بخشی از مقاله
مقدمه
توسعه فنآوری های نوین و پیشرفت های علمی بشر، اهمیت به سلامت انسان و حفاظت از محیط زیست را دوچندان نموده است. امروزه مسائل زیستمحیطی مانند آلودگی آبهای سطحی و زیر زمینی، هوا و خاک و اثرات زیانبار آنها بر سلامت و کیفیت زندگی انسان به یکی از دغدغه های اصلی بشر تبدیل شده است. لاستیکهای فرسوده خودروها از منابع آلودهکننده محیط زیست میباشد، به طوریکه طبق آمار موجود در ایران سالانه نزدیک به هفت میلیون حلقه، تقریبا برابر دویست و بیست هزار تن لاستیک فرسوده و از رده خارج می-شود.[2] لاستیک از مواد پلیمری ساخته شده است که به راحتی در طبیعت تجزیه نمیشود، همچنین دفن کردن آن دارای آثار مخرب زیست محیطی است. بنابراین، بهترین راه جهت حذف این منبع آلودهکننده از محیط زیست، بازیافت تایرهای فرسوده و استفاده از پودر لاستیک حاصل از آن در صنایع مختلف از جمله خودروسازی، جاده سازی، دامداری و کشاورزی است.
عملیترین راه جهت بازیافت لاستیک، سوزاندن آن است که منجر به تولید خاکستر حاوی نانوذرات غنی از عنصر روی میشود. بنابراین بهترین کاربرد ضایعات حاصل از بازیافت لاستیک در کشاورزی، استفاده از آن به عنوان کود حاوی عنصر روی است. طاهری و همکاران - 2011 - اظهار داشتند با اتخاذ روشی مناسب میتوان از تایرهای فرسوده به عنوان منبع روی سود جست و همچنین از عواقب مضر ناشی از تجمع تایرها در محیط زیست جلوگیری به عمل آورد .[13]ریزجانداران خاک با گذشت زمان موجب تجزیه لاستیک میشوند، زیرا از لاستیک به عنوان یک منبع انرژی استفاده مینمایند .[1] ذرات ریز لاستیک به دلیل درجه واکنش پذیری بالا، سبب افزایش غلظت برخی از فلزات از جمله روی با خاصیت ضد میکروبی میگردند. چنین به نظر میرسد که در اغلب موارد یون روی محلول - - Zn2+ آزاد شده از اکسیدروی - ZnO - عامل اصلی سمیت برای جمعیت میکروبی خاک است .3[]
اخیراً گزارشهای بسیاری مبنی بر خواص ضد میکروبی ذرات نانو و اثر سوء این ذرات بر ریزجانداران وجود دارد. لاورن و همکاران - 2006 - در تحقیقی به اثرات سمی و ضد میکروبی استفاده از نانوذرات اکسیدتیتانیوم و فولرن بر میکروبها اشاره کردند .[10] گزارشهای بسیاری در مورد اثرات سمی نانوذرات اکسیدروی بر باکتریها، جلبکها، نماتدها و گیاهان ارائه شده است .[8] همچنین جی و همکاران - 2011 - بیان کردند که نانوذرات اکسیدتیتانیوم - TiO - و اکسیدروی - ZnO - به دلیل کاهش بیومس میکروبی، برای ریزجانداران خاک سمی هستند. همچنین آنها به این نتیجه دست یافتند که سمیت نانوذرات اکسیدروی بیشتر از اکسید تیتانیوم است .[6] با این وجود اطلاعات در مورد اثرات نانوذرات مهندسی شده بر جوامع میکربی خاک در حال حاضر محدود [7] و متناقض میباشد.
گزارشهای چندانی مبنی بر بررسی اثر ذرات نانو بر باکتریهای تثبیت کننده نیتروژن وجود ندارد. باندیپاژیا و همکاران - 2012 - طی تحقیقی بر روی اثر کاربرد نانوذرات اکسیدسریم - CeO2 - و اکسید روی بر رشد باکتری Sinorhizobium meliloti همزیست با گیاه یونجه به این نتیجه دست یافتند که نانوذرات اکسید روی بیشتر از نانوذرات اکسید سریم رشد باکتری را مهار میکنند.[4] در حال حاضر به غیر از تحقیق باندیپاژیا و همکاران - 2012 - که اثر نانوذرات بر باکتری همزیست تثبیتکننده نیتروژن را مورد مطالعه قرار داده بودند، تحقیق دیگری در این زمینه به خصوص در زمینه تثبیتکنندههای همزیست نیتروژن وجود ندارد. علیرغم کاربرد رو به گسترش نانوذرات به خصوص در سالهای اخیر و بررسی اثرات آنها بر گیاهان و ریزجانداران خاک، اطلاعات محدودی در مورد تأثیر ذرات نانو بر باکتریهای تثبیتکننده نیتروژن وجود دارد. لذا این تحقیق با هدف بررسی اثر نانوذرات غنی از روی خاکستر لاستیک بر رشدباکتری Sinorhizobium meliloti انجام پذیرفت.
