Mahsul Korumada Nanoteknolojinin Rolü

Mahsul koruma tarımsal faaliyetlerin önemli bir parçasıdır. Artan gıda talebini karşılamak ve iklim değişikliğinin getirdiği zorluklarla başa çıkmak için mahsul koruma yöntemlerinin geliştirilmesi hayati önem taşımaktadır.

Nanoteknoloji, etkili ve seçici nanopestisitlerin geliştirilmesi yoluyla bu sorunlara umut verici çözümler sunmaktadır. Biz, Nanografi olarak, 100'den fazla ülke ve sayısız üniversite ile çalışarak bu çözümleri her geçen gün geliştirmeye çalışıyoruz.

Giriş

Artan insan nüfusu ve iklim değişikliği, gıda üretimi ve tedariki konusunda ciddi kaygılar yaratıyor. Birleşmiş Milletler Gıda ve Tarım Örgütü'nün (FAO) raporuna göre, 2050 yılında tahmin edilen 9.1 milyarlık dünya nüfusu, gıda üretiminde %70 oranında bir artış gerektirecek. Bu artış, enerji maliyetleri, kentleşme, kuraklık ve toprak kalitesinin düşmesi gibi zorluklarla karşılaşacak. Bu nedenle, gıda üretim verimliliğini artırmak büyük önem taşıyor.

Mahsul koruma, çiftçilerin mahsullerini yabani otlar, hastalıklar, zararlı böcekler ve mantarlardan korumak için kullandıkları yöntemler ve ürünler bütünüdür. Her yıl bu istenmeyen faktörler önemli ölçüde ürün kaybına neden oluyor. Mahsul korumada daha iyi sonuçlar elde etmek için yenilikçi çözümlere ve gelişmiş teknolojilere ihtiyaç duyulmaktadır.

Bu bağlamda, bilim insanları mahsul korumada nanoteknolojiyi kullanıyor. Nanoteknoloji, herbisitler, fungisitler, bakterisitler ve böcek öldürücülerin geliştirilmesinde kullanılıyor. Nano boyutlu sistemlerin avantajları arasında gelişmiş biyoyararlanım, hedefe yönelik dağıtım, kontrollü salım, bozulmaya karşı koruma ve artırılmış etkinlik bulunmaktadır. Bu teknolojiler, mahsul koruma alanında önemli ilerlemelere katkıda bulunuyor. 

Mahsul Üretiminde Nanoteknoloji

Nanoteknoloji, etkili nanopestisitlerin geliştirilmesinde önemli bir rol oynar. Bu, nano herbisitler, nanofungisitler, nanobakterisitler ve nanoinsektisitler dahil olmak üzere bir dizi ürünü içerir. Modern tarımda, istenmeyen mahsul örtüsünün engellenmesi için nano herbisitler kullanılır. Hem mevcut herbisitlerin nanoboyutlu formülasyonları hem de yeni nanoherbisit formülasyonları, malzemenin etkili dağıtımı ve seçici uygulamasına odaklanır. Nanoherbisitler, değerli bitki örtüsüne zarar vermeden belirli yabani otları engelleyebilecek potansiyel bir seçiciliğe sahiptir, bu da hem insanlar hem de çevre için daha güvenli herbisitler sağlar. Nanoherbisit gelişiminde çeşitli metalik aktif maddeler ve polimerik nano sistemler kullanılır.

Mantarlar,mahsullere zarar verebilecek önemli bir faktördür ve ürün veriminde azalmalara neden olabilir. Bilinen zararlı mantar türleri arasında Botrytis, Sclerotinia, Aspergillus, Fusarium ve Verticillium bulunur. Bu mantar türlerini hedef alan nanofungisitler, ürün koruması için önemlidir. Aynı şekilde, dünya çapında 15.000'den fazla mahsule zararlı bakteri türü olduğu düşünülmektedir. Zararlı bakteri türleri arasında Erwinia, Acidovorax, Pseudomonas, Ralstonia, Rhizobacter, Xanthomonas, Agrobacterium, Xylella, Arthrobacter, Clavibacter ve Streptomyces yer alır. Tehlikeli bakterilere karşı nanobakterisitler, daha etkili mahsul koruması sağlamaya yardımcı olabilir. Nanobakterisit ve nanofungisit gelişiminde, hem organik hem de inorganik nanomalzemeler ve nano sistemler kullanılır.

