در حالی که تغییرات اقلیمی به‌طور فزاینده‌ای بخش کشاورزی را با چالش‌های جدی مواجه کرده است، پژوهشگران و متخصصان حوزه فناوری کشاورزی با تمرکز بر نانوفناوری تلاش می‌کنند عملکرد و مقاومت بذرها را در برابر فشارهای محیطی بهبود بخشند. یکی از فناوری‌های نوظهور و امیدبخش در این حوزه، روش نانوآماده‌سازی بذرها یا Nanopriming است که به عنوان نقطه عطفی در توسعه کشاورزی مقاوم به شرایط اقلیمی سخت شناخته می‌شود و می‌تواند نقش موثری در تضمین امنیت غذایی جهانی ایفا کند.
به گزارش رسانه اخبار فناوری تک فاکس، نانوآماده‌سازی به فرآیندی اطلاق می‌شود که در آن بذرها قبل از کاشت با محلول‌هایی حاوی نانوذرات فلزی یا غیر فلزی مانند نقره، مس، سیلیس و روی تیمار می‌شوند. این نانوذرات با نفوذ به ساختار پوشش بذر، واکنش‌های بیوشیمیایی، فیزیولوژیکی و سلولی را فعال می‌کنند و در نهایت باعث تسریع و یکنواختی جوانه‌زنی و تقویت رشد اولیه گیاه می‌گردند. علاوه بر این، این فناوری امکان انتقال مؤثر مواد مغذی، هورمون‌های رشد و عوامل ضد میکروبی به جنین گیاه را فراهم کرده که در مجموع مقاومت گیاه در برابر بیماری‌ها و تنش‌های محیطی را افزایش می‌دهد.
انواع مختلف نانوذراتی که در نانوآماده‌سازی بذرها به کار می‌روند، هر یک با هدف خاصی طراحی شده‌اند و بسته به نوع تنش محیطی و نیاز گیاه انتخاب می‌شوند. از جمله این نانوذرات می‌توان به نانوذرات سیلیس (SiNPs) اشاره کرد که به افزایش مقاومت گیاه در برابر خشکی و شوری کمک می‌کنند. نانوذرات نقره (AgNPs) دارای خواص ضد میکروبی هستند و جوانه‌زنی را بهبود می‌بخشند. همچنین نانوذرات اکسید روی (ZnO NPs) در تقویت رشد ریشه و افزایش تحمل گیاه به تنش‌های محیطی نقش دارند. نانوذرات طلا (AuNPs) به انتقال بهتر مواد مغذی و فعال‌سازی سیستم‌های دفاعی گیاه کمک می‌کنند. علاوه بر این، نانوذرات کیتوسان به عنوان حامل‌های زیست‌تجزیه‌پذیر مواد غذایی را به گیاه منتقل کرده و مقاومت آن را در برابر پاتوژن‌ها افزایش می‌دهند. نانوذرات هیدروکسید منیزیم (Mg(OH)₂ NPs) نیز جوانه‌زنی را تحریک کرده و به تقویت نهال کمک می‌کنند. تمامی این ذرات با ابعادی کمتر از ۱۰۰ نانومتر طراحی شده‌اند تا با شرایط خاص هر گیاه و محیط کشت سازگاری کامل داشته باشند.
مقاومت گیاهان به تنش‌های محیطی از جمله خشکی، شوری و گرما، یکی از مهم‌ترین اهداف استفاده از فناوری نانوآماده‌سازی است. این تنش‌ها از عوامل اصلی کاهش عملکرد محصولات کشاورزی و تهدیدکننده امنیت غذایی جهان به شمار می‌روند. نانوآماده‌سازی با مداخله در مراحل اولیه رشد بذر، باعث می‌شود گیاه پاسخ‌های فیزیولوژیکی و مولکولی موثرتری نسبت به این تنش‌ها ارائه دهد. در شرایط خشکسالی، نانوذرات اکسید روی و نانوذرات کربن به افزایش جذب آب و فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدان کمک کرده و از آسیب‌های اکسیداتیو جلوگیری می‌کنند. در مواجهه با شوری، نانوذراتی مانند اکسید گرافن نقش مهمی در بهبود جذب پتاسیم و کلسیم، حفظ تعادل یونی و رشد ریشه‌های عمیق‌تر ایفا می‌کنند. همچنین در تنش گرما، نانوذرات اکسید سریم، طلا و نقره با کاهش استرس اکسیداتیو و فعال‌سازی پروتئین‌های شوک حرارتی، مقاومت گیاه را افزایش می‌دهند.
