به گزارش پایگاه خبری شهر اصیل و به نقل از ایرنا، بیماریهای خاکزی برخلاف بیماریهای هوازی که خیلی زود با لکهها و علائم جلب توجه میکنند بهطور معمول بی سر و صدا کار خودش را میکند اما همین دشمنان خاموش به محض ورود گیاه به مزرعه ناگهان بیدار میشوند و با حمله به ریشه گیاه، درست همان جایی که دیده نمیشود خسارت سنگینی را آغاز میکند.
پژوهشهای نوین در حوزه کشاورزی روزبهروز به سمت فناوریهای کمخطر و کارآمد حرکت میکند و نانوتکنولوژی اکنون یکی از پیشتازان این جریان است.
در همین راستا در ایستگاه تحقیقاتی کبوترآباد اصفهان، طرحی در حال اجراست که هدف آن القای مقاومت در گندم و جو در برابر بیماریهای مهم و خسارتزا با استفاده از نانوذرات است، رویکردی که میتواند نیاز به سموم شیمیایی را کاهش دهد و پایداری تولید را ارتقا بخشد.
این پژوهش با تمرکز بر بیماریهای خاکزی و نماتد غلات و پوسیدگی معمولی ریشه، ۲ چالش پنهان اما جدی مزارع کشور، در تلاش است راهکاری علمی و سازگار با محیطزیست ارائه دهد.
قبل از شروع بررسی این دستاورد نیاز است بدانیم که نماتد چیست؟
نماتدها دستهای از آفات و نوعی جانور پر سلولی هستند که به صورت انگل گیاهی زندگی میکنند و با چشم غیر مسلح قابل دید نیستند.
این موجودات باعث کاهش کمیت و کیفیت محصولات کشاورزی شده و از این رو کنترل آنها در صنعت کشاورزی تا حدودی سخت و بسیار مهم است.
مهدی نصر اصفهانی، پروفسور و محقق مرکز تحقیقات کشاورزی و مجری این طرح پژوهشی از ضرورت انجام این طرح، مکانیسمهای اثر نانوذرات و چشمانداز کاربرد آن در نظامهای زراعی میگوید.
طرح القای مقاومت با نانوذرات چگونه آغاز شد و چه ضرورتی داشت؟
از یک رو مقاومت گیاه در برابر بیماریها جزء حیاتی تولید پایدار محصولات کشاورزی و امنیت غذایی در جهان است و از سوی دیگر روشهای سنتی کنترل بیماری ها به تدریج به دلیل تأثیر زیست محیطی، خطرات بالقوه سلامتی و ظهور گونههای مقاوم پاتوژن (عامل بیماری زا) محدود میشوند.
در چنین شرایطی فناوری نانو بسیار کمک کننده است.
این این فناوری قدرت سازماندهی را در حد مولکولی فراهم ساخته و در بیماری شناسی گیاهی برای مبارزه با بیماریهای گیاهی، تهیه سموم شیمیایی و برای تولید نانو حسگرهای زیستی کاربرد دارد.
ذرات فلزی نانو بازدارنده بسیاری از عوامل بیماری زای قارچی و باکتریایی گیاهی است و استفاده از نانو ذرات با غلظتهای بسیار پایین میتواند جایگزین خوبی برای قارچکشها و آنتی بیوتیکهایی باشد که بسیاری از قارچها و باکتریها به آنها مقاوم شدهاند.
بنابراین، توسعه روشهای جدید و سازگار با محیط زیست برای مدیریت کارآمد و جلوگیری از شیوع بیماریها و نظارت بر رشد گیاهان ضروری است و این طرحها برای توصیف راهکار یا استراتژی مبتنی بر نانوذرات برای مدیریت کارآمد بیماریها و نظارت بر پاتوژنها(عامل بیماری زا) با تأکید بر مکانیسمهای عمل آنها در کنترل بیماریهای گیاهی، سازماندهی شده است.
علاوه بر این، شکافهای تحقیقاتی و محدودیتهای تجربی برای هدایت کارهای آینده به سمت بهینهسازی فناوری نانو برای مدیریت بیماریهای گیاهی پوشش داده خواهد شد.
چرا نماتد سیستی غلات و پوسیدگی معمولی ریشه در اولویت تحقیق قرار گرفتند؟
بیماریهای خاکزی، برخلاف بیماریهای هوازی به دلیل آن که به طور معمول قابل مشاهده نیستند، کمتر مورد توجه قرار میگیرند در حالیکه این عوامل سالها در خاک باقی میمانند و در واقع بهعنوان دشمنان پنهان و غیر قابل دید خاک شناخته میشوند.
هر زمان که گیاه میزبان در مزرعه کشت شود، این عوامل فعال شده و با آلوده کردن ریشه، خسارات جدی و گاه جبرانناپذیری ایجاد میکنند و در این میان، نماتد سیستی غلات یکی از مهمترین نماتدهای آسیب زننده به گندم در ایران و بسیاری از کشورهای دیگر است که بهویژه تحت تأثیر تغییرات اقلیمی و خشکسالی، خسارتهای قابلتوجهی به مزارع وارد میکند.
