در شرایطی که تغییرات اقلیمی، کشاورزی را با چالش‌های فزاینده‌ای مواجه کرده است، پژوهشگران و فناوران کشاورزی در تلاش هستند تا با بهره‌گیری از نانوفناوری، عملکرد بذرها را در برابر تنش‌های محیطی ارتقاء دهند. یکی از رویکردهای نوظهور در این زمینه، نانوآماده‌سازی بذرها (Nanopriming) است؛ روشی امیدبخش که می‌تواند نقطه عطفی در توسعه کشاورزی مقاوم به اقلیم باشد.
به گزارش آب و غذا به نقل از آگروفود ، نانوآماده‌سازی روشی برای پیش‌درمان بذرهاست که از محلول‌های حاوی نانوذرات فلزی یا غیر فلزی همچون نقره، مس، سیلیس و روی بهره می‌برد. این نانوذرات پیش از کاشت روی بذرها اعمال می‌شوند و با نفوذ به پوشش بذر، واکنش‌های سلولی، بیوشیمیایی و فیزیولوژیکی را در بذر فعال می‌کنند. نتیجه این فرآیند، جوانه‌زنی سریع‌تر، یکنواخت‌تر و تقویت رشد اولیه گیاه است.
از دیگر اثرات این فناوری می‌توان به انتقال مؤثر مواد مغذی، هورمون‌های رشد و عوامل ضدمیکروبی به جنین گیاه اشاره کرد؛ عواملی که در مجموع منجر به افزایش مقاومت گیاه به بیماری‌ها و تنش‌های محیطی می‌شوند.
نانوذرات مورد استفاده در آماده‌سازی بذر
کاربرد هر نوع نانوذره بسته به نوع تنش مورد هدف و هدف نهایی متفاوت است. برخی از مهم‌ترین آن‌ها عبارتند از:
* نانوذرات سیلیس (SiNPs): افزایش مقاومت به خشکی و شوری.
* نانوذرات نقره (AgNPs): خاصیت ضد میکروبی و بهبود جوانه‌زنی.
* نانوذرات اکسید روی (ZnO NPs): تقویت رشد ریشه و تحمل تنش.
* نانوذرات طلا (AuNPs): کمک به انتقال مؤثر مواد مغذی و فعال‌سازی دفاع‌های گیاه.
* نانوذرات کیتوسان: حامل‌های زیست‌تجزیه‌پذیر برای انتقال مواد غذایی و افزایش مقاومت به پاتوژن‌ها.
* نانوذرات هیدروکسید منیزیم (Mg(OH)₂ NPs): تحریک جوانه‌زنی و تقویت نهال.
این نانوذرات که ابعادی کمتر از ۱۰۰ نانومتر دارند، به‌گونه‌ای طراحی می‌شوند که با شرایط ویژه هر گیاه و محیط کشت سازگار باشند.
مقاومت گیاهان به تنش با کمک نانوآماده‌سازی
تنش‌های محیطی از جمله خشکی، شوری و گرما از عوامل اصلی کاهش عملکرد گیاهان و تهدید امنیت غذایی جهانی هستند. نانوآماده‌سازی با مداخله در مراحل اولیه رشد بذر، به گیاه کمک می‌کند تا پاسخ‌های مؤثر فیزیولوژیکی و مولکولی در برابر این تنش‌ها داشته باشد.
در شرایط خشکسالی: استفاده از نانوذرات اکسید روی و کربن می‌تواند جذب آب و فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدان را افزایش دهد و از آسیب‌های اکسیداتیو جلوگیری کند.
در مواجهه با شوری: نانوذراتی مانند اکسید گرافن به جذب بهتر پتاسیم و کلسیم، تعادل یونی و رشد عمقی ریشه کمک می‌کنند.
در تنش گرما: نانوذراتی مانند اکسید سریم یا طلا و نقره با کاهش استرس اکسیداتیو و فعال‌سازی پروتئین‌های شوک حرارتی، مقاومت گیاه را افزایش می‌دهند.
بهبود عملکرد بذر و گیاه
فراتر از مقاومت به تنش، نانوآماده‌سازی موجب جوانه‌زنی یکنواخت، رشد بهتر ریشه و ساقه و تثبیت سریع گیاه در خاک‌های فقیر یا تخریب‌شده می‌شود. همچنین این فناوری با تحریک بیان ژن‌های دفاعی و افزایش جذب مواد مغذی، مقاومت گیاهان را در برابر عوامل بیماری‌زا نیز تقویت می‌کند.
نمونه‌هایی از تحقیقات موفق
مطالعات اخیر نشان داده‌اند که نانوذرات نقره می‌توانند رشد اولیه ذرت و عدس را در شرایط شوری تقویت کنند. همچنین نانوذرات اکسید روی در سویا موجب بهبود قدرت نهال و جوانه‌زنی در شرایط خشکی شده‌اند. استفاده از نقاط کوانتومی گرافنی نیز در گوجه‌فرنگی و گشنیز، ساختار ریشه را بهبود داده است.
در پژوهشی دیگر، نقاط کربنی دوپ‌شده با سلنیوم و نیتروژن در برنج، رشد نهال و تحمل شوری را افزایش دادند. همچنین تیم تحقیقاتی ژو در آزمایش‌های خود با خیار و آرابیدوپسیس نشان دادند که محتوای پکتین سلول در جذب نانوذرات کربنی تأثیر بسزایی دارد؛ یافته‌ای که می‌تواند به طراحی سامانه‌های تحویل نانوذرات کمک کند.
چالش‌ها و چشم‌انداز آینده
با وجود دستاوردهای چشمگیر، اجرای گسترده نانوآماده‌سازی در کشاورزی با موانعی روبه‌روست. نگرانی‌های زیست‌محیطی پیرامون آثار بلندمدت نانوذرات بر خاک، آب و موجودات غیرهدف، نبود استانداردهای قانونی مشخص در بسیاری از کشورها و چالش در مقیاس‌پذیری و هزینه‌بر بودن تولید نانوذرات از مهم‌ترین موانع هستند.
برای غلبه بر این چالش‌ها، پژوهشگران به‌سوی استفاده از نانوذرات زیستی یا سبز رفته‌اند؛ ذراتی که از مواد گیاهی تولید شده و آسیب کمتری به محیط‌زیست دارند. همچنین طراحی پوشش‌های هوشمند بذر که به‌صورت هدفمند و واکنش‌پذیر مواد مغذی یا آفت‌کش‌ها را آزاد می‌کنند، در حال پیشرفت است.
در نهایت، استفاده از نانوحسگرها برای رصد سلامت بذر و نهال نیز به‌عنوان ابزاری نوین در کشاورزی آینده مطرح است. نانوآماده‌سازی، مسیری نو در کشاورزی مقاوم به اقلیم ترسیم می‌کند؛ مسیری که نیازمند پژوهش بیشتر، ایمنی بالا و تدوین قوانین شفاف برای بهره‌برداری گسترده و مسئولانه در مقیاس جهانی است.