2-10- 2- قارچ میکوریزا آربسکولار و واکنش گیاهان……………………………………………………………………. 32

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

فصل سوم- مواد و روشها
3-1- مطالعات جوانهزنی بذر……………………………………………………………………………………………………. 35
3-1-1- آزمایش سطوح مختلف اکسیدروی نانو و معمولی بر شاخصهای جوانهزنی و رشد گیاهچه لوبیا………………………………………………………………………………………………………………………………………… 35
3-2- مطالعات گلخانهای …………………………………………………………………………………………………………. 42
3-2-1- آماده سازی بستر کاشت ……………………………………………………………………………………………… 42
3-2-2- کاشت، داشت و برداشت گیاه لوبیا ………………………………………………………………………………. 43
3-2-3- تجزیه گیاه ………………………………………………………………………………………………………………… 44

3-2-4- تجزیه خاک پس از برداشت گیاه …………………………………………………………………………………. 45
3-3- تجزیه و تحلیل آماری ……………………………………………………………………………………………………. 46
فصل چهارم- نتایج و بحث
4-1- آزمایش جوانهزنی بذر ………………………………………………………………………………………………….. 47
4-1-1- اثر نوع اکسیدروی (نانو و معمولی) بر شاخصهای جوانهزنی بذر …………………………………. 47
4-1-2- اثر سطوح اکسیدروی بر شاخصهای جوانهزنی بذر …………………………………………………….. 48
4-1-3- اثر متقابل نوع اکسیدروی و سطوح آنها بر شاخصهای جوانهزنی بذر ……………………………. 49
4-1-4- اثر نوع اکسیدروی (نانو و معمولی) بر صفات مورد ارزیابی روی لوبیا ……………………………. 54
4-1-5- اثر سطوح مختلف اکسیدروی بر صفات مورد ارزیابی روی لوبیا ……………………………………. 55
4-1-6- اثر متقابل نوع اکسیدروی (نانو و معمولی) و سطوح آنها بر صفات مورد ارزیابی روی لوبیا …………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 56
4-2- آزمایش گلخانهای …………………………………………………………………………………………………………. 59
4-2-1- اثر تیمارهای آزمایشی بر عملکرد و اجزای عملکرد گیاه لوبیا …………………………………………. 59
4-2-1-1- اثر نوع اکسیدروی (نانو و معمولی) بر شاخصهای رشدی لوبیا …………………………………. 59
4-2-1-2- اثر قارچ گلوموس اینترارادیسس بر شاخصهای رشدی لوبیا ……………………………………….60
4-2-1-3- اثر سطوح اکسیدروی بر شاخصهای رشدی لوبیا ………………………………………………………62
4-2-1-4- اثر متقابل نوع اکسیدروی (نانو و معمولی) و قارچ گلوموس اینترارادیسس بر شاخصهای رشدی لوبیا ……………………………………………………………………………………………………………………………. 63
4-2-1-5- اثر متقابل سطوح اکسیدروی و قارچ گلوموس اینترارادیسس بر شاخصهای رشدی لوبیا …………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 65
4-2-1-6- اثر متقابل نوع اکسیدروی (نانو و معمولی) و سطوح آنها بر شاخصهای رشدی لوبیا …….. 68
4-2-1-7- اثر متقابل نوع اکسیدروی، سطوح آنها و قارچ گلوموس اینترارادیسس بر شاخصهای رشدی لوبیا ……………………………………………………………………………………………………………………………………….72
4-3- تأثیر تیمارهای آزمایشی بر عناصر غذایی پر مصرف در گیاه لوبیا ………………………………………… 75
4-3-1- تأثیر تیمارهای آزمایشی بر عناصر نیتروژن، فسفر و پتاسیم گیاه ………………………………………. 75
4-4- تأثیر تیمارهای آزمایشی بر عناصر کم مصرف گیاه …………………………………………………………….. 83
4-4-1- عناصر روی، مس و آهن در گیاه …………………………………………………………………………………. 83
4-5- تأثیر تیمارهای آزمایشی بر خصوصیات خاک پس از برداشت گیاه لوبیا …………………………………90
4-5-1- pH خاک پس از برداشت گیاه …………………………………………………………………………………….. 90
4-5-2- هدایت الکتریکی عصاره اشباع خاک پس از برداشت گیاه ………………………………………………… 94
4-6- تأثیر تیمارهای آزمایشی بر عناصر کم مصرف در خاک پس از برداشت گیاه …………………………… 99
4-6-1- تأثیر تیمارهای آزمایشی بر عناصر روی، مس و آهن در خاک ………………………………………….. 99
فصل پنجم- نتیجهگیری نهایی و پیشنهادات
5-1- نتیجهگیری نهایی …………………………………………………………………………………………………………… 106
5-2- پیشنهادات ……………………………………………………………………………………………………………………. 108
پیوست …………………………………………………………………………………………………………………………………. 110
