کشاورزی هوشمند راهی برای داشتن محصولات مقاوم در برابر تغییرات اقلیمی

به گزارش روز شنبه گروه علمی ایران اکونومیست از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، تغییرات اقلیمی در حال دگرگون‌کردن چهره کشاورزی جهانی با سرعتی بی‌سابقه است. افزایش دما، خشکسالی، سیلاب و شیوع آفات و بیماری‌ها، تولید محصولات کشاورزی را با چالش‌های جدی روبه‌رو کرده است. در این میان، فناوری اصلاح بذر با فناوری نانو (Nano-enabled Seed Treatment) به‌عنوان یک راه‌حل نوین، امیدهای تازه‌ای برای تقویت مقاومت محصولات در برابر تنش‌های محیطی ایجاد کرده است.

چالش‌های روش‌های سنتی اصلاح بذر

امروزه روش غالب برای اصلاح بذر، پوشش‌دهی شیمیایی (Seed Coating) است که از دهه ۱۹۸۰ میلادی رواج یافته است. در این روش، بیش از ۶۸٫۳ درصد از ترکیبات مورد استفاده را سموم تشکیل می‌دهند که عمدتاً از گروه نئونیکوتینوئیدها و بنزامیدها هستند. با این حال، مطالعات گسترده نشان داده که این ترکیبات اثرات سمی شدیدی بر حشرات گرده‌افشان، میکروارگانیسم‌های مفید خاک و پرندگان دارند. همچنین، مواد پلیمری مورد استفاده در پوشش بذر (مانند پلی‌وینیل الکل) پس از تجزیه در محیط به میکروپلاستیک‌ها و نانوپلاستیک‌ها تبدیل می‌شوند و به اکوسیستم خاک آسیب می‌زنند.

علاوه بر این، روش‌های شیمیایی سنتی اغلب قادر به تقویت مقاومت ذاتی گیاهان در برابر تنش‌هایی مانند شوری، خشکی و بیماری‌ها نیستند. از این رو، توسعه فناوری‌های سازگار با محیط‌زیست که بتوانند به‌صورت پایدار مقاومت گیاهان را افزایش دهند، به یک نیاز فوری و جدی در کشاورزی مدرن تبدیل شده است.

فناوری نانو: انقلابی در کشاورزی هوشمند

فناوری نانو در سه دهه اخیر تحولات بزرگی در حوزه‌های پزشکی، الکترونیک و انرژی ایجاد کرده است. اما کاربرد آن در کشاورزی تا سال ۲۰۱۶ چندان مورد توجه نبود. از آن زمان، تعداد مقالات علمی در زمینه اصلاح بذر با نانوذرات سالانه ۵۰ درصد رشد کرده است.

نانوذرات به‌دلیل اندازه بسیار کوچک و خواص فیزیکوشیمیایی منحصربه‌فرد می‌توانند از دیواره سلولی بذر عبور کرده و مستقیماً بر سیستم متابولیک گیاه تأثیر بگذارند. این ویژگی، 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 به درون بذر نفوذ می‌کنند و به‌راحتی از موانع بیولوژیکی عبور می‌کنند.

۲. تنظیم تعادل ROS: نانوذرات می‌توانند با کنترل گونه‌های اکسیژن فعال (ROS)، سیستم آنتی‌اکسیدانی گیاه را تقویت کنند.

۳. فعال‌سازی ایمنی: برخی نانوذرات (مانند نانوذرات نقره و سیلیکا) خاصیت ضد قارچی و ضد باکتریایی دارند و مقاومت گیاه را در برابر بیماری‌ها افزایش می‌دهند.

کاربردهای عملی: از افزایش جوانه‌زنی تا کاهش مصرف سموم

تحقیقات جهانی نشان می‌دهد که اصلاح بذر با نانوذرات در محصولات مختلف، نتایج چشمگیری داشته است:

۱. شتاب‌دهنده جوانه‌زنی در شرایط نامساعد

نانوذرات آهن (nZVI) جوانه‌زنی برنج را تا ۲۰ درصد افزایش داد.

نانوذرات اکسید روی (ZnO NPs) در لوبیا، گندم و فلفل، سرعت جوانه‌زنی و قدرت گیاهچه را بهبود بخشیدند.

۲. کلید ژنتیکی مقاومت به تنش‌ها

تنش شوری: نانوذرات دی‌اکسید سریم (CeO₂) در کلزا، تعادل یون‌های سدیم و پتاسیم را تنظیم و تحمل به شوری را افزایش دادند.

تنش خشکی: نانوذرات سیلیکا (SiO₂) در گندم، فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی را تقویت کردند.

سمیت فلزات: نانوذرات گوگرد در آفتاب‌گردان، آسیب اکسیداتیو ناشی از منگنز را کاهش دادند.

۳. کنترل سبز آفات و بیماری‌ها

نانوذرات کیتوسان در ارزن، بیان ژن‌های دفاعی را افزایش و بیماری سفیدک پودری را کنترل کردند.

نانوذرات نقره (Ag NPs) در برنج، مقاومت به بیماری بلاست را ۵۹ درصد بهبود بخشیدند.

پتانسیل تجاری: از آزمایشگاه تا مزرعه

بازار جهانی اصلاح بذر امروزه به ۶ میلیارد دلار رسیده است، اما سلطه روش‌های شیمیایی سنتی نیازمند تحول است. فناوری نانو با مزایای زیر می‌تواند جایگزین مناسبی باشد:

هزینه کم: هزینه اصلاح بذر با نانوذرات نقره برای هندوانه فقط ۵۳ تا ۸۸ یوان در هکتار است.

سازگاری با محیط‌زیست: نانوذرات معدنی (مانند اکسید آهن و سیلیکا) خطرات زیست‌محیطی کمتری دارند.

چندکاره بودن: یک بار اصلاح بذر می‌تواند هم‌زمان جوانه‌زنی، ایمنی و تغذیه گیاه را بهبود بخشد.

اثر نسل‌به‌نسل: مقاومت ایجادشده در گیاهان می‌تواند به نسل‌های بعدی منتقل شود.

چالش‌های پیش‌رو

با وجود مزایای فراوان، گسترش این فناوری نیازمند حل چند چالش است:

استانداردسازی: تعیین غلظت و زمان بهینه برای هر نانوذره.

ارزیابی ایمنی: مطالعه اثرات بلندمدت نانوذرات بر خاک و اکوسیستم.

تبدیل به فناوری تجاری: نیاز به سرمایه‌گذاری و حمایت سیاست‌گذاران.

پذیرش عمومی: آگاهی‌رسانی به کشاورزان و مصرف‌کنندگان.

افق آینده: کشاورزی هوشمند و تاب‌آور

فناوری‌نانو نه‌تنها یک نوآوری علمی، بلکه راهی استراتژیک برای مقابله با بحران اقلیم است. تیم تحقیقاتی پروفسور ژائو در دانشگاه نانجینگ، در حال توسعه محصولات کم‌هزینه اصلاح بذر با نانوذرات است تا به کشاورزان خرده‌پا کمک کند.

در جمع‌بندی مطالب می‌توان گفت که نانوذرات با بهبود جوانه‌زنی و مقاومت گیاهان، تحولی در کشاورزی پایدار ایجاد کرده‌اند. علاوه بر این، کاهش مصرف سموم و هزینه کم، این فناوری را به‌ویژه برای کشاورزان محلی جذاب کرده است. همکاری جهانی بین محققان، صنعت و سیاست‌گذاران برای تجاری‌سازی این فناوری ضروری است