سرشناسه: آجودانی، آژوان، 1382-

عنوان و نام پدیدآور: نانو تکنولوژی در صنعت کشاورزی/ گردآورندگان آژوان آجودانی، سپهر سهیلی نجف آبادی، پوریا منفرد.

مشخصات نشر: اصفهان: انتشارات امیرفدک، 1397.

مشخصات ظاهری: 70 ص.

شابک: 978-622-6521-55-0

وضعیت فهرست نویسی: فیپا

موضوع: نانو تکنولوژی

موضوع: Nanotechnology

موضوع: کشاورزی - نوآوری

موضوع: Agricultural innovations

شناسه افزوده: سهیلی نجف آبادی، سپهر، 1383-

شناسه افزوده: منفرد، پوریا، 1381-

رده بندی کنگره: T 174/7/ آ 3 ن 2 1397

رده بندی دیویی: 620/5

شماره کتابشناسی ملی: 5554533

خیراندیش دیجیتالی: کانون فرهنگی اندیشه اصفهان

ص: 2

نانو تکنولوژی در صنعت کشاورزی

گردآورندگان:

آژوان آجودانی

دانش آموز پایه ی نهم دبیرستان دکتر محمدشفیعی

سپهر سهیلی نجف آبادی

دانش آموز پایه ی نهم دبیرستان دکتر محمدشفیعی

ص: 3

انتشارات امیرفدک: اصفهان- خیابان هشت بهشت غربی نبش تقاطع ملک ساختمان فدک

تلفن: 32730360-031 - همراه: 09133135694 کدپستی: 43151-81546

Fadak.mansori@gmail.com

نانو تکنولوژی در صنعت کشاورزی

آژوان آجودانی 82- سپهر سهیلی نجف آبادی 83

آماده سازی: انتشارات امیرفدک

مدیر مسئول: دکتر محمدرضا محمد شفیعی

مدیر تولید: سید محمدرضا منصوری تهرانی

مدیر فنی: صالحیان - مظفری

ویراستار ادبی: جوهریان

ویراستار علمی: مظفری - نادر سلطانی- علیرضا مردیها

صفحه آرا: عابدی - کاویانی

طراح جلد: کاویانی

● لیتوگرافی: طاها ● چاپ: ملت ● صحافی: ملت

● چاپ اول: 1397 ● تعداد: 1000 ● قیمت: 40000 تومان

حق چاپ: 1397، انتشارات امیرفدک

شابک: 0-55-6521-622-978 ISBN: 978-622-6521-55-0

هر گونه استفاده از مطالب اين کتاب اعم از بازنويسي، خلاصه سازي، نقل مطالب آموزشي، برداشت به صورت دست نويس، کپي، تکثير و هر گونه چاپ سنتي و ديجيتال، استفاده به صورت کتاب الکترونيکي، لوح فشرده، قرار دادن مطالب بر روي اينترنت و وبسايت ها و هر گونه شبکه ي کامپيوتري ديگر و به طور کل هر گونه استفاده ي اشخاص حقيقي و حقوقي در جهت منافع مادي و معنوي خود، بدون اجازه ي کتبي ناشر ممنوع و بر اساس بند 5 ماده ي 23 قانون حمايت از حقوق مؤلفان و مصنفان و قوانين مربوط به جرايم رايانه اي کشور قابل پيگيري در محاکم قضايي است.

ص: 4

فصل سوم ...53

کاربرد های فن آوری نانو در کشاورزی دقیق برای مقابله با تهدیدات نو پدید ...54

کشاورزی دقیق ...54

سیستم های رسانش هوشمند ...57

به کارگیری فن اوری نانو در صنعت کشاورزی ...59

منابع ...63

ص: 8

افزایش چشم گیری در کیفیت و کمیت محصولات کشاورزی صورت گرفت که البته در کنار آن استفاده ی بی رویه از منابع، مشکلاتی را نیز در پی داشت. اکنون با گذشت سال ها از وقوع انقلاب سبز و کاهش مجدد نسبت به رشد تولیدات کشاورزی به جمعیت جهان، لزوم به کارگیری فن آوری های جدید در صنعت کشاورزی بیش از هر زمان دیگری آشکار است.