منابع……………………………………………………………………………………………………………………………………… 116
فهرست شکلها
عنوان شکل صفحهشکل 3-1. تصویر دو بعدی اندازه ذرات نانواکسیدروی با استفاده از میکروسکوپ تونلی روبشی (STM) …………………… 36شکل3-2. تصویر توپوگرافی نانوذرات اکسیدروی با استفاده از میکروسکوپ تونلی روبشی (STM) …………………………… 37شکل3-3. تصویر اندازه ذرات اکسیدروی نانو با میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) …………………………………………….37شکل3-4 تصویر اندازه ذرات اکسیدروی معمولی با میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) ……………………………………… 38
فهرست جدولها
عنوان جدول صفحهجدول 2-1 سمیت نانواکسیدروی در برخی محصولات کشاورزی…………………………………………………………………………….. 29جدول 3-1 خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک قبل از آزمایش …………………………………………………………………………….. 43جدول 4-1 تاثیر نوع اکسیدروی (نانو و معمولی) بر شاخصهای جوانه زنی بذر لوبیا ………………………………………………….. 48جدول 4-2 اثرسطوح مختلف اکسیدروی بر شاخصهای جوانه زنی ………………………………………………………………………….. 49جدول 4-3 اثر متقابل نوع اکسیدروی (نانو و معمولی) و سطوح اکسیدروی بر شاخصهای جوانه زنی بذر ……………………. 54جدول 4-4 اثر نوع اکسیدروی (نانو و معمولی) بر صفات مورد ارزیابی روی لوبیا………………………………………………………… 55جدول 4-5 اثرسطوح اکسیدروی بر صفات مورد ارزیابی روی لوبیا …………………………………………………………………………… 56 جدول 4- 6 اثر متقابل نوع اکسیدروی (نانو و معمولی) و سطوح مختلف آن بر صفات مورد ارزیابی روی لوبیا ………………. 58جدول 4-7 اثر نوع اکسیدروی (نانو و معمولی) بر شاخصهای رشدی لوبیا ……………………………………………………………….. 60جدول 4-8 اثر قارچ گلوموس اینترارادیسس بر شاخصهای رشدی و وزن خشک اندام هوایی و ریشه و عملکرد دانه در گلدان …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 61 جدول 4-9 اثر سطوح اکسیدروی بر شاخصهای رشدی لوبیا …………………………………………………………………………………… 63جدول 4-10 اثر متقابل نوع اکسیدروی ( نانو و معمولی) و قارچ گلوموس اینترارادیسس بر شاخصهای رشدی لوبیا……….. 64 جدول 4-11 اثر متقابل قارچ گلوموس اینترارادیسس و سطوح اکسیدروی بر شاخصهای رشدی لوبیا …………………………. 67جدول 4-12 اثر متقابل نوع اکسیدروی (نانو و معمولی) و مقادیر آن بر شاخصهای رشد ……………………………………………. 71جدول 4-13 اثر متقابل اکسیدروی (نانو و معمولی)، سطوح آنها و قارچ گلوموس اینترارادیسس بر شاخصهای رشدی گیاه لوبیا…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 74جدول 4-14 اثر نوع اکسیدروی بر غلظت عناصر نیتروژن، فسفر و پتاسیم گیاه …………………………………………………………… 76جدول 4-15 اثر قارچ گلوموس اینترارادیسس بر غلظت عناصر نیتروژن، فسفر و پتاسیم گیاه ……………………………………….. 77جدول 4-16 اثر سطوح اکسیدروی بر غلظت عناصر نیتروژن، فسفر و پتاسیم گیاه ………………………………………………………. 78جدول 4-17 اثر متقابل قارچ گلوموس اینترارادیسس و نوع اکسیدروی بر غلظت عناصر نیتروژن،فسفر و پتاسیم گیاه ……… 79جدول 4-18 اثر متقابل نوع اکسیدروی و سطوح آنها برغلظت عناصر نیتروژن، فسفر و پتاسیم گیاه ………………………………. 80 جدول 4-19 اثر متقابل قارچ گلوموس اینترارادیسس و سطوح اکسیدروی بر غلظت عناصر نیتروژن ، فسفر و پتاسیم
گیاه …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 81جدول 4-20 اثر متقابل قارچ گلوموس اینترارادیسس ، نوع و سطوح اکسیدروی بر غلظت عناصر نیتروژن ، فسفر و پتاسیم گیاه …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 82جدول 4-21 اثر نوع اکسیدروی (نانو و معمولی) بر غلظت روی، مس و آهن در گیاه لوبیا ………………………………………….. 83 جدول 4-22 اثر قارچ گلوموس اینترارادیسس ( با حضور و عدم حضور قارچ ) بر غلظت عناصر روی ، مس و آهن گیاه لوبیا…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 84 جدول 4-23 اثر سطوح اکسیدروی بر غلظت عناصر روی، مس و آهن گیاه لوبیا ………………………………………………………. 