بخشی از مقاله
چکیده
تغییرات ایجاد شده در طبیعت در اثر دخالتهای انسان در خاک، آب و جو بدلیل استفاده از مواد شیمیایی مختلف برای افزایش بهرهوری گیاهان منجر به جستجو جهت پیدا نمودن روشهای جدید شده است. بنابراین علوم کشاورزی به سمت عوامل تاثیرگذار اکولوژیک در تولید گیاهان سوق پیدا نموده است. در حقیقت تاثیر عوامل فیزیکی بر موجودات زنده بر پایه افزایش موازنه انرژی از طریق تبدیل انرژی، مستقل از منشاء آن به الکتریکی و اثر افزایش پتانسیل الکترونی غشاهای زنده است.
تاثیر ظاهری عوامل فیزیکی کاهش یا افزایش تعادل انرژی موجودات زنده و تشدید تبادل مواد و اکتیواسیون فرایندهای رشد و نمو است. در این مقاله سعی شده است تا جایگاه و کاربرد علم فیزیک را بعنوان ابزارهای نوین و روشهای زیست سازگار در کشاورزی بر تحریک رشد و نمو گیاهان مورد بررسی قرار دهد. این روشهای فیزیکی قابل کاربرد در کشاورزی عبارتند از میدان مغناطیس، اشعه لیزر، اشعه مایکروویو، اولتراسوند و اشعه گاما.
1. مقدمه
این حقیقت وجود دارد که طبیعت قادر است خودپالایی داشته باشد اما میزان آلودگی امروزه بالاتر از آن است که اینکار انجام شود و برای بازیابی طبیعی سالها زمان نیاز است. از طرف دیگر توقف کامل افزایش آلودگی، غیرممکن است. بنابراین توسط روشهای معمول تولید کشاورزی و حفاظت محیط تمیزنمودن طبیعت غیرممکن و یک رویا برای نسل امروز است. از این رو بشر باید روشهای جدیدی برای تمیزنمودن طبیعت و تولید بیشتر غذا برای تمام ساکنان زمین جستجو نماید - واسیلسکی، . - 2003 تمام فرایندهای حیاتی عمدتا به تبادل انرژی بین سلول و محیط وابستهاند.
در خصوص مواد شیمیایی بهبود دهنده لازم است تا این مواد مستقیما داخل سلول شوند تا تاثیرگذار باشند، ولی تیمارهای فیزیکی با انرژی القا شده به سلول، شرایطی را برای نقل و انتقالات مولکولی ایجاد میکنند و در نتیجه مواد ضروری برای سلول را فراهم میآورند. این شرایط، مفهوم کشاورزی کوانتومی1 را میرساند که در سالهای اخیر بشدت مورد بحث قرار گرفته است - آلاجاجیان، . - 2007 بنابراین بعضی دانشمندان معتقدند که قرن حاضر، عصر کاربرد روشهای بیوفیزیک و تاثیر عوامل فیزیکی روی موجودات زنده خواهد بود - فاقنابی و همکاران، . - 2009 عوامل فیزیکی بر خصوصیات عایق غشاء سلولهای زنده تاثیر میگذارند.
توانایی قطبی شدن و بنابراین توانایی برای عبور از سطح پایین تر الکتریکی به سطح بالاتر تحت تاثیرات مختلف فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی خصوصیات اصلی عایقها هستند. در حقیقت تاثیر عوامل فیزیکی بر موجودات زنده بر پایه افزایش تعادل انرژی از طریق تبدیل انرژی، مستقل از منشاء آن به الکتریکی و اث ر افزایش پتانسیل الکترونی غشاهای زنده است. تاثیر ظاهری عوامل فیزیکی کاهش یا افزایش تعادل انرژی موجودات زنده و تشدید تبادل مواد و اکتیواسیون فرایندهای رشد و نمو است. اینجوشین در سال 1990 نوشت که جهت بقاء علم نوین باید ارزیابی کیهانی - - cosmic بر تمام فرایندهای سیاره ما را در نظر گرفت. لازم است که روابط بین نیروها و مواد، ارتباط و جزئیات آستروفیزیک و پدیده های آستروشیمی باهم با بیوفیزیک و فرایندهای بیوشیمیایی نیروهای زیستی- کیهانی مشخص گردد.
