بخشی از مقاله
چکیده
کشاورزی به طور مستقیم و غیر مستقیم تأمین کننده غدا برای انسان هاست. با افز ایش جمعیت دنیا لزوم استفاده از فناوری های جدید مانند بیو و نانو تکنولوزی در علوم کشاورزی ضروری است. نانو تکنولوژی کاربردهای متعددی در همه مراحل تولید، فرآوری، انبار، بسته بندی و جا به جایی تولیدات کشاورزی دارد.
نانوتکنولوژی می تواند صنعت غدا و کشاورزی را با تولید تکنیک های جدید مانند روش های کشاورزی هوشمند، افزایش توانایی گیاهان برای جذب مواد غدایی، استفاده بهتر و هدفمندتر از نهاده ها، تشخیص و کنترل بیماری ها، مقاومت در برابر فشارهای محیطی و سیستم های مؤثر در فرآوری و بسته بندی، متحول کند.
بهره وری پزشکی با کاربرد نانو ذرات در مدلهای حیوانی افزایش می یابد. از نانو ذرات نقره و آهن برای درمان و ضدعفونی در صنعت مرغداری و دامپروری استفاده می شود. سطوح آلودگی محیط با کاربرد حسگرهای هوشمند نانو برای ذرات گرد و غبار و گاز کاهش می یابد.
مقدمه
با افزایش روز افزون جمعیت دنیا اهمیت کشاورزی برای جوامع انسانی بیش از پیش مشخص می شود. مهمترین و ابتدایی ترین نیاز هر انسانی، نیاز به غدا است و تامین غذا به طور مستقیم و غیر مستقیم با کشاورززی در ارتباط می باشد. رشد بخش کشاورزی به عنوان یک بستر برای اهداف توسعه در کشورهای در حال توسعه ضروری دیده می شود. در حال حاضر، پس از سال ها از انقلاب سبز و کاهش در نسبت محصولات کشاورزی به رشد جمعیت جهان، به وضوح ضرورت استفاده از فناوری های جدید در صنعت کشاورزی، بیش از همیشه است. فناوری های مدرن مانند بیو و نانو تکنولوژی می تواند نقش مهمی در افزایش تولید و بهبود کیفیت مواد غذایی تولید شده توسط کشاورزان داشته باشند
امنیت غذایی همواره بزرگترین نگرانی از انسان بوده است. در دهه های اخیر چالشهای بزرگتری در این زمینه دیده می شود. مسأله، چگونگی تغذیه یک جمعیت رو به رشد با تولید بیشتر در یک سطح ثابت، هزینه های کمتر و آسیب های کمتر به محیط زیست می باشد
در این میان، فناوری نانو جایگاه خود را در علوم کشاورزی و صنایع وابسته، به عنوان یک فناوری بین رشته ای و پیشگام در حل مشکلات و کمبودها ثابت کرده است. نانو تکنولوژی کاربردهای متعددی در تمام مراحل تولید، فرآوری، ذخیره سازی، بسته بندی و حمل و نقل محصولات کشاورزی دارد. استفاده از فناوری نانو در کشاورزی و جنگل داری به احتمال زیاد مزایای زیست محیطی زیادی خواهد داشت . - 2 - کاربردهای زراعی نانو تکنولوژی قابل توجه هستند. مواد نانو فرصت استفاده کارآتر و سالم تر از علف کش ها، آفت کشها و کودها را با کنترل هوشمند رها سازی آنها با در نظر گرفتن زمان و مکان لازم برای اینکار به وجود آورده اند
حسگرها و سیستم های رهایش هوشمند در ارتباط با ویروس ها و دیگر پاتوژن های گیاهی به صنعت کشاورزی کمک خواهند کرد. در آینده نزدیک کاتالیزهایی در دسترس خواهند بود که کارآیی علف کشها و آفت کشها را با استفاده ی مقادیر کمتراز آنها افزایش خواهند داد. نانو تکنولوژی از محیط زیست با استفاده از منابع تجدید شونده انرژی و استفاده از کاتالیزها یا فیلترهایی برای کاهش آلودگی و تمیز کردن آلودگی های موجود، حفاظت خواهد کرد . - 4 - نانو تکنولوژی یک ابزار قدرتمند است که به ما اجازه دید در سطح اتمی و ملکولی می دهد و ما را قادر به تولید ساختارهایی در مقیاس نانو متر می کند. سیستم کشاورزی هوشمند به معنی وجود یک سیستم کنترل کننده برای هر فاکتور رشد مانند نور، حرارت و تغذیه خواهد بود.