85جدول 4-24 اثر متقابل قارچ گلوموس اینترارادیسس و نوع اکسیدروی بر غلظت روی، مس و آهن گیاه لوبیا ……………… 86جدول 4-25 اثر متقابل نوع اکسیدروی و سطوح آنها بر غلظت عناصر روی، مس و آهن در گیاه لوبیا …………………………. 87جدول 4-26 اثر متقابل قارچ گلوموس اینترارادیسس و سطوح اکسیدروی بر غلظت عناصر روی ، مس و آهن در گیاه لوبیا …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 88جدول 4-27 اثر متقابل قارچ گلوموس اینترارادیسس، نوع و سطوح اکسیدروی بر غلظت عناصر روی، مس و آهن در گیاه لوبیا ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 90جدول 4-28 اثر نوع اکسیدروی (نانو و معمولی) بر pH خاک ……………………………………………………………………………….. 91جدول 4-29 اثر قارچ گلوموس اینترارادیسس بر pH خاک ……………………………………………………………………………………. 91جدول 4-30 اثر سطوح اکسیدروی بر pH خاک …………………………………………………………………………………………………… 91جدول 4-31 اثر متقابل نوع اکسیدروی و قارچ گلوموس اینترارادیسس بر pH خاک …………………………………………………. 92جدول4-32 اثر متقابل نوع اکسیدروی (نانو و معمولی) و سطوح آنها بر pH خاک ……………………………………………………. 92جدول 4-33 اثر متقابل قارچ گلوموس اینترارادیسس و مقادیر آنها بر pH خاک ……………………………………………………….. 93جدول 4-34 اثر متقابل قارچ گلوموس اینترارادیسس، نوع اکسیدروی و سطوح آنها بر pH خاک ……………………………….. 94جدول 4-35 اثر نوع اکسیدروی (نانو و معمولی) بر EC خاک ………………………………………………………………………………. 95جدول 4-36 اثر قارچ گلوموس اینترارادیسس بر EC خاک …………………………………………………………………………………… 95جدول4-37 اثر سطوح اکسیدروی بر EC خاک ………………………………………………………………………………………………….. 96جدول 4-38 اثر متقابل نوع اکسیدروی (نانو و معمولی) و قارچ گلوموس اینترارادیسس بر EC خاک ………………………… 96جدول 4-39 اثر متقابل قارچ گلوموس اینترارادیسس و سطوح اکسید روی بر EC خاک ……………………………………………. 97جدول 4-40 اثر متقابل نوع اکسیدروی و سطوح آنها بر EC خاک …………………………………………………………………………. 98جدول4-41 اثر متقابل قارچ گلوموس اینترارادیسس، نوع و سطوح اکسید روی بر EC خاک ……………………………………. 99جدول 4-42 اثر نوع اکسیدروی بر غلظت عناصر روی، آهن و مس در خاک ………………………………………………………….. 100جدول 4-43 اثر قارچ گلوموس اینترارادیسس بر مقادیر عناصر روی، آهن و مس قابل دسترس خاک ………………………… 101جدول 4-44 اثر سطوح اکسیدروی بر مقادیر عناصر روی، آهن و مس قابل دسترس خاک ……………………………………….. 101جدول 4-45 اثر متقابل قارچ گلوموس اینترارادیسس و نوع اکسیدروی بر مقادیر عناصر روی ، آهن و مس قابل دسترس خاک ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 102جدول 4-46 اثر متقابل سطوح اکسیدروی و قارچ گلوموس اینترارادیسس بر مقادیر روی ، آهن و مس قابل دسترس خاک ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 103جدول 4-47 اثر متقابل نوع و سطوح اکسیدروی بر مقادیر عناصر روی، آهن و مس قابل دسترس خاک ……………………. 104جدول 4-48 اثر متقابل نوع و سطوح اکسیدروی برمقادیر عناصر روی، آهن و مس قابل دسترس خاک …………………….. 105
فصل اول: مقدمه
1- مقدمه
در طی پنجاه سال گذشته، پیشرفت فناوری تولید مواد شیمیایی، انقلابی را در تولید محصولات کشاورزی به وجود آورده است (واسیلیسکی، 2003). با شروع کشاورزی صنعتی که دو عامل مهم آن استفاده از ارقام پر محصول و کود پذیر گیاهان زراعی و بکارگیری کودهای شیمیایی بودند، تولید محصولات کشاورزی دگرگون و رشد فزایندهای ایجاد شد. تغییرات ایجاد شده در طبیعت در اثر دخالتهای انسان در خاک، آب و جو به دلیل استفاده از مواد شیمیایی مختلف برای افزایش بهرهوری گیاهان از یک طرف و مصرف حدود 10 برابر انرژی برای تولید یک واحد از محصول نسبت به قرن گذشته از طرف دیگر، منجر به جستجو جهت دستیابی به روشهای جدید در تولید محصولات کشاورزی شده است (آلاجاجیان، 2007; واسیلیسکی، 2003).