از سوی دیگر، پوسیدگی معمولی ریشه نیز از بیماریهای مهم گندم، بهویژه در استان اصفهان، محسوب میشود و نیازمند توجه ویژه است. علاوه بر این باید در نظر داشت که تعامل نماتدها با سایر عوامل بیمارگر خاکزاد و ایجاد حالت هم افزایی میان آنها باعث میشود میزان خسارت بیشتر از زمانی باشد که هر یک از این عوامل به تنهایی حضور دارند.
ایرنا: نانوذرات چگونه مقاومت را در گیاه القا میکنند؟
ویژگیهای منحصر به فرد نانوذرات از اندازه بسیار کوچک تا واکنشپذیری بالا امکان طراحی راهبردهای دقیق و هدفمند را فراهم میکند.
این ذرات میتوانند متابولیتهای ثانویه را تعدیل کنند، موجب فعالسازی ژنهای مقاومت شوند و سطح آنزیمهای دفاعی را افزایش دهند که در نتیجه، گیاه توانایی بالاتری در مقابله با پاتوژنها بهدست میآورد.
در حقیقت خواص فیزیکی و شیمیایی منحصر به فرد نانوذرات، مانند اندازه در مقیاس نانو، قابل اجرا در سطح وسیع و توانایی واکنش آنها، ایجاد راکارها یا استراتژیهای مدیریت بیماری را که بسیار خاص و مؤثر هستند، ممکن میسازد.
چه نوع نانوذراتی در طرح به کار رفته و دلیل انتخاب آنها چیست؟
نانوذرات مکانیسمهای ضد بیماریزای متعددی از جمله تعدیل متابولیتهای ثانویه (مواد و ترکیباتی که گیاه برای زنده ماندن اولیه به آنها نیاز ندارد)، فعالسازی ژنهای مقاومت و آنزیمهای دفاعی به بیماری را ایجاد می نمایند.
در این طرح از نانوذرات نقره و سیلیکا نقره استفاده میشود که تولید آنها در بیماریشناسی گیاهی سابقه دارد و اثر بازدارندگی آنها بر طیف وسیعی از قارچها و باکتریها ثابت شده است.
از طرفی افزون بر منابع صنعتی، امکان تولید این ذرات از طریق قارچها، باکتریها و گیاهان نیز وجود دارد که مسیر پایدار و کمهزینهای است.
مزیت فناوری نانو نسبت به روشهای قدیمی چیست؟
باید بگویم که روشهای قدیمی مانند اصلاح نباتات زمان بر است و شیمیایی. نانوتکنولوژی فرصتهای تازهای برای بهبود مراقبت گیاهی فراهم کرده است اما نانومواد در تشخیص سریع بیماریهای گیاهی (از طریق نانوحسگرهای زیستی)، تحویل هدفمند ترکیبات حفاظتی و کنترل هوشمند آفات کاربرد دارند.
این فناوری با افزایش سطح تماس فعال، آزادسازی کنترل شده و نفوذپذیری بیشتر ترکیبات، میتواند حجم مواد فعال مورد نیاز را کاهش و کارآیی درمان را بالا ببرد.
افزون بر این، نانوفرمولاسیونها عوارض زیست محیطی ناشی از کاربرد آفت کشهای رایج و شیمیایی را کاهش داده و امکان رصد سلامت گیاه از طریق حسگرهای مختلف را فراهم میکنند.
همچنین مطالعات ما نشان میدهد نانوذرات میتوانند بهطور مستقیم یا غیرمستقیم ژنهای مقاومت و آنزیمهای دفاعی گیاه را فعال کنند و مسیرهای سیگنالینگ مرتبط با مقاومت را تقویت نمایند.
البته باید توجه داشت که استفاده گسترده از نانومواد در کشاورزی چالشهای زیست محیطی و ایمنی خاص خود را در پی دارد.
نتایج اولیه طرح چه بوده و آیا نشانهای از موفقیت مشاهده شده است؟
تا پایان تجزیه و تحلیل دادهها، تعیین درصد مهار بیماری و ارزیابی بیان ژنها و آنزیمهای دفاعی، اظهار نظر قطعی زود است و در مرحله بعد، همبستگی این شاخصها با تنوع ژنتیکی نیز بررسی میشود تا تصویر کاملتری از میزان موفقیت بهدست آید.
چه چالشهایی در سنجش تغییرات مولکولی در مزرعه وجود دارد؟
چالشهای زیستی و زیست محیطی نانومواد نباید نادیده گرفته شوند و باید با بهبود فرمولاسیونها، ارزیابیهای جامع و استانداردسازی دقیق، میتوان این فناوری را به گونه ای امن و پایدار در کشاورزی به کار برد. پژوهشهای آینده بر استفاده از نانوذرات چند واکنشگرا، هم انتقال عوامل گوناگون و ترکیب آنها با تکنولوژیهای بیولوژیکی و رباتیک کشاورزی متمرکز خواهد بود.
