مواد نانوية تعطي قدرات خارقة للنبات

طارق قابيل

تمكن العلماء مؤخرا من تطوير نباتات معززة يمكن طلاؤها بمواد نانوية لتؤدي وظائف جديدة مفيدة، مثل استشعار المواد الكيميائية، أو تجميع الضوء بشكل أكثر كفاءة، أو الكشف عن المتفجرات.

وقدم الباحثون نتائجهم في الاجتماع والمعرض الوطني للجمعية الكيميائية الأمريكية (ACS) الذي عقد مطلع الشهر الجاري.

الهياكل الفلزية العضوية
تعرف المواد النانونية الجديدة التي طورها العلماء بالهياكل الفلزية العضوية (MOFs) وهي أنظمة بلورية بالغة الترتيب، تتكون من عقد فلزية تربطها وصلات عضوية، لتشكل هياكل مسامية لها مساحة أسطح فائقة.

تم اختراعها أوائل التسعينيات، وصنع الكيميائيون الآلاف منها حتى الآن، وتشكل الهياكل الفلزية العضوية التي تتكون من أيونات معدنية أو مجموعات مرتبطة بجزيئات عضوية بلورات مسامية يمكنها امتصاص الجزيئات الأخرى وتخزينها وإطلاقها مثل الإسفنج.

ويمكن أن تخزّن في مساماتها جزيئات لمواد مختلفة، كتخزين وقود الهيدروجين، والميثان، لإنتاج الطاقة النظيفة، ويمكن استخدامها حسّاسات، وفي التحفيز، وتنقية الغازات وفصلها، وامتصاص الغازات المسببة للاحتباس الحراري قبل أن تصل إلى الغلاف الجوي، وحتى في نقل الأدوية داخل الجسم.

إثبات المفهوم
ووفقا للباحث الرئيسي بالمشروع د. جوزيف ريتشاردسون، قام البشر بتقديم مواد غريبة للنباتات منذ آلاف السنين.

وبسبب شبكاتها الوعائية الواسعة، تمتص النباتات بسهولة الماء والجزيئات المذابة في السوائل، وعلى الرغم من ذلك، فإنه من الصعب على المواد الأكبر حجما اختراق الجذور.

وتساءل ريتشاردسون وزملاؤه بجامعة ملبورن (أستراليا) عما إذا كانوا يستطيعون تغذية النباتات بسلائف الهياكل الفلزية العضوية، لتمتصها النباتات ثم تحولها إلى مواد نانوية جاهزة.

وأضافوا الأملاح المعدنية والواصلات العضوية إلى الماء، ثم وضعوا قطعا نباتية صغيرة أو نباتات كاملة في المحلول.

ونقلت النباتات السلائف إلى أنسجتها، حيث نما نوعان مختلفان من بلورات الهياكل الفلزية العضوية الفلورية.

وفي تجربة إثبات المفهوم، كشفت قطع نباتية من نبات اللوتس المنتجة للهياكل الفلزية العضوية تركيزات صغيرة من الأسيتون بالماء، كما انخفضت تركيزات المواد الفلورية.

ويخطط ريتشاردسون -استنادا إلى هذه النتائج- لاستكشاف ما إذا كانت النباتات الهجينة المنتجة للهياكل الفلزية العضوية قادرة على كشف المتفجرات أو استشعار المواد الكيميائية المتطايرة، والتي قد تكون مفيدة لأمن المطارات.

تطبيقات واعدة
إن وجود نباتات تصنع كميات صغيرة من هذه المركبات المفيدة في أنسجتها يمكن أن يمنحها قدرات جديدة لم يسبق لها مثيل.

وبالإضافة إلى جعل النباتات تصنع الهياكل الفلزية العضوية، يمكن استخدام المواد النهائية طلاء للنباتات لمساعدتها على تحويل الأشعة فوق البنفسجية الضارة إلى ضوء أكثر فائدة لعملية التمثيل الضوئي.

قام الفريق بتغليف قطع نباتية صغيرة بهياكل فلزية عضوية فلورية، ثم بتعريض النباتات لضوء أشعة فوق بنفسجية ذي موجة قصيرة أو موجة C (UVC) لمدة ثلاث ساعات.

وأظهرت النباتات المغلفة ذبولا وابيضاضا أقل بالمقارنة مع القطع النباتية الصغيرة غير المغلفة بالهياكل الفلزية العضوية الفلورية.

وقد بدأ الباحثون بالفعل في دراسة القدرات الوقائية للمواد النانوية، والبيانات الأولية واعدة. والآن، يتعاون ريتشاردسون مع علماء الأحياء النباتية لدراسة تأثيرات الهياكل الفلزية العضوية على نمو النبات.

وهم يريدون أيضًا استكشاف ما إذا كان بإمكان الهياكل الفلزية العضوية مساعدة النباتات على النمو بشكل أفضل، مما قد يؤدي إلى تطبيقات زراعة واعدة في المستقبل.