Selenium nanoparticles as slow-release fertilizers for mustard plants

Le sélénium est un minuscule nutriment qui joue un rôle massif pour la santé humaine, agissant comme un assistant vital pour la reproduction, la fonction musculaire et la défense de l'organisme contre les dommages. Pourtant, malgré son importance, des millions de personnes à travers le monde n'en reçoivent pas assez parce que le sol de leurs régions manque de cet élément. Les agriculteurs tentent depuis longtemps de remédier à cela en ajoutant du sélénium au sol, mais la méthode traditionnelle pour le faire est profondément défaillante. Les sels chimiques couramment utilisés à cette fin se dissolvent instantanément dans l'eau. Lorsqu'il pleut ou que les champs sont irrigués, ces sels sont emportés par le ruissellement avant que les plantes ne puissent les utiliser, transportant le nutriment vers les rivières et les eaux souterraines où il peut nuire à la faune. Cela laisse le sol appauvri et l'environnement pollué, créant un cycle où l'engrais échoue à nourrir les cultures ou les personnes qui les consomment.

Des chercheurs de l'Institut indien de technologie de Delhi et du Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf en Allemagne ont exploré une voie différente, une voie qui transforme un déchet toxique en une source de nourriture à libération lente pour les plantes. Au lieu d'utiliser des produits chimiques dissous, ils ont utilisé des micro-organismes pour construire de petites sphères solides de sélénium. Ces sphères, connues sous le nom de nanoparticules biogéniques, ne sont pas seulement du sélénium pur ; elles sont enveloppées dans un revêtement naturel de protéines et de sucres produits par les microbes qui les ont fabriquées. Cette couche externe agit comme une coque protectrice, retenant le sélénium à l'intérieur et le libérant lentement au fil du temps, tout comme une capsule à libération prolongée. L'équipe a testé si ces sphères fabriquées par le vivant pouvaient rester assez longtemps dans le sol pour être consommées par des moutardes, une culture à croissance rapide souvent utilisée pour étudier comment les plantes absorbent les nutriments.

Pour voir si cette idée fonctionnait, les scientifiques ont d'abord créé ces sphères de sélénium en utilisant deux types différents de microbes : une bactérie commune appelée E. coli et un mélange de microbes trouvés dans les boues de stations d'épuration. Ils ont soigneusement nettoyé les particules résultantes pour s'assurer qu'elles étaient pures et ont examiné leur structure. Ils ont découvert que les sphères produites par E. coli étaient plus petites, tandis que les microbes de la boue produisaient des sphères plus grandes, mais toutes deux étaient recouvertes du revêtement biologique protecteur qui leur confère leurs propriétés uniques. Les chercheurs ont ensuite placé ces particules dans des pots de terre et les ont arrosés régulièrement, imitant un véritable environnement agricole. Ils ont comparé la quantité de sélénium qui s'échappait du sol en utilisant ces nouvelles particules par rapport aux sels chimiques traditionnels à dissolution rapide.

Les résultats ont été frappants. Lorsque l'équipe a utilisé les sels traditionnels, la vaste majorité du sélénium — plus de 60 pour cent pour un type et plus de 86 pour cent pour l'autre — a été emportée hors du sol et dans l'eau en l'espace de huit semaines. En revanche, les sphères de sélénium sont restées sur place. Les particules fabriquées par E. coli ont maintenu 96,7 % du sélénium dans le sol, tandis que celles fabriquées à partir de la boue en ont retenu 91,7 %. Le revêtement protecteur a réussi à ralentir la libération, empêchant la perte du nutriment dans l'environnement. Cela signifiait que le sélénium restait disponible dans le sol pour que les plantes puissent le trouver, plutôt que de disparaître dans le drainage.

L'équipe a ensuite fait pousser des plants de moutarde indienne dans ces pots pour voir si les plantes pouvaient réellement manger le sélénium provenant de ces sphères à libération lente. Après huit semaines, les plantes avaient poussé de manière significative plus haut et avaient développé des racines plus longues par rapport à celles ayant poussé sans sélénium. Plus important encore, les plantes ont absorbé avec succès le sélénium provenant des sphères. Les moutardes ont absorbé environ 28 % du sélénium fourni par les sphères d'E. coli et environ 24 % de celles fabriquées à partir de la boue. Si les sels chimiques traditionnels étaient absorbés rapidement, ils étaient également emportés trop vite pour être pleinement utilisés. Les sphères, cependant, offraient un approvisionnement constant auquel les plantes pouvaient accéder au fil du temps. L'étude a montré que le sélénium n'était pas seulement bloqué dans les racines, mais qu'il était transporté vers les tiges et les feuilles, là où il serait le plus utile pour la consommation humaine si ces plantes étaient cultivées comme nourriture.

Ce travail suggère que l'utilisation de microbes pour créer des sphères de sélénium pourrait être un outil puissant pour l'agriculture. Cela offre un moyen de fertiliser les cultures sans le coût environnemental lourd du ruissellement, en gardant le nutriment dans le sol là où il doit se trouver. Les chercheurs ont noté que ces sphères sont moins toxiques que les alternatives chimiques et pourraient être produites à bas coût en utilisant des matières résiduelles. En transformant un polluant potentiel en une source de nutrition constante, cette approche répond à la fois au problème de la carence en sélénium chez l'homme et au problème de la pollution au sélénium des cours d'eau. L'étude ne prétend pas avoir résolu la crise alimentaire mondiale, mais elle fournit une démonstration claire et mesurée que ces particules fabriquées par le vivant peuvent rester dans le sol et nourrir les plantes efficacement, offrant ainsi une alternative prometteuse aux anciennes méthodes de fertilisation peu efficaces.