สารอาหารระดับนาโนสามารถปกป้องพืชจากโรคเชื้อราได้

การปรับเคมีของวัสดุนาโนจะเปลี่ยนระดับการตอบสนองของพืชต่อเชื้อราที่ก่อโรคโอกาสที่ส่วนใหญ่ ถ้าไม่ใช่ทั้งหมด ของผลิตผลในครัวของคุณจะถูกคุกคามจากโรคเชื้อรา ภัยคุกคามดังกล่าวมีจำนวนมากสำหรับอาหารหลักของโลกเช่น ข้าว ข้าวสาลี มันฝรั่ง และข้าวโพด ( SN: 9/22/05 ) เชื้อราก่อโรคกำลังมาเยือนกาแฟ อ้อย กล้วย และพืชผลที่มีความสำคัญทางเศรษฐกิจอื่นๆ ของเราด้วย ทุกปี โรคเชื้อราทำลายพืชผลถึงหนึ่งในสาม และเป็นภัยร้ายแรงต่อความมั่นคงด้านอาหารของโลก

เพื่อหยุดการแพร่กระจายของโรคเชื้อรา 

เกษตรกรทำการรมควันในดินด้วยสารเคมีที่เป็นพิษซึ่งทิ้งขยะลงสู่ดิน โดยไม่ได้เว้นแม้แต่จุลินทรีย์ที่เป็นประโยชน์ในดิน หรือพวกเขาเร่พืชด้วยสารฆ่าเชื้อรา แต่การใช้สารฆ่าเชื้อราจะได้ผลในระยะสั้นเท่านั้น จนกว่าเชื้อราที่ทำให้เกิดโรคจะมีความต้านทานต่อสารเคมีสังเคราะห์เหล่านี้

ตอนนี้ แนวคิดใหม่กำลังหยั่งราก: ช่วยให้พืชยืนหยัดโดยให้เครื่องมือในการต่อสู้กับการต่อสู้ของตนเอง ทีมงานที่นำโดยเจสัน ไวท์ นักพิษวิทยาด้านสิ่งแวดล้อมที่สถานีทดลองทางการเกษตรคอนเนตทิคัตในนิวเฮเวน กำลังเสริมสร้างพืชผลด้วยสารอาหารที่อยู่ในบรรจุภัณฑ์ขนาดนาโน ซึ่งช่วยเพิ่มภูมิคุ้มกันโดยธรรมชาติของพืชต่อเชื้อราก่อโรคได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าการให้อาหารพืชแบบเดิมๆ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักวิจัยได้คิดค้นส่วนผสมของสารอาหารระดับนาโนต่างๆ ที่ช่วยเพิ่มการต้านทานเชื้อราของถั่วเหลืองมะเขือเทศแตงโมและเมื่อเร็ว ๆ นี้มะเขือยาวตามรายงานในโรคพืช เดือนเมษายน

แนวคิด “จัดการกับความท้าทายที่จุดกำเนิดแทนที่จะพยายามวาง Band-Aid ใน [ปัญหา]” Leanne Gilbertson วิศวกรสิ่งแวดล้อมแห่งมหาวิทยาลัย Pittsburgh ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการวิจัยกล่าว กลยุทธ์ของไวท์ช่วยให้พืชได้รับสารอาหารที่จำเป็นต่อการกระตุ้นการผลิตเอนไซม์เพื่อป้องกันการโจมตีจากเชื้อโรค หากไม่มีการแนะนำสารเคมีสังเคราะห์ กลยุทธ์นี้เลี่ยงโอกาสที่เชื้อราร้ายจะพัฒนาความต้านทานได้ เธอกล่าว

แนวทางวัสดุนาโนของนักวิจัยได้รับแรงบันดาลใจจากการค้นพบก่อนหน้านี้ว่าอนุภาคนาโนที่ขนส่งมาจากรากของข้าวโพดสามารถวนกลับจากใบได้ นักวิจัยจุ่มเส้นใยรากของต้นข้าวโพดเดี่ยวครึ่งหนึ่งในสูตรอนุภาคนาโนทองแดงและอีกครึ่งหนึ่งในน้ำบริสุทธิ์ ทองแดงปรากฏขึ้นในรากที่จุ่มน้ำ โดยชี้ไปที่การไปกลับแบบรากต่อยอดสู่ราก White และเพื่อนร่วมงานของเขารายงานในปี 2555 ใน วารสาร Environmental Science & Technology การค้นพบนี้ชี้ให้เห็นว่าอนุภาคนาโนสามารถนำมาใช้โดยตรงกับใบได้ตั้งแต่แรก แม้ว่าปลายทางเป้าหมายจะเป็นรากก็ตาม

