نانو وکشاورزی

نانو وکشاورزی

نانوتکنولوژی به عنوان یک فناوری قدرتمند، توانایی ایجاد تحول در سیستم کشاورزی و صنایع غذایی آمریکا و سر تاسر دنیا را دارد. نمونه هایی از کاربردها و پتانسیلهای بالقوه نانوتکنولوژی در کشاورزی و صنایع غذایی، شامل سیستم های جدید آزاد کننده دارو برای درمان بیماریها، ابزارهای جدید بیولوژی سلولی و مولکولی، امنیت زیستی و تضمین سلامتی محصولات کشاورزی و غذایی و تولید مواد جدید مورد استفاده برای شناسایی عوامل بیماریزا و حمایت از محیط زیست می باشد.

تحقیقات اخیر، امکان استفاده از نانوشلها و نانوتیوپها را در سیستمهای جانوری برای تخریب سلولهای هدف، به روشنی ثابت نموده است. امروزه از نانوپارتیکل ها که اجرام بسیار کوچکتر از حد میکرون هستند، برای رها سازی داروها و یا ژنها به داخل سلولها استفاده می کنند و مورد انتظار است که این تکنولوژیها در ۱۰ الی ۱۵ سال آتی مورد بهره برداری کامل قرار گیرد. با روند رو به رشد تحقیقات اخیر، این پیش بینی منطقی است که در دهه آینده، صنعت نانوتکنولوژی با توسعه بی نظیر خود، منجر به ایجاد انقلاب عظیم در بخش پزشکی و بهداشت و همچنین تولیدات دارویی دام و آبزیان گردد.

تصور امکان تزریق نانوپارتیکها به دامها و فعال شدن تدریجی ماده موثر همراه با این نانوذرات در بدن حیوان برای از بین بردن و تخریب سلولهای سرطانی، افق تحقیقاتی جدیدی را به روی محققان بازکرده است.

● مقدمه:

نانوتکنولوژی به عنوان یک فناوری قدرتمند نوین، توانایی ایجاد انقلاب و تحولات عظیم را در سیستم تامین مواد غذایی و کشاورزی ایالت متحده آمریکا و در گستره جهانی دارد. نانوتکنولوژی قادر است که ابزارهای جدیدی را برای استفاده در بیولوژی مولکولی و سلولی و همچنین تولید مواد جدیدی، برای شناسایی اجرام بیماری زا معرفی نماید و بنابراین چندین دیدگاه مختلف در نانوتکنولوژی وجود دارد که می تواند در علوم کشاورزی و صنایع غذایی، کاربرد داشته باشد.

به عنوان مثال امنیت زیستی تولیدات کشاورزی و مواد غذایی، سیستمهای آزاد کننده دارو بر علیه بیماریهای شایع، حفظ سلامتی و حمایت از محیط زیست از جمله کاربردهای این علم می باشد.

● علم نانوتکنولوژی چیست؟

انجمن ملی نوبنیاد نانوتکنولوژی که یک نهاد دولتی در کشور امریکا می باشد ، واژه نانوتکنولوژی را چنین توصیف می کند: "تحقیق و توسعه هدفمند، برای درک و دستکاری و اندازه گیریها مورد نیاز در سطح موادی با ابعاد در حد اتم"، مولکول و سوپرمولکولها را نانوتکنولوژی می گویند. این مفهوم با واحدهایی از یک تا صد نانومتر، همبستگی دارد. دراین مقیاس خصوصیات فیزیکی، بیولوژیکی و شیمیایی مواد تفاوت اساسی با یکدیگر دارند و غالبا اعمال غیر قابل انتظار از آنها مشاهده می شود. در سیستم کشاورزی امروزی، اگردامی مبتلا به یک بیماری خاص شود، می توان چند روز و حتی چند هفته یا چند ماه قبل علائم نامحسوس بیماری را شناسایی کنند و قبل از انتشار و مرگ و میر کل گله، دامدار را برای اخذ تصمیمات مدیریتی و پیشگیری کننده آگاه کند و بنابراین می توان نسبت به مقابله با آن بیماری اقدام نماید.

نانوتکنولوژی به موضوعاتی در مقیاس هم اندازه با ویروسها و سایر عوامل بیماری زا می پردازد و بنابراین پتانسیل بالایی را برای شناسایی و ریشه کنی عوامل بیماری زا دارد. نانوتکنولوژی امکان استفاده از سیستمهای آزاد کننده داروئی را که بتواند به طور طولانی مدت فعال باقی بماند، فراهم می کند.

به عنوان مثال استفاده از سیستمهای آزاد کننده دارو، می توان به ایمپلنتهای ابداع شده مینیاتوری در حیوان اشاره کرد که نمونه های بزاقی را به طور مستمر کنترل می کنند و قبل از بروز علائم بالینی و تب، از طریق سیستمهای هشدار دهنده وسنسورهای ویژه، می تواند احتمال وقوع بیماری را مشخص و سیستم خاص ازاد کننده دارو معینی را برای درمان موثر توصیه کنند. طراحی سیستمهای آزاد کننده مواد دارویی، یک آرزوی و رویای همیشگی محققان برای سیستمهای رها کننده داروها، مواد مغذی و پروبیوتیکها بوده و می باشد.

نانوتکنولوژی به عنوان یک فناوری قدرتمند به ما اجازه می دهد که نگرشی در سطح مولکولی و اتمی داشته و قادر باشیم که ساختارهایی در ابعاد نانومتر را بیافرینیم.

