افزایش بهره‌وری محصولات کشاورزی با باکتری‌های محرک رشد گیاه و نانو ذرات: سازوکارها، چالش‌ها و جهت‌گیری‌های آینده

در دهه‌های اخیر، توجه به کشاورزی پایدار و بهره‌برداری موثر از منابع طبیعی به طور فزاینده‌ای افزایش یافته است. باکتری‌های محرک رشد گیاه (pgpr) و ذرات نانو به عنوان دو فناوری نوین در زیست‌فناوری کشاورزی، توانسته‌اند به بهبود رشد و کیفیت محصولات کشاورزی کمک شایانی کنند.pgpr ها، گروه متنوعی از باکتری‌های مفید خاکزی هستند که از طریق سازوکارهای مستقیم و غیرمستقیم، رشد گیاهان را بهبود می‌بخشند. از سوی دیگر، ذرات نانو با ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی منحصربه‌فرد خود، نقش‌های متعددی در کشاورزی ایفا می‌کنند و می‌توانند به عنوان حامل‌های موثر مواد مغذی و آفت‌کش‌ها عمل کرده و مستقیماً بر فرآیندهای فیزیولوژیکی گیاه تاثیر بگذارند. بررسی‌ها نشان می‌دهد که استفاده ترکیبی از pgpr و نانوذرات می‌تواند اثرات هم‌افزایی قابل توجهی بر عملکرد محصولات کشاورزی داشته باشد. به عنوان مثال، کاربردbacillus subtilis با کود npk در مزارع کلزا منجر به افزایش حدود 46 درصدی عملکرد دانه در دو سال متوالی شده است. همچنین، استفاده از نانوذرات اکسید روی، آهن و zn-fe همراه با azotobacter در گندم، افزایش چشمگیر 88 درصدی در عملکرد دانه را نشان داده است. در شرایط تنش آلودگی خاک، ترکیب actinobacterium sp. و نانوذرات سلنیوم موجب افزایش 74 درصدی زیتوده در سویا گردید. علاوه بر این، استفاده از نانوذرات نقره با bacillus pumilus و pseudomonas moraviensis وزن تر پیاز را به ترتیب 75 و 33 درصد افزایش داده است. این اثرات هم‌افزایی احتمالاً از طریق بهبود جذب مواد مغذی، تولید هورمون‌های رشد گیاهی، افزایش تحمل به تنش و بهبود کلونیزاسیون ریشه، بهبود جذب مواد مغذی و تحریک سیستم ایمنی گیاه صورت می‌گیرد. با وجود این نتایج امیدوارکننده، استفاده از این فناوری‌ها با چالش‌هایی نظیر سمیت احتمالی برخی نانوذرات، اثرات بلندمدت زیست‌محیطی و نیاز به تدوین پروتکل‌های استاندارد برای تولید و مصرف همراه است. بنابراین، تحقیقات بیشتری برای بهینه‌سازی کاربرد این ترکیبات و درک کامل مکانیسم‌های عمل آن‌ها ضروری است.

enhancing agricultural productivity using pgpr and nanoparticles: mechanisms, challenges, and future directions

background and objective:the growing global population and increasing food demand necessitate sustainable agricultural practices that enhance productivity while minimizing environmental impact. conventional agriculture's reliance on synthetic inputs has led to significant environmental degradation. in this context, integrating biotechnological approaches, particularly using plant growth-promoting bacteria (pgpr) and nanotechnology, offers a promising strategy. pgpr, a diverse group of rhizosphere bacteria, promote plant growth through direct mechanisms like enhancing nutrient availability (nitrogen fixation, phosphorus solubilization, potassium mobilization), producing phytohormones (auxins, gibberellins, cytokinins), and synthesizing siderophores. indirect mechanisms involve suppressing pathogens through antibiotics, lytic enzymes, and induced systemic resistance (isr). nanoparticles, with their unique physicochemical properties (high surface area-to-volume ratio, quantum effects, enhanced reactivity), offer advantages in agriculture. they act as carriers for targeted delivery of nutrients and agrochemicals, improving efficiency and reducing contamination. they also directly influence plant physiological processes. combining pgpr and nanoparticles shows promising synergistic effects, potentially leading to greater improvements in plant growth and yield. this synergy stems from enhanced bacterial colonization, improved nutrient delivery, and direct effects on plant physiology. this study aims to: (1) review the mechanisms by which pgpr and nanoparticles influence plant growth; (2) investigate their synergistic interactions; (3) analyze their practical applications; (4) discuss challenges and limitations; and (5) provide future research recommendations for optimizing their application in sustainable agriculture.material and methods:this study employed a comprehensive literature review of existing research on pgpr and nanoparticle applications in agriculture. scientific articles, reports, books, reviews, and conference proceedings were collected from databases like scopus, web of science, pubmed, google scholar, and sciencedirect. keywords and boolean operators were used for the search, including plant growth-promoting bacteria, pgpr, nanoparticles, nanotechnology in agriculture, nutrient uptake, plant hormones, biotic/abiotic stress, sustainable agriculture, nanofertilizers, and related terms. the collected literature was critically evaluated for relevance, methodological rigor, and scientific quality. studies investigating the synergistic effects of combining pgpr and nanoparticles were prioritized. information extracted included types of pgpr and nanoparticles, application methods, plant species, experimental conditions, and measured parameters (plant growth, yield, nutrient uptake, stress tolerance).results:the literature review provides compelling evidence of the beneficial effects of pgpr and nanoparticles on plant growth and yield. pgpr have consistently been shown to enhance nutrient availability, stimulate root development, improve water use efficiency, and increase plant resistance to various biotic and abiotic stresses.