نجح فريق بحثي في الصين في تطوير مادة نانوية تعتمد على الكربون ومشتقة من الكتلة الحيوية للنفايات الزراعية والتي يمكنها تعزيز عملية التمثيل الضوئي للنباتات وتحفيز نمو المحاصيل.
حقق هذا الإنجاز علماء من معاهد شنتشن للتكنولوجيا المتقدمة، التابعة للأكاديمية الصينية للعلوم، بالتعاون مع باحثين من جامعة شنغهاي جياو تونغ. ونُشرت نتائجهم في مجلة Communications Materials.
تستخدم المادة الجديدة، المعروفة باسم النقاط الكمومية الكربونية، نفايات عضوية كالقش والأوراق والأعشاب الضارة كأساس لتخليقها. ووفقًا للدراسة، تتمتع هذه النقاط الكمومية بالقدرة على تحويل الضوء فوق البنفسجي - الذي لا تمتصه النباتات عادةً - والضوء الأخضر، الذي يُمتص بكفاءة منخفضة، إلى ضوء أحمر. يسمح هذا التحويل للنباتات بامتصاص الضوء بكفاءة أكبر، مما يُحسّن بشكل كبير من فعالية عملية البناء الضوئي. ويوضح البحث أن النقاط الكمومية الكربونية تحقق ذلك عن طريق تحفيز الإلكترونات من الفوتونات الممتصة، مما يُوفر إلكترونات إضافية لسلسلة نقل الإلكترونات الضوئية.
في التجارب، دمج الباحثون المادة النانوية في وسط زراعة سائل للبكتيريا الزرقاء، وطبّقوها مباشرةً على النباتات. أشارت النتائج إلى زيادة واعدة في معدلات النمو وتثبيت ثاني أكسيد الكربون: أظهرت البكتيريا الزرقاء المنتجة للجلسرين زيادة بمقدار 2 ضعف في معدل تثبيت ثاني أكسيد الكربون، مصحوبة بزيادة قدرها 2.4 ضعف في إنتاج الجلسرين. في الوقت نفسه، ازدادت الكتلة الحيوية لنبات أرابيدوبسيس النموذجي بمقدار 2 مرة.
تُبرز الدراسة مزايا إضافية لهذه المادة، مُسلّطةً الضوء على انخفاض تكلفة إنتاجها وتوافقها الحيوي العالي، مما يُشير إلى إمكانية لعبها دورًا حيويًا في الممارسات الزراعية المستقبلية، وكذلك في عمليات التصنيع الحيوي التي تعمل بالطاقة الشمسية. كما أشارت التجارب الأولية إلى فعاليتها في تعزيز نمو نباتات مُختلفة، بما في ذلك عشبة الماء، والفول السوداني، والذرة، وفول الصويا.
في المرحلة المقبلة، أعرب فريق البحث عن نيته إجراء المزيد من التجارب الميدانية للتحقق من إمكانات نقاط الكربون الكمومية في السيناريوهات الزراعية الواقعية. قد يُقدم هذا التطور مسارًا واعدًا لتحسين إنتاجية المحاصيل، مع معالجة بعض التحديات المرتبطة بالاستدامة الزراعية في الوقت نفسه.
