چگونه می‌توان از فناوری نانو در غنی سازی گندم استفاده کرد؟

 جمعیت رو به رشد جهان به یک منبع امن غذا نیاز دارد. تقویت بیولوژیکی غذا‌های اصلی یکی از راه‌های حل چالش‌های موجود در صنایع غذایی است. مقاله‌ای که اخیرا در Biology منتشر شده است، استفاده از فناوری نانو را برای غنی‌سازی گندم، یک محصول کلیدی جهانی، در نظر گرفته است.

بیوفورفیکشن چیست؟

بیوفورفیکشن فرآیند افزایش عمدی ارزش غذایی یک ماده غذایی با روش‌های زراعی، اصلاح نژاد و بیوتکنولوژی است. تفاوت آن با غنی سازی معمولی در این است که هدف آن افزایش ارزش غذایی گیاه در طول رشد آن به جای افزودن دستی ویتامین‌ها، مواد معدنی و عناصر کمیاب در طول فرآوری است.

تقویت زیستی پیامد‌های مهمی برای دستیابی به جمعیت‌هایی دارد که به مکمل‌های سنتی و روش‌های غنی سازی دسترسی ندارند یا دسترسی محدودی دارند. مزایای بهداشت عمومی را با حداقل خطر برای سلامت جمعیت و افراد فراهم می‌کند.

تقویت زیستی گندم: چشم انداز‌های کنونی

گندم توسط بخش قابل توجهی از جمعیت جهان مصرف می‌شود. افزایش ارزش غذایی آن با مشکلات ناشی از سوء تغذیه در جمعیت رو به رشد مقابله خواهد کرد. در دهه‌های اخیر، چندین استراتژی تقویت زیستی با درجات مختلف موفقیت انجام شده است. اصلاح متعارف، تقویت زیستی زراعی و رویکرد‌های تراریخته همگی برای ارائه مزایای تغذیه‌ای به کار گرفته شده‌اند.

در حالی که این رویکرد‌ها موفقیت‌های خود را داشته‌اند، اشکالات عمده‌ای نیز برای آن‌ها وجود دارد. موانع نظارتی در این زمینه وجود دارد، حتی اگر خود روش‌های تقویت زیستی به خوبی توسعه یافته باشند. تقویت زیستی ژنتیکی به دلیل محدودیت در استخر ژن بیولوژیکی هدفمند موجود و همچنین وقت گیر بودن محدود می‌شود. تقویت زیستی زراعی از مشکلات کود‌های موجود رنج می‌برد. پرورش گیاهان معمولی زمان می‌برد.

نانوبیوفورفیکاسیون

نانوبیوفورفیکاسیون در سال‌های اخیر به عنوان یک جایگزین مناسب برای روش‌های ژنتیکی و زراعی معاصر مورد توجه قرار گرفته است. استفاده از فناوری نانو می‌تواند مسائل زمانی، منابع مورد نیاز و خطرات زیست محیطی را دور بزند.

یکی از مزایای اصلی تحویل هدفمند کود به مقدار لازم، افزایش جذب مواد مغذی و جلوگیری از شستشوی کود معدنی مضر به اکوسیستم‌های شکننده است. نانومواد مورد استفاده برای این منظور با توجه به اندازه، ترکیب، ویژگی‌های شیمیایی و گیاهی که برای آن هدف قرار می‌گیرند، بازده متفاوتی دارند.

نانوتکنولوژی به طرق متعددی در تقویت زیستی مورد استفاده قرار می‌گیرد. سیستم‌های تقویت‌کننده زیستی نانو می‌توانند مواد مغذی را با سرعت آزادسازی کنترل‌شده وارد خاک کنند. توانایی آن‌ها در ارائه پوشش گسترده و جذب کارآمد از توسعه گیاه و ایمنی محیطی در مقایسه با کود‌های زراعی حمایت می‌کند.