کاربرد نانوتکنولوژی در کشاورزی حتی در سطح جهانی، در مرحله ظهور است. علوم نانو منجر به توسعه و بهبود کاربردهای ارزان نانوتکنولوژی برای پیشبرد رشد گیاهان شده است. نانوذرات1 و نانوکپسولها ابزاری کارا برای توزیع آفت کش ها و کودها در شکل کنترل شده با مکان هدف مشخص هستند، بنابراین خسارت زیست محیطی را کاهش میدهند. نانوتکنولوژی نقش مهمی در بهبود روشهای موجود مدیریت گیاهان زراعی بازی میکند. مواد شیمیایی زراعی از طریق آبشویی، تجزیه توسط نور، هیدرولیز و تجزیه میکروبی، بخش یا درصد خیلی کمی از آنها در محل هدف قرار میگیرند. از این رو کاربردهای مکرر برای داشتن یک کنترل موثر مورد نیاز است که باعث برخی اثرات نامطلوب نظیر آلودگی آب و خاک میگردد (نایر و همکاران، 2010).
تغییرات در فناوری، عامل اصلی شکل گیری کشاورزی نوین شده است. در بین آخرین خط نوآوریهای فناوری، نانوتکنولوژی موقعیت برجستهای در تحول کشاورزی و تولید غذا اشغال نموده است. توسعه وسایل و مواد نانو میتواند کاربردهای جدیدی را در بیوتکنولوژی گیاهی و کشاورزی باز نماید. اخیراً تمرکز اصلی در تحقیقات روی کاربرد نانوتکنولوژی در زمینه الکترونیک، انرژی و پزشکی میباشد. تجربیات بدست آمده از این موضوعات، توسعه گیاهان تغییر یافته ژنتیکی، حفاظت گیاه، مواد شیمیایی محافظ گیاه و تکنیکهای کشاورزی دقیق را آسان ساخته است. نانوتکنولوژی پیشرفتهای وسیعی در تحقیقات کشاورزی نظیر علوم و فناوری تولید مثلی، تبدیل ضایعات کشاورزی و غذایی به انرژی و دیگر محصولات ثانویه از طریق فرایند زیستی- نانوآنزیمی، جلوگیری از بیماری و تیمار در گیاه با استفاده از رهاسازی نانوذرات مختلف شبیه به آنچه که در مصرف نانو داروها در انسان استفاده میشود، ایجاد نموده است (نایر و همکاران، 2010). از ویژگیهای منحصر به فرد نانوذرات، نسبت سطح به حجم زیاد آنها است که باعث افزایش درصد اتمهای موجود در سطح شده (پرماناتان، 2011) که هم میتوانند به عنوان منبع غذایی مفید و هم به عنوان خطرات زیست محیطی مطرح شوند. بنابراین، درک کاملی از مسیرهای اصلی واکنش در تشکیل این مواد در خاک برای کاربرد مواد نانوذرات پایدارتر و ایمنتر در کشاورزی حایز اهمیت است (میلانی، 2010).
در حال حاضر عناصر کم مصرف برای گیاهان زراعی به عنوان مواد غذایی لازم و ضروری بوده به طوری که رشد و عملکرد گیاهان در خاکهایی با کمبود این عناصر کاهش مییابد. عنصر روی یکی از هفت عنصر کم مصرف ضروری برای رشد محصول بوده و نقش اساسی آن مشارکت در ساختمان 200 نوع آنزیم و پروتئین است و کمبود آن فعالیت چندین آنزیم مهم از جمله فسفاتاز، الکل دی هیدروژناز، دیمیدین کیناز، کربوکسی پپتیداز DNA و RNA را کاهش میدهد (پراساد، 1984). از دیگر نقشهای عنصر روی، نقش آن در ایجاد یک سیستم دفاعی سلولی در برابر گونههای واکنش دهنده با اکسیژن2 (ROS) میباشد. به نحوی که در شرایط کمبود عنصر روی بروز این خسارتهای اکسیداتیو ناشی از تهاجم رادیکالهای آزاد مانند ROS ها با ایجاد اختلال در عملکرد غشاهای سلولی و تولید رادیکالهای هیدروکسیل و سوپراکسیداز به سلول خسارت وارد مینماید (مورای، 1989).
