先进的技术能够控制药物向体内特定细胞的释放。科学家认为，如果种植者想要满足日益增长的全球粮食需求，这些技术也必须应用于农业。

在《自然纳米技术》期刊的一篇评论论文中，加州大学河滨分校和卡内基梅隆大学的科学家重点介绍了一些利用纳米技术改善农业的最著名策略。

纳米技术是研究和设计微观物体的总称。纳米有多小?一纳米是十亿分之一米，比人类头发的宽度小约十万分之一。利用纳米技术，药物现在可以被运送到最需要的地方。但这些见解尚未大规模应用于植物科学。

“有研究预测，到2050年，我们需要将粮食产量相对于2020年的水平提高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，”加州大学河滨分校副教授、论文共同通讯作者JuanPabloGiraldo表示。

“农场使用的化肥有一半流失到环境中，污染了地下水。常用的农药情况更糟，只有5%能达到预期效果，其余的最终都污染了环境。还有很大的改进空间，”吉拉尔多说。

目前，农业占全球温室气体排放量的28%。再加上极端天气事件、农作物害虫猖獗和土壤迅速退化等一系列其他因素，凸显了对新农业实践和技术的需求。

在他们的评论中，研究人员强调了借鉴纳米医学的具体方法，可用于将杀虫剂、除草剂和杀菌剂输送到特定的生物目标。

“我们率先开发了靶向递送技术，该技术基于用糖或肽包覆纳米材料，以识别植物细胞和细胞器上的特定蛋白质，”Giraldo说道。“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，例如植物维管系统、细胞器或植物病原体感染的部位。”

这样做可以让植物更能抵抗疾病和有害环境因素，如极端高温或土壤含盐量高。这种输送方式也是一种更环保的方法，对环境的脱靶效应更少。

论文中讨论的另一种策略是利用人工智能和机器学习来创建“数字孪生”。医学研究人员使用计算模型或“数字患者”来模拟药物如何与身体相互作用并在体内移动。植物研究人员也可以用同样的方式设计纳米载体分子，将营养物质或其他农用化学品输送到最需要它们的植物器官。

“它就像电影《钢铁侠》里的贾维斯(JustARatherVeryIntelligentSystem，简称JARVIS)。本质上是一个人工智能向导，帮助设计具有可控输送特性的农业纳米颗粒，”吉拉尔多说。“我们可以用真实的植物实验来跟踪这些双胞胎模拟，以获得对模型的反馈。”

卡内基梅隆大学工程学教授、评论论文共同通讯作者GregLowry表示：“纳米技术能够精确地向植物输送活性剂，这将彻底改变农业，但要充分发挥其优势，我们必须首先克服一些关键的技术挑战。”

“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的有益影响感到乐观。”