برای تعیین و شناسایی بسیار جزئی آلودگیهای شیمیایی، ویروسی یا باکتریایی در کشاورزی و صنایع غذایی معمولا از روشهای بیولوژیکی، فیزیکی و شیمیایی استفاده می گیرد. در روشهای اخیر نانوتکنولوژی برای استفاده توام این روشها، یک سنسور در مقیاس نانو طراحی کرده اند در این سیستم جدید، مواد حاصل از متابولیسم و رشد باکتریها با این سنسورها تعیین می گردد.

سطوح انتخابی بیولوژیکی، محیطی هایی هستند که عمده واکنشهای و فعل و انفعالات بیولوژیکی و شیمیایی در آن محیط انجام می شود.

چنین سطوحی همچنین توانایی افزایش یا کاهش قدرت اتصال ارگانیزمها و ملکولهای ویژه را دارد. از جنبه های کاریردی استفاده از این سطوح، طراحی سنسورها، کاتالیستها، و توانایی جداسازی یا خالص سازی مخلوطهای بیومولکولها می باشد. نانومولکولها موادی هستند که اخیرا از طریق نانوتکنولوژی به دست آمده اند و یا در طبیعت موجودند و بوسیله این ساختارها، امکان دستکاریهای درسطح نانو و تنظیم و کاتالیز واکنشهای شیمیایی وجود دارد. نانو مواد از اجزای با سایز بسیار ریز تشکیل شده اند و اجزا تشکیل دهنده چنین ساختارهایی بر خواص مواد حاصل در سطح ماکرو تاثیر می گذارد.

ساختارهای کروی توخالی (buckey balls ) که با نام دیگر فلورن هم شناخته شده اند، مجموعه از اتمهای کربن متحدالشکل به صورت کروی هستند که در چنین ساختاری هر اتم کربن به سه اتم کربن مجاورش متصل شده. دانشمندان اکنون به خوبی می دانند که چگونه یک چنین ساختاری را به وجود آورند و کاربردهای بیولوژیکی آن امروزه کاملا شناخته شده است. از جمله کاربردهای چنین ساختارهایی برای رها سازی دارو یا مواد رادیواکتیو در محلهای مبتلا به عوامل بیماریزا می باشد.

ایده استفاده از۶۰ اتم کربن به جای ۸۰ اتم، ساختارهای توخالی را برای آزاد سازی دارو فراهم می کند. هدف از این کار در نهایت رسیدن به گروهای قابل انحلال پپتیدها در آب می باشد که نتیجتا این مولکولها به جریان خون راه پیدا می کنند. نانوتیوپها ساختارهای توخالی دیگری هستند که از دو طرف باز شده اند و گروههای اتمی دیگری به آنها اضافه شده اند و یک ساختار شش گوشه را تشکیل می دهند. نانوتیوپها می توانند به عنوان یک ورقه گرافیت در نظر گرفته شوند که به دور یک لوله پیچیده شده اند.

کاربرد پلی مرهای سنتزی در داروسازی پیشرفتهای چشمگیری داشته است. سبکی، نداشتن آثار جانبی و امکان شکل دهی پلی مرها، کاربرد آنها را در زمینه پزشکی و دامپزشکی افزایش داده است. در روشهای دارورسانی مدرن، فرآورده شکل دارویی موثر خود را با یک روند مشخص شده قبلی برای مدت زمان معلوم بطور سیستماتیک به عضو هدف آزاد می کند. پلیمرها نه تنها به عنوان منابع ذخیره دارو و غشا و ماتریکس های نگهدارنده عمل می کنند بلکه می توانند سرعت انحلال آزاد سازی و تعادل دفع و جذب آزاد را در بدن کنترل کنند.

دندریمر(پلی مر) یک طبقه جدید از مولکولهای سه بعدی مصنوعی هستند که از مسیر و راه نانوسنتزی به دست آمده اند که این دندریمرها از توالیها و شاخه ای تکراری حاصل آمده اند. ساختار چنین ترکبیباتی از یک درجه بالای تقارن برخوردار است.

نقاط کوانتومی، کریستالهایی در مقیاس نانومتری هستند که اساسا در اواسط ۱۹۸۰ برای کاربردهای اپتوالکترونیک به کاربرده شدند. آنها در طی سنتز شیمیایی در مقیاس نانو ایجاد می شوند و از صدها یا هزاران اتم در نهایت یک ماده نیمه هادی معدنی تشکیل شده اند که این ماده به اتمها خاصیت فلورنس می دهد. وقتی یک نقطه کوانتومی با یک پرتو نور برانگیخته می شود آنها دوباره نور را منتشر می کنند. میزان یک طیف نشری متقارن باریک مستقیم به اندازه کریستال بستگی دارد.

این بدان معنی است که اجرام کوانتومی می توانند به خوبی برای انتشار نور در طول موجهای مختلف طراحی شوند. نانوشلها یک نوع جدید از نانوذرات که از هسته دی الکتریک مانند سیلیکا تشکیل شده اند که با یک لایه فلزی فوق العاده نازک(به عنوان مثال طلا) پوشش داده شده اند. نانوشلهای طلا، دارای خواص فیزیکی مشابه به آنهایی هستند که از کلوئیدها طلا ساخته شده اند. پاسخهای نوری نانوشلهای طلا به طور قابل توجهی به اندازه نسبی هسته نانوذرات و ضخامت لایه طلا بستگی دارد.

دانشمندان قادرند نانوشلهایی را بسازند که ملکولهای آنتی ژنها بر روی آنها سوار شوند و در مجموع سلولهای سرطانی و تومورهای موجود را تحت تاثیر قرار دهند. این ویژگی مخصوصا در رابط با نانوشلها می باشد که این ساختارها قادرند فقط تومورهای موجود را تحت تاثیر قرار دهند و سلولهای مجاور تومور دست نخورده باقی می ماند. از طریق حرارتی که به طور انتخابی در سلولهای توموری ایجاد می کند منجر به از بین بردن این سلولها می شود.

