النانوتكنولوجى "نور" جديد فى المجال الزراعى

بقلم: د. أحمد هاشم
تكنولوجيا النانو تعنى دراسة ومعالجة التراكيب والادوات والظواهر على المستوى النانوى (اى أقل من 100 نانومتر)، ومقياس النانو هو وحدة قياس بمقدار واحد من المليار من المتر حيث يمكن استخدام هذا المقياس لتقدير الوحدات الصغيره مثل الذره وجزيئاتها، ولنا ان نتخيل أن طول الحمض النووى DNA يقدر بـ 2 نانومتر وشعرة الانسان قطرها 100000نانومتر، وعلى الصعيد العملى يتم أستخدام النانو على هيئة رقائق نانوية تسمى Nanoparticles أو Nanocapsulated أو Nanocomposites على حسب الغرض من التطبيق، حيث انها فى مقياس اقل من 100 نانومتر تتغير الخواص الكيميائية والفيزيائية والطبيعية للمركب النانوى عن المركب الاصلى.
فى السنوات الاخيرة ظهرت كثير من الدراسات والابحاث التى تناولت إدخال تقنية النانو فى المجال الزراعى وهو ما يسمى Agro-Nanotechnology منها ما كان له تاثيرات إيجابية مبشره، ومنها ما لم يحدث تغييرات يمكن الإشارة لها، ومنها ما أحدث تغييرات مورفولوجية وهستولوجية أدت إلى ظهور صفات غير مرغوب فيها، ومن أهم الدراسات الواعدة هو إستخدام تقنية النانو فى حفظ الاغذية ومكافحة الافات الحشرية وألاكاروسات ورصد أماكن تواجد الإصابات الحشرية داخل الحقول الزراعية وتقليل الفقد فى المحاصيل الزراعية وتنقية التربة من العناصر الثقيلة التى تعيق إمتصاص النباتات للعناصر الغذائية والماء كما تساعد فى تنقية المياه من المواد الثقيلة العالقة بها بصورة تفوق عملية التناضح العكسى وبشكل أقل فى التكلفة.
وحديثا، أمكن استخدام المواد النانوية فى التسميد الزراعى كبديل فعال للأسمدة التقليدية وبأسعار تنافسية وبكميات اقل كما يمكن تخزينها لفترات اطول نتيجة ثباتها العالى تحت الظروف المختلفة؛ كما تدخل فى عملية معالجة بعض المنتجات الثانويه الاقل اهمية اقتصادية من خلال ما يسمى Nano bioprocessing والوقاية من الامراض الحشرية والمسببات الميكروبية من خلال تعزيز دفاعات النباتات بالتعديل الجينى داخل الخلية النباتية فيما يسمى Nanogenentic Modified أو التعديل فى أشكال المبيدات لجعلها مركبات أكثر فاعلية وأقل ضررا وأوسع إنتشارا فيما يسمى Nanocides كما يمكن تخليق المواد النانويه من بعض النباتات مما يقلل اضرارها على الانسان ويقلل من تكلفة استخلااصها مثل استخلاص السليكا ذات البنية النانوية من قش الارز.
المواد الكيميائية عند استخدامها رشا على النباتات فى الغالب نسبة قليلة تصل الى الاماكن المستهدفة فى النبات وهذا يرجع الى بعض المشاكل مثل التحلل الضوئى او التحلل المائى او التحلل الميكروبى او انحرافها بعيدا عن النباتات المستهدفه بفعل الرياح او الامطار ولذا كان لزاما علينا أعادة التطبيق مرة أخرى مما قد يتسب فى بعض الاثار السلبية مثل تلوث التربة والمياه وزيادة كمية المتبقى فى النبات مما يؤثر بصورة غير مباشره على الانسان والثدييات، هذا دفعنا الى استخدام كبسولات النانو Nanocapsulated (تغليف المبيدات والمواد الكيميائيه بمركب نانوى) ذات القدرة العالية على الذوبان والتخلل داخل النبات والاستقرار والثبات داخل حيز التطبيق (المنطقة المعاملة) كما انها تقلل من كمية المواد الكيميائية المستخدمة وتقلل من عمليات تكرار التطبيق مره أخرى كما انها توفر أفضل وأسهل طريقة لاختراق النباتات من طرق عدة نتيجة صغر حجمها وسرعة انتشارها.
فى تجارب أخرى تم أستخدام جزيئات السيليكا ذات البنية النانومترية Porous Hollow Silica Nanoparticles ( PHSNs) كغلاف ( بسمك 15 نانومتر وقطر الثقوب 4-5 نانومتر ) لحماية المبيدات التقليدية من فعل التحلل والهدم بفعل العوامل الجوية المحيطه مثل استخدام السيليكا ذات البنية النانومتريه كغلاف لمبيد الفيرماكتين، مما أدى الى تقليل عملية التحلل لمركبات المبيد وزيادة بقاءه داخل البيئة وقدرتها على تخزين لفترات أطول تحت ظروف مختلفة، حيث تكون المادة ذات البنية النانومترية ناحية الخارج والمادة الفعالة للمبيد الكيماوى داخلها اى ان الماده النانومترية تعمل كحاملة فقط للمبيد، ومن النتائج أتضح ان أطلاق المبيد كان بصورة مثالية مما يبشر بتطبيقات واسعه فى المستقبل لانتاج قوالب متنوعة للحوامل النانومترية.
على جانب أخر، كان استخدام المواد ذات البنية النانومترية كبديل للأسمدة التقليدية أو كحوامل لمكوناتها له صفات مميزه منها زيادة السيطرة والتحكم على عملية التوجية، والقدرة على زيادة الإستجابة النباتية للاسمدة النانومترية كما إنها الية مناسبة لعملية نقل المركبات الى الاماكن المستهدفة فى النبات سواء الجذور او الثمار او الاوراق او كل الأجزاء النباتية.
وفى تجربة لإستخدام الأسمدة التقليديه المغلفة ببعض المواد النانومترية Nanomaterials مثل Clay polyster او Humus-polyster أو plasticstarch على محصول القمح فكانت الأسمده ذات البنية النانومترية Nanocomposites ذات تأثيرات أمنة على البذور وأرتفعت فيها نسبة الإنبات (99% إنبات) مما زاد من كمية المحصول والنمو وهذا يرجع إلى قدرة المركبات النانومترية على الوصول واختراق البذور وزياده حيويتها من خلال تحسين امتصاصها للمواد العضوية الهامة وتحسين وظائفها الحيوية.
وكأستخدام ناجح للرقائق او الجزيئات النانومترية Nanoparticles كمضادات لمسببات الامراض الميكروبيه ( فطريات او بكتيريا او نيماتودا أو بروتوزوا او فيروسات..الخ ) تم استخدام جزيئات الفضه ذات البنيه النانومترية Silver Nanoparticles للقضاء على الامراض التى تسببها الفطريات الممرضة حيث استطاعت الفضه ذات البنيه النانومترية اختراق جدر الخلايا الفطرية والهيفات الممرضة للانسجة النباتية مثل أمراض التعفنات فى محاصيل الخضر المختلفة حيث ان الفضه ذات البنية النانومترية AgNPs تسبب انفصال للهيفات من جدران الفطر أو نهيار الهيفات بكاملها كما تقلل من نمو الكونيدات قدرتها على التمدد والنمو والانتشار وتثبيط النمو الميكروبى.