اطلاعات موجود برای زمان کاشت و برداشت از طریق تصاویر ماهواره ای کنترل شده است. این سیستم ها به کشاورز کمک می کنند که بهترین زمان برای کاشت و برداشت محصول را بدون برخورد با شرایط بد آب و هوایی را بداند. بهترین زمان رسیدن به بالاترین عملکرد، بهترین استفاده از کودها، آبیاری، نور و دما همگی به وسیله این سیستم میسر شده است
ارتباط بین نانو تکنولوژی و علوم کشاورزی در موارد زیر بررسی شده است: نیاز به امنیت در بخش های کشاورزی و تغدیه، سیستم های هوشمند برای اجتناب و درمان بیماری های گیاهی، تولید ابزارهای جدید برای توسعه در بخش تحقیقات سلولی و بیولوژیکی و بازیافت ضایعات در بخش کشاورزی.در صنعت پنبه بعد از تبدیل آن به پارچه و لباس مقداری از بافت سلولزی دور ریخته می شود و یا برای تولید فراورده های کم ارزشی مانند نخ و پنبه به کار می روند، با استفاده از مواد حل کننده جدید و تکنیکی که الکترو اسپینینگ نامیده می شود دانشمندان فیبرهایی با قطر 100 نانومتر تولید می کنند که می توانند به عنوان جاذب کود یا آفت کش استفاده شوند.
با استفاده از فناوری نانو قابلیت رشد گیاه افزایش یافته و بهترین زمان برداشت محصول برای رسیدن به حداکثر عملکرد پیش بینی شده است. در دهه های اخیر، آلودگی زمین های کشاورزی و خاک با عناصر خطرناک و ترکیبات موجود در فاضلاب های صنعتی و شهری عوامل مهمی هستند که تولید محصولات کشاورزی و مواد غذایی در جهان را محدود کرده است. کاتالیزرهای نانو ساختار قادر به حذف این ترکیبات مضر از اکوسیستم زراعی به روش سالم هستند.
این موضوع از نقطه نظر فیزیولوژیی، بیماری های گیاهی، از بین بردن سمیت مواد غذایی، تولیدات ارگانیک و در نهایت تولید محصولات سالم تر اهمیت می یابد. فناوری نانو به کاهش آلودگی کمک خواهد کرد و موجب سازگاری بیشتر کشاورزی با محیط زیست از طریق استفاده از نانو فیلترها برای تصفیه آب و حذف آلودگی های صنعتی و میکروبی آب ، تشخیص آلودگی غذا و باکتری های موجود در مراحل فرآوری غذا می شود همچنین نانو پودرها برای جذب آلاینده های گازی و نانو تیوب های کربن برای ذخیره سوخت های هیدروژنی استفاده می شوند
کاربرد فناوری نانو برای توسعه بیوسنسورها یا حسگرهای زیستی منجر به تولید نانو بیو سنسورهای کارآمدی با اندازه مینیاتوری در مقایسه با بیوسنسورهای مرسوم شده است. این نانو سنسورهای زیستی می توانند به طور وسیع برای حسگری تعداد زیادی از کودها، علف کشها، آفت کشها، پاتوژنها، رطوبت و PH خاک استفاده شوند. استفاده مناسب و کنترل شده از نانو بیو سنسورها به توسعه کشاورزی پایدار کمک می کند. این ابزار ارزش زیادی برای مانیتورینگ و نمایش کیفیت خاک در ارتباط با ساختمان خاک، رطوبت، PH و بار میکروبی خاک دارد و به افزایش تولید کمک می کنداخیراً. محققین از ادغام علوم نانو با الکترونیک، کامپیوتر و بیولوژی برای تولید بیو سنسورهایی با حداکثر توانایی حسگری استفاده می کنند
تحقیق هدفمند و پیشرفته برای فهم، دستکاری و اندازه گیری مواد در مقیاس اتمی، ملکولی و فوق ملکولی نانو فناوری نامیده می شود. یک نانومتر یک میلیاردم متر است. رویهمرفته نانو به یک مقیاس اندازه گیری بین 1 تا 100 نانومتر اشاره می کند. برای مقایسه طول موج نور مری بین 400 تا 700 نانومتر، باکتری 1000 تا 10000 نانومتر، ویروس 75 تا 100 نانومتر، پروتئین 5 تا 50 نانومتر، در اکسی ریبو نوکلئیک اسید 2 نانومتر و اتم 0/1 نانومتر است. نانو تکنولوژی به موضوع ویروس ها و دیگر پاتوژن ها در مقیاس نانو می پردازد چون که پتانسیل بالایی برای شناسایی و حذف پاتوژن ها دارد. نانو ذرات برای حمل علف کش ها، مواد شیمیایی و ژن ها بکار می روند. نانو کپسولها می توانند نفوذ علف کشها به کوتیکول و بافت های گیاهی را از طریق رها سازی کند و مداوم آنها افزایش دهند
کاربردهای نانو تکنولوژی در مدیریت آفات و بیماریهای گیاهی امروزه استفاده از مواد شیمیایی مانند قارچ کشها، علفکشها و آفت کشها، آسان ترین و ارزان ترین روش برای کنترل آفات و بیماریهاست. استفاده کنترل نشده از آفات کشها می تواند مشکلات زیادی همچون: اثرات مضر بر سلامتی انسان، اثرات مضر بر گرده افشانی حشرات و حیوانات اهلی، وارد شدن این مواد به آب و خاک و اثر مستقیم و غیر مستقیم آنها بر اکوسیستم، داشته باشد. نانو تکنولوژی به علوم کشاورزی و کاهش آلودگی محیط زیست با تولید آفت کشها و کودهای شیمیایی با استفاده از نانو ذرات و نانو کپسولهایی با توانایی کنترل یا رهایش تأخیری، جذب و تأثیر بیشتر و سازگار با محیط زیست، و تولید نانو کریستالها برای افزایش کارایی آفت کشها با مقادیر کمتر کمک می کند.