● کاربردهای نانوتکنولوژی در علوم دامی

سلامتی دامهای اهلی از جمله مسائلی است که با اقتصاد دامداریها در ارتباط می باشد. یک دامپزشک می نویسد که "علم نانوتکنولوژی توانایی و پتانسیل بالقوه ای بر روی رهیافتهای آتی دامپزشکی و درمان دامهای اهلی خواهد داشت". تامین اقلام غذایی برای دامهای اهلی همواره با افزایش هزینه و نیاز به مراقبتهای خاص دامپزشکی و تجویز دارو و واکسن همراه بوده است و نانوتکنولوژی توانایی ارائه راهکارهای مناسب برای حل این معضلات را دارد.

● سیستمهای سنتیتیک آزاد کننده مواد داروئی

امروزه مصرف آنتی بیوتیکها، واکسنها، پروبیوتیکها و عمده داروها از طریق وارد کردن آنها از راه غذا یا آب دامها و یا از راه تزریق عضلانی صورت می گیرد. رها سازی یک مرحله ای دارو در برابر یک میکروارگانیزم علارغم تاثیرات درمانی و اثرات بازدارنده پیشرفت یک بیماری معمولا با بازگشت مجدد علائم بیماری وتخفیف اثرات دارویی مصرفی همراه است. روشهای موجود در سطح نانو، قابلیت تشخیص و درمان عفونت،اختلالات تغذیه ای و متابولیکی را دارا می باشد. سیستمهای سنتتیک رها سازی دارو می تواند خواص چند جانبه برای حذف موانع بیولوژیکی در افزایش بازده درمانی داروی مورد استفاده و رسیدن آن به بافت هدف داشته باشد که از جمله این خواص می توان به موارد ذیل اشاره کرد.

۱) تنظیم زمانی مناسب برای آزاد سازی دارو

۲) قابلیت خود تنظیمی

۳) توانایی برنامه ریزی قبلی

بنابراین در آینده نزدیک پیشرفتهای بیشتر تکنولوژی امکانات زیر را فراهم می کند:

▪ توسعه سیستمهای سنتیتیک رها سازی داروها،پروبیوتیکها، مواد مغذی

▪ افزایش سرعت شناسایی علائم بیماری و کاربرد روشهای درمانی سریع

▪ توسعه سیستمهای رها سازی اسیدهای نوکلئیک و مولکولهای DNA

▪ کاربرد نانومولکولها در تولید واکسنهای دامی

● تشخیص بیماری و درمان دامها

تصور امکان تزریق نانوپارتیکها به دامها و فعال شدن تدریجی ماده موثر همراه با این نانوذرات در بدن حیوان برای از بین بردن و تخریب سلولهای سرطانی، افق تحقیقاتی جدیدی را به روی محققان بازکرده است. محققان دانشگاه رایس مراحل مقدماتی کاربرد نانوشلها را برای تزریق به جریان خون ارزیابی کردند.

این ذرات نانو به گیرنده های غشاسلولهای سرطانی متصل می شوند و با ایجاد امواج مادون قرمز باعث بالا رفتن دمای سلولهای مذکور به ۵۵ درجه و ترکیدن و از بین رفتن تومورهای موجود می گردند. همچنین نانوپارتیکهایی که از اکسیدهای آهن ساخته می شوند، با ایجاد امواج مگنتیک در محل استقرار سلولهای سرطانی باعث از بین بردن این سلولها می شوند. یکی از اساسی ترین محورهای تحقیقاتی کنونی، توسعه سیستمهای رها سازی DNA غیرزنده، با بازدهی مناسب و با حداقل هزینه و عوارض جانبی و سمی می باشد، که در ژن درمانی مورد استفاده قرار می گیرند.

● اصلاح نژاد دام

مدیریت تلاقی و زمان مناسب جفتگیری دامها، از جمله مواردی است که در مزارع پرورش گاوشیرده به هزینه و زمان طولانی نیاز دارد. از راهکارهایی که اخیر مورد استفاده قرار گرفته است، استفاده از نانوتیوپها خاص در داخل پوست می باشد که زمان واقعی پیک هورمون استروژن و وقوع فحلی را دار دامها نشان می دهد و لذا با علائمی که سنسورهای موجود به دستگاه مونیتور می فرستد، زمان دقیق و واقعی تلقیح را به دامدار نشان می دهد

معرفی نانو تکنولوژی وکشاورز

معرفی نانو تکنولوژی وکشاورزی

امروزه تحولات و پیشرفت‏های سریع علمی و فنی انقلاب نوینی را ایجاد نموده است که دستاوردهای بسیار گسترده آن تغییرات اساسی در جهان ایجاد می‏نماید. یکی از مولفه‏های اصلی این انقلاب نانوتکنولوژی است که افق‏های بالقوه این فناوری نمایانگر تاثیر بسیار عمیق و حیاتی آن بر آینده انسان است.

در حال حاضر همزمان با ورود کشورهای صنعتی در عرصه فناوری و انجام فعالیت‏های وسیع در این زمینه، کشورهای در حال توسعه نیز برای همگام شدن با کشورهای پیشرفته خود را برای ورود به این عرصه از علم و فناوری آماده می‏سازند. نانوتکنولوژی در بخش کشاورزی نیز از جایگاه ویژه‏ای در جهان برخوردار است بگونه‏ای که سرمایه‏گذاری در زمینه نانوتکنولوژی در بخش کشاورزی آمریکا در سال 2004 از افزایش نهصد (900) درصدی نسبت به سال 2003 برخوردار بوده است.

