先进的技术可以控制药物释放到体内的特定细胞。科学家认为，如果种植者要满足日益增长的全球粮食需求，这些技术必须应用于农业。
在一篇新的《自然纳米技术》杂志评论论文中，来自加州大学河滨分校和卡内基梅隆大学的科学家们强调了一些用纳米技术改善农业的最著名的策略。
纳米技术是研究和设计微小物体的总称。多小?一纳米是一米的十亿分之一，或者比人类头发的宽度小10万倍。利用纳米技术，药物现在可以送到最需要的地方。但是这些见解还没有大规模地应用于植物科学。
“有研究预测，相对于2020年的水平，我们需要在2050年将粮食产量提高60%。目前，我们正试图通过低效的农用化学品输送来实现这一目标，”加州大学洛杉矶分校副教授、论文的共同通讯作者胡安·巴勃罗·吉拉尔多说。
“农场上施用的化肥有一半流失在环境中，污染了地下水。就常用杀虫剂而言，情况更糟。只有5%达到了预期目标。剩下的污染了环境。还有很多改进的空间，”吉拉尔多说。
目前，农业占全球温室气体排放量的28%。这一点，再加上极端天气事件、作物病虫害肆虐和土壤迅速退化等一系列其他因素，突显出需要新的农业实践和技术。
在他们的综述中，研究人员强调了从纳米医学中借鉴的特定方法，这些方法可用于将杀虫剂、除草剂和杀菌剂输送到特定的生物靶点。
吉拉尔多说:“我们正在开拓靶向递送技术，该技术基于在纳米材料上涂上糖或肽，以识别植物细胞和细胞器上的特定蛋白质。”“这使我们能够利用植物现有的分子机制，将所需的化学物质引导到植物需要的地方，例如植物的脉管系统、细胞器或植物病原体感染的部位。”
这样做可以使植物更能抵御疾病和有害的环境因素，如极端高温或土壤中的高盐含量。这种输送方式也是一种更环保的方式，在环境中产生的脱靶效应更少。
论文中讨论的另一个策略是利用人工智能和机器学习来创造一个“数字双胞胎”。医学研究人员使用计算模型或“数字病人”来模拟药物如何在体内相互作用和移动。植物研究人员可以做同样的事情来设计纳米载体分子，将营养物质或其他农用化学品运送到最需要的植物器官。
“这就像电影《钢铁侠》中的J.A.R.V.I.S.(只是一个非常聪明的系统)。从本质上讲，这是一种人工智能指南，可以帮助设计具有农业可控制输送特性的纳米颗粒。”吉拉尔多说。“我们可以用现实生活中的植物实验来跟进这些双胞胎模拟，以获得对模型的反馈。”
卡内基梅隆大学工程学教授格雷格·洛瑞(Greg Lowry)是这篇评论文章的共同通讯作者，他说:“在植物中精确输送纳米活性物质将改变农业，但我们必须首先克服关键的技术挑战，才能实现它的全部好处。”“我对植物纳米生物技术方法的未来以及它对我们可持续生产粮食的能力产生的有益影响持乐观态度。”