تصویر

فن آوری نانو به عنوان یک فن آوری بین رشته ای و پیشتاز و امید بخش جهت رفع مشکلات و کمبود ها و توسعه بخش کشاورزی، در بسیاری از عرصه های علمی و صنعتی، به خوبی جایگاه خود را در علوم کشاورزی و صنایع وابسته ی آن به اثبات رسانیده است. ورود فن آوری نانو به صنعت کشاورزی و صنایع غذایی، تضمین کننده افزایش میزان تولیدات کشاورزی و کیفیت آن ها، در کنار حفظ محیط زیست و منابع کره ی زمین می باشد.

تصویر

ص: 11

یونانی (نانس) به معنی کوتوله می باشد. فن آوری نانو موج چهارم انقلاب صنعتی، پدیده ای عظیم می باشد که در تمامی گرایش های علمی راه یافته است. ماهیت فن آوری نانو توانایی کار کردن در تراز اتمی، مولکولی و فراتر از آن در ابعاد بین 1 تا 100 نانومتر، با هدف ساخت و دخل و تصرف در چگونگی آرایش اتم ها یا مولکول ها با استفاده از مواد، وسایل و سیستم هایی با توانایی های جدید و با تغییر این ساختار ها و رسیدن به بازدهی بیشتر مواد می باشد. فن آوری نانو فرآیند دست کاری مواد در مقیاس اتمی و تولید مواد و ابزار، به وسیله کنترل آن ها در سطح اتم ها و مولکول ها است.

تصویر

در واقع اگر همه مواد و سیستم ها ساختار زیر بنایی خود را در مقیاس نانو ترتیب دهند؛ آن گاه تمام واکنش ها سریع تر و بهینه تر صورت می گیرد و توسعه پایدار پیش گرفته می شود. فن آوری نانو منجر به تغییرات شگرف در استفاده از منابع طبیعی، انرژی و آب خواهد شد و پساب و آلودگی را کاهش خواهد داد.

تصویر

ص: 13

این حسگر ها می توانند برای رساندن مقدار مشخص و دقیقی از یک آفت کش یا کود، با نانو ذرات یا نانو کپسول ها بر هم کنش داشته باشند. این کار می تواند منجر به کاهش هزینه و میزان پراکندگی این مواد شیمیایی در محیط های کشاورزی شود. علاوه بر این موارد، به کمک نانو تراشه ها در مزرعه ها، می توان حیوانات مضر را شناسایی و ردیابی کرد و از آن ها تصویر برداری نمود. چنین تراشه هایی می توانند در رساندن میزان مشخصی از دارو های واکسیناسیون و مواد درمانی دیگر نیز مورد استفاده قرار گیرند.

تصویر

از دیگر زمینه های جذاب که در فن آوری نانو مطرح است، می توان به استفاده از گیاهان در تولید مستقیم مواد اولیه در صنعت فن آوری نانو اشاره نمود. از کاربرد های آن ها می توان به افزایش ماندگاری غذا، تغییر خواص، افزایش ارزش غذایی و تغییر مزه اشاره نمود. ساختار های نانویی می توانند گلخانه هایی در حجم کم اما انبوه پدید آورند که تقریباً با اندازه ای برابر 10 درصد کل مزارع زیر کشت در حال حاضر، می توانند جمعیت کنونی جهان را تغذیه نمایند.

تصویر

ص: 15

می شوند. بنابراین اگر تجمع زیادی از عامل بیماری در اطراف این حسگر ها وجود داشته باشد سیگنال های قوی فرستاده می شوند. همچنین تیمار مولکولی بیماری ها، ردیابی سریع بیماری ها، افزایش توانمندی گیاهان برای جذب مواد مورد نیاز با استفاده از این فن آوری، قابل دسترسی است.

تصویر

تصویر

کاربرد های فن آوری نانو در ماشین های کشاورزی

صنعت ماشین های کشاورزی می تواند توسط فن آوری نانو از یک پتانسیل جدید برای توسعه خود بهره مند شود. بسیاری از پیش بینی های کنونی نشان می دهد که تا 10 سال آینده طراحی و تولید خودرو ها به میزان 60 درصد تحت تأثیر فن آوری نانو و زیر شاخه های آن قرار خواهد گرفت. به عنوان مثال کاربرد های انرژی نوین، کاهش وزن خودرو، افزایش کارکرد مواد، افزایش راحتی و افزایش بهره وری در برابر هزینه های تمام شده از جمله مزایای قابل تعریف برای صنعت خودرو و ماشین های کشاورزی است. ساخت و تولید ماشین های کشاورزی می تواند از فن آوری نانو در زمینه های فراوانی هم چون شاسی و بدنه، موتور و سیستم های انتقال نیرو، رنگ و لایه گذاری ها، روغن کاری و روان ساز ها، تایر ها، سیستم تخلیه و مبدل های کاتالیستی و تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی سود برد.

