بفضل المنحة المموله من صندوق ف.ب. خريستينكو، اقترح أرتيوم أوغاييف، الطالب في المجموعة ET-282، وفريقه، الذي يضم إيفا بتروفا، وداريا ليبوخينا، وسيميون ديمين، الطلاب في المجموعة ET-432، وجميعهم يدرسون في معهد العلوم الطبيعية والدقيقة، قسم البيئة والهندسة الكيميائية، مفهومًا لجيل جديد من الأسمدة الورقية ومعالجة البذور بتقنية النانو باستخدام أكاسيد الزنك. يعتمد هذا التطوير على استخدام أنظمة النانو أكسيد، والتي يُراد لها أن تكون أداة فعالة للمزارعين في ظروف الملوحة والجفاف وتلوث المعادن الثقيلة.
تتكون الأسمدة التقليدية أساسًا من أملاح قابلة للذوبان في الماء. لا تستطيع النباتات دائمًا امتصاصها، ويتم غسل معظمها أو تثبيتها في التربة. يقترح علماء جامعة جنوب الاورال الحكومية معالجة البذور بمحلول خاص يحتوي على جزيئات أكسيد الزنك. هذه الجزيئات صغيرة جدًا (تبدأ من 30 نانومترًا) بحيث تخترق خلايا النبات بسهولة. الفرق الرئيسي هو أن هذا ليس مجرد مكمل غذائي للزنك، بل هو «أداة تدريب» متكاملة للنبات. فالإجهاد المعتدل الناتج عن التعرض للجسيمات النانوية يُجبر النبات على تفعيل نظام دفاعه الذاتي، مما ينتج عنه نباتات أقوى وأكثر مقاومة.
«يُطبق هنا مبدأ «ما لا يقتلنا يجعلنا أقوى». تُسبب جسيمات أكسيد الزنك النانوية استجابةً طفيفةً في النبات، حيث تُنتج أنواع الأكسجين التفاعلية في الخلايا، والتي تعمل كإشارة إنذار عند تناولها بجرعات صغيرة. يستقبل النبات هذه الإشارة، فيبدأ «بالتدريب»: فيُفعّل إنزيماته المضادة للأكسدة بشكل أسرع، ويُسرّع عملية التمثيل الغذائي. وبحلول حلول الحرارة الشديدة أو الجفاف، يكون النبات مُستعدًا تمامًا»,- كما يُشير أرتيوم أوغاييف.
يركز البحث بشكل خاص على حماية النباتات من التلوث بالرصاص. إذ يمكن للرصاص الموجود في التربة أن يتراكم في النباتات ثم يدخل أجسامنا، مما يُسبب ضررًا بالغًا. لا تُنقي التقنية قيد التطوير التربة بالكامل - فهذا شبه مستحيل - ولكنها تُنشئ حاجزًا واقيًا للنبات. تتنافس أيونات الزنك مع أيونات الرصاص على مواقع الارتباط في خلايا النبات. علاوة على ذلك، تُساعد الجسيمات النانوية النبات على تنشيط آليات إزالة السموم بسرعة أكبر. ونتيجة لذلك، حتى في التربة الملوثة، يمتص النبات كمية أقل بكثير من الرصاص. بالنسبة للشخص العادي، هذا يعني أن الخضراوات والحبوب وغيرها من المنتجات الزراعية التي تُزرع باستخدام معالجة أكسيد الزنك النانوي ستكون أكثر أمانًا. كما سيحتوي النبات نفسه على المزيد من الزنك المفيد، وهو عنصر أساسي لصحة المناعة.
يعمل حاليًا فريق من العلماء الشباب من جامعة جنوب الأورال الحكومية، بقيادة الأستاذة المشاركة في قسم علم البيئة والهندسة الكيميائية، الحاصلة على درجة الدكتوراه في الكيمياء، تاتيانا كروبنوفا، على مشروع بحثي. ركز بحثها على نوعين من المحاصيل: قمح غرينادا الربيعي وأنواع مختلفة من البازلاء. أظهرت التجارب وجود علاقة واضحة بين المعالجة بجزيئات الأسمدة النانوية وتحسين صحة الثغور، فضلاً عن زيادة إنبات البذور ونمو نظام جذري قوي.
«يعلق أرتيوم أوغاييف قائلاً: على سبيل المثال، عند معالجة بذور البازلاء بالتركيز الأمثل، زادت طاقة الإنبات بنسبة 53%، ونسبة الإنبات بنسبة 50%، وطول الجذر بنسبة 52% مقارنةً بالنباتات غير المعالجة. وكانت النباتات أقوى بشكل ملحوظ، ونمت بشكل متجانس، والأهم من ذلك، أنها أنتجت أوراقًا خضراء عالية الجودة ذات محتوى عالٍ من الكلوروفيل، مما يدل على صحة عملية التمثيل الضوئي».
مع ذلك، فإنّ الطريق إلى اعتماد واسع النطاق محفوفٌ بالعديد من التحديات. أحد هذه التحديات هو تحديد التركيز الأمثل. فقد أظهرت الاختبارات أن جرعة 2 غرام لكل لتر تُسبب إجهادًا سامًا للنباتات، بينما يتراوح النطاق الفعال بين 10 و250 ملغ لكل لتر، ولكل محصول جرعته الخاصة.
على الرغم من التحديات، يثق الباحثون بأن تطويرهم سيحظى باهتمام الشركات الزراعية الكبيرة التي تزرع مساحات شاسعة وتسعى إلى تحقيق إنتاجية ثابتة. كما يمثل أصحاب البيوت الزجاجية شريحة مهمة أخرى، إذ يمكنهم التحكم في الظروف وتحقيق أقصى إنتاجية. وتتوفر أيضًا خيارات تغليف أصغر حجمًا للمزارعين وهواة البستنة.
يندمج هذا البحث بسلاسة في الأجندة العلمية العالمية. وتتمثل أولوية الباحثين في الانتقال من التجارب المخبرية إلى التجارب الميدانية. إذا تحقق ذلك سريعًا، فسيكون التطوير قادرًا قريبًا ليس فقط على تلبية احتياجات المزارعين الروس، بل أيضًا على المنافسة في السوق الدولية. ويتماشى هذا التوجه نحو استبدال الواردات بتقنيات متطورة تمامًا مع أهداف المشاريع الوطنية لتطوير الصناعات الكيميائية والمواد الجديدة.
يُنفذ المشروع في إطار برنامج منح «خطوة نحو المستقبل» الذي يحمل اسم ف. ب. خريستينكو. يوفر هذا البرنامج دعمًا ماليًا سنويًا لبرنامج التطوير الجامعي ضمن برنامج «الأولوية - 2030». تُقدَّم المنح للبحوث المتقدمة، وتنمية الكفاءات، وتنفيذ برامج تعليمية فريدة (مكونات) تُسهم في تطوير جامعة جنوب الأورال الحكومية ومنطقة تشيليابينسك.