Advanced technologies enable the controlled release of medicine to specific cells in the body. Scientists argue these same technologies must be applied to agriculture if growers are to meet increasing global food demands.
先进的技术能够控制药物向体内特定细胞的释放。科学家们认为，如果种植者要满足日益增长的全球粮食需求，就必须将这些相同的技术应用于农业
在《自然·纳米技术》杂志的一篇评论论文中，加州大学河滨分校和卡内基梅隆大学的科学家强调了一些最著名的利用纳米技术改善农业的策略
纳米技术是研究和设计微小事物的总称。有多小？纳米是一米的十亿分之一，大约是人类头发宽度的100000倍。利用纳米技术，药物现在可以送到最需要的地方。但这些见解尚未大规模应用于植物科学
“有研究预测，到2050年，我们需要将粮食产量比2020年的水平提高60%。目前，我们正试图通过低效的农用化学品输送来实现这一目标，”加州大学学院副教授兼论文共同通讯作者Juan Pablo Giraldo说
“农场施用的肥料有一半流失在环境中，并污染地下水。就常用杀虫剂而言，情况更糟。只有5%达到了预期目标。其余的最终污染了环境。还有很大的改进空间，”Giraldo说
目前，农业占全球温室气体排放量的28%。这一点，再加上从极端天气事件到猖獗的作物害虫和迅速退化的土壤等一系列其他因素，突出表明需要新的农业实践和技术
在他们的综述中，研究人员强调了从纳米医学中借鉴的特定方法，这些方法可用于将杀虫剂、除草剂和杀菌剂输送到特定的生物目标
Giraldo说：“我们正在开创基于用糖或肽包裹纳米材料的靶向递送技术，这些糖或肽可以识别植物细胞和细胞器上的特定蛋白质。”。“这使我们能够利用植物现有的分子机制，将所需的化学物质引导到植物需要的地方，例如植物脉管系统、细胞器或植物病原体感染的部位。”这样做可以使植物更能抵御疾病和有害的环境因素，如极端高温或土壤中的高盐含量。这种类型的交付也将是一种更环保的方法，对环境的偏离目标的影响更少
论文中讨论的另一种策略是使用人工智能和机器学习创建“数字双胞胎”。医学研究人员使用计算模型或“数字患者”来模拟药物如何与体内相互作用和移动。植物研究人员也可以设计纳米载体分子，将营养物质或其他农用化学品输送到最需要的植物器官
Giraldo说：“这就像电影《钢铁侠》中的J.A.R.V.I.s.（Just A Rather Very Intelligent System）。本质上是一个人工智能指南，可以帮助设计具有可控输送特性的农业纳米颗粒。”。卡内基梅隆大学工程教授、该综述论文的共同通讯作者Greg Lowry表示：“我们可以在这两个模拟之后，通过真实的植物实验对模型进行反馈。”
“我对植物纳米生物技术方法的未来及其对我们可持续生产粮食能力的有益影响持乐观态度。”