农业纳米生物技术与应用 课件 第9章 纳米传感器与智能植物构建

第九章纳米传感器与智能植物构建农业纳米生物技术与应用农业纳米工程的背景介绍02BACKGROUNDINTRODUCTIONOFAGRICULTURALNANOENGINEERING农业纳米技术的基本概念03BASICCONCEPTOFAGRICULTURALNANOTECHNOLOGY纳米技术在农业领域的应用04APPLICATIONOFNANOENGINEERINGTECHNOLOGYINAGRICULTURALFIELD农业纳米工程课程介绍01INTRODUCTIONTOAGRICULTURALNANOENGINEERINGCOURSE农业纳米工程课程介绍01INTRODUCTIONTOAGRICULTURALNANOENGINEERINGCOURSE4农业纳米工程课程简介纳米技术是21世纪最重要的技术，它的发展给各个领域带来了前所未有的契机。在农业领域，纳米技术的应用使得一些长期存在的难题得以解决，同时也引发出了一些新的农业技术、理论等，为推动现代农业发展起到了非常重要的作用，尤其在施肥、环境保护、信息感知等领域纳米技术为农业带来了新的解决途径，显著提升了农业经济效益。NANOTECHNOLOGYINAGRICULTURE5NanotechnologyinSustainableAgriculture3min6农业纳米工程课程简介本课程主要涉及三方面的内容：一、农业纳米工程的基本理论：智慧农业的发展、纳米技术的发展，纳米技术对于智慧农业发展的重要性和关键性。二、纳米工程技术在农业领域的应用：包括纳米肥料、纳米农药、纳米植保、纳米传感、纳米发电机等。三、农业纳米工程的新研究进展与未来趋势：纳米材料的生物毒性研究、新型纳米感知技术、病虫害管理、纳米诊断等。课程将采用课堂授课、课堂讨论与试验教学相结合的方法。农业纳米工程的背景介绍02BACKGROUNDINTRODUCTIONOFAGRICULTURALNANOENGINEERING8背景介绍-全球粮食危机加剧粮食是人类生存的“根本”在2020年的时候，由于东非蝗灾的问题，导致全球出现了“粮食危机”的现状，并且多个国家出现了“封锁出口粮食”的情况，索性这一次没有影响到全球，算是一次区域性的“粮食危机”。然而粮食危机对大家来说，并没有彻底解除，在全球范围之中，还有很多地区出现了粮食问题。在《2021年全球粮食危机报告》(2021GlobalReportonFoodCrises)，世界粮食计划署再一次发出了警告，那就是“粮食危机在加剧”之中，其中2020年超1.55亿人陷入了严重的粮食危机局面，包含了55个国家/地区，并且相比2019年又增加了约2000万人。9在联合国可持续发展目标“零饥饿”（Zerohunger）的网站页面，最先映入眼帘的文字便是营养不良人口在过去20年里大约减少了一半。但是，这条看似让人欣喜的好消息后面紧跟着另一条内容：将近10亿人口仍处于营养匮乏状态。现实不止于此。人口膨胀，环境变化，能源和水需求上升，这些因素势必将加重粮食生产与分配的压力。要满足全球人口的粮食需求，需要采取各种各样的措施，包括改变行为，减少浪费，增加保护力度，增强国际干预等。但是可以说，这一切都要从粮食生产入手，我们应以一种可持续的方式增加粮食产量，即不对环境和能源需求造成额外压力。背景介绍-全球粮食危机加剧背景介绍-关于农业纳米技术大量的研究10背景介绍-关于农业纳米技术大量的研究11背景介绍-关于农业纳米技术大量的研究12背景介绍-NATURE等重要期刊的积极关注1314纳米农业未来可期|《自然-纳米技术》农业专题

2019年6月5日，Naturenanotechnology(2022IF:40.523)杂志推出了纳米材料在农业的应用的专题报道"Nano-enabledagriculture"，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。15纳米农业未来可期|《自然-纳米技术》农业专题1.Naturenanotechnology杂志主编FabioPulizzi发表的社论文章认为目前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KarenHussey等发表的评论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。16纳米农业未来可期|《自然-纳米技术》农业专题3.来自荷兰乌得勒支大学的KoenBeumer的评论文章认为公众在纳米技术的成功或失败中起着关键作用。虽然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，但与能源，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ContactNeenaMitter等发表的评论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。175.来自美国卡耐基梅隆大学GregoryV.Lowry等发表的观点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。纳米农业未来可期|《自然-纳米技术》农业专题18纳米农业未来可期|《自然-纳米技术》农业专题6.来自南澳大学EnzoLombi等发表的观点文章关注纳米颗粒的具体情况，并建议需要一种以OneHealth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）。19纳米农业未来可期|《自然-纳米技术》农业专题7.来自奥克兰大学MelanieKah等发表的综述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。20纳米农业未来可期|《自然-纳米技术》农业专题8.来自美国加州大学河滨分校JuanPabloGiraldo等发表的综述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。21纳米农业未来可期|《自然-纳米技术》农业专题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。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。22纳米技术作为新世纪农业科技革命中重要驱动力，在实现联合国“零饥饿Zerohunger”可持续发展目标，构建可持续、高效、复原力强的农业系统中发挥重要作用通过探究纳米材料与植物之间的相互作用，开展纳米感知、纳米农药、纳米肥料、纳米发电机、纳米基因工程多领域研究纳米农业未来可期|《自然-纳米技术》农业专题纳米材料将