در کشور ما نیز از مدتی پیش فعالیت‏هایی در این زمینه آغاز شده است و در همین راستا وزارت جهاد کشاورزی با همکاری دفتر همکاری‏های فناوری ریاست جمهوری، همگام با تعدادی از وزارتخانه‏ها و دستگاههای اجرایی کشور اقدام به زمینه‏‎سازی و فعالیت در این مقوله نموده است که از آن جمله تشکیل کمیته نانوتکنولوژی وزارت جهاد کشاورزی در سال 81 با حضور نمایندگان موسسات تحقیقاتی ذیربط و معاونت‏های محترم این وزارتخانه‏ می¬باشد.

ضرورت ورود وزارت کشاورزی به عرصه نانوتکنولوژی

با توجه به کاربردهای وسیع نانوتکنولوژی در بخش کشاورزی و تاثیر تحولات ناشی از آن در توسعه این بخش که به مواردی از آن در جدول 1 اشاره می‏شود، طبعاً ضروری است که وزارت کشاورزی نیز توجه کافی به این فناوری مبذول دارد.

جدول 1: مثالهایی از اهمیت نانوتکنولوژی در بخش کشاورزی

شاخه نانوتکنولوژی مثالهایی از کاربرد

 نانوپودرها استفاده در صنایع مختلف از جمله داروسازی و مکمل‏های خوراکی انسان و دام با مواد موثره و سرعت جذب بالاتر

 نانو ساختارهای زیستی استفاده از ذرات طلا ‎آغشته شده به DNA جهت انتقال ژن به منظور اصلاح نباتات

 نانو حسگرهای زیستی برای تشخیص بسیار تعیین و کارآمد عوامل بیماریزا و آلوده کننده

 نانو فیلترها جداسازی مواد (آلاینده یا غذایی) با اندازه‏های نانو از محلول ها

 نانو تراشه‏های زیستی آنالیز هم زمان ده‏ها هزار ژن بر روی یک اسلاید به ابعاد چند میلی‏متر

 نانو کامپوزیتها استفاده در بسته‏بندی مواد غذایی (biopackaging) و تشخیص فساد مواد غذایی از روی شکل و رنگ بسته‏بندی

 ریز مغزها پروبیوتیک‏ها و پری بیوتیک‏ها در علوم دام

 نانوکپسول‏ها کاهش افزودنیهای مواد غذایی و تنظیم هوشمند عطر و طعم در مواد غذایی

 نانو ابزارها برای تحویل هوشمند تیمارها انتقال هوشمند کود، سم یا علف‏کش در نقاط مختلف خاک یا گیاه و انتقال هوشمند دارو یا واکسن به انسان و حیوان

 نانو ابزارهای زیست مولکولی انتقال هوشمند ژن و ژن درمانی

کاربرد ذرات در ابعاد نانو

کاربرد ذرات در ابعاد نانو

به طور کلی این فناوری عبارت از کاربرد ذرات در ابعاد نانو است . یک نانومتر ، یک میلیاردم متر است . از دو مسیر به این ابعاد می توان دسترسی پیدا کرد . یک مسیر دسترسی از بالا به پایین و دیگری طراحی و ساخت از پایین به بالا است . در نوع اول ، ساختارهای نانو با کمک ابزار و تجهیزات دقیق از خرد کردن ذرات بزرگ تر حاصل می شوند . در طراحی و ساخت از پایین به بالا که عموما آن را فناوری مولکولی نیز می نامند ، تولید ساختارها ، اتم به اتم و یا مولکول به مولکول تولید و صورت می گیرند . به عقیده مدیر اجرایی موسسه نانوتکنولوژی انگلستان ، فناوری نانو ادامه و گسترش روند مینیاتوریزه کردن است و به این طریق تولید مواد ، تجهیزات و سامانه هایی با ابعاد نانو انجام می شود . در حقیقت فناوری نانو به ما امکان ساخت طراحی موادی را می دهند که کاملا دارای خواص و اختصاصات جدید هستند .

به بیان دیگر این نوع فناوری چیزهایی را که در اختیار داریم با خصوصیات جدید در اختیار قرار می دهد و یا آنها را از مسیرهای نوینی می سازد . اما گویا صنایع داروسازی از مدت ها قبل به ساخت ذرات ریز مشغول بوده اند . به نظر پروفسور Buckton ، طی سخنرانی که در کنفرانس علوم دارویی انگلستان (BPC) انجام داد ادعا نمود که فناوری نانو در داروسازی اصطلاح تازه به کار گرفته شده ای برای فناوری تولید ذرات در اندازه میکرونی است که از سال ها قبل تهیه و ساخته می شده اند . پس چه چیزی در این بین جدید خواهد بود ؟ به عقیده مدیر اجرایی موسسه فناوری نانو انگلیس ، دستیابی و ساخت دستگاه های آنالیز پیشرفته و ابداع روش های آنالیز نوین سبب می شود تا ما بتوانیم رفتار مواد را به دقت مورد شناسایی قرار دهیم و از این رهگذر بتوانیم آنها را با ظرافت خاصی دستکاری کنیم .