Böcekler, tarımdaki başka bir önemli sorundur. Neredeyse her mahsul, mahsulü tahrip eden veya verimde düşüşe neden olan farklı türdeki böceklere karşı hassastır. Böcek ilaçları tarımda önemli bir role sahiptir ve nanoteknolojik çözümlerin dahil edilmesi, hem çevreyi koruyabilir hem de etkili ve seçici bir mücadele sağlayabilir. Organik veya inorganik nanopestisitler, böcek yumurtaları, larvaları veya yetişkinlerine karşı kullanılabilir.

Gıda endüstrisinde nanoteknoloji nerelerde kullanıyor? Öğrenmek için, blog sayfamızı ziyaret edin.

Mahsul Korumada Nano Sistemlerin ve Nanomalzemelerin Rolü 

Nanoteknoloji, mahsul korumada etkili nanopestisitler geliştirmek için kullanılır. Bu süreçte nanopestisitlerin kapsüllenmesi ve aktif nanomalzemelerin oluşturulması önemlidir. Polimer bazlı nano sistemler kapsüleyici olarak, nano boyutlu malzemeler mahsul korumada yaygın olarak kullanılan nano sistemler arasında nanokapsüller, nanoküreler, nanojeller ve miseller bulunur.

Nanokapsüller, aktif nanopestisit parçacıklarından oluşan katı veya sıvı bir çekirdeğe ve bunları kapsayan polimerik bir kabuğa sahiptir. Bu kapsüller, aktif bileşenlerin polimerik kapsül içine yüklenmesiyle üretilir. Nanoküreler, nanokapsüllerle benzer yapıdadır; ancak bu yapılar, malzemenin aktif bileşenle birlikte polimerleşmesi ve nanopestisitleri yakalamasıyla oluşur. Miseller, özellikle suda çözünmeyen nanopestisitlerin dağıtımında kullanılır; amfifilik blok kopolimerlerden oluşur ve hidrofilik ve hidrofobik kısımları bulunur. Nanojeller, hidrofilik polimerlerin çapraz bağlanmasıyla oluşan yapılar olup, nanopestisit malzemesini etkin bir şekilde alabilirler.

Lipit bazlı yapılar da nanopestisit dağıtımında kullanılır. Nanolipozomlar, lipit çift katmanlı bir kabuk ve aktif bileşenler içeren sulu bir çekirdekten oluşur. Katı lipit nanopartikülleri ise, nanopestisitleri yeniden kristalleştirme yoluyla yakalar. Silika nanopartikülleri ve nanokiller gibi gözenekli nanopartiküller de, çevre dostu olmaları ve bol miktarda bulunmaları nedeniyle avantajlıdır ve aktif bileşenlerin yavaş ve kontrollü salınımına olanak tanır.

Metalik, metalik olmayan nanopartiküller ve kompozitleri de aktif nanopestisit malzemeleri olarak kullanılır. Bu nanopartiküller, gümüş, gümüş oksit, altın, çinko oksit (ZnO), titanyum oksit, magnezyum oksit ve bakır oksit gibi çeşitli metalik nanopartiküller içerir. Örneğin, gümüş nanopartikülleri, bakteri ve spor oluşturan mantarlara karşı etkilidir ve hayvanlar için toksik olmamaları onları umut verici adaylar haline getirir. ZnO nanopartikülleri ve TiO2 nanopartikülleri gibi diğer nanopartiküller de antibakteriyel özellikleriyle bilinir.

Bu nano ölçekli çözümler, mahsul üretimindeki gelişmiş tarımsal uygulamalarda kullanılmakta ve üretim verimini artırma potansiyeli taşımaktadır.

