下面的段落突出强调了纳米技术的应用,这是一项有前景的技术进步,作为一个例子来说明如何利用新技术保护植物健康。纳米技术为创新和改良的作物保护产品提供了工具,以应对日益增长的有害生物风险,包括气候变化引起的风险。纳米技术尚处于发展阶段,未在实践中得到广泛应用。由于经济原因,低收入国家可能无法轻易获得这项技术,至少无法立即获得。但它仍然展示了潜在的可能性。改进这类工具具有重要意义,在未来将会至关重要。
在过去二十年中,纳米级的科学进步促使人们对纳米技术在可持续农业中的应用和影响产生了新的兴趣和研究(Scott、Chen和Cui,2018)。除了纳米肥料在精准农业中的基础应用(Raliyaet 等,2018)之外,纳米技术还被认为有可能提高农药的功效和安全性。利用纳米技术生产的农药将具有较大的表面积,并能够根据环境触发因素(例如温度、pH值、湿度、酶和光)进行精准投放(Bingna等 ,2018),还能溶于水,从而最大限度地减少环境残留物(Zhao等,2018)。早期实验证明,由金属氧化物、硫和二氧化硅组成的固体纳米颗粒在控制一系列有害生物方面具有成效(Goswami等 ,2010)。
近年来,农业领域的纳米技术应用通常包括将已知的除草剂、杀菌剂或杀虫剂封装在由粘土、二氧化硅、木质素或天然聚合物(包括藻酸盐、壳聚糖和乙基纤维素)组成的合成纳米载体中(Diyanatet 等,2019)。聚己内酯已被用作除草剂丙草胺(Diyanat等 ,2019),三嗪类除草剂阿特拉津、莠灭净和西玛津(Grillo等 ,2012),以及农药阿维菌素(Su等 ,2020)的纳米载体。由于能在环境中自然降解、生产成本低且不依赖石油塑料生产,聚己内酯已变得流行(Sabry和Ragaei,2018)。
纳米农药在防控松材线虫中已经得到了非常成功的尝试。与传统的阿维菌素相比,纳米封装的阿维菌素对线虫的消化系统能更好地产生毒性,更持续地发挥作用,并具有更好的光解稳定性(Su等 ,2020)。研究还发现,纳米封装的阿特拉津可以减少这种除草剂对环境的有害影响,而不会对鬼针草(Bidens pilosa)幼苗的死亡率产生不利影响(Preisler等 ,2020)。在后一项研究中,200克/公顷的纳米封装阿特拉津的抑制作用,与2,000克/公顷的非封装阿特拉津除草剂的抑制作用相等,将除草剂的浓度降低了10倍。此外,对于芥菜植物,研究发现,经10倍稀释的聚己内酯封装的阿特拉津与未稀释、未封装的阿特拉津同样有效(Oliveira等 ,2015)。
农业中另一个运用纳米技术的机会是作为植物中DNA转移的传递方法,以促进植物对有害生物的抗性(Rai和Ingle,2012;Sabry和Ragaei,2018),从而减少使用对环境有潜在危害的化学农药。有人提出,纳米粒子可以用来被动传递基于核酸酶的基因组编辑有效载荷,作为植物基因工程的一种方法。这种方法将克服当前基因转移方法(例如基因枪和超声波)所面临的挑战,这类挑战由植物细胞壁多层坚硬的物理屏障所造成,并使植物基因工程的进展落后于动物系统(Cunningham等 ,2018)。一些向动物细胞传递DNA的技术可以在受控条件下进行调整,以适应植物(Chang等 ,2013;Torney等 ,2007)。
除了上述先进技术之外,还有多个促进数据和信息共享的倡议作为对其的补充。例如澳大利亚的“MyPestGuide”倡议,该倡议将杂草报告、有害生物识别的实地指南和决策管理工具纳入一个共享的平台(Wright等,2018)。全球数据共享框架有助于应对那些快速传播和具有潜在高影响的有害生物(Carvajal-Yepes等,2019)。