تغییر در خصوصیات دارویی

کاربرد فناوری نانو در پزشکی تاثیرات مهمی دارد . شرکت Elan یکی از شرکت هایی است که از فناوری نانو در تغییر ذرات دارویی استفاده می کند . این شرکت فرایند آسیاب کردن کریستال های نانو را در اختیار دارد که اجازه می دهد بعد از این پروسس ، ذراتی مانند داروی Sirolimns متعلق به شرکت Wyeth که اجبارا می بایست در فرمولاسیون محلول خوراکی به کار برند ، بهبود یافته و آن را بتوانند به فرم قرص ارایه نمایند . یعنی با تهیه ذرات نانو فرم محلول این ماده به فرم جامد تبدیل می شوند . داروی Sirolimns به عنوان یک تضعیف کننده سیستم ایمنی همراه سایر فرآورده های دارویی در موارد پیوند اعضا مانند پیوند کلیه به کار می رود . این شرکت مدعی است که با کاهش سایز ذره سرعت انحلال Sirolimns به مقداری که بتواند به فرم قرص ارایه شود افزایش می یابد . از نظر تجاری این نوع فناوری آسیاب نمودن فقط مختص داروهای با حلالیت بسیار ضعیف است ، اما به عقیده این شرکت 40 الی 50 درصد فرآورده های جدید (NCE) تقریبا در این رده قرار می گیرد . فناوری نانو همچنین در زمینه داروهای پپتیدی که عمدتا برای محفوظ ماندن از متابولیسم می بایست به فرم تزریقی تجویز شوند به کمک آمده است و شرایطی را می تواند فراهم نماید تا آنها را بتوان از طریق سایر روش های داروسازی و نیز مورد پذیرش بیمار تجویز کرد .

شرکت Xstal Bio که با دانشگاه های Glasgow Strathelyde همکاری می کند ، توانسته است کریستال های نوینی بسازد که با ذرات پروتئینی پوشش داده شده اند . مدیر اجرایی شرکت Xstal Bio معتقد است که اغلب شرکت ها ، برای تهیه ذرات نانو از مسیر خرد کردن ذرات بزرگ تر به ذرات کوچک تر استفاده می کنند ، اما آنها فرایندی را در اختیار دارند که مستقیما ذرات کوچک از آن تهیه می شود ، بدون آنکه احتیاج به فرایند زیادتری داشته باشند . این فرمولاسیون انسولین استنشاقی را انجام می دهد . بیماران می توانند به سادگی با اسپری کردن و تنفس آن ، پودر خشک انسولین و یا یک پروتئین دیگری را دریافت کنند . برای اینکه این راه تجویز به طور موثر در اختیار باشد ، ذرات محتوی آن باید آنقدر ریز باشند تا بتوانند در بخش های عمقی مجاری تنفسی نفوذ کنند و البته آنقدر ریز هم نباشد تا مبادا پس از مصرف از دهان و بینی خارج شوند. بنابر این شرکت Xstal Bio مسیر اثباتی خاصی را پشت سر گذرانده است و هم اکنون این فرآورده در بیماران تحت آزمایش است . فناوری نانو در زمینه تشخیص ساده بیماری ها، تصویربرداری ها و برآورد سریع از کارایی مصرف دارو در افراد نیز کاربردهایی دارد . به طور کلی این فناوری در تولید اعضای مصنوعی ، کاشت داروها ، استفاده از تشخیص های فردی در کنترل آزمایش های درون تنی و تشخیصی و داروسازی نوین کاربرد دارد ...

فناوری نانو وکشاورزی

فناوری نانو وکشاورزی

فناوری نانو هیچ زمینه علمی را به حال خود رها نکرده است . علوم کشاورزی نیز از این قاعده جدا نیستند .تا به حال کاربردهای متعددی از فناوری نانو در کشاورزی ، صنایع غذایی و علوم دامی مطرح شده است.

رابطه میان فناوری نانو وعلوم کشاورزی در زمینه های زیر قابل بررسی است :

1- نیاز به امنیت در کشاورزی و سیستم های تغذیه ای

2- ایجاد سیستم های هوشمند برای پیشگیری و درمان بیماریهای گیاهی

3- خلق وسایل جدید برای پیشرفت در تحقیقات بیولوژی و سلولی

4- بازیافت ضایعات حاصل از محصولات کشاورزی

از بین تدابیر موجود در مدیریت آفات کشاورزی استفاده از آفت کش ها و سموم سریعترین و ارزان ترین روش برای واکنش به یک وضیت اضطراری است .

روش های کنترل زیستی در حال حاضر بسیار هزینه بر هستند . در این روش ها کنترل آفت از طریق یکی از دشمنان طبیعی آن آفت صورت می گیرد . امروزه مصرف بی رویه آفت کش ها مشکلات زیادی را ایجاد کرده اند این مشکلات شامل اثرات سوء بر سلامت انسان ( ایجاد مسمومیت های حاد یا بیماری های مزمن ) ، تاثیر این مواد بر حشرات گرده افشان و حیوانات اهلی مزارع و همچنین ورود این مواد به آب و خاک و تاثیر مستقیم وغیر مستقیم آن در این نظام های زیستی می باشد .

مصرف بی رویه آفت کش ها محصولات کشاورزی را نیز به منبع ذخیره سم تبدیل می کند

مهمترین سوال در زمینه استفاده از آفت کش ها این است که :چقدر از این سموم استفاده کنیم ؟(مقاله از نانو کلوب)

استفاده از داروهای (سموم) هوشمند در ابعاد نانو می تواند راه حل مناسبی باشد . این داروها که قابلیت حرکت در گیاه را دارند در بسته هایی که حاوی نشانی خاصی هستند قرار میگیرند .برچسب نشانی یک کد مولکولی است که بر روی بسته نصب شده و به بسته اجازه میدهد که به بخشی از گیاه که مورد حمله عامل بیماری یا آفت قرار گرفته تحویل داده شود . این ناقلین در ابعاد نانو همچنین دارای خود تنظیمی نیز می باشند به این معنی که دارو فقط به میزان لازم به بافت گیاهی تحویل داده می شود .

دقت در ردیابی بافت هدف و میزان اندک اما موثر دارو باعث می شود استفاده از سموم در کشاورزی به حداقل برسد .

