پژوهشگران دانشگاه نانجینگ به‌سرپرستی پروفسور لی‌خوان ژائو با استفاده از نانوذرات روشی مؤثر و اقتصادی برای بهبود جوانه‌زنی، افزایش مقاومت به تنش‌های غیرزیستی و کاهش مصرف سموم ارائه کرده‌اند.
تغییرات اقلیمی با سرعتی بی‌سابقه چهره کشاورزی جهانی را دگرگون کرده است. افزایش دما، خشکسالی، سیلاب و شیوع آفات، تولید محصولات را با چالش‌های جدی مواجه کرده‌اند. فناوری اصلاح بذر با نانو (Nano-enabled Seed Treatment) به عنوان راهکاری نوین، امیدهای تازه‌ای برای افزایش مقاومت گیاهان در برابر تنش‌های محیطی به‌وجود آورده است.
روش رایج اصلاح بذر، پوشش‌دهی شیمیایی است که از دهه ۱۹۸۰ متداول شده و بیش از ۶۸ درصد ترکیبات آن را سموم نئونیکوتینوئید و بنزامید تشکیل می‌دهند. این مواد اثرات سمی قابل توجهی بر حشرات گرده‌افشان، میکروارگانیسم‌های خاک و پرندگان دارند. همچنین، مواد پلیمری پوشش‌دهی بذر پس از تجزیه به میکروپلاستیک‌ها و نانوپلاستیک‌ها تبدیل شده و به اکوسیستم خاک آسیب می‌زنند.
علاوه بر این، روش‌های شیمیایی سنتی قادر به تقویت مقاومت ذاتی گیاهان در برابر تنش‌هایی مانند شوری، خشکی و بیماری‌ها نیستند. بنابراین، توسعه فناوری‌های پایدار و دوستدار محیط‌زیست برای افزایش مقاومت گیاهان به یکی از نیازهای فوری کشاورزی مدرن تبدیل شده است.
فناوری نانو؛ تحول بنیادین در کشاورزی هوشمند
فناوری نانو در سه دهه اخیر تحولات چشمگیری در پزشکی، الکترونیک و انرژی رقم زده است، اما استفاده از آن در کشاورزی تا سال ۲۰۱۶ چندان مورد توجه نبود. از آن زمان تاکنون، تعداد مقالات مرتبط با اصلاح بذر با نانوذرات سالانه ۵۰ درصد افزایش یافته است (پایگاه Web of Science).
نانوذرات به‌دلیل اندازه بسیار کوچک و خواص فیزیکوشیمیایی ویژه، قادرند از دیواره سلولی بذر عبور کرده و مستقیماً بر متابولیسم گیاه تأثیر بگذارند. این قابلیت، امکان تنظیم بیان ژن‌ها و فعال‌سازی مسیرهای دفاعی گیاه را فراهم می‌کند.
مکانیسم‌های کلیدی نانوذرات در اصلاح بذر:
۱. نفوذ سریع: نانوذرات همراه با آب به‌سرعت از موانع بیولوژیکی بذر عبور می‌کنند.
۲. تنظیم تعادل ROS: کنترل گونه‌های اکسیژن فعال (ROS) و تقویت سیستم آنتی‌اکسیدانی گیاه.
۳. فعال‌سازی ایمنی: نانوذراتی مانند نقره و سیلیکا خاصیت ضدقارچی و ضدباکتریایی داشته و مقاومت گیاه را افزایش می‌دهند.
کاربردهای عملی نانوذرات در اصلاح بذر:
* افزایش جوانه‌زنی در شرایط نامساعد:
* نانوذرات آهن (nZVI) جوانه‌زنی برنج را تا ۲۰٪ افزایش دادند.
* نانوذرات اکسید روی (ZnO NPs) سرعت جوانه‌زنی و قدرت گیاهچه در لوبیا، گندم و فلفل را بهبود بخشیدند.
* افزایش مقاومت به تنش‌ها:
* شوری: نانوذرات دی‌اکسید سریم (CeO₂) تعادل یون‌های سدیم و پتاسیم را در کلزا تنظیم کردند و تحمل به شوری را بالا بردند.
* خشکی: نانوذرات سیلیکا (SiO₂) فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی در گندم را تقویت کردند.
* سمیت فلزات: نانوذرات گوگرد در آفتاب‌گردان، آسیب اکسیداتیو ناشی از منگنز را کاهش دادند.
* کنترل سبز آفات و بیماری‌ها:
* نانوذرات کیتوسان در ارزن، بیان ژن‌های دفاعی را افزایش داده و بیماری سفیدک پودری را مهار کردند.
* نانوذرات نقره (Ag NPs) در برنج، مقاومت به بیماری بلاست را ۵۹٪ ارتقا دادند.
پتانسیل تجاری: از آزمایشگاه تا مزرعه
بازار جهانی اصلاح بذر امروز به ۶ میلیارد دلار رسیده اما روش‌های شیمیایی سنتی نیازمند تحولی جدی هستند. فناوری نانو با مزایای زیر می‌تواند جایگزین مناسبی باشد:
* هزینه پایین: اصلاح بذر با نانوذرات نقره برای هندوانه تنها ۵۳ تا ۸۸ یوان در هکتار هزینه دارد.
* سازگاری زیست‌محیطی: نانوذرات معدنی مانند اکسید آهن و سیلیکا خطرات کمتری برای محیط‌زیست دارند.
* چندکاره بودن: یک بار اصلاح بذر می‌تواند به‌طور همزمان جوانه‌زنی، ایمنی و تغذیه گیاه را بهبود بخشد.
* اثر نسل‌به‌نسل: مقاومت ایجادشده در گیاهان قابلیت انتقال به نسل‌های بعدی را دارد.
چالش‌های پیش‌رو
با وجود پیشرفت‌های چشمگیر، توسعه فناوری نانو در اصلاح بذر همچنان با چالش‌های مهمی روبروست:
* **استانداردسازی دقیق:** تعیین غلظت و زمان‌بندی بهینه نانوذرات برای هر نوع محصول.
* **ارزیابی جامع ایمنی:** بررسی اثرات بلندمدت نانوذرات بر خاک، میکروارگانیسم‌ها و اکوسیستم‌های اطراف.
* **تجاری‌سازی پایدار:** جذب سرمایه‌گذاری و فراهم‌کردن حمایت‌های سیاست‌گذاران برای ورود گسترده فناوری به بازار.
* **پذیرش و آموزش عمومی:** افزایش آگاهی و اعتماد کشاورزان و مصرف‌کنندگان نسبت به فناوری‌های نوین.
چشم‌انداز آینده: کشاورزی هوشمند، پایدار و مقاوم
فناوری نانو فراتر از یک نوآوری علمی، راهکاری استراتژیک برای مقابله با بحران تغییرات اقلیمی. تیم پروفسور ژائو در دانشگاه نانجینگ با توسعه محصولات مقرون‌به‌صرفه و کارآمد اصلاح بذر، در مسیر تقویت تاب‌آوری کشاورزی خرد و کمک به کشاورزان کوچک‌مقیاس گام برمی‌دارد.
منبع: ایسنا
