سپری نادیدنی برای محافظت از گیاهان در برابر بیماری‌ها

فناوری جدید محققان سنگاپوری، با بهره‌گیری از نانوذرات هدفمند، ورود باکتری‌ها از منافذ برگ را مسدود می‌کند.

به گزارش ایسنا، در حالی که تغییرات اقلیمی موجب گسترش سریع‌تر بیماری‌های گیاهی در سراسر جهان شده‌اند، گروهی از پژوهشگران دانشگاه ملی سنگاپور (NUS) راهکاری نوآورانه برای تقویت سیستم دفاعی گیاهان ارائه کرده‌اند؛ اسپری نانویی هوشمندی که با هدف‌گیری دقیق منافذ برگ (روزنه‌ها)، مانع ورود عوامل بیماری‌زا شده و از بروز آلودگی پیشگیری می‌کند.

این دستاورد حاصل تحقیقات گروهی به رهبری تدریک لو (Tedrick Lew)، استادیار مهندسی شیمی و زیست‌مولکولی در دانشکده طراحی و مهندسی دانشگاه ملی سنگاپور است. ذرات نانویی مورد استفاده در این اسپری که با نام «سندز» (SENDS، مخفف Stomata-targeting Engineered Nanoparticles) شناخته می‌شوند، به گونه‌ای طراحی شده‌اند که دقیقاً روی روزنه‌های برگ بنشینند و با آزادسازی ترکیبات ضدباکتری طبیعی، مانع ورود پاتوژن‌ها شوند.

به گفته‌ی دکتر لو، روزنه‌های برگ همچون دروازه‌هایی هستند که ضمن تبادل گازها، امکان ورود عوامل بیماری‌زا را نیز فراهم می‌کنند. اما نانوذرات سندز همچون کلیدی طراحی شده‌اند که به طور خاص با این روزنه‌ها درگیر می‌شوند:

«این ذرات طوری طراحی شده‌اند که به‌طور انتخابی به روزنه‌ها بچسبند، درست مثل قفلی که تنها به کلید خاصی واکنش نشان می‌دهد. پس از قرار گرفتن روی این نواحی، مواد ضدباکتری را به آرامی آزاد می‌کنند و عملاً از ورود پاتوژن‌ها جلوگیری می‌شود.»

نتایج این پژوهش در مجله علمی Nature Communications منتشر شده است. بر اساس آمار سازمان غذا و کشاورزی ملل متحد (FAO)، بیماری‌های گیاهی سالانه حدود ۲۲۰ میلیارد دلار خسارت به محصولات کشاورزی جهان وارد می‌کنند. گرمایش زمین و تغییر الگوهای بارندگی، فرصت گسترش بیماری‌ها و آفات را افزایش داده و اثربخشی روش‌های سنتی را با چالش مواجه کرده‌اند.

دکتر لو در این‌باره توضیح می‌دهد: تغییرات اقلیمی کنترل بیماری‌های گیاهی را دشوارتر کرده است. به ابزارهای هوشمندتری نیاز داریم که به شکل دقیق و پایدار، خود گیاه را قادر به دفاع از خود کنند.

در حالی‌که سموم شیمیایی رایج معمولاً سطح گیاه را به‌طور کامل می‌پوشانند و می‌توانند اکوسیستم اطراف را دچار آسیب کنند، فناوری سندز دقیقاً همان جایی را هدف می‌گیرد که نیاز به محافظت دارد. این ویژگی نه تنها از هدررفت مواد جلوگیری می‌کند، بلکه آسیب به موجودات مفید محیط را نیز کاهش می‌دهد.

ترکیب اصلی این نانوذرات از عنصر روی ساخته شده است؛ ریزمغذی‌ای که پیش‌تر نیز در کودهای کشاورزی استفاده می‌شد. این ذرات ساختار متخلخلی دارند که به آن‌ها امکان می‌دهد ترکیبات ضدباکتری را حمل کنند. پس از اسپری شدن، ذرات به‌تدریج تجزیه می‌شوند و محتویات خود را آزاد می‌کنند، در حالی که عملکردهای طبیعی گیاه مانند فتوسنتز یا تنفس، تحت تأثیر قرار نمی‌گیرد.

از نظر کاربرد نیز این فناوری کاملاً با روش‌های رایج قابل تطبیق است. اسپری نانویی سندز به‌صورت محلول در آب تهیه می‌شود و همچون سایر محلول‌های کشاورزی قابل استفاده است.

در آزمایش‌ها، گیاهانی که با نانوذرات سندز تیمار شده بودند، ۲۰ برابر مقاومت بیشتری در برابر عفونت‌های باکتریایی نسبت به گیاهان با تیمارهای غیرهدفمند نشان دادند. این اسپری روی طیف متنوعی از گیاهان خوراکی از جمله سبزیجات برگی مانند پاک‌چوی، لوبیا، برنج و جو مؤثر واقع شده و حتی پس از بارندگی نیز روی برگ‌ها باقی مانده است؛ موضوعی که به کاهش شست‌وشوی مواد شیمیایی و آلودگی محیطی کمک می‌کند.

لو در پایان تأکید می‌کند: هدف ما پیشگیری از آلودگی، پیش از شروع آن است. با مسدود کردن دقیق دروازه‌های ورود باکتری‌ها، گیاه را بدون غرق کردن در مواد شیمیایی محافظت می‌کنیم.

به نقل از ستاد نانو، پژوهشگران معتقدند فناوری سندز می‌تواند برای طیف گسترده‌ای از محصولات کشاورزی تطبیق یابد و حتی در آینده برای انتقال سموم یا ترکیبات RNAمحور نیز مورد استفاده قرار گیرد. همچنین این راهکار برای بیشتر مناطق کشاورزی جهان قابل استفاده خواهد بود. گرچه آزمایش‌های میدانی و توسعه‌های بیشتر هنوز در پیش است، اما این فناوری نوید می‌دهد که ضمن کاهش وابستگی کشاورزان به مواد شیمیایی مضر، مقاومت گیاهان را افزایش داده و گامی مؤثر در جهت تأمین امنیت غذایی و حفظ محیط زیست باشد.