النانوتكنولوجي والزراعة

يمكن أن نقول عن هذا العصر بحق أنه عصر النانو فعلى مدار الايام القادمة سيغزو النانو حياتنا ومنها الزراعة.

نجح الكيمائيون في تصنيع تركيب جزئيى ثلاثى الابعاد عن طريق انطلاقة توحد بين علمي التكنولوجيا الحيوية وتكنولوجيا النانو، حيث قاموا بصنع بلورات  من المادة الوراثية DNA عن طريق انتاج تتابع من الدنا الصناعي والذى يتجمع ذاتيا في شكل سلسلة من اشكال تشبه المثلث ثلاثى الابعاد ، بلورات الدنا لديها اطراف لاصقه يمكن من خلالها ان تتصل باشكال اخرى في شكل منظم، عندما تتصل اللوالب العديدة ببعضها عن طريق الشريط المفرد ستكوّن شكلاً شبكياً والذي سيمتد في ست اتجاهات مختلفة، مكونا اشكال بلورية ثلاثية الابعاد والتى توجد في الشكل التالي:

 

1
تستخدم هذه التقنية في تحسين المحاصيل الهامة عن طريق تنظيم وربط الكربوهيدرات والدهون والبروتينات والاحماض النووية بهذه الاشكال البلورية.
يمكن أن تكون  جزيئات النانو بمثابة حبيبات سحرية تحوي بداخلها مبيدات الحشائش والمواد الكيماوية وايضا المورثات والتى تستهدف أجزاء معينة من النبات ثم تحرر حمولتها فيما بعد ، حيث تمكّن كبسولات النانو من عبور المبيد بكفائة خلال الانسجة مما يسمح ايضا بتحرر بمعدل بطئ وثابت من المادة الفعالة المراد توصيلها للنبات.
استخدم الكيمائيون في جامعة ولاية أيوا  جسيمات نانو من السيليكا بحجم 3 نانومتر المتوسطة المسامية لتوصيل المواد الكيماوية والـ DNA  الى الخلايا النباتية المعزولة   . هذه الجزيئات والمغلفة كيميائيا تكون بمثابة حاويات لتوصيل الجينات الى  النباتات. المادة المغلفة تجعل النبات يأخذ هذه الجزئيات من خلال الجدار الخلوي حيث توجد فيه الجينات موضوعة بطريقة دقيقة ومتحكم فيها بدون أى تأثير سام وقد تم استخدام تلك التقنية في توصيل الجينات لنبات الذرة والتبغ .

2

صورة بالميكرسكوب الالكترونى توضح شكل جزيئات النانوسليكا

 

الجزيئات المتناهية في الصغر وتدوير المخلفات الزراعية :

يتم تطبيق تكنولوجيا النانو أيضا لمنع النفايات في الزراعة، ولا سيما في صناعة القطن حيث انه ينتج من صناعة القطن في الملابس والالياف بعض النفايات من السليلوز او الالياف وقد تصبح نفايات ولكن مع استخدام المذيبات المطورة حديثا وتقنية تسمى الغزل الكهربي استطاع العلماء صناعة الياف  بقطر 100 نانومتر حيث تستخدم كمخصبات او كرات ماصة للمبيدات

3

صورة توضح النانوفيبر او الالياف النانوية المصنعة من السليلوز

انتاج الايثانول من عيدان الذرة ادى الى ارتفاع ثمن الذرة في العامين السابقين ، وتعتبر العيدان السليلوزية الان مستهدفة لانتاج الوقود الحيوى منها والنانوتكنولوجى يمكن أن يحسن أداء الانزيمات التى تدخل في تلك الصناعة والتى  تحول السليلوز الى ايثانول، السرسة او ما يسمى بقشر الارز الناتج من الطحن يمكن استخدامه كمصدر للطاقة المتجددة ، عندما يتم حرق قشر الارز تنتج طاقة حرارية او وقود حيوي ويتم انتاج كمية كبيرة من النانوسيلكا والتى يمكن استخدامها في صناعات اخرى مثل الزجاج والخرسانة وبالتالى تمكننا من التخلص من قشر الارز.

