استفاده از نوعی نانوکامپوزیت‌ برای کنترل بیماری در گیاه برنج

به گزارش خبرگزاری صدا وسیما؛ به نقل از پایگاه خبری فناوری نانو ایران، برنج یک محصول غذایی ضروری در مقیاس جهانی است. انتظار می‌رود جمعیت جهان تا سال ۲۰۵۰ به ۹ میلیارد نفر افزایش یابد و نیاز به افزایش تولید برنج برای تضمین پایداری غذا در جهان وجود دارد.

با این حال، بازده برنج توسط انواع عوامل آفت‌ها از جمله بیماری‌های میکروبی، حشرات شکارچی و علف‌های هرز به چالش کشیده می‌شود. پاتوژن Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) باعث بیماری سوختگی برگ باکتریایی (BLB) می‌شود و یکی از مضرترین عفونت‌هایی است که تولید برنج را در کشور‌های جنوب آسیا محدود می‌کند.

راه‌حل‌های سنتی کنترل سوختگی برگ باکتریایی شامل استفاده از آنتی‌بیوتیک‌ها و دارو‌های مبتنی بر مواد شیمیایی است که پرهزینه، مضر برای سلامت عمومی، مخرب محیط‌زیست و ممکن است منجر به انعطاف‌پذیری پاتوژن شود. علاوه بر این، تولید ژنوتیپ‌های برنج مقاوم به سوختگی برگ باکتریایی از طریق اصلاح سنتی یا اصلاح ژنتیکی دشوار و زمان‌بر است.

در نتیجه، روش‌های جدید مدیریت بیماری سوختگی برگ باکتریایی برای افزایش عملکرد برنج و کاهش ناامنی غذایی ضروری است.

بر اساس مطالعات متعدد، نانوکامپوزیت‌ها با کمک به افزایش رشد گیاه، بهبود پاسخ‌های فیزیولوژیکی، ارتقای کارایی فتوسنتزی، افزایش محتوای تغذیه‌ای و ترکیب هورمونی، مقاومت به بیماری‌های گیاهی را بهبود می‌بخشند. کاربرد کنترل شده ریز مغذی‌ها در مقیاس نانو می‌تواند با اصلاح سلامت گیاه و ارائه مدیریت پاتوژن‌ها، بهره‌وری کشاورزی را افزایش دهد.

بسیاری از محققان بر افزودن نانوذرات به ماتریس‌های پلیمری زیستی برای ایجاد نانوکامپوزیت‌هایی با ویژگی‌های جدید که می‌توانند برای تنظیم آزادسازی آنالیت اصلاح شوند، تمرکز کرده‌اند.

کیتوزان یک پلیمر زیستی با کیفیت‌های متمایز مانند غیرسمی بودن، زیست سازگاری خوب، ایمنی‌زایی و قابلیت‌های ضدباکتریایی است. کیتوزان می‌تواند به طور مستقیم رشد گیاه را از طریق عملکرد ضد باکتریایی و مقاومت سیستمیک از طریق کانال اکتادکانوئیدی افزایش دهد.

علاوه بر این، کیتوزان را می‌توان به عنوان یک ماتریس پشتیبان برای نانوکامپوزیت‌های فلزی استفاده کرد که منجر به دوام فیزیکوشیمیایی بهتر، توزیع هدفمند ریز مغذی‌ها، سازگاری سلولی و فعالیت‌های ضد میکروبی می‌شود. هرچند تولید نانومواد مهندسی شده مبتنی بر کیتوزان (ENMs) برای کاربرد‌های مختلف مورد مطالعه قرار گرفته است، در این پروژه یک فرآیند سبز برای تولید نانوکامپوزیت‌های آهن کیتوزان (BNCs) با استفاده از سویه باکتریایی Bacillus aryabhattai RNT ۷ معرفی شده است.

یافته‌های محققان نشان می‌دهد که محلول پاشی نانوکامپوزیت‌های مهندسی زیستی به طور قابل توجهی بیماری سوختگی برگ باکتریایی را از طریق فرآیند‌های مختلف، از جمله کنترل عملکرد سلولی، تعدیل جذب مواد مغذی، و فعال‌سازی ژن‌های مرتبط با دفاع، سرکوب می‌کند.

تجزیه و تحلیل این ساختار نشان داد که نانوکامپوزیت‌های مهندسی شده زیستی با محدود کردن رشد عفونت Xoo، استرس ناشی از سوختگی برگ باکتریایی را تا حد زیادی کاهش می‌دهند.