Selenium nanoparticles as slow-release fertilizers for mustard plants
تُظهر هذه الدراسة أن جسيمات السيلينيوم النانوية الحيوية المنتجة بواسطة بكتيريا الإشريكية القولونية (E. coli) والحمأة الحبيبية اللاهوائية تعمل كأسمدة فعالة بطيئة التحلل لنبات الخردل الهندي، وذلك من خلال تقليل خسائر ترشيح السيلينيوم بشكل كبير مقارنة بالأكسي-أنيونات التقليدية مع ضمان التوافر الحيوي المستدام لامتصاص النبات.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
يُعد السيلينيوم عنصراً غذائياً ضئيلاً يلعب دوراً هائلاً في صحة الإنسان، حيث يعمل كمساعد حيوي للتكاثر، ووظائف العضلات، ودفاع الجسم ضد التلف. ومع ذلك، وعلى الرغم من أهميته، لا يحصل ملايين الأشخاص حول العالم على كفايتهم منه لأن التربة في مناطقهم تفتقر إلى هذا العنصر. وقد حاول المزارعون منذ زمن طويل معالجة ذلك بإضافة السيلينيوم إلى الأرض، لكن الطريقة التقليدية للقيام بذلك معيبة للغاية؛ فالأملاح الكيميائية الشائعة المستخدمة لهذا الغرض تذوب فوراً في الماء، وعندما تهطل الأمطار أو تُروى الحقول، تجرف هذه الأملاح بعيداً قبل أن تتمكن النباتات من استخدامها، مما ينقل المغذيات إلى الأنهار والمياه الجوفية حيث يمكن أن تضر بالحياة البرية. وهذا يترك التربة مستنزفة والبيئة ملوثة، مما يخلق دورة يفشل فيها السماد في تغذية المحاصيل أو البشر الذين يأكلونها.
لقد استكشف باحثون من المعهد الهندي للتكنولوجيا في دلهي ومركز هيلمهولتز-تسن دريسدن-روسندورف في ألمانيا مساراً مختلفاً، مساراً يحول منتجاً فضلات ساماً إلى مصدر غذاء بطيء التحلل للنباتات. فبدلاً من استخدام المواد الكيميائية المذابة، استخدموا كائنات مجهرية لبناء كرات صلبة وصغيرة من السيلينيوم. هذه الكرات، المعروفة باسم الجسيمات النانوية الحيوية، ليست مجرد سيلينيوم نقي؛ بل هي مغلفة بغلاف طبيعي من البروتينات والسكريات التي أنتجتها الميكروبات التي صنعتها. يعمل هذا الغلاف الخارجي مثل غلاف واقٍ، يحفظ السيلينيوم بداخله ويطلقه ببطء بمرور الوقت، تماماً مثل الكبسولة ذات التحرر الزمني. وقد اختبر الفريق ما إذا كانت هذه الكرات المصنوعة حيوياً ستظل في التربة لفترة كافية لتتناولها نباتات الخردل، وهو محصول سريع النمو يُستخدم غالباً لدراسة كيفية امتصاص النباتات للمغذيات.
ولمعرفة ما إذا كانت هذه الفكرة ستنجح، قام العلماء أولاً بإنشاء كرات السيلينيوم هذه باستخدام نوعين مختلفين من الميكروبات: بكتيريا شائعة تسمى "إي كولاي" (E. coli)، ومزيج من الميكروبات الموجودة في حمأة محطات معالجة مياه الصرف الصحي. وقاموا بتنظيف الجسيمات الناتجة بعناً لضمان نقائها ثم فحصوا هيكلها، ووجدوا أن "إي كولاي" تصنع كرات أصغر حجماً، بينما تصنع ميكروبات الحمأة كرات أكبر، لكن كلاهما مغطى بالغلاف البيولوجي الواقي الذي يمنحه خصائصه الفريدة. ثم وضع الباحثون هذه الجسيمات في أوانٍ من التربة وسقوها بانتظام، محاكيين بذلك بيئة زراعية حقيقية. وقارنوا بين كمية السيلينيوم التي جرفتها التربة عند استخدام هذه الجسيمات الجديدة مقابل الأملاح الكيميائية التقليدية سريعة الذوبان.
كانت النتائج مذهلة. فعندما استخدم الفريق الأملاح التقليدية، جرفت المياه الجزء الأكبر من السيلينيوم -أكثر من 60 بالمائة لنوع واحد وأكثر من 86 بالمائة للآخر- من التربة إلى الماء خلال ثمانية أسابيع. وفي المقابل، ظلت كرات السيلينيوم في مكانها؛ فقد احتفظت الجسيمات المصنوعة من "إي كولاي" بنسبة 96.7 بالمائة من السيلينيوم في التربة، بينما احتفظت تلك المصنوعة من الحمأة بنسبة 91.7 بالمائة. لقد نجح الغلاف الواقي في إبطاء عملية الإطلاق، مما منع فقدان المغذيات في البيئة. وهذا يعني أن السيلينيوم ظل متاحاً في الأرض لتجده النباتات، بدلاً من الاختفاء في مجاري التصريف.
ثم قام الفريق بزراعة نبات الخردل الهندي في هذه الأواني ليروا ما إذا كان بإمكان النباتات حقاً "أكل" السيلينيوم من هذه الكرات بطيئة التحلل. وبعد ثمانية أسابيع، نمت النباتات بشكل ملحو-ظ في الطول وطورت جذوراً أطول مقارم بالتي نمت بدون سيلينيوم. والأهم من ذلك، أن النباتات امتصت السيلينيوم بنجاح من الكرات؛ حيث امتصت نباتات الخردل حوالي 28 بالمائة من السيلينيوم المقدم من كرات "إي كولاي" وحوالي 24 بالمائة من الكرات المصنوعة من الحمأة. وبينما تم امتصاص الأملاح الكيميائية التقلية بسرعة، إلا أنها جرفت أيضاً بسرعة كبيرة جداً بحيث تعذر الاستفادة منها بالكامل. أما الكرات، فقد وفرت إمداداً ثابتاً يمكن للنباتات الوصول إليه بمرور الوقت. وأظهرت الدراسة أن السيلينيوم لم يتوقف عند الجذور فحسب، بل انتقل إلى السيقان والأوراق، وهو المكان الذي سيكون فيه أكثر فائدة للاستهلاك البشري إذا ما زُرعت هذه النباتات كغذاء.
يشير هذا العمل إلى أن استخدام الميكروبات لإنشاء كرات السيلينيوم يمكن أن يكون أداة قوية للزراعة. فهو يوفر طريقة لتسميد المحاصيل دون التكلفة البيئية الثقيلة الناتجة عن الجريان السطحي، مما يبقي المغذيات في التربة حيث تنتمي. وأشار الباحثون إلى أن هذه الكرات أقل سمية من البدائل الكيميائية ويمكن إنتاجها بتكلفة منخفضة باستخدام مواد النفايات. ومن خلال تحويل ملوث محتمل إلى مصدر ثابت للتغذية، يعالج هذا النهج مشكلة نقص السيلينيوم لدى البشر ومشكلة تلوث المياه بالسيلينيوم في آن واحد. لا تدعي الدراسة أنها حلت أزمة الغذاء العالمية، لكنها تقدم عرضاً واضحاً ومدروساً بأن هذه الجسيمات المصنوعة حيوياً يمكنها البقاء في التربة وتغذية النباتات بفعالية، مما يقدم بديلاً واعداً للطرق القديمة والمهدرة في التسميد.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.