النانوتكنولوجى كنظام توصيل للحشرات والمغذيات والهرمونات النباتية

اجهزة الاستشعار النانوية وانظمة التوصيل الذكية النانوية تساعد في الاستخدام الكفئ  للموارد الطبيعية الزراعية مثل الماء والمغذيات والكيماويات من خلال الزراعة الدقيقة ، فاستخدام المواد النانوية ونظام تحديد المواقع العالمي مع صور من الاقمار الصناعية للحقول  تمكن الفلاح بالتنبأ بالافات أو دلائل تبين تعرض النبات للاذى مثل الجفاف وبمجرد اكتشاف الافات او الجفاف فإنه يتم اتوماتيكياً  الاستعداد لمكافحة تلك الافات او مواجهة موجة الجفاف

يمكن أيضا للمجسات النانوية معرفة الاصابة الفيروسية أو مستوى المغذيات في التربة ، الان أصبحت الاسمدة المغلفة في صورة نانوية والتى تطلق محتوياتها ببطئ مصدر مهم للحد من استهلاك الاسمدة بالاضافة الى تقليل التلوث البيئى الى الحد الادنى

الباركود النانوي والتجهيزات النانوية يمكن أن تستخدم في مراقبة  جودة المنتجات الزراعية، فقد استخدم العلماء في جامعة كورنل مفهوم الباراكود الاخضر لرخصه وكفائته وسرعته وسهولة معرفة واكتشاف الامراض فقد انتجوا ما يسمى بالباراكود النانوي والذى يقوم بوسم العديد من الممرضات في المزرعة وبالتالى يمكن الكشف عليها بعد ذلك بسهولة بأجهزة فلوروسنتية  هذا المشروع يهدف الى انتاج مستكشف للممرضات  سهل نقله تمكن غير المتدرب من العمل عليه بسهولة.

4

Metallized nanowires, called Nanobarcodes®, are used in a solution-array biodetection system that can simultaneously identify multiple bacterial and viral pathogens.

 

من خلال تكنولوجيا النانو تمكن العلماء من دراسة التنظيم الهرمونى في النبات مثل هرمون الاكسين وهو الهرمون المسئول عن نمو الجذور ، حيث طور علماء في جامعة بوردو مجس نانوي يتفاعل مع الاكسين هذا التفاعل تتولد منه اشارة كهربائية توضح تركيز الاكسين عند نقطة معينة ، ويقيس المجس النانوي تركيز الاكسين عند نقاط مختلفة من الجذر بعد ذلك وعن طريقة صيغ معينة يتم حساب هل الاكسين يمتص او ينطلق من الخلايا المحيط وهذه التقنية تساعد العلماء في معرفة كيف تتكيف جذور النباتات مع البيئة المحيطة

وفي النهاية يجب أن نسئل هل لكل تلك التقنية الفوق ممتازة  مخاطر على العالم أم هى مجرد ايجابيات بدون سلبيات مميتة؟

في الاعداد القادمة سنعرض اجابة لهذا السؤال فانتظرونا بإذن الله

دمتم بخير.

References :

A Nanotech Revolution in Agriculture and the Food Industry. 2006. P. Jones. Information Systems for Biotechnology. http://www.isb.vt.edu/articles/jun0605.htm.

From Molecular to Macroscopic via the Rational Design of a Self-assembled 3D DNA Crystal. 2009. N. C. Seeman, et. Al. Nature. DOI: 10.1038/nature08274.

 Fuel and Nanotechnology: How Can Nanotechnology Improve Fuel Availability. 2007. http://www.understandingnano.com/fuel.html.

 Kinetics Study and Characteristics of Silica Nanoparticles Produced from Biomass-Based Material. 2010. T.H. Liou and S.J. Wu. Industrial and Engineering Chemistry Research. DOI: 10.1021/ie100050t.

 Mesoporous Silica Nanoparticles Deliver DNA and Chemicals into Plants. 2007. F. Torney, B. Trewyn, V. Lin, and K. Wang. Nature Nanotechnology. DOI: 10.1038.nnano.2007.108.

 Multiplexed Detection of Pathogen DNA with DNA-based Fluorescence Nanobarcodes. 2005. Y. Li, Y.T. Hong Cu, D. Luo. Nature Biotechnology. DOI: 10.1038/nbt1106.

 Nanotechnology for Parasitic Plant Control. 2009. A. Perea-de-Lugue and D. Rubiales. Pest Management Science Journal. DOI: 10.1002/ps.1732.

 Non-invasive Quantification of Endogenous Root Auxin Transport using an Integrated Flux Microsensor Technique. 2010. E.S. McLamore, A. Diggs, P. C. Marzal, J. Shi, J.J. Blakeslee, W.A. Peer, A.S. Murphy, D.M. Porterfield. NCBI. DOI: 10.111/j.1365-313x.2010.04300.x.

 Waste Fiber Can Be Recycled into Valuable Products Using New Technique of Electrospinning, Cornell Researchers Report. 2003. S. Lang. http://www.news.cornell.edu/releases/Sept03/electrospinning.ACS.ssl.html

اضف رد

لن يتم نشر البريد الإلكتروني . الحقول المطلوبة مشار لها بـ *

*