نانو ذرات برای رهایش مواد فعال یا ملکولهای دارویی در آینده نزدیک برای درمان خسارت های پاتولوژیکی گیاهان به کار خواهند رفت. هزاران نانو ذره شامل: نانو ذرات پلیمری ، نانو ذرات اکسید آهن و نانو ذرات طلا وجود دارد که می تواند به راحتی سنتز شده و به عنوان آفت کش یا سیستم های تحویل دارو استفاده شوند. محققین مختلف استفاده از نانو ذرات سیلیکا با پوسته ای به ضخامت 15 نانومتر و منافذی به قطر 4-5 نانومتر به عنوان پوشش حفاظتی که مانع دناتوره شدن آفت کش ها توسط اشعه فرابنفش می شود را گزارش کرده اند. استفاده موفقیت آمیز از نانو ذرات نقره در پزشکی به عنوان قارچ کش و باکتری کش منجر به کاربرد آنها در کنترل پاتوژنهای گیاهی شده است.
خاصیت آنتی میکروبیال ذرات نقره، بیماری های گیاهی ناشی از اسپور پاتوژن های قارچی را کاهش داده است. نانو ذرات نقره با اندازه 12 نانومتر و در غلظت های 10-60 میکروگرم بر میلی لیتر موجب 95 تا 100درصد بازدارندگی رشد باکتری اشرشیا کلی، با اندازه 5 نانومتر و با غلضت 1 میلی گرم در لیتر دارای اثر تخریبی بر باکتری های استافیلوکوکوس. سالمونلا و مایکوباکتریوم و نیز قادر به کنترل سفیدک سطحی می باشند . - 9 - در بین بیماری های مختلف گیاهی، کنترل بیماری های ویروسی سخت تر می باشد، چونکه کاربرد آفت کش ها بعد از دیدن علائم بیماری بی فایده است.
بنابراین تشخیص مرحله حساس مانند مرحله تکثیر DNA یا پروتئین اولیه ویروس کلید موفقیت برای کنترل بیماریها و به ویژه بیماری های ویروسی می باشد. کیت های تشخیص ویروس با پایه نانو نقش مهمی در تشخیص دقیق نژاد ویروس و مرحله کاربرد برخی درمان ها برای کنترل بیماری دارند. اندازه گیری پروتئین های مختلف تولید شده در هر دو مرحله سلامت و بیماری منجر به شناسایی توسعه پروتئین های مختلفی در طول چرخه عفونت می شود. کیت های تشخیص نانو قدرت و سرعت تشخیص این پروتئین ها را افزایش می دهند
در آینده ابزارهای با مقیاس نانو با ویژگی های منحصر بفرد می توانند برای سیستم های دقیق کشاورزی استفاده شوند. برای مثال ابزارهایی که برای تشخیص مشخصه های سلامت گیاه قبل از رؤیت توسط کشاورز استفاده می شوند و به عنوان سیستم های محافظ و هشدار دهنده عمل خواهند کرد.
نتیجه گیری
کشاورزی دقیق یک نگرش جدید به مدیریت مزرعه است. با استفاده از حسگرهای نانو می توان تشخیص داد که هر بخش کوچک از مزرعه به چه مقدار کود و آفت کش های شیمیایی نیاز دارد. بنابراین، استفاده از نهاده ها مطلوب خواهد شد و محصولات سالم تر و بازده اقتصادی افزایش می یابد.