همه ما میدانیم که پیشگیری بر درمان مقدم است . بیماری های گیاهی نیز از روی علائمی مانند تغییر رنگ یا تغییر شکل اندام ها شناسایی می شوند ولی مسئله اینجاست که این علائم مدتها پس از ورود عامل بیماری به بافت گیاه بروز پیدا می کنند به همین خاطر با سریعترین اقدام ها برای جلوگیری از شیوع بیماری باز هم مقداری از محصول از بین می رود . در نتیجه نیاز به ابزاری که به کمک آن بتوان در همان مراحل ابتدایی ورود عامل بیماری، آن را کنترل و مهار کرد بسیار ضروری به نظر میرسد.

نانو حسگرهای زیستی ابزارهایی هستند که که از تلفیق ابزارهای شیمیایی ، فیزیکی و زیستی بدست آمده اند.

تصویر ورود یک نانوحسگر زیستی به درون یک سلول

این حسگرها شامل ترکیبات زیستی مانند یک سلول ، آنزیم و یا آنتی بادی متصل به یک مبدل انرژی هستند و قادرند که تغییرات ایجاد شده در مولکول های اطراف خود را گزارش دهند . این گزارش ها توسط سیگنالهایی که مبدل انرژی به تناسب با مقدار آلودگی تولید میکند دریافت می شوند. بنابراین اگر تجمع زیادی از عامل بیماری در اطراف این حسگرها وجود داشته باشد سیگنال های قوی فرستاده می شوند . ارزیابی حضور آلاینده ها در محیط توسط حسگرها در چند دقیقه میسر است اما با استفاده از روش های رایج حداقل 48 ساعت زمان برای تشخیص نیاز است .

استفاده از نانوحسگرهای زیستی در بسته های غذایی نیز کاربرد که در صورت شروع فساد مواد غذایی می توانند هشدار دهنده باشند .

از دیگر کاربردهای فناوری نانو در صنایع غذایی ایجاد پلاستیک های جدید در صنعت بسته بندی مواد غذایی است . در تولید این پلاستیک ها از فناوری نانو ذرات استفاده شده است . اکسیژن مسئله سازترین عامل در بسته بندی مواد غذایی است زیرا این عنصر باعث فساد چربی مواد غذایی و همچنین تغییر رنگ آنها میشود . در این پلاستیک جدید نانوذرات به صورت زیگزاگ قرار گرفته اند و مانند سدی مانع از نفوذ اکسیژن می شوند .

به بیان دیگر مسیری که گاز باید برای ورود به بسته طی کند طولانی می شود . به همین خاطر مواد غذایی در این بسته ها تازگی خود را بیشتر حفظ می کنند .

با طولانی کردن مسیر حرکت مولکولهای اکسیژن، مواد غذایی دیرتر فاسد می شوند.

فناوری نانو با استفاده از فرایندهای طبیعی زیستی ، شیمیایی و فیزیکی در بازیافت مواد باقیمانده از محصولات کشاورزی و تبدیل آنها به انرژی و یا مواد شیمیایی صنعتی نیز نقش دارد . به طور مثال از زمان برداشت پنبه تا تولید پارچه بیش از 25 % الیاف به ضایعات تبدیل می شوند . در دانشگاه کرنل در آمریکا روشی تحت عنوان «ریسندگی الکتریکی» ابداع شده که با استفاده از این روش از ضایعات پنبه محصولاتی مانند کلافهای پنبه و نخ البته با کیفیت پایین تر تولید میکنند . دانشمندان علوم پلیمر از این روش برای تولید نانو فیبرها از سلولز که 90% الیاف پنبه را تشکیل می دهد استفاده کرده اند و الیافی کمتر از 100 نانومتر تولید کرده اند که 1000 بار کوچکتر از الیاف فعلی است .

یکی از کاربردهایی که برای این الیاف ریز سلولزی بیان شده جذب آفت کش ها و کودهای شیمیایی از محیط برای جلوگیری از ورود آنها به اکوسیستم و رها کردن مجدد این مواد در محیط در مواقع مورد نیاز است .

از دیگر محصولات فناوری نانو ، نانو کاتالیزورها هستند که قابلیت تبدیل روغن های گیاهی به سوخت را جهت ایجاد منابع جدید انرژی دارند .

پیشرفت در زمینه علوم گیاهی ، کشاورزی و صنایع غذایی رابطه مستقیمی با پیشرفت در تحقیقات زیست شناسی سلولی و مولکولی دارد . تولید ابزارهای جدید تحول شگرفی در تحقیقات سلولی و مولکولی ایجاد کرده است . امروزه میکروسکوپ هایی که قابلیت ایجاد مشاهده در مقیاس نانو را دارند در توسعه علوم زیستی نقش مهمی را ایفا می کنند.

آماده سازی خاک

چنانچه گیاه در تابستان کشت می شود. پس از برداشت گیاهان قبلی زمین را دو بار (افقی و عمودی) دیسک می زنند. در این فصل نیازی به شخم نیست اما چنانچه امکان استفاده از دیسک نباشد باید زمین را شخم زد. خرد کردن کلوخه ها و تسطیح زمین در فصل تابستان ضروری است کاشت گیاه در بهار بیشتر توصیه شده است.
تذکر : در فصل پائیز هنگام آماده سازی باید 30 تا 60 کیلوگرم در هکتار ازت 45 تا 60 کیلوگرم در هکتار اکسید فسفر و 50 تا 90 کیلوگرم در هکتار اکسید پتاس به عنوان مقادیر پایه باید به زمین اضافه نمود. در سال دوم رویش اوایل بهار باید 30 تا 50 کیلوگرم در هکتار ازت و 20 تا 30 کیلوگرم در هکتار اکسید فسفر خاک اضافه نمود.