در مجموع، نانوتکنولوژی چشم انداز روشنی برای کشاورزی هوشمند و پایدار فراهم کرده است، مشروط بر آنکه همراه با استراتژیهای ایمنی دقیق اجرا شود.
آیا امکان تجاری سازی فناوری وجود دارد؟
بله، هماکنون نانوذرات به صورت کلوییدی ( به صورت ذرات ریز معلق در مایع) در بازار موجودند و میتوان آنها را با استفاده از قارچها، باکتریها و برخی گیاهان نیز تولید کرد که مسیر تجاری سازی را تسهیل میکند.
چه موانع یا نیازهایی برای تکمیل این طرح وجود دارد؟
در حال حاضر مشکل خاصی وجود ندارد و همکاری بسیار خوبی میان بخشهای مختلف مرکز اصفهان، بهویژه معاونت پژوهشی، برقرار است و این همراهی بستر اجرای کامل آزمایشها و دستیابی به نتایج مطلوب را فراهم کرده است.
این فناوری چه اثری بر کاهش مصرف سموم و پایداری کشاورزی خواهد داشت؟
با ترکیب نانوتکنولوژی و زیست فناوری میتوان روشهای پیشرفتهتری برای کنترل آفات و بیماری ها ایجاد کرد.
به عنوان مثال، استفاده از نانوذرات برای تحویل RNAi به آفات، موجب خاموش شدن ژنهای کلیدی در بیماری گیاهی میشود و جمعیت آنها را بدون اثر بر گونههای غیر هدف کاهش میدهد.
همچنین، نانوذرات میتوانند باکتریها و قارچهای مفید را در برابر شرایط نامساعد محیطی محافظت کنند و کارایی عوامل کنترل بیولوژیک (کنترل آفات، بیماریها یا علفهای هرز با استفاده از موجودات زنده یا محصولات زیستی) را افزایش دهند.
این فناوری با افزایش سطح تماس فعال، آزادسازی کنترل شده و نفوذپذیری بیشتر ترکیبات، میتواند حجم مواد فعال مورد نیاز را کاهش و کارآیی درمان را بالا ببرد.
افزون بر این، نانوفرمولاسیونها (فرمول بندی یا بسته بندی مواد در مقیاس نانو) عوارض زیست محیطی ناشی از کاربرد آفت کشهای رایج را کاهش داده و امکان رصد سلامت گیاه از طریق حسگرهای مختلف را فراهم میکنند.
انگیزه شخصی شما برای ورود به این حوزه تحقیقاتی چه بود؟
هدف اصلی من بررسی و توصیف راهکارها یا استراتژیهای مبتنی بر نانوذرات برای مدیریت کارآمد بیماریها و نظارت بر پاتوژنها (عامل بیماری زا) با بررسی مکانیسمهای عمل آنها در کنترل بیماریهای گیاهی بوده که بتوان اثرات مستقیم نانوذرات بر عوامل بیماریزا، مزایای آنها نسبت به آفتکشهای سنتی و تعامل آنها با تعدیل کنندههای رشد گیاه برای تنظیم مسیرهای سیگنالینگ ( مسیرهای انتقال پیام در سلول) کلیدی را مورد بررسی قرار داد و با وجود اینکه تحقیقات در مورد حفاظت از گیاهان با واسطه نانوذرات در مراحل اولیه خود است، ظرفیتهای بسیار خوبی برای پیشبرد کشاورزی پایدار نشان میدهد.
همکاری محققان مرکز تحقیقات اصفهان چه نقشی در پیشبرد طرح داشت؟
همکاری بین محققان مرکز تحقیقات اصفهان در این طرح، به ویژه بخش نهال و بذر بسیار خوب و قابل توجه بوده و همیشه در اجرای طرحهای مشترک تعامل بسیار خوبی داشته ایم.
با توجه به تخصصهای مختلف، این همکاری بین بخشی اکنون شکل گرفته و بررسیهای لازم از زوایای مختلف تخصصی از مزیتهایی است که در نتیجه آن میتوان از نظر زراعی نیز هم فکری های لازم بعمل آورد.
به گزارش ایرنا، ایستگاه تحقیقات کشاورزی کبوترآباد در نزدیکی شهر اصفهان واقع و با توجه به موقعیت جغرافیایی و شرایط اقلیمی مناسبش به یکی از مراکز اصلی اجرای تحقیقات میدانی و آزمایشگاهی در استان تبدیل شده است.
این ایستگاه بخشی از زیرساختهای مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی استان اصفهان است که تحت نظارت سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی فعالیت میکند.
انجام طرحهای تحقیقاتی میدانی و گلخانهای از جمله طرح های عملیاتی مرتبط با اصلاح نباتات، معرفی ارقام جدید، مدیریت آفات و بیماریها،و ارزیابی فناوریهای نوین (مانند نانوذرات) در این ایستگاه انجام میشود.