消毒技术使用低温等离子体去除水培作物中的大肠杆菌

由日本名古屋大学和名城大学的研究人员领导的研究小组开发了一种消毒技术，利用电力产生的低温等离子体来培育环保的水培作物。这项创新技术可以对农作物进行消毒，在不使用化肥的情况下促进植物生长。他们的发现发表在《环境技术与创新》杂志上。

在水培农业中，农民通过向植物的根部提供营养液来培育植物。然而，营养液可能会被致病性大肠杆菌菌株感染，污染农作物并导致食源性疾病。

为了避免这个问题，农民在种植前和种植期间使用化学处理对营养液进行消毒。在此过程中，营养液被更换。不幸的是，这可能会危害环境，因为化学物质会污染水并在生产过程中产生温室气体排放。

“我们的研究结果提出了一种全新的消毒方法，”该研究的作者、名城大学的 Masafumi Ito 教授说。“我们的技术有可能减少使用化石燃料的农药的生产、环境污染和残留。”

该团队的技术不是使用农用化学品，而是使用等离子体进行灭菌。等离子体是带有小电荷的气体，称为离子和电子，以及其中的电中性反应粒子。该团队使用等离子体发生器产生低温等离子体。

他们的方法针对肥料中的氨基酸色氨酸，这对植物的生长和发育至关重要。当营养液受到等离子体照射时，等离子体的电子产生氧自由基，即高度不稳定的氧粒子，然后产生色氨酸自由基。

尽管植物仍然可以在其代谢中使用改变的色氨酸，但自由基使大肠杆菌中参与碳代谢的酶失活。代谢组学分析揭示了对细菌生存至关重要的糖酵解和三羧酸回路的失活，以及关键酶 GAPDH 的失活。其结果是在更短的时间内获得不育作物，这是相对于传统使用的化学技术的一个主要优势。

“我们开发了一种使用氧自由基的灭菌技术，该技术有望成为现代水耕栽培中营养液的卫生控制技术，”该研究的主要作者、名古屋大学低温等离子体科学中心的 Kenji Ishikawa 教授说。

“由于可持续发展目标和绿色战略限制化学农药的使用，我们的创新技术只需将含有氮气、氧气和水蒸气的大气转化为基于从自然中获得的电能的低温等离子体即可进行消毒。这项技术有望推动技术发展，以实现消除化石燃料和减少温室气体排放的目标。”