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        当我们吃水果和蔬菜之前就变质时，我们都感到内疚。 现在，来自麻省理工学院和新加坡-麻省理工学院研究与技术联盟 （SMART） 的研究人员已经证明，他们可以通过使用可生物降解的微针向收获的植物注射褪黑激素来延长收获植物的保质期。

        ：这很重要，因为食物浪费的问题远远超出了我们的沙拉。 世界上 30% 以上的粮食在收获后损失了 - 足以养活超过 1亿人。 冷藏是保存食品的最常见方法，但它需要能源和基础设施，而世界上许多地区负担不起或无法获得。

         研究人员认为，他们的系统可以提供制冷的替代方案或补充。 他们方法的核心是蚕丝微针的补丁。 微针可以穿过植物坚硬、蜡质的皮肤，而不会引起应激反应，并将精确数量的褪黑激素输送到植物内部组织。

         “这是我们第一次能够使用这些微针来延长鲜切作物的保质期，”该研究的资深作者、麻省理工学院土木与环境工程副教授、麻省理工学院气候项目 Wild Cards 任务主任 Benedetto Marelli 说。 “我们认为我们可以利用这项技术来提供可以调节或控制植物收获后生理学的东西。 最终，我们研究了激素，并且褪黑激素已经被植物用来调节这些功能。 我们浪费的食物可以养活大约 16 亿人。 即使在美国，这种方法有朝一日也可能扩大获得健康食品的机会。

         对于这项将出现在 Nano Letters 上的研究，Marelli 和 SMART 的研究人员将含有褪黑激素的微针小块涂抹在多叶蔬菜白菜的基部。 施用后，研究人员发现褪黑激素能够通过以下方式延长蔬菜的保质期室温下保存 4 天，冷藏保存 10 天，这可以让更多的农作物在浪费之前到达消费者手中。

        ：“收获后的废弃物是一个大问题。 这个问题在非洲和东南亚的新兴市场极为重要，那里生产了许多农作物，但在从农场到市场的过程中无法维持，“该研究的共同高级作者、新加坡淡马锡生命科学实验室的高级首席研究员 Sarojam Rajani 说。

         植物减压器

         多年来，Marelli 的实验室一直在探索使用丝微针为作物输送养分和监测植物健康状况等。 由丝素蛋白制成的微针无毒且可生物降解，Marelli 之前的工作已经描述了大规模制造它们的方法。

         为了测试微针延长食品保质期的能力，研究人员想研究它们传递一种已知会影响衰老的激素的能力过程。 除了帮助人类睡眠外，褪黑激素还是许多植物中的一种天然激素，可以帮助它们调节生长和衰老。

         “我们提供的褪黑激素剂量非常低，以至于它被农作物完全代谢，因此它不会显着增加食物中通常存在的褪黑激素含量; 我们不会摄入比平时更多的褪黑激素，“Marelli 说。 “我们选择白菜，因为它是亚洲非常重要的作物，也因为白菜很容易腐烂。”

         白菜通常是通过从根系切下叶植物来收获的，露出芽基部，该芽基部很容易进入维管束，将水分和养分分配到植物的其余部分。 为了开始他们的研究，研究人员首先使用他们的微针将荧光染料注入基部，以确认脉管系统可以将染料扩散到整个植物中。

         然后，研究人员比较了普通白菜植物和具有喷洒褪黑激素或浸入褪黑激素，没有发现差异。

         确定基线保质期后，研究人员用手将充满褪黑激素的微针小块涂抹在白菜植物的底部。 然后，他们将处理过的植物和对照品一起储存在塑料盒中，在室温和冷藏下。

         该团队通过监测植物的重量、视觉外观和叶绿素浓度来评估这些植物，叶绿素是一种绿色色素随着植物年龄的增长而减少。

         在室温下，未经处理的对照组的叶子在两三天内开始变黄。 到第四天，黄化加速到植物可能无法出售的程度。 相比之下，用含有褪黑激素的蚕丝微针处理的植物在第 5 天保持绿色，并且黄变过程明显延迟。 在室温下，处理植物的重量损失和叶绿素减少也显着减慢。总体而言，研究人员估计，经过微针处理的植物在第 8 天之前仍保持其可销售价值。

         “我们清楚地看到，我们可以在没有冷链的情况下延长白菜的保质期，”Marelli 说。

         在大约 40 华氏度的冷藏条件下，植物发黄平均延迟了约 5 天，处理后的植物在第 25 天之前保持相对绿色。

         “对植物的分光光度分析表明，处理后的植物具有更高的抗氧化活性，而基因分析显示褪黑激素在植物内部引发保护性链式反应，保留叶绿素并调节激素以延缓衰老，“淡马锡生命科学实验室的共同第一作者、前博士后 Monika Jangir 说。

         “我们研究了褪黑激素的作用，发现它改善了植物在被切割后的压力反应，因此它基本上减少了植物所经历的压力，从而延长了它的保质期，”说Yangyang Han，SMART 农业精准颠覆性和可持续技术 （DiSTAP） 跨学科研究小组的共同第一作者和研究科学家。

         迈向采后保存

         虽然与喷洒或浸渍作物等其他应用方法相比，微针可以最大限度地减少浪费，但研究人员表示，需要做更多的工作来大规模部署微针。 例如，尽管研究人员应用了微针手工补丁在这个实验中，这些补丁将来可以使用拖拉机、自主无人机和其他农业设备进行应用。

         “要使其得到广泛采用，我们需要达到性能与成本阈值才能证明其使用的合理性，”Marelli 解释道。 “这种方法需要变得足够便宜，以便农民经常使用。”

         展望未来，研究团队计划使用其微针输送来研究各种激素对不同作物的影响科技。 该团队认为该技术应该适用于各种农产品。

         “我们将继续分析如何增加这对农作物价值和质量的影响，”Marelli 说。 “例如，这是否可以让我们调节作物的营养价值、形状、质地等？ 我们还将继续研究扩大该技术的规模，以便将其用于该领域。

         这项工作得到了新加坡-麻省理工学院联盟的支持研究与技术 （SMART） 和新加坡国家研究基金会。