علاوه بر تقویت مقاومت در برابر تنش‌ها، نانوآماده‌سازی عملکرد بذر و رشد کلی گیاه را نیز بهبود می‌بخشد. این فناوری موجب جوانه‌زنی یکنواخت‌تر، رشد بهتر ریشه و ساقه و تثبیت سریع‌تر گیاه در خاک‌های فقیر یا تخریب‌شده می‌شود. همچنین با تحریک بیان ژن‌های مرتبط با دفاع گیاهی و افزایش جذب مواد مغذی، توان مقابله گیاه با عوامل بیماری‌زا نیز افزایش می‌یابد که در مجموع به بهبود عملکرد کشاورزی کمک شایانی می‌کند.
نمونه‌های متعددی از تحقیقات موفق در زمینه نانوآماده‌سازی بذر ارائه شده‌اند که نشان‌دهنده تأثیر مثبت این فناوری بر گیاهان مختلف است. برای مثال، مطالعات اخیر نشان داده‌اند که نانوذرات نقره می‌توانند رشد اولیه ذرت و عدس را تحت شرایط شوری به طور قابل توجهی تقویت کنند. همچنین استفاده از نانوذرات اکسید روی در گیاه سویا منجر به بهبود قدرت نهال و افزایش نرخ جوانه‌زنی در شرایط خشکی شده است. نقاط کوانتومی گرافنی نیز در گیاهان گوجه‌فرنگی و گشنیز توانسته‌اند ساختار ریشه را بهبود بخشند. پژوهشی دیگر با استفاده از نقاط کربنی دوپ‌شده با سلنیوم و نیتروژن در برنج، افزایش رشد نهال و تحمل به شوری را به اثبات رسانده است. علاوه بر این، تحقیقات تیم ژو در آزمایش‌های مربوط به خیار و آرابیدوپسیس نشان داده‌اند که میزان پکتین در سلول‌های گیاهی نقش تعیین‌کننده‌ای در جذب نانوذرات کربنی دارد؛ یافته‌ای که می‌تواند به بهبود طراحی سیستم‌های هدفمند تحویل نانوذرات منجر شود.
با وجود دستاوردهای قابل توجه، توسعه و استفاده گسترده نانوآماده‌سازی در کشاورزی با چالش‌هایی مواجه است. ستاد نانو در این خصوص تأکید کرده است که نگرانی‌های زیست‌محیطی پیرامون تأثیرات بلندمدت نانوذرات بر خاک، آب و موجودات غیرهدف، فقدان استانداردها و مقررات قانونی جامع در بسیاری از کشورها، و همچنین هزینه‌های بالای تولید و مقیاس‌پذیری از مهم‌ترین موانع پیش روی این فناوری هستند. برای غلبه بر این مشکلات، پژوهشگران به سمت استفاده از نانوذرات زیستی یا سبز روی آورده‌اند؛ ذراتی که از مواد گیاهی تهیه شده و آسیب‌های زیست‌محیطی کمتری دارند. همچنین توسعه پوشش‌های هوشمند بذر که قادر به آزادسازی هدفمند و واکنش‌پذیر مواد مغذی یا آفت‌کش‌ها باشند، در حال پیشرفت است.
در نهایت، به کارگیری نانوحسگرها به عنوان ابزاری پیشرفته برای پایش سلامت بذر و نهال، از دیگر مسیرهای نوین در کشاورزی آینده محسوب می‌شود. فناوری نانوآماده‌سازی، مسیر تازه‌ای را در جهت کشاورزی مقاوم به اقلیم گشوده است؛ مسیری که نیازمند تحقیقات بیشتر، تضمین ایمنی و تدوین چارچوب‌های قانونی شفاف برای بهره‌برداری مسئولانه در سطح جهانی است و می‌تواند به شکل قابل توجهی در تضمین آینده پایدار کشاورزی و امنیت غذایی نقش‌آفرین باشد.