Şekil 1: Nanoteknolojinin mahsul üretimindeki uygulama alanları.

Sonuç

İnsan nüfusunun hızlı artışı tarımsal üretim talebini artırıyor. Tarım sektörü ise iklim değişikliği, kentleşme ve toprak kalitesinin düşmesi gibi zorluklarla mücadele ediyor. Bu artan talepleri karşılamak için yeni ve etkili yöntemlere ihtiyaç duyuluyor. Mahsul koruma bu bağlamda büyük önem taşıyor, çünkü mahsul verimini yabani otlar, hastalıklar, zararlı böcekler ve mantarlar gibi faktörlerden korur. Geleneksel mahsul koruma yöntemlerinin zaman zaman etkisiz ve israflı olduğu görülüyor, bu da bilim insanlarını nanoteknoloji gibi daha etkili çözümlere yönlendiriyor.

Nanoteknoloji, nanoherbisitler, nanofungisitler, nanobakterisitler ve nanoinsektisitler geliştirilmesine imkan tanıyor. Nanopestisitlerin dağıtımında ve aktif içerikler olarak nano sistemlerin kullanımında, nanokapsüller, nanoküreler, nanojeller ve miseller gibi polimer bazlı nanoyapılar ile nanolipozomlar ve katı lipit nanopartikülleri gibi lipit bazlı yapılar yaygındır. Bu sistemler, hedeflenen nanopestisit salınımı için aktif bileşenleri kapsüller ve gözenekli silika ile kil nanopartiküllerinin taşıyıcı olarak kullanımını içerir. Aktif nanomalzemeler arasında gümüş, gümüş oksit, altın, çinko oksit (ZnO), titanyum oksit, magnezyum oksit ve bakır oksit gibi metalik nanopartiküllerin yanı sıra silika, karbon, kükürt ve alüminyum bazlı metalik olmayan nanopartiküller bulunmaktadır. Bu nanoteknolojiler, etkili ve seçici mahsul koruma yöntemleri sunuyor ve sürekli geliştirilmeye açıktır.

Nanoteknoloji ve ileri nanomalzemeler ile ilgili güncel bloglar hakkında bilgi edinmek için, Blografi'yi ziyaret edebilirsiniz.

Kaynakça

Jampílek, J., & Kráľová, K. (2018). Benefits and potential risks of nanotechnology applications in crop protection. In Nanobiotechnology Applications in Plant Protection (pp. 189-246). Springer, Cham.

Ojha, S., Singh, D., Sett, A., Chetia, H., Kabiraj, D., & Bora, U. (2018). Nanotechnology in crop protection. In Nanomaterials in Plants, Algae, and Microorganisms (pp. 345-391). Academic Press.

Shang, Y., Hasan, M., Ahammed, G. J., Li, M., Yin, H., & Zhou, J. (2019). Applications of nanotechnology in plant growth and crop protection: a review. Molecules, 24(14), 2558.

Liu, C., Zhou, H., Zhou, J., Liu, C. ;, Zhou, H. ;, & Zhou, J. (2021). The Applications of Nanotechnology in Crop Production. Molecules 2021, Vol. 26, Page 7070, 26(23), 7070. https://doi.org/10.3390/MOLECULES26237070

Crop Protection. (n.d.). Retrieved October 28, 2020, from https://www.bayer.com/en/crop-science/crop-scienc...

2050 High-Level Experts Forum: The Forum. (n.d.). Retrieved December 22, 2023, from https://www.fao.org/wsfs/forum2050/wsfs-forum/en/

Nanoteknoloji ve Gıda Endüstrisi - Nanografi Türkiye. (n.d.). Retrieved December 22, 2023, from https://shop.nanografi.com.tr/blografi/nanoteknoloji-ve-gida-endustrisi-/

Herbisit - Vikipedi. (n.d.). Retrieved December 22, 2023, from https://tr.wikipedia.org/wiki/Herbisit