مواد و روشها
جهت انجام این پژوهش از جدایه A-11-8 باکتری Sinorhizobium meliloti متعلق به کلکسیون میکروبی گروه بیوتکنولوژی دانشگاه صنعتی اصفهان، استفاده میشود. دلیل اصلی استفاده از این جدایه دارا بودن ژن-های nfe در این باکتری است .ابتدا باکتری بر روی محیط 1YMA تجدید کشت گردیده شد و پتری دیشهای حاوی کشت تازه باکتری با دقت از نظر وجود آلودگیهای احتمالی و کلنیهای غیر معمول مورد بررسی قرار میگیرند و پس از انتخاب باکتری خالص و انجام برخی از آزمایشات بیوشیمیایی و مطالعات میکروسکوپی، یک کلنی تیپیک انتخاب گردید.
جهت تهیه خاکستر لاستیک، پودر لاستیک در کوره الکتریکی با دمای 550 درجه سانتی گراد به مدت 10 ساعت قرار گرفت و خاکستر حاصل از آن جمعآوری شد.جهت بررسی تأثیر نانوذرات خاکستر لاستیک بر باکتریSinorhizobium meliloti منحنی رشد این باکتری در حضور غلظتهای مختلف این نانوذرات رسم شد. بدین منظور حدود 100 میلیلیتر محیط کشت 2YMB به ارلنهای 250 میلیلیتری حاوی غلظتهای مختلف نانوذرات خاکستر لاستیک - صفر، 1 ، 5، 25، 125 میلیگرم برلیتر روی - اضافه و هر ارلن با یک میلیلیتر باکتری ریزوبیوم تلقیح شد.
لازم به ذکر است که تیمارهای شاهد این آزمایش شامل محیط کشت فاقد تلقیح باکتری و نانوذرات خاکستر لاستیک و محیط کشت فاقد تلقیح باکتری و حاوی نانوذرات خاکستر لاستیک بودند. ارلنهای تیمار شده در دمای 28 درجه سانتیگراد بر روی شیکر با تعداد 120 دور در دقیقه قرار گرفتند. پس از گذشت 12 ساعت از کشت باکتری در محیط YMB با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر در طول موج 570 نانومتر و هر دو ساعت رشد سلولهای باکتری مورد بررسی قرار گرفتند.تجزیه و تحلیل آماری نتایج آزمایش با نرمافزار آماری SAS وانجام و نمودارهای مربوطه با نرم افزارEXCEL رسم گردید.
نتایج و بحث
نتایج این مطالعه نشان داد که رشد باکتری S. meliloti در حضور نانوذرات غنی از روی خاکستر لاستیک کاهش مییابد - شکل. - 1 کاربرد نانوذرات خاکستر لاستیک در محیط کشت باکتری سبب کاهش معنیدار رشد باکتری در مقایسه با تیمار شاهد نشد. این مشاهدات با نتایج حاصل از مطالعه باندیپاژیا و همکاران - 2012 - که اثر کاربرد نانوذرات اکسیدسریم - CeO2 - و اکسید روی بر رشد این باکتری را بررسی کردند، متفاوت است. نتایج حاصل از پژوهش این محققین نشان داد که تمام غلظتهای ذرات اکسیدسریم 31 - ، 62/5 و 125 میلی گرم بر لیتر - سبب کاهش رشد باکتری S. meliloti شد، همچنین تمام تیمارهای نانو ذرات اکسیدروی 31 - ، 62/5 و 125 میلی گرم بر لیتر - سبب مهار رشد باکتری مذکور گردید .[4] بنابراین، به نظر میرسد که نانوذرات خاکستر لاستیک به علت تولید طی فرآیند سوختن و همچنین به دلیل طبیعی بودن بر خلاف نانوذرات سنتز شده تأثیر معنیداری بر رشد باکتری نداشته است.
مکانیسم تأثیر اکسیدروی بر S. meliloti هنوز هم به درستی شناخته نشده است. اما شاید بتوان دلیل آن را به حضور یون Zn2+ در محلول یا گسیختگی غشا نسبت داد 8]،9،14و.[15 چنین به نظر میرسد که ذرات نانو به علت ایجاد تغییرات ساختاری در سطح سلول میکروبی منجر به مرگ سلول میشوند .[12] تماس نزدیک بین غشا و ذرات نانو باید رخ دهد تا اختلال در غشا به وجود آید، هرچند که ذرات نانو در سیتوپلاسم تجمع یافتهاند ولیکن بعد از گسیختگی غشا عبور از مرز سیتوپلاسم بعید به نظر میرسد .[11] بنابراین چنین تصور میشود که اتصال این مواد نانوساختار به طور عمده در منطقه پریپلاسمی است .[5] انجام مطالعات بیشتر در مورد تأثیر نانوذرات غنی از روی خاکستر لاستیک بر باکتریهای تثبیت کننده نیتروژن در محیط کشت باکتری و همچنین در محیط خاک توصیه میشود.