در حال حاضر، از سه نوع مختلف نانومواد برای تقویت زیستی استفاده می‌شود: کود‌های پوششی در مقیاس نانو، کود‌های افزودنی در مقیاس نانو و کود‌های نانومقیاس (NF).

نانومواد مورد استفاده در نانوکود‌ها را می‌توان به کود‌های درشت مغذی، کود‌های ریز مغذی، NF‌های محرک رشد گیاه و کود‌های تقویت شده با نانومواد دسته بندی کرد. این گروه بندی به دلیل مزایای تغذیه‌ای است که سیستم‌های مقیاس نانو به گیاه هدف می‌دهند. این تحقیق دیدگاه‌های زیادی را در مورد روش‌های نانوبیوفیفیکاسیون ارائه کرد که اکنون برخی از آن‌ها مورد بحث قرار خواهند گرفت.

تقویت نانوزیست گندم با ریز مغذی ها

چندین ریز مغذی برای گندم ضروری است، از جمله روی که کمبود آن باعث نکروز، توقف رشد، کاهش کیفیت بذر و کاهش عملکرد می‌شود. کود‌های کامپوزیتی NPK که به طور سنتی با ریز مغذی‌ها افزایش می‌یابند، همیشه گندم را با غلظت لازم از ریز مغذی‌ها تامین نمی‌کنند.

اندازه کوچک و سطح بزرگ نانوذرات به طور قابل توجهی فراهمی زیستی ریز مغذی‌ها را افزایش می‌دهد. NF‌های تقویت‌شده روی و آهن به دلیل کمبود این ریزمغذی‌ها در جمعیت جهان از تمرکز ویژه‌ای برخوردار هستند.

تقویت زیستی NF درشت مغذی

درشت مغذی‌های مهم از جمله کلسیم، منیزیم و نیتروژن کپسوله می‌شوند یا در NF درشت مغذی‌ها وارد می‌شوند. افزودن این درشت مغذی‌ها به کود‌های NPK در مقادیر لازم، میزان کود مورد نیاز را افزایش می‌دهد که خطرات زیست محیطی جدی ایجاد می‌کند. سیستم‌های تحویل مبتنی بر فناوری نانو در تحویل درشت مغذی‌ها و همچنین پایدارتر کارآمدتر هستند.

پرایمینگ بذر، کوددهی خاک و کوددهی برگی

راه‌های مختلفی وجود دارد که از طریق آن‌ها می‌توان نانومواد غنی شده از نظر تغذیه‌ای را به گیاهان گندم وارد کرد. پرایمینگ بذر، کوددهی خاک و کوددهی برگی همگی می‌توانند استفاده شوند. مطالعات در هر سه مسیر انجام شده است که مزایای NP‌ها را نشان می‌دهد.

در پرایمینگ بذر، بذر‌ها قبل از کاشت درمان می‌شوند. پرایمینگ بذر با نانوذرات متابولیسم را بهبود می‌بخشد و مواد مغذی را به طور موثرتری نسبت به روش‌های معمولی ارائه می‌دهد. هم کوددهی خاک و هم برگی افزایش جذب عناصر غذایی و عملکرد را با استفاده از نانوذرات نشان می‌دهد.

دیدگاه‌های نهایی

تقویت زیستی با نانوذرات نوید بزرگی برای آینده است. تحویل بهینه می‌تواند در هزینه‌ها صرفه جویی کند و به اصطلاح «کشاورزی دقیق» را امکان پذیر کند. در حالی که NF‌ها دارای مزایای سلامتی هستند که به خوبی مورد بحث قرار گرفته است، کنترل عرضه و انباشت آن‌ها باید به دقت نظارت شود، زیرا خطرات درازمدت سلامت و زیست محیطی آن‌ها به درستی درک نشده است.

اگرچه برخی گزارش‌ها حاکی از سمیت در نانومواد مورد استفاده برای اهداف کشاورزی است، اما آن‌ها یکی از بهترین راه‌حل‌ها برای چالش‌های پیش روی کشاورزی مدرن و تغذیه جمعیت رو به رشد جهان هستند.