تاریخ و فواصل کاشت

این گیاه را می توان در تابستان یا بهار کشت کرد. در کشت بهاره می توان آنرا با گیاهان یکساله ای نظیر شوید (مثبت) به صورت مخلوط کشت نمود. تناوب کشت مناسب در مقدار موثره گلها تاثیر دارد. چنانچه گیاهان در بهار کشت شوند،می توان آنرا در پائیز با هر گیاهی به تناوب کشت کرد. در زمینهائی که این گیاه کشت می شود نباید ریشه یا بذر سایر گیاهان معطر وجود داشته باشد. اوایل بهار (نیمه اول فروردین) زمان مناسبی برای کشت بهاره و اوایل تابستان (تیر ماه) زمان مناسبی برای کشت تابستانی مریم گلی کبیر می باشد.

کاشت

کشت گیاه از طریق بذر و مستقیماً در زمین اصلی انجام می گیرد.
در صورتیکه گیاه در فصل بهار کشت شود می توان آنرا با سایر گیاهان یکساله نظیر شوید یا زیره سیاه به صورت مخلوط کشت کرد. بهتر است کشت مخلوط در ردیفهای متقاطع صورت گیرد. برای اینکار ابتدا گیاه یکساله کشت شود سپس در ردیفهای متقاطع (عمودی) گیاه دو ساله مریم گلی کبیر را کشت نمود. در هر دو نوع کشت بهاره یا کشت تابستانی فاصله ردیفهای کاشت بین 50 تا 60 سانتی متر و تعداد بذر در هر متر طول 90 تا 110 عدد مناسب است عمق بذر گیاه در هنگام کشت باید 2 تا 3 سانتی متر باشد. برای هکتار زمین به 5 تا 7 کیلوگرم بذر با کیفیت مطلوب نیاز می باشد.

داشت

مبارزه با علفهای هرز و برگردان کردن خاک بین ردیف ها به منظور تهویه نقش عمده ای در افزایش عملکرد گل دارد. اگر مریم گلی کبیر با شوید به طور مخلوط کشت شده باشد پس از کشت می توان از علف کش آفالون (Afalon) به مقدار 5/1 تا 2 کیلوگرم در هکتار استفاده نمود. هنگامی که ارتفاع شوید به 10 تا 15 سانتی متر رسید می توان از همین علف کش به میزان 5/1 کیلوگرم در هکتار استفاده نمود. پس از برداشت شوید برگردان کردن خاک توسط بیل یا کولتیواتور نتیجه خوبی در رویش گیاه مریم گلی کبیر خواهد داشت.
چنانچه گیاه در فصل تابستان کاشته شده باشد می توان پس از کاشت از علف کش آفالون (Afalon) به مقدار 5/2 تا 5/3 کیلوگرم در هکتار استفاده نمود.
همچنین در سال دوم قبل از رویش گیاه می توان از علف کش آفالون (Afalon) به مقدار 5/3 تا 5 کیلوگرم در هکتار به صورت محلول پاشی استفاده کرد. در فصل پائیز می توان علف کش کارمگس (Karmex) به میزان 5/3 تا 5/4 کیلوگرم در هکتار بکار برد.
اگر گیاهان در تابستان کشت شوند، ممکن است در ایام گرم و خشک مورد حمله آفات قرار گیرند.استفاده از بازودین (Basudin) به مقدار 15 کیلوگرم در هکتار به صورت طعمه یا محلول پاشی نقش عمده ای در از بین بردن لار و حشرات مضر دارد.
به لحاظ سمی بودن این محلول توصیه می شود صبح زود یا شب مورد استفاده قرار گیرند و هنگام استفاده از آنها از روپوش و ماسک استفاده شود.

برداشت

این گیاه برای استفاده از اسانس آن که در گلها ساخته و ذخیره می گردد، کشت می شود از این رو باید زمانی گلها را برداشت کرد که از بیشترین مقدار ماده موثره برخودار باشند.اسانس از بدو تشکیل گل ها در آنها تولید و با کامل شدن گل افزوده می شود. اما با شروع تشکیل بذر از مقدار آن کاسته می شود. بیشترین مقدار اسانس در گلها 8 تا 10 روز پس از آغاز گل دهی می باشد. لذا 8 تا 10 روز پس از گل دهی زمان مناسب برای برداشت گلها می باشد و باید طی 10 تا 15 روز همه گلها را برداشت کرد. مقدار و کیفیت اسانس در ساعات مختلف شبانه روز متفاوت است مثلاً بین ساعات 21 تا 3 گلها از بیشترین مقدار اسانس با کیفیت مناسب برخوردارند.زمان مناسب برای برداشت گلها بین ساعات 21 تا 3 یا حداکثر 2 تا 6 صبح می باشد.
برداشت محصول در سطوح کم با دست ولی در کشت های وسیع جمع آوری گلها تنها با ماشینهای مخصوص امکان پذیر می باشد.هنگام برداشت فقط باید ساقه های گلدار را جمع نمود.پس از برداشت برای جلوگیری از کاهش اسانس بلافاصله اسانس گلها استخراج شود که این عمل از طریق تقطیر با بخار انجام می شود.مقدار محصول تازه گل 5 تا 9 تن در هکتار خواهد بود که از این مقدار 6 تا 10 کیلوگرم اسانس استخراج می گردد.