اکسیدروی (ZnO) به عنوان یکی از ترکیبات معدنی عنصر روی، در حال حاضر یکی از پنج ترکیب عنصر روی بوده که توسط سازمان غذا و داروی آمریکا به عنوان یک ترکیب ایمن شناخته شده است (پراساد، 1984). اکسیدروی در مقیاس نانو ویژگیهای ضد میکروبی داشته و همچنین پایداری بیشتری در دما و فشار بالا نشان داده (ساوای، 2003) و غیر سمی بوده و حتی شامل عناصر معدنی ضروری برای بدن انسان نیز میباشد (روسلی و همکاران، 2003). اغلب مواد معدنی ضد باکتریایی، نانوذرات فلزی و نانوذرات اکسید فلزی بوده که شامل نقره (Ag)، مس (Cu)، اکسید تیتانیوم (TiO2) و اکسیدروی (ZnO) میباشد (کیوفی و همکاران، 2005؛ چادهری و همکاران، 2008؛ برادلی و همکاران، 2011). گیاهان در حضور نانو مواد (NMs) به طور طبیعی رشد کرده و روند افزایشی در تولید دارند به طوری که استفاده از نانو مواد سنتزی3، به عنوان ابزاری مناسب محسوب میشود (پن و همکاران،2010) و سرنوشت، انتقال و تحرک این نانوذرات سنتزی در خاک بستگی زیادی به شرایط محیطی داشته، ولی با این حال شناخت کمی از اثرات احتمالی نانوذرات در ویژگیهای شیمیایی، فیزیکی و بیولوژیکی خاک وجود دارد (بن- موشه و همکاران، 2012).
امروزه استفاده از نانوکودها در صنایع مختلف از جمله کشاورزی مورد توجه و اقبال عمومی قرار گرفته است. نانواکسیدروی یکی از نانوکودهای مورد استفاده در کشاورزی است که گزارشات ضد و نقیضی در مورد فواید و مضرات آن برای گیاهان ارایه شده است. استفاده از این ماده در خاک با غلظت زیاد اثرات ضد باکتریایی داشته و برخی از باکتریهای خاک را از بین میبرد، از سویی گزارشاتی در دست است که نشان میدهد استفاده از این نانو کود میتواند رشد ریشه و اندامهای هوایی گیاهان را تحریک نماید (فان و لو، 2003). امروزه بشر با دخالتهای نامتعارف خود از قبیل کاربرد بیرویه کودهای شیمیایی، سموم و ادوات کشاورزی موجب خسارتهای جبران ناپذیری به محیط زیست و نظامهای کشاورزی شده است. یکی از راهکارهای مؤثر برای خروج از این معضل، حرکت به سوی کشاورزی پایدار میباشد (غلامی و کوچکی، 1380). در حال حاضر مصرف کودهای زیستی همانند قارچ میکوریزا در یک سیستم مبتنی بر کشاورزی پایدار، موجب افزایش کیفیت و ثبات عملکرد به ویژه در گیاهان زراعی میشود. قارچ میکوریزا در مقایسه با کودهای شیمیایی برتریهای چشمگیری دارد. این قارچها با ایجاد ارتباط همزیستی با گیاهان بر جنبههای مختلف فیزیولوژی و بیوشیمی گیاه میزبان تأثیر گذاشته و موجب بهبود رشد و نمو آن میشود (نادیان، 1377). قارچهای میکوریزای آربسکولار وزیکولار در بین میکروارگانیسمهایی که محیط ریزوسفر را اشغال میکنند منحصر به فرد هستند. این قارچها اجتماعات همزیستی را با ریشه اکثر گیاهان تشکیل میدهند و علاوه بر افزایش موادغذایی معدنی در گیاه میتوانند با تحریک مواد تنظیم کننده رشد، افزایش فتوسنتز، بهبود تنظیم فشار اسمزی در شرایط خشکی و شوری، باعث افزایش مقاومت گیاهان نسبت به تنشهای محیطی شوند (رابی و مدنی، 2005).
