פיתוח ישראלי: ריסוס ננו-חלקיקים הזין שיחי עגבניות שרי ביעילות גבוהה פי 300 מהשיטות הקיימות

כדי שעגבנייה ממוצעת תצליח להפוך מזרע קטנטן לשיח שופע פרות בשלים ורעננים, היא צריכה לקבל לאורך זמן מים, מזון והגנה מפני מזיקים. נוסף על דישון, אחת הדרכים הנמצאות כיום בשימוש נרחב להזנת תוצרת חקלאית היא ריסוס. אולם בשיטות הקיימות רק כעשירית האחוז מהחומר המרוסס אכן נספג בצמח. חוקרים מהקבוצה של אבי שרודר מהמחלקה להנדסה כימית בטכניון דיווחו לאחרונה שהם הצליחו לפתח ננו-חלקיקים מיוחדים שמאפשרים להגדיל את ספיגת החומרים המזינים של צמחים עד ל-30 אחוז – פי 300 מהשיטות הקיימות.

כדי להבין איך שרודר ועמיתיו הצליחו לשפר את יעילות הספיגה של רכיבים תזונתיים בצמחים באמצעות ריסוס, עלינו להבין מה פוגם ביעילות של השיטות הקיימות. כדי שריסוס יהיה יעיל, החומרים שבו צריכים לחדור לתאי הצמח. כמו כל תא, גם תאי הצמח מוקפים בקרום שומני החוצץ בין תוך התא לסביבתו. לכן, כשמרססים על צמח תמיסה שמכילה למשל ברזל ומגנזיום, רק אחוז קטן של המינרלים יצליח לחדור לעלה ולתוך התאים.

כדי להצליח להחדיר מינרלים מבעד לממברנת התא של הצמחים פיתחו החוקרים כמוסה זעירה בקוטר של כ-100 ננומטר (עשירית של אלפית המילימטר), שמורכבת גם היא ממולקולות שומן בדומה לממברנת התא. שרודר ועמיתיו שיערו שהכמוסה השומנית תהיה יציבה מספיק זמן כך שתוכל בסופו של דבר להתאחות עם קרום התא ולשחרר את תכולתה. תקוותם הייתה שמכיוון שהשימוש בכמוסות ננומטריות הוכיח את עצמו כדרך יעילה בין השאר לדיוור ממוקד של תרופות נגד סרטן, אותו עיקרון יפעל גם בצמחים.

בשלב הראשון בדקו החוקרים אם הכמוסות שפיתחו מצליחות להגיע לחלקי צמח שונים. לשם כך הם לקחו שיח של עגבניות שרי וריססו את אחד העלים בתרסיס המכיל כמוסות שבתוכן מולקולות שזוהרות באור ירוק. מאוחר יותר לקחו דוגמאות מהשורש ומעלים סמוכים, ובדקו במיקרוסקופ אם החומר הצבוע התפזר בצמח. הם מצאוכי כעבור 72 שעות החלו להצטבר מולקולת צבע גם בשורש וגם בעלים סמוכים לעלה המטופל, מה שמראה כי החומר שבתוך הננו-כמוסות עובר ממקום למקום בתוך הצמח עצמו. בנוסף נמצא כי בפרק הזמן הזה כ-30 אחוז מהחומר שרוסס על העלה אכן נספג בצמח.

בהמשך גידלו החוקרים במשך כשלושה שבועות עגבניות שרי באדמה נטולת מגנזיום וברזל - שני מינרלים הנחוצים לצמיחה תקינה. לאחר מכן ריססו על אחד העלים מגנזיום וברזל בשתי צורות: חופשיים בתמיסה או כלואים בתוך ננו-כמוסות. כעבור שבועיים העגבניות שקיבלו מגנזיום וברזל בננו-כמוסות השתקמו טוב יותר מאלה שקיבלו אותם בצורה רגילה.

בניסוי נוסף, שיחי עגבניה נעקרו מהאדמה, וגודלו בסביבה הידרופונית, כלומר גידול מבוסס-מים שמכילים נוטריינטים שונים. החוקרים שלטו בהרכב הנוטריינטים, ומצאו שהשיחים שגדלו בסביבה מעוטת ברזל וקיבלו לאחר מכן תוספת של ברזל בעזרת ננו-כמוסות, הגיעו לגובה רב יותר והצמיחו יותר עלים מאלה שקיבלו תוסף ברזל ללא ננו-כמוסות. נראה אם כן שהננו-חלקיקים השומניים של שרודר ועמיתיו עשו את העבודה, לפחות בתנאי מעבדה.



העקרון של הובלת תרופות נגד סרטן לאתר המטרה עובד גם בצמחים. פרופ' אבי שרודר | צילום: דורון גולן, הטכניון

מהמעבדה לשדה

ישראל תורמת תרומה משמעותית לפיתוחים חקלאיים טכנולוגיים, ודוגמאות מפורסמות לכך הן הטפטפות,השבחת עגבניות השרי ופיתוח זני הדרים. האם הננו-כמוסות מהטכניון יהפכו יצטרפו לרשימה המכובדת? ? נכון לעכשיו נראה שהדרך לשם עוד ארוכה. אמנם יעילותן של הננו-כמוסות הוכחה במעבדה, אך צריך לראות שהשיטה פועלת ביעילות גם בתנאי שדה, למשל אינה מושפעת מתאני חום ולחות, מאבק ומריסוס של חומרים אחרים. כמו כן, כדי שהפיתוח יעבור לפסים מסחריים צריך להתגבר על אתגר נוסף: עלות הייצור שלו. בשונה מתרופות נגד סרטן שמבוססות על ננו-חלקיקים, הכמויות הדרושות לשימוש חקלאי גדולות בהרבה, והעלויות – בהתאם.