Aceleração do crescimento da planta usando um Eu3+ transparente

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 17155 (2022) Citar este artigo

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A estimulação da fotossíntese é uma estratégia para alcançar a produção vegetal sustentável. A luz vermelha é útil para o crescimento das plantas porque é absorvida pelos pigmentos de clorofila, que iniciam os processos fotossintéticos naturais. Materiais de conversão de comprimento de onda ultravioleta (UV) para vermelho são candidatos promissores para culturas de plantas ecológicas que não requerem energia elétrica. Neste estudo, filmes transparentes equipados com um luminóforo conversor de comprimento de onda de UV para vermelho, o complexo Eu3+, foram preparados em filmes plásticos disponíveis comercialmente para experimentos de crescimento de plantas. Os presentes filmes à base de Eu3+ absorvem a luz UV e exibem forte luminescência vermelha sob a luz solar. Os filmes pintados com Eu3+ proporcionam uma aceleração significativa do crescimento com incremento de tamanho e produção de biomassa para culturas vegetais e árvores na região norte. As plantas cultivadas com filmes pintados com Eu3+ tinham 1,2 vezes a altura e 1,4 vezes a biomassa corporal total do que as culturas sem os luminóforos Eu3+. O presente filme pode promover a produção de plantas nos campos da agricultura e silvicultura.

Os desenvolvimentos científicos e tecnológicos sustentáveis ​​para a produção futura de plantas estão entre os desafios mais importantes associados ao fornecimento global de alimentos e bioenergia em termos de crescimento da população mundial, que deverá atingir quase nove bilhões de pessoas até 20501,2,3,4. Estimular a fotossíntese é uma estratégia promissora para acelerar o crescimento vegetal e a produção de biomassa5,6. A energia luminosa é exigida por organismos fotossintéticos naturais, como plantas superiores, algas e bactérias fotossintéticas. No estágio inicial da fotossíntese, os pigmentos de clorofila absorvem a luz solar e utilizam a energia dos fótons solares para a produção de biorrecursos7. Em particular, as plantas terrestres contêm os pigmentos de clorofila-a e b nas antenas coletoras de luz e nos aparelhos do centro de reação, que absorvem a luz visível no vermelho (banda Qy: 600–700 nm) e no azul (banda Soret: 400–450 nm). regiões. Os comprimentos de onda efetivos para a fotossíntese concordam bem com as bandas de absorção. A cor clara também afeta o crescimento, a produtividade, a morfologia e a fisiologia das plantas8,9,10. Os espectros de ação fotossintética revelaram que a luz vermelha para excitação na banda Qy fornece o maior rendimento quântico fotossintético11.

A luz solar é uma fonte de energia sustentável, no entanto, inclui luz ultravioleta (UV), que está localizada na região de comprimento de onda de alta energia (200–400 nm). Várias plantas respondem à luz ultravioleta12,13,14. Em particular, a luz UV-A (320–400 nm) afeta não apenas a fotoinibição do fotossistema (PS)-II15, mas também o aumento da taxa fotossintética16. UV-B (295–320 nm) é conhecido por induzir danos ao DNA15. Assim, sombrear as plantas da luz ultravioleta solar é uma das principais estratégias para suprimir a fotoinibição e os fotodanos das plantas. As películas plásticas de cobertura usadas em estufas contêm materiais bloqueadores de UV. As moléculas bloqueadoras de UV convertem a luz UV em energia térmica. Na última década, foi relatado que os materiais de conversão de comprimento de onda (WCM) alteram a luz ultravioleta para vermelha para o cultivo de plantas17,18,19,20,21. A utilização de WCMs sob a luz solar pode ser vantajosa para filtrar a luz UV solar e fornecer luz vermelha para uma fotossíntese eficiente. Os WCMs podem promover agricultura e silvicultura sustentáveis ​​sem consumir eletricidade, como fábricas equipadas com dispositivos LED. O luminóforo trivalente de európio (Eu3+) é um candidato promissor para WCM22,23,24 sustentável de UV para vermelho. O complexo Eu3+ exibe forte luminescência vermelha baseada nas transições 4f-4f pela ligação de ligantes orgânicos. O luminóforo Eu3+ com um fotossensibilizador (hexafluoroacetilacetonato: hfa) e um estabilizador (óxido de trifenilfosfina: TPPO), [Eu(hfa)3(TPPO)2] (Fig. 1a e Suplementar Fig. S1), mostra uma alta eficiência de conversão de UV à luz vermelha (rendimento quântico de emissão ≃ 70%) com quase nenhuma banda de absorção na região da luz visível25. Este material também é estável sob aquecimento a 200 °C26 e sob irradiação de luz ultravioleta27. Recentemente, relatamos que um complexo de Eu3+ com óxido de tris(2,6-dimetoxifenil)fosfina (TDMPPO, Fig. 1a e Fig. Suplementar S1) produz uma tinta amorfa transparente com luminescência vermelha sob exposição à luz UV28.