دامنه انتشار

اطراف تهران ، مزارع کرج ، نواحی مختلف البرز، رنه ، گچسر، پلور، بین پلور و دلیچای، قزوین ، سمنان ، دامغان شهمیرزاد، شاهرود، بسطام ، کاشان، قمصر، نواحی شمال ایران، گیلان : رودبار، مازندران: کلدرشت، رود بارک، گرگان : آلمه. آذربایجان : دشت مرغان. بین کلیبرواهر. کوه گرمه دوز، 3500 کیلومتری اشنویه، قاسملو، 45 کیلومتری سردشت، اصفهان : تنگ دزدان خوانسار، لرستان : 500 کیلومتری مشرق خرم آباد. فارس : کوه دینار گردنه بیجار، کرمان : کوه هزار، رابوز، خراسان : کوه بینالود.

روستانشینی

در آغاز زمانی که اقتصاد برپایه گردآوری خوراک و صید و شکار قرار داشت، انسانها برروی زمین در حال حرکت و کوچ بودند. اقوام شکارگر و گرد آورندگان آذوقه اغلب جایگاه ثابتی نداشتند و همواره در پی صید و شکار و گردآوری آذوقه که معمولا از ریشه گیاهان خوردنی و میوه‌های جنگلی تشکیل می‌شد، از سرزمینی به سرزمین دیگر کوچ می‌کردند. اوضاع و احوال طبیعی در اغلب مناطق چنان بود که تشکیل هر گونه اقامتگاه بزرگ و دائمی را غیرممکن می‌ساخت.

آشنا شدن انسان به امور کشاورزی و بارآوردن آذوقه و یافتن سرزمین‌های مستعد ، اندک اندک او را از صورت صحرانشینی و بیابان گردی به یکجانشینی و تشکیل سکونتگاه‌های دائمی و دهکده‌های پایدار هدایت کرد. لذا زندگی انسان بر روی زمین به دو گونه صحرانشینی و یکجانشینی پدیدار شده است لیکن میان این دو شکل زندگی حالت یا مرحله دیگری نیز وجود دارد که آن را نیمه کوچندگی یا نیمه یکجانشینی می‌توان نامید. نیمه کوچندگی نوعی سکونت دو گانه ییلاق - قشلاقی است و انسان‌ها با این شیوه زندگی نیمی از سال را در دشتها و نیمی دیگر را در کوهستانها می‌گذرانند و شاید بتوان این نوع زندگی را دو جانشینی یا سکونت دوگانه نیز اطلاق کرد.

تاریخچه روستانشینی

به اعتقاد رالف لینتون (Ralph Linton) مولف کتاب معروف شیر تمدن در عصر نوسنگی یا حدود 5000 سال پیش از میلاد در بسیاری از سرزمین‌ها از جمله منطقه آسیای جنوب غربی زندگی ده نشینی برقرار بوده و عموم قبایل مختلف با یک نوع الگوی کلی و متشابه به زندگی خود ادامه می‌دادند. بنابر تحقیقات باستان شناسان قدیمی‌ترین دهکده‌های جهان که تاکنون بوسیله حفاران پیدا شده ، در خاورمیانه واقع است. دو روستا در جارمو (Jarmo) و تپه سربین (Sarabin) واقع در ایران و عراق امروزی نشان می‌دهد که یکجانشینی با تشکیل اجتماعات روستایی دست کم در 10000 سال پیش آغاز شده است.

آخرین تحقیقات باستان شناسان همچنین نشان می‌دهد که بسیاری از مراکز اجتماعات انسانی از 10000 تا 3500 سال قدمت دارد. مثلا گنج تپه در انتهای شرقی دشت کرمانشاه 8000 سال قبل از میلاد ، تپه گوران لرستان 7000 سال قبل از میلاد ، گوی تپه نزدیک ارومیه 4000 سال قبل از میلاد ، تپه حصار دامغان 4000 سال قبل از میلاد ، تپه حسنلو و عقرب تپه 2000 سال قبل از میلاد ، چراغعلی تپه 1100 سال قبل از میلاد ، املش گیلان 1500 سال قبل از میلاد و همچنین شوش ، تپه گیان نهاوند ، تپه جمشیدی (درشمال خاوری الیشتر) تل بگوم تخت جمشید و کلاردشت هر یک از 1000 تا 3000 سال قبل از میلاد قدمت دارند.

ساندرسن (Goordon Chaide) جامعه دهگانی را از لحاظ ثبات و تحرک به سه نوع تقسیم می‌کند

دهکده‌های ناپایدار

دهکده‌هایی هستند که هر چند در آن مختصری کشاورزی می‌شود، لیکن ساکنان آن زودبه زود تغییرمکان می‌دهند. نمونه این دهکده‌ها در ناحیه آمازون و نیز نزد بومیان مالایا وجود داشته است.

دهکده‌های نیمه پایدار

در این نوع دهکده‌ها انسانها در محلی سکونت می‌گزینند و تا چند سال آذوقه خود را از زمینهای حاصلخیز اطراف به دست می‌آورند و سپس به علت کاهش بازدهی زمین و بی‌مایه شدن خاک ، آن منطقه را ترک می‌کنند و در سرزمین دیگری ساکن می‌شوند. این امر در گذشته به خصوص در نواحی کوهستانی جنوب شرقی آسیا وجود داشت.

دهکده‌های پایدار

از زمانی که فنون و ابزار کشاورزی پیشرفت کرد و بویژه در منطقه آسیای جنوب شرقی که زراعت برنج معمول گردید و گاومیش اهلی و خیش اختراع شد و رواج یافت، دهکده‌های پایدار پدید آمد. کشت برنج آبی با استفاده از گاومیش زمینه را برای استقرار جمعیتهای انبوه فراهم کرد. همچنین در آسیای جنوب غربی ترکیب غله و گاومیش نیز سبب روی کارآمدن جمعیتهای بزرگ شد