重磅！8篇Nature Nanotech文章论述纳米技术在农业中的应用及挑战|163

2019年6月5日，Nature nanotechnology(2017 IF :37.4 )杂志推出了纳米材料在农业的应用的专题报道"Nano-enabled agriculture"，其中包括了1篇社论及3篇评论文章，并且附上了2篇观点文章和2篇综述文章。这些文章阐述了纳米技术在粮食生产和保存中的一些最重要的应用前景，也阐述了相关的技术挑战和公共认知与监管不足所带来的挑战。

此前，我们也一直在关注纳米技术与农业的结合，如【PNAS】再一次突破！DNA纳米结构递送生物大分子到植物细胞内！继碳纳米管后又一重要进展！和任何植物都能进行转基因/基因编辑的方法被开发？来自两篇Nature Nanotech文章报道纳米颗粒！！CRISPR编辑技术结合纳米颗粒，将快速推进作物的遗传改良！

1. Nature nanotechnology杂志主编Fabio Pulizzi发表题为“Nano in the future of crops”的社论文章。该文章认为纳米农业仍处于萌芽阶段，但是却是一个机遇和挑战并存的领域，将在不久的将来迎来高速发展；如果可以恰如其分地理解工程纳米材料与植物之间的基本互作，那么纳米农业未来可期。

2. 来自昆士兰大学Karen Hussey等发表题为“Moving policy and regulation forward for nanotechnology applications in agriculture”的评论文章。该文章探讨了尽管纳米技术对农业和食品部门具有潜在的好处，但是很少有农业应用进入市场的原因。同时就未来几年政策和法规如何有效发展提出了一些建议，以便最好地识别和管理并利用纳米技术的风险。

3.来自荷兰乌得勒支大学的Koen Beumer题为 “On the elusive nature of the public”的品论文章，该文章认为公众在纳米技术的成功或失败中起着关键作用。这在农业纳米技术方面尤其重要，农业纳米技术可通过促进全球粮食安全提供巨大的公共利益。然而，与能源，建筑或计算等领域相比，食品和农业领域的纳米技术也更容易引起公众关注。文章认为公众在关于农业纳米技术的讨论充斥着相互矛盾的舆论，而实用主义概念可能有助于解释为什么这么难以识别。并且呼吁纳米科学家不应该害怕公众，而应该始终关注新公众的出现。

4.来自昆士兰大学Contact Neena Mitter等发表题为“How nanocarriers delivering cargos in plants can change the GMO landscape”的评论文章。该文章认为转基因生物作为食物是一个全球争议的话题。而纳米技术和基因组编辑的进步可以重新定义对转基因作物的监管监督的重要性。

5. 来自美国卡耐基梅隆大学Gregory V. Lowry等发表题为“Opportunities and challenges for nanotechnology in the agri-tech revolution”的观点文章。该文章提出了应用纳米技术最有希望的新机会和方法，以提高作物农业必需投入（光，水，土壤）的使用效率，并更好地管理生物和非生物胁迫。同时讨论了潜在的开发和实施障碍，强调了设计纳米技术的系统方法的必要性。

该文认为，最近收益率曲线变平，需求增加，弹性下降（例如，气候变化和土壤退化）和不可接受的环境破坏增加，这表明绿色革命已经结束。因此，未来部分需要由纳米技术推动的新的农业技术革命，以使产量与不断增长的需求保持一致，增加抵御能力和降低环境影响，使农业可持续发展。

图. a，将植物转化为传感器，以高空间和时间分辨率监测植物需求。 b，使工程化的纳米材料（ENM）能够有针对性地输送到植物中的选定位置，类似于人类的药物输送。 c，更好地管理生物和非生物环境压力。 d，提高养分利用效率，或从废水中回收养分，最大限度地减少农业的氮磷输入。

6. 来自南澳大学Enzo Lombi等发表题为“A One Health approach to managing the applications and implications of nanotechnologies in agriculture”的观点文章。该文章关注纳米颗粒的具体情况，并建议需要一种以One Health概念为基础的跨学科方法来支持这些技术的可持续发展。

该文认为农业纳米技术的大规模释放会以各种方式增加人类的暴露。首先，通过食品链的“污染”与用于生产的ENM。此外，尽管目前通过食品和饮料进行的人体暴露仅限于相对较少的ENM类别，但将开发的农业纳米技术的范围将更加多样化，并且在某些情况下，将直接携带有毒物质（即，纳米传递）。

因此，该文提出了应该引进One Health的原则和方法，如下图：

7. 来自奥克兰大学Melanie Kah等发表题为“Nano-enabled strategies to enhance crop nutrition and protection”的综述文章。该文章介绍了纳米技术在改善作物生产，满足全球对食品，饲料和燃料的需求，同时实施可持续农业上的应用。

图. 当前作物生产背景的关键数据。

相对于非纳米，不同纳米农用化学品的田间规模性能。

8. 来自美国加州大学河滨分校Juan Pablo Giraldo等发表题为“Nanobiotechnology approaches for engineering smart plant sensors”的综述文章。该文章讨论了基于智能纳米生物技术的传感器的设计和接口，通过光学，无线或电信号向农业和表型设备报告与健康状态相关的植物信号分子。同时还提出了一个综合的，前瞻性的愿景，即纳米技术如何能够实现与电子设备通信并启动电子设备的智能工厂传感器，以监控和优化单个植株的生产力和资源利用。

该文章设想基于智能纳米生物技术的传感器，通过光学和无线信号报告植物健康状况，并微调农业设备响应（图1）。纳米传感器有望将植物化学信号转化为数字信息，以便通过电子设备实时监测植物健康状况。这些用于精确检测单个植物中的胁迫或资源缺乏的纳米生物技术方法将有助于通过促进耐受性变种的化学表型的高通量筛选来改进植物育种的表型分型技术。通过纳米生物技术设计的智能植物传感器将能够向现有农业设备报告作物健康状况，以促进向自动化方法的过渡，从而精确有效地利用资源（如下图）。