การใช้ใบเป็นทางเข้าสามารถแก้ไขปัญหาไม้ยืนต้นได้: การส่งสารอาหารที่ละลายผ่านดินแทบไม่มีประสิทธิภาพ สารเคมีอาจสลายตัวในดิน ระเหยกลายเป็นไอในบรรยากาศหรือหลุดออกไป สารอาหารที่รดน้ำเพียงประมาณ 20 เปอร์เซ็นต์เท่านั้นที่จะไปถึงพื้นที่เป้าหมายในพืชในที่สุด “การใช้รูปแบบนาโนสเกลทำให้เราสามารถส่งมอบ [สารอาหาร] ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นในที่ที่เราต้องการและที่พืชต้องการ” นายไวท์กล่าว

เพื่อดูว่าวิธีการนี้สามารถส่งมอบสารอาหารที่จำเป็นโดยเฉพาะในการป้องกันเชื้อราที่ไม่เป็นมิตรได้หรือไม่ White และเพื่อนร่วมงานได้ทำการทดสอบในมะเขือยาวและมะเขือเทศ ทีมงานได้ฉีดพ่นอนุภาคนาโนที่เป็นโลหะลงบนใบและยอดของต้นอ่อน จากนั้นจึงทำให้พืชมีเชื้อราที่ทำให้เกิดโรค พืชที่ได้รับการบำบัดด้วยอนุภาคนาโนมีโลหะทางโภชนาการในระดับที่สูงขึ้นในรากและให้ผลผลิตที่สูงขึ้นเมื่อเทียบกับพืชที่ได้รับสารอาหารที่ละลายได้ง่าย ทีมงานรายงานในปี 2016 ในวิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม:นาโน

นักวิจัยพบว่าอนุภาคนาโนไม่เป็นอันตรายต่อเชื้อรา: 

เชื้อรายังคงเจริญเติบโตท่ามกลางอนุภาคนาโนในสิ่งแวดล้อมโดยไม่มีพืชที่เป็นโฮสต์ ในทางกลับกัน คุณสมบัติต้านเชื้อราของอนุภาคนาโนเกิดจากการให้สารอาหารแก่พืช ซึ่งเทียบเท่ากับการรับประทานอาหารเสริมของมนุษย์ ซึ่งช่วยให้พืชสามารถป้องกันได้ตามความต้องการ

Fabienne Schwab นักเคมีสิ่งแวดล้อมที่ไม่เกี่ยวข้องกับการวิจัยกล่าวว่าสิ่งที่ทำให้สารอาหารนาโนมีศักยภาพมากกว่าปุ๋ยทั่วไปคือจุดหวานในขนาดของพวกมัน ซึ่งควบคุมความเร็วในการละลายของพวกมัน สารอาหารนาโนมีขนาดเล็กกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นผมมนุษย์หลายพันเท่า และใหญ่กว่าเกลือของสารอาหารที่ละลายได้ง่ายหลายพันเท่า พวกมันมีพื้นผิวที่ใหญ่และเปิดเผย ดังนั้นพวกมันจึงละลายได้เร็วกว่าก้อนสารอาหารชนิดเดียวกันที่มีมวลหนักกว่า ทว่าสารอาหารนาโนมีขนาดใหญ่พอที่จะไม่ละลายทั้งหมดในคราวเดียว: พวกมันจะค่อยๆ ปลดปล่อยสารอาหารออกมาเป็นเวลาหลายสัปดาห์ ในทางตรงกันข้าม สารอาหารที่ละลายได้ง่ายจะทำให้พืชได้รับสารอาหารชั่วคราว คล้ายกับน้ำตาลพุ่ง

“เมื่อคุณใช้ [สารอาหาร] ในระดับนาโน คุณสามารถปรับความสามารถในการละลายได้มากเท่าที่คุณต้องการ” Schwab จากสถาบัน Adolphe Merkle ในเมือง Fribourg ประเทศสวิสเซอร์แลนด์กล่าว

ไม่ใช่แค่ขนาดที่ปรับได้ แต่ยังปรับเปลี่ยนรูปร่าง องค์ประกอบ และเคมีพื้นผิวเพื่อกระตุ้นการตอบสนองของพืชในระดับต่างๆ ตัวอย่างเช่น White และผู้ทำงานร่วมกันพบว่าแผ่นทองแดงออกไซด์บางนาโนเมตรดีกว่าอนุภาคนาโนทองแดงทรงกลมในการป้องกัน การติดเชื้อ Fusarium virguliformeในถั่วเหลือง กุญแจสู่ประสิทธิภาพอยู่ที่การปล่อยอะตอมทองแดงที่มีประจุเร็วขึ้นของนาโนชีตและการยึดเกาะที่แข็งแรงกับพื้นผิวใบ วัสดุนาโนทองแดง ช่วย ฟื้นฟูมวลของถั่วเหลืองและอัตราการสังเคราะห์แสงให้อยู่ในระดับของพืชที่ปราศจากโรค ทีมงานรายงานในNature Nanotechnologyในปี 2020