با وجود اینکه تغییرات اقلیمی باعث شیوع سریعتر بیماریهای گیاهی در سطح جهانی شده است، گروهی از پژوهشگران دانشگاه ملی سنگاپور راهحلی نوآورانه برای تقویت سیستم دفاعی گیاهان ارائه کردهاند: اسپری نانو هوشمندی که از ورود پاتوژنها جلوگیری کرده و به طور دقیق منافذ برگها را هدف قرار میدهد تا از آلودگی پیشگیری کند.
این دستاورد در نتیجه تحقیقات تیمی به رهبری تدریک لو، استادیار شیمی و نبوغ زیستمولکولی در دانشکده طراحی و مهندسی دانشگاه ملی سنگاپور حاصل شده است. ذرات نانو به کار رفته در این اسپری که «ماسهها» نامیده میشوند به گونهای طراحی شدهاند که مستقیماً روی منافذ برگها قرار گرفته و با آزادسازی ترکیبات ضدباکتری طبیعی، ورود عوامل بیماریزا را مسدود میکنند.
به گفته لو، منافذ برگ مانند درهایی عمل میکنند که اجازه ورود پاتوژنها را هنگام تبادل گاز فراهم میکنند، اما نانوذرات ماسه مانند کلیدی خاص برای این درها طراحی شدهاند:
این ذرات به صورت انتخابی به منافذ متصل میشوند، درست مثل قفلی که تنها به کلیدی خاص پاسخ میدهد. پس از جایگیری در این نقاط، به آرامی مواد ضدباکتری آزاد میکنند و از ورود عوامل بیماریزا جلوگیری میکنند.
نتایج این تحقیق در تاریخ ۵ ماه مه در مجله Nature Communications منتشر شده است. طبق گزارش سازمان خواربار و کشاورزی ملل متحد (FAO)، بیماریهای گیاهی سالانه زیانی حدود ۵ میلیارد دلار به محصولات کشاورزی وارد میکنند. گرم شدن هوا و تغییر الگوهای بارش، احتمال گسترش بیماریها و آفات را افزایش داده و کارایی روشهای سنتی کنترل را کاهش دادهاند.
لو توضیح میدهد: تغییرات اقلیمی، کنترل بیماریهای گیاهی را پیچیدهتر کرده است. ما به ابزارهای هوشمندتر نیاز داریم تا بتوانیم گیاهان را دقیق و پایدار محافظت کنیم.
در حالی که سموم شیمیایی معمولا سطح کل گیاه را پوشش میدهند و ممکن است به اکوسیستم اطراف آسیب برسانند، فناوری ماسهها به صورت هدفمند روی مناطقی که نیاز به حفاظت دارند متمرکز میشود. این ویژگی نه تنها از هدررفت مواد جلوگیری میکند، بلکه موجب کاهش آسیب به موجودات مفید نیز میشود.
ترکیب اصلی این نانوذرات بر پایه عنصر روی است؛ ریزمغذیای که پیشتر در کودهای کشاورزی استفاده میشد. این ذرات ساختاری متخلخل دارند که امکان انتقال ترکیبات ضدباکتری را فراهم میکند. پس از اسپری شدن، ذرات به تدریج حل شده و محتویات خود را آزاد میکنند، بدون آنکه فرآیندهای طبیعی گیاه مثل فتوسنتز یا تنفس تحت تأثیر قرار گیرد.
از نظر کاربرد، این فناوری به خوبی با روشهای موجود سازگار است. اسپری نانو ماسهها در قالب محلول آبی تولید شده و میتواند به عنوان یکی از راهکارهای کشاورزی به کار رود.
در آزمایشها، گیاهان درمانشده با نانوذرات ماسهای تا پنج برابر بیشتر نسبت به گیاهانی که درمان غیره هدفمند دریافت کردهاند، مقاوم در برابر عفونتهای باکتریایی نشان دادهاند. این اسپری روی انواع گیاهان خوراکی مانند سبزیجات برگی، لوبیا، برنج و جو موثر بوده و حتی پس از باران نیز روی برگها باقی میماند، موضوعی که به کاهش شستشوی شیمیایی و آلودگی محیطی کمک میکند.
لو اظهار داشت: «هدف ما پیشگیری از آلودگی پیش از وقوع آن است.» «با مسدود کردن دقیق درهای ورود باکتریها، از گیاه محافظت میکنیم بدون اینکه آن را غرق در مواد شیمیایی کنیم.»
محققان معتقدند فناوری ماسهها میتواند با طیف وسیعی از محصولات کشاورزی سازگار شده و در آینده ممکن است برای انتقال سموم دفع آفات یا ترکیبات مبتنی بر RNA نیز کاربرد داشته باشد. این راهکار قابلیت استفاده در بیشتر مناطق کشاورزی جهان را دارد. اگرچه توسعه میدانی و تکمیل مراحل بعدی هنوز در دست انجام است، اما این فناوری نویدبخش کاهش وابستگی کشاورزان به مواد شیمیایی مضر، افزایش مقاومت گیاهان و تحولی موثر در امنیت غذایی و حفظ محیط زیست است.