بر اساس مطالعات و گزارشات موجود، پیش‌بینی می‌شود که بشر باید تولید غذا را در سال 2050 تا 60 درصد نسبت به سال 2020 افزایش دهد. در حال حاضر، بشر در تلاش است تا این امر را از طریق روشهای ناکارآمد شیمیایی محقق کند.
نیمی از کودهای مصرفی در مزارع در محیط زیست اتلاف می‌شود و آب‌های زیرزمینی را آلوده میکند. در مورد آفت‌کش‌هایی که معمولاً مورد استفاده قرار می‌گیرند، این آمار بدتر است. فقط 5 درصد به اهداف مورد نظر خود می‌رسند و مابقی در نهایت باعث آلودگی محیط‌زیست میشوند.
فناوری نانو در حوزه پزشکی، تحویل کنترل شده دارو را به سلولهای خاص در بدن فرد بیمار امکان پذیر میکند. دانشمندان استدلال میکنند که مشابه این فناوری میتواند در حوزه کشاورزی نیز اعمال شود، اما این بینش هنوز برای علم گیاهی بهخوبی بکار گرفته نشده است.
پژوهشگران دانشگاه UC Riverside and Carnegie Mellon مقالهای را در مجله معتبر Nature Nanotechnology تحت عنوان “به سوی تحقق تحویل دقیق از طریق نانوفناوری در گیاهان” در سال 2024 منتشر کردند. پژوهشگران در این مقاله با بررسی تأثیر نانومواد بر رشد گیاهان و تولید محصولات کشاورزی نشان می‌دهند که استفاده از فناوری نانو در کشاورزی میتواند بهبودی‌های چشمگیری در عملکرد گیاهان و کنترل بیماری‌ها ایجاد کند. از طریق انتقال هدفمند نانومواد، گیاهان می‌توانند بهبودیافته شده و به صورت کلی مقاوم‌تر و با عملکرد بهتر رشد کنند.
محققان در بررسی خود، رویکردهای خاص نانوپزشکی را که میتواند برای رساندن آفت کشها، علف کشها و قارچ کشها به اهداف بیولوژیکی خاص مورد استفاده قرار گیرد، استفاده کردند. در فناوری‌های تحویل هدفمند مبتنی بر پوشش نانومواد، از قندها یا پپتیدهایی که پروتئین‌های خاصی را روی سلول‌ها و اندامک‌های گیاهی تشخیص می‌دهند، استفاده شده است. با این روش مواد شیمیایی مورد نظر به جایی که گیاه به آن نیاز دارد مانند آوندها، اندامکها یا محلهای عفونتهای پاتوژن گیاهی هدایت میشوند.
این نوع تحویل یک رویکرد بسیار سبزتر است، زیرا اثرات خارج از هدف و زیست محیطی کمتری دارد.
استراتژی دیگری که در این مقاله مورد بحث قرار گرفت، استفاده از هوش مصنوعی و یادگیری ماشینی برای ایجاد یک “digital twin” است. محققان پزشکی از مدل‌های محاسباتی برای شبیه‌سازی نحوه تعامل و حرکت داروها با بدن استفاده میکنند. محققان گیاهی نیز می‌توانند همین کار را برای طراحی مولکول‌های نانوحامل که مواد مغذی یا سایر مواد شیمیایی کشاورزی را به اندام‌های گیاهی در جایی که بیشتر مورد نیاز هستند، می‌رسانند، انجام دهند.
از طریق نانوحامل‌ها که می‌توانند به طور دقیق عوامل فعال، مواد مغذی و مواد ژنتیکی را به گیاهان برسانند، کشاورزی در برابر تغییرات آب و هوایی انعطاف‌پذیرتر و پایدارتر می‌شود. اما بهعنوان یک زمینه تحقیقاتی، نانو کشاورزی هنوز در حال توسعه است و موانع علمی و اجتماعی قابل توجهی برای غلبه بر آن وجود دارد.
منبع:
Lowry GV, Giraldo JP, Steinmetz NF, Avellan A, Demirer GS, Ristroph K, Wang GJ, Hendren C, Alabi C, Caparco A, da Silva W. Towards realizing nano-enabled precision delivery in plants. Nature Nanotechnology. 2024 Jun 6:1-5. DOI: 10.1038/s41565-024-01667-5