بنابراین با توجه به اهمیت موضوع، این مطالعه به منظور دستیابی به اهداف زیر در دو شرایط آزمایشگاه و گلخانه بر روی جوانهزنی و رشد و عملکرد گیاه لوبیا سبز اجرا شد:
1- بررسی اکسیدروی نانو و معمولی بر شاخصهای جوانهزنی گیاه لوبیا سبز
2- بررسی اکسیدروی نانو و معمولی بر خصوصیات رشدی و عملکرد گیاه لوبیا سبز
3- بررسی اثرات متقابل اکسیدروی نانو و معمولی و قارچ میکوریزا بر خصوصیات رشدی و عملکرد گیاه لوبیا سبز
4- بررسی تاثیر اکسیدروی نانو و معمولی بر غلظت عناصر غذایی در گیاه لوبیا سبز
5- بررسی اثرات متقابل اکسید روی نانو و معمولی و قارچ میکوریزا بر غلظت عناصر غذایی در گیاه لوبیا سبز
6- بررسی تاثیر اکسیدروی نانو و معمولی بر غلظت عناصر کم مصرف در خاک
7- بررسی اثرات متقابل اکسید روی نانو و معمولی و قارچ میکوریزا بر غلظت عناصر کم مصرف در خاک
فصل دوم: بررسی منابع
2-1- نانوتکنولوژی4 و کشاورزی
تعاریف متفاوتی برای نانوذرات در مدارک و اسناد موجود است. اخیراً سازمان استاندارد بین المللی5، تعریفی جدید برای نانوذرات ارائه کرده است. طبق این تعریف نانوذرات به ذراتی گفته میشود که حداقل یکی از ابعاد آنها در مقیاس نانو باشد. منظور از مقیاس نانو در این تعریف اندازهای است که در حد 100-1 نانومتر باشد (کریلینگ، 2010). تاریخچه نانو مواد بسیار طولانی است اما با این وجود بخش اعظم پیشرفتهایی که در زمینه نانوتکنولوژی صورت گرفته است، تنها به دو دهه گذشته باز میگردد. ایده نانوتکنولوژی برای اولین بار توسط ریچارد فینمن6 در سال 1959 مطرح گردید و در سال 1970 ناریو تانیگوچی7 برای اولین بار اصطلاح نانوتکنولوژی را تعریف نمود (اش، 2011).
به دلیل اثرات مضری که کودهای شیمیایی در محیط زیست و کیفیت غذا ایجاد میکنند، مدتها است که استفاده از آنها مورد نکوهش قرار گرفته است. در نانوکودها به عنوان جایگزین کودهای مرسوم، عناصر غذایی کود به تدریج و به صورت کنترل شده در خاک آزاد میشوند و در نتیجه از آلودگی آب آشامیدنی جلوگیری به عمل خواهد آمد. در حقیقت با بهره گیری از فناوری نانو در طراحی و ساخت نانوکودها، فرصتهای جدیدی به منظور افزایش کارایی مصرف عناصر غذایی و به حداقل رساندن هزینههای حفاظت از محیط زیست، پیش روی انسان گشوده شده است (نادری و عابدی، 2012).
استفاده از فناوری نانو در کلیه عرصهها از جمله کشاورزی در حال گسترش میباشد. یکی از مهمترین کاربردهای فناوری نانو در جنبههای مختلف کشاورزی در بخش آب و خاک، استفاده از نانو کودها برای تغذیه گیاهان میباشد (رضایی و همکاران، 1388). ذرات کودی میتوانند با غشاهایی در مقیاس نانو پوشیده شوند که رهاسازی آهسته و مداوم عناصر غذایی را تسهیل میکنند. پوشاندن و سیمانی کردن با ذرات نانو و کوچکتر از نانو، باعث ایجاد قابلیت تنظیم رهاسازی عناصر غذایی از کپسول کودی میشود (لیو و همکاران، 2006).
2-2- نانوذرات و انواع آن
فرآوردههای نانو شامل مخلوطی از ذرههای با ابعاد بین 1 تا 100 نانومتر هستند که میتوانند خصوصیات فیزیکی و شیمیایی مواد اولیه خود را تغییر دهند (مونیکا و کرمونینی، 2009). عرضه کودهای شیمیایی به شکل نانوذرات اخیراً مورد توجه قرار گرفته است. نتایج مطالعات موجود بیانگر واکنش متفاوت گونههای مختلف گیاهان به مواد غذایی تهیه شده به شکل نانو میباشد (زو و همکاران، 2008). برای مثال در مطالعه زو و همکاران (2008) در حالی که گیاه Cucurbita maxima قادر به جذب، انتقال و تجمع مواد نانو در بافتهای خود بود، جذب و انتقال این مواد توسط گیاه Phaseolus limensis انجام نشد. گزارشات محدودی مبنی بر تأثیر مثبت مواد غذایی نانو بر رشد برخی از گیاهان از جمله بادام زمینی (پراساد و همکاران، 2012)، نخود (پاندی و همکاران، 2010)، اسفناج (یانگ و همکاران، 2006) و ریحان (پیوندی و همکاران، 2011) وجود دارد. تبدیل مواد به مقیاس نانو، ویژگیهای فیزیکی، شیمیایی، بیولوژیکی و فعالیتهای کاتالیزوری آنها را تغییر میدهد. علاوه بر انحلال پذیری بیشتر، فعالیتهای شیمیایی و قابلیت نفوذ در غشای سلولی در این نانوذرات پدیدار میگردد (مظاهری نیا و همکاران، 2010).
