Un revêtement externe en nanomatériau (vert luminescent ; image du haut) protège une plante de gazon en pelouse coupant des rayons UV durs (image du bas), qui flétrissent et décolorent la plante non protégée (flèches). Crédit : Joseph Richardson

Les auteurs de science-fiction envisagent depuis longtemps des hybrides d’homme-machine dotés de pouvoirs extraordinaires. Cependant, les « super plantes » avec nanomatériaux intégrés pourraient être beaucoup plus proches de la réalité que les cyborgs. Aujourd’hui, les scientifiques rapportent le développement de plantes qui peuvent produire des nanomatériaux appelés cadres métal-organique (MOF : Metal-Organic Frameworks) et l’application de ces MOFs comme revêtements sur les plantes. Les plantes augmentées pourraient potentiellement remplir de nouvelles fonctions utiles, comme la détection de produits chimiques ou la récolte plus efficace de la lumière.

Les chercheurs présenteront leurs résultats aujourd’hui à l’American Chemical Society (ACS) Spring 2019 National Meeting & Exposition.

Selon le chercheur principal du projet, Joseph Richardson, Ph.D., les humains introduisent des matières étrangères dans les plantes depuis des milliers d’années. « Un exemple de cela est la teinture des fleurs, dit-il. « On immergeait une tige de fleur coupée dans une teinture, et la teinture était absorbée par la tige et pénétrait dans les pétales de la fleur, et ensuite on voyait ces belles couleurs. »

En raison de leur vaste réseau vasculaire, les plantes absorbent facilement l’eau et les molécules dissoutes dans les fluides. Cependant, il est plus difficile pour les grands matériaux et les nanoparticules comme les MOF de pénétrer dans les racines. Joseph Richardson et ses collègues de l’Université de Melbourne (Australie) se sont donc demandés s’ils pouvaient nourrir les plantes avec des précurseurs du MOF, que les plantes absorberaient et transformeraient ensuite en nanomatériaux finis.

Les MOsF, qui sont constitués d’ions métalliques ou d’amas liés à des molécules organiques, forment des cristaux très poreux qui peuvent absorber, stocker et libérer d’autres molécules, un peu comme une éponge. Jusqu’à présent, les chimistes ont fabriqué des milliers de MOFs différents, dont les applications potentielles vont du stockage de l’hydrogène comme carburant à l’absorption des gaz à effet de serre à l’administration de médicaments dans l’organisme. Le fait que les plantes produisent de petites quantités de ces composés utiles dans leurs propres tissus pourrait leur donner de nouvelles capacités qu’on ne trouve pas dans la nature.

Pour voir si les plantes pouvaient produire des MOF, Joseph Richardson et ses collègues ont ajouté des sels métalliques et des liants organiques à l’eau et ont ensuite placé des boutures ou des plantes intactes dans la solution. Les plantes ont transporté les précurseurs dans leurs tissus, où deux types différents de cristaux fluorescents de MOF se sont développés.

Dans une expérience de validation de principe, des coupures de plantes de lotus produites par le MOF ont détecté de petites concentrations d’acétone dans l’eau, comme le montre une diminution de la fluorescence des matériaux. À la lumière de ces résultats, Jospeh Richardson prévoit examiner si les hybrides plantes-MOF peuvent détecter des explosifs ou d’autres produits chimiques volatils, qui pourraient être utiles pour la sécurité des aéroports.

En plus de demander aux plantes de fabriquer des MOF, les matériaux finis pourraient être utilisés comme revêtement sur les plantes pour les aider à convertir les rayons ultraviolets (UV) nocifs en lumière plus utile pour la photosynthèse.

« Alors que nous envisageons de cultiver des cultures dans l’espace ou sur Mars, où il n’y a pas d’atmosphère et où vous êtes bombardés par les rayons UV, quelque chose comme ça pourrait être utile « , souligne Joseph dit Richardson. « C’est parce qu’il protège non seulement les plantes des rayons UV, mais il les transforme aussi en énergie utile. D’autant plus que vous vous éloignez du soleil, il est plus difficile de capturer toute la lumière dont vous auriez besoin pour la photosynthèse. »

Les chercheurs ont déjà commencé à examiner les capacités de protection des nanomatériaux, et les données préliminaires sont prometteuses. L’équipe a enduit les coupures de chrysanthème et de liriope de MOF luminescents et a ensuite exposé les plantes à la lumière UVC pendant trois heures. Comparativement aux coupures non enduites, les plantes avec MOF présentaient moins de flétrissement et de blanchiment que les coupures non enduites.

Aujourd’hui, Joseph Richardson fait équipe avec des phytobiologistes pour étudier les effets des MOF sur la croissance des plantes. Jusqu’à présent, ils n’ont remarqué aucune toxicité des nanomatériaux. Les chercheurs veulent également savoir si les MOF pourraient réellement aider les plantes à mieux pousser, ce qui pourrait mener à des applications en agriculture.

https://phys.org/news/2019-04-nanomaterials-super-abilities.html