این اثرات شامل:
- تابش اشعه گاما، اولتراویولت، اولتراسوند و اشعه یونیزه شده روی موجودات
- تابش با اشعه لیزر
- تشدید انگیزش تحریک الکترومغناطیسی بذر و گیاهان
- تحریک مغناطیسی
- تحریک الکترومغناطیس
- کنترل علفهای هرز با فرکانسهای بالای الکتریکی
گرچه در زمان حاضر برخی سوالات در مورد مکانیسمها هنوز بدون پاسخ مانده است ولی در حقیقت این یک مسئله بسیار پیچیده است و نیاز به تحقیقات چندرشته ای دارد - واسیلسکی، . - 2003
2. کاربرد پدیده های فیزیکی در کشاورزی
1.2. میدان مغناطیسی:
ذرات مواد آلی و معدنی در اغلب قسمتها قطبی هستند. بنظر میرسد یک میدان مغناطیسی خارجی روی سرعت و جهت جایگزینی ذرات قطبی شده تاثیر میگذارد. در نتیجه ممکن است اثر زیادی در سرعت و جهت بعضی فرایندهای زنده در گیاه داشته باشد. صعود کاپیلاری در مکانیسم انتقال مواد در بافتهای زنده نیز ممکن است توسط میدان مغناطیسی تاثیر ببیند - کورداس،. - 2002 راکوچیو و همکاران - - 2008 افزایش 4/2 درصدی در میزان کلروفیل a را در تیمار 50 میلی تسلا در ذرت نسبت به شاهد گزارش نمودند. میدان مغناطیسی ضعیف اثر تحریک کنندگی روی افزایش وزن تر، مقادیر رنگدانههای فتوسنتزی، میزان اسید نوکلئیک و افزایش طول گیاهچههای ذرت داشت.
مقادیر بالاتر میدان مغناطیس - 100-250 میلی تسلا - اثر بازدارندگی روی این صفات داشت. یینان و همکاران - - 2005 افزایش سرعت جوانهزنی، رشد و نمو گیاهچه، اکسیداسیون چربی و میزان اسید اسکوربیک را در بذور پیش تیمار شده خیار با میدان مغناطیسی مشاهده نمودند. اثرات مثبت میدان مغناطیسی در بیوسنتز پروتئینها، تکثیر سلول، فعالیتهای بیوشیمیایی، میزان تنفس، فعالیت آنزیمها، میزان اسید نوکلئیک و دوره رشد و نمو نشان داده شده است - کاک ماک و همکاران، . - 2009 تغییرات در فعالیت آنزیمهای آمیلاز و نیترات ردوکتاز در بذور در حال جوانهزنی در مجاورت تیمار الکترومغناطیس گزارش شده است - یینان و همکاران،. - 2005 تحریک مغناطیسی بذر غلات در کانادا باعث افزایش عملکرد تا 20 درصد شد.
کاربرد میدان الکترومغناطیسی در چغندرقند باعث افزایش وزن ریشه به میزان 94 درصد، سطح برگ تا 52 درصد، عملکرد تا 12/88 تن در هکتار و درصد قند 0/7 درصد شد - واسیلسکی، . - 2003 همچنین روچالسکا و همکارن - - 2008 افزایش معنیدار میزان سبزشدن بذرهای چغندرقند را بویژه در بذرهای با بنیه ضعیفتر مشاهده نمودند. میزان کلروفیل برگ، عملکرد ریشه و عیار قند نیز افزایش نشان داد.
در تحقیقی واشیت و نگاراجان - - 2010 بر روی آفتابگردان نشان دادند که تیمار نمودن بذر با میدان مغناطیس در دامنه 50 تا 250 میلی تسلا به میزان 1-4 ساعت باعث افزایش جوانه زنی به میزان 5-11 درصد، سرعت جوانه زنی 9- 15 درصد، طول ساقه 6-41 درصد، طول ریشه 16-80 درصد، طول کل گیاهچه 12-57 درصد، وزن خشک گیاهچه 5-13 درصد و شاخص بنیه 18-74 درصد گردید. فعالیت آنزیم آلفا آمیلاز 43 درصد، فعالیت آنزیم دهیدروژناز 27 درصد و آنزیم پروتئاز 22 درصد بیشتر از شاهد رسید. . فاقنابی و همکاران - 2009 - گزارش نمودند که تیمار بذور گلرنگ با مغناطیس باعث افزایش عملکرد دانه به میزان چهار برابر شاهد شد و عملکرد را از 1338 کیلوگرم در هکتار در شاهد به 4007 کیلوگرم در هکتار رسانید. همچنین درصد روغن دانه شاهد 25/7 درصد بود که در تیمار مغناطیس به 31/5 درصد افزایش یافت.