تحقیقات نانوتکنولوژی زمینهای از فناوریهای پیشرفته8 است که به توسعه سریع علم الکترونیک، بیوتکنولوژی، پزشکی، علوم فضایی و صنایع دفاعی منجر شده است. تاکنون مطالعات اندکی بر روی اثرات و مکانیزمهای نانوذرات بر روی رشد گیاهان انجام شده است (ژانگ و همکاران، 2005). تغییرات در فناوری کشاورزی عامل اصلی شکلگیری کشاورزی مدرن شده است. در بین جدیدترین نوآوریهای فناوری، نانوتکنولوژی موقعیت برجستهای در تحول کشاورزی و تولید غذا اشغال نموده است. توسعه وسایل و مواد نانو می تواند کاربردهای جدیدی را در بیوتکنولوژی گیاهی و کشاورزی ایجاد نماید. اخیراً تمرکز اصلی در تحقیقات روی کاربرد نانوتکنولوژی در زمینه الکترونیک، انرژی و پزشکی میباشد. نانوتکنولوژی پیشرفتهای وسیعی در تحقیقات کشاورزی نظیر علوم و فناوری تولید مثلی، تبدیل ضایعات کشاورزی و غذایی به انرژی و دیگر محصولات ثانویه از طریق فرآیند زیستی- نانوآنزیمی، جلوگیری از بیماری و تیمار گیاه با استفاده از رهاسازی نانوذرات مختلف شبیه به آنچه که در مصرف نانوداروها در انسان استفاده میشود، ایجاد نموده است (نایر و همکاران،2010).
یکی از اولین و معمولیترین سوالات که در زمان شروع کار با نانوذرات مطرح میشود این است که چرا نانوذرات این قدر قابل توجه هستند؟ چرا کار با این ساختارهای بیاندازه ریز و کوچک به ویژه وقتی با ذرات ماکروسکوپی آنها مقایسه میشوند چالش انگیز است؟ پاسخ، به خصوصیات منحصر به فرد این نانوذرات بر میگردد.
واژه نانو9 از واژه یونانی dwarf (کوتاه- کوتوله) به معنی یک بیلیونیوم متر گرفته شده است. یک نانومتر طول سه اتم کنار هم است (تاکار و همکاران، 2009).
مثالهایی از خواص منحصر به فرد نانوذرات شامل سطح ویژه بسیار زیاد، انرژی سطحی زیاد و حبس کوآنتوم10 است. این خواص غیر معمول ممکن است حتی در سرنوشت و رفتار محیطی آنها نسبت به مواد توده11 و معمولی تأثیر بگذارد. گیاهان، یک جزء پایه و اساسی تمام اکوسیستم ها هستند و نقش اساسی را در سرنوشت و انتقال نانوذرات در محیط از طریق جذب و تجمع زیستی بازی میکنند. نانوتکنولوژی نقش مهمی در بهبود روشهای موجود مدیریت گیاه زراعی دارد. مواد شیمیایی زراعی به صورت متداول برای محلول پاشی یا پخش کردن در گیاهان زراعی بکار میروند. معمولاًٌ غلظت خیلی کمی از مواد شیمیایی که تحت حداقل غلظت مؤثر مورد نیاز است به مکان هدف گیاه زراعی میرسد که به دلیل مشکلاتی نظیر آبشویی مواد شیمیایی، تجزیه توسط نور، هیدرولیز و تجزیه میکروبی میباشد. از این رو کاربردهای مکرر برای داشتن یک کنترل موثر مورد نیاز است که باعث برخی اثرات نامطلوب نظیر آلودگی آب و خاک میگردد. مواد شیمیایی نانو کپسول شده باید طوری طراحی شوند تا تمامی خصوصیات لازم نظیر غلظت موثر (با حلالیت بالا، ثبات و کارآمدی)، زمان رها سازی کنترل شده در واکنش به محرک خاص، افزایش فعالیت هدفمند و آلودگی کمتر محیطی با نحوه رهاسازی ایمن و ساده از کاربرد مکرر جلوگیری کند (نایر و همکاران، 2010).
نانوذرات را بهطور کلی میتوان به سه گروه تقسیم نمود (کریلینگ، 2010) :
1. نانوذرات طبیعی12: این دسته از نانوذرات به صورت طبیعی در محیط وجود دارند و در طی برخی از فعل و انفعالات طبیعی تولید میگردند و یا به عنوان جزئی از طبیعت هستند.
2. نانوذرات تصادفی13: این نوع از نانوذرات به طور معمول به عنوان محصولات جانبی فرایندهای صنعتی تولید میشوند.
