes. Cependant, Andy Tay a souligné que c'est la première fois que les biofertilisants associés aux racines des plantes peuvent être administrés directement à travers les feuilles ou les tiges pour améliorer la croissance des plantes. Il a déclaré que ce nouveau concept de « biofertilisant à micro-aiguilles » fournit des idées importantes pour résoudre de nombreux défis rencontrés par les méthodes d'inoculation du sol.

En ce qui concerne l’avenir, l’équipe de recherche espère que cette technologie pourra servir dans des domaines tels que l’agriculture verticale, l’agriculture urbaine et la culture de plantes médicinales. Tay a déclaré que l'un des prochains objectifs est d'améliorer l'évolutivité, et l'équipe prévoit d'explorer l'intégration de la technologie des micro-aiguilles avec des robots agricoles et des systèmes d'automatisation afin qu'elle puisse être appliquée dans des scénarios agricoles à grande échelle. En outre, la recherche sera étendue à davantage de cultures telles que les fraises et permettra de mieux comprendre comment les micro-organismes migrent efficacement des feuilles aux racines de la plante.

Compilé à partir de /ScitechDaily