.2.2 اولترا سوند:
اولتراسوند یکی از امواج مکانیکی است که فرکانسی بالاتر از 20 کیلوهرتز دارد. اثر اولتراسوند در تحریک گیاه می تواند توسط افزایش انرژی ملکولی بدلیل برهمکنش صدا- الکترون توضیح داده شود. ثابت شده که تیمار با اولتراسوند می تواند حالت مواد را تغییر داده و حتی واکنشها را تشدید نماید. این حقیقت انگیزه ای برای کاربرد آن در تحریک رشد گیاهان مختلف شد. بیشتر محققین، تیمار با اولتراسوند را در فرکانسهای 15-100 کیلوهرتز و مدت -15 1 دقیقه با شدت 1-10 وات بر سانتی متر مربع توصیه کرده اند. بذرهای Caragana arborescens، Gleditsia triacanthus، Laburnum anagyroides و Robinia pseudoacasia با تیمار اولتراسوند افزایش جوانه زنی، وزن تر و طول قسمت هوایی را نشان دادند. بنابراین تیمار اولتراسوند نقش قابل ملاحظه ای در تحریک رشد گیاهان دارد.
.3.2 اشعه لیزر:
بعد از کشف لیزر در سال 1960 توجه زیادی در امکان بکارگیری آن برای تحریک رشد گیاهان ایجاد شد. لیزر یک سیستم موج نوری تک رنگ نفوذی - emitting - است. لیزر می تواند حاصل مواد مختلف نظیر لیزر هلیم-نئون، لیزر نیتروژن و یا لیزر آرگون باشند. اثر مثبت تیمار با لیزر در افزایش جوانه زنی، ارتفاع بیشتر گیاه و وزن هزار دانه بیشتر نسبت به شاهد گزارش شده است. در مطالعه ای تیمار لیزر آرگون روی نخود بررسی شد. قویترین اثر فیتوژنتیک در اشعه با طول موج 588 نانومتر گزارش شد. اثر تحریک کنندگی لیزر بسته به طول موج لیزر، مدت در معرض قرار گرفتن، تکرار آن و پیشینه نمونه ها متفاوت می باشد - آلاجاجیان، . - 2007
.4.2 اشعه مایکرو ویو : - Microwave radiation -
اشعه الکترو مغناطیس حاصل از دیاپازون میکروویو توسط الکترونها در مولکولها جذب می شوند. تیمار با اشعه مایکرو می تواند انتقالات الکترونی بین چرخش سطوح پایینی را باعث شود. اثرات اشعه مایکرو را به اثر گرمایشی آنها نسبت می دهند. اما برخی مطالعات ذکر کردند که اثرات بیولوژیکی مایکروویو مربوط به اثر گرمایی از نطر انرژی مورد نیاز برای تولید، تغییر شکل و دگرگونی ملکولی نبود. در مطالعه ای بر روی چند گیاه تزیینی افزایش جوانه زنی در تیمار طول موج =12 با قدرت خروجی 425 وات بدست آمد. بر اساس نتایج بدست آمده می توان اظهار داشت که آینده نوید بخشی برای اشعه مایکرو بعنوان فاکتور تحریک رشد گیاهان وجود دارد - آلاجاجیان، . - 2007
.5.2 اشعه گاما:
اثر اشعه یونیزه بر رشد گیاهان از سال 1897 با تاثیر اشعه ایکس شروع شد. بعدا اثر اشعه گاما نیز مورد بررسی قرار گرفت. اگرچه اثرات بیولوژیکی دوزهای بالای اشعه یونیزه غالبا مضر است اما دوزهای پایین تا متوسط انها افزایش رشد و بقا ، واکنش تقویت و مقاومت در گیاهان، باکتریها و پستانداران دیده شده است. در گندم افزایش فتوسنتز و مقدار کلروفیل a و b در نمونه های تیمارشده دیده شد اما کاهش مقدار کارتنوئیدها در آنها نیز مشاهد شد.
همچنین ترکیب تیمار اشعه گاما و لیزر در مقایسه با کاربرد جداگانه آنها موثرتر بود. تاثیر اشعه گاما روی خصوصیات برخی گیاهان دارویی نشان داد که امکان بهبود پارامترهای گیاهان - Verbascumمقدار آلکالویید - ، Calendula - مقدار کارتنوئید - ، Hissopus - فلاونوئیدها، ساپونین و روغن - ، و Salvia - مقدار فلاونوئید - و جوانه زنی زودتر با اشعه گاما با دوز 10-100 کراد وجود دارد - آلاجاجیان، . - 2007