3. نانوذرات سنتزی14: این گروه از نانوذرات که به آنها نانوذرات مهندسی شده نیز اطلاق میگردد، توسط انسان و برای هدف خاصی سنتز میشوند. نانوذرات سنتزی را نیز میتوان به چهار گروه تقسیم نمود (لیو، 2006):

1. نانوذرات کربن دار
2. نانوذرات اکسیدهای فلزی
3. نانوذرات فلزی (فلزات صفر ظرفیتی)
4. نقاط کوانتوم
نانوذرات کربندار فراوانترین نانوذرات هستند و شامل فولرنها15 و نانو لولهها هستند. نانوذرات اکسید فلزی مثل TiO2و ZnO که به دلیل خاصیت فتوکاتالیستی در صنعت و کاربرد در کرمهای پوستی به دلیل بلوککردن اشعه ماوراء بنفش و شفافیت بکار میروند (ما و همکاران، 2010).
نانوذرات فلزی صفر ظرفیتی شامل نانوذرات طلا و نقره میباشد که نانوذرات فلزی طلا به طور گسترده به عنوان ماده اولیه برای داروهای نانو استفاده میشود و نانوذرات نقره از زمانهای قدیم به عنوان ضد باکتری و میکروبکش شناخته میشد. نانوذرات نقره به غشاء سلولی باکتریها متصل شده و منافذ کشنده ایجاد کرده و باعث نابودی باکتری میشود. نقره در شکل ماکروسکوپی همیشه به عنوان نابود کننده ارگانیسمها در محیطهای آبی شناخته شده است (بارنا و همکاران، 2009).
نقاط کوانتوم نظیر کادمیوم تلورید و کادمیوم سلنید، ذرات مصنوعی از بار الکتریکی هستند که میتوانند از یک الکترون تا چندین هزار الکترون باشند. نقاط کوانتوم، پدیدههای کوانتومی بسیار مشابه به اتمهای واقعی و هستهها نشان میدهند.
نانوذرات سنتزی با محیط اطرافشان به خوبی برهمکنش نشان میدهند و گیاهان یکی از اجزای ضروری تمام اکوسیستمها هستند و بنابراین نانوذرات سنتزی به طور اجتناب ناپذیری با گیاهان برهمکنش نشان میدهند (ما و همکاران، 2010).
خصوصیات فیزیکی و شیمیایی نانوذرات به عواملی نظیر اندازه ذرات، ترکیب عنصری، سطح ویژه، تخلخل، بار الکتریکی سطحی، قطر هیدرودینامیکی، تمایل به مجتمع شدن و نیز ثبات و پوشش آنها بستگی دارد (دایتز و هرث، 2011). همچنین کازالس و همکاران (2008) گزارش کردند که فعالیت بیولوژیکی و جنبش زیستی16 نانوذرات به عواملی نظیر اندازه، شکل، شیمی، خصوصیات سطح (مساحت، تخلخل، بار الکتریکی، تغییرات سطح و پوشش)، حالت مجتمع شدن17، دوام زیستی و غلظت آنها بستگی دارد.
2-3- نانوذرات اکسید فلزی
نانوذرات اکسید فلزی بسیاری تولید و در محصولات بهکار گرفته شدهاند. ظرفیت کاتالیزوری منحصر به فرد، فعالیت ضد میکروبی و ویژگیهای دیگر، آنها را برای طیف گستردهای از کاربردها جذاب میسازد (ساپکوتا و همکاران، 2011). اکسیدهای فلزی غیر آلی بهطور فزایندهای برای کاربردهای ضد میکروبی استفاده میشود (راقوپاتی و همکاران، 2011). فعالیت سمی نانوذرات فلزی و اکسید فلزی شامل حداقل سه سازوکار مشخص است. اول ذرات ممکن است مواد سمی را به داخل محیط آزاد کنند، بهعنوان مثال آزادسازی یونهای +Ag از ذرات نقره. دوم، میانکنش با محیط ممکن است مواد سمی تولید کند، به عنوان مثال رادیکالهای شیمیایی و یا گونههای اکسیژن فعال (ROS). سوم، ذره و یا سطوح آنها ممکن است به طور مستقیم با اهداف زیستی واکنش دهند و آنها را تخریب کنند، بهعنوان مثال میانکنش نانولولههای کربنی با غشاء یا DNA (ما و همکاران، 2010). TiO2، MgO، CaO، CuO، Al2O3، Ag2O،CeO2 و اکسیدروی از جمله اکسیدهای معدنی هستند که فعالیت ضد میکروبی آنها مورد آزمایش قرار گرفته است (راقوپاتی و همکاران، 2011). در بین اکسیدهای فلزی معدنی موجود، TiO2، MgO، CaO و ZnO بهدلیل امنیت و پایداری بالا بهعنوان عوامل ضد میکروبی توجه بیشتری را به خود جلب کردهاند. در این میان، نانوساختارهای اکسیدروی با توجه به خواص منحصر به فرد و کاربردهای گسترده در اولویت تحقیقات هستند (هانگ و همکاران، 2008).


پاسخ دهید