تصویر

کاربرد های فن آوری نانو در علوم دامی

محصولات دامی یکی از اصلی ترین منابع غذایی مورد استفاده بشر است و فن آوری نانو می تواند در جهت افزایش بهره وری و نیز کیفیت مناسب این محصولات نقش

ص: 20

عمده ای را ایفا کند. برخی از کاربرد های فن آوری نانو در این زمینه شامل موارد زیر هستند.

تصویر

- استفاده از نانو ذرات نقره (نانو سیلور ها) در افزایش بهداشت دام و جایگاه های پرورش دام و طیور

- استفاده از نانو فیلتر ها به منظور فرآوری محصولات لبنی

- استفاده از نانو کپسول ها به عنوان پوششی برای آنزیم های خوراکی و دارو های دامی

- استفاده از نانو حسگر ها در بخش های مختلف سیستم های پرورش دام و طیور و شناسایی انفرادی دام ها

- استفاده از نانو حسگر ها در ماشین های شیر دوشی

- شتاب تحقیقاتی در اصلاح نژاد انواع دام، طیور و آبزیان مؤثر

- تولید خوراک های غیر بیولوژیک و دارو های دامی

- نانو واکسیناسیون DNA با استفاده از نانو کپسول ها و روش های التراسوند

- اصلاح نژاد

- تشخیص و درمان بیماری دام

عنوان یک تکنولوژی نوین به بشر معرفی شد. در کشور ما نیز برای برخورداری از فن آوری های نوین تلاش هایی صورت پذیرفته است. در چند سال اخیر برنامه ریزان کشور بنابر اهمیت بسیار زیاد نانو تکنولوژی، سیاست های تشویقی خوبی را برای حمایت از تحقیقات در این بخش به کار برده اند.

تصویر

شاید آخرین اقدام دولت برای حمایت از نانو تکنولوژی اختصاص بودجه ای برای تشویق محققان این بخش باشد، در جشنواره های خوارزمی نیز به خوبی دیده می شود، که برخی مواقع تحقیقات بسیار مؤثری در این زمینه در ایران صورت می گیرد که البته با توجه به نقش این فن آوری نوین در توسعه یافتگی کشور ها بسیار اهمیت خواهد داشت. به نظر می رسد که محققان ایرانی پاسخ مناسبی به سرمایه گذاری دولت در بخش نانو تکنولوژی داده اند و رسیدن به اهداف برنامه دولت جمهوری اسلامی ایران که همانا قرار گرفتن کشور ایران در میان 15 کشور برتر دنیا در زمینه نانو تکنولوژی است روز به روز به واقعیت نزدیک می شود.

تصویر

فن آوری نانو در ایران به همه اثبات کرد که در این کشور به هر بخشی اهمیت داده

ص: 22

شود در طی مدت زمان کوتاهی می توان پیشرفت های چشم گیر جوانان را مشاهده کرد. نانو تکنولوژی و فن آوری اطلاعات به همه ما ثابت نمود که ایرانی اگر دارای امکانات هر چند کم باشد گام های بزرگی برمی دارد. جالب است بدانید با پیشرفت های بسیار خوب ایران در نانو تکنولوژی به عنوان مرکز نانو تکنولوژی در جهان اسلام انتخاب شده است، چرا که ایران پیشرفته ترین کشور اسلامی در این علم است. ایران هم اکنون با تلاش محققان داخلی ایران توانسته است در میان 60 کشور جهان که در زمینه نانو تکنولوژی تحقیق می کنند، جز 30 کشور برتر قرار گیرد، که بنا به اعلام نهاد های علمی جهان ایران به سرعت در این علم در حال پیشرفت است. دانشمندان جوان ما با وجود تحریم های کشور های مستکبر جهان توانسته اند علمی چون نانو تکنولوژی را بومی کرده و افتخار دیگری به دست آورد های انقلاب اسلامی بیفزایند.

جمع بندی و چشم انداز آینده فن آوری نانو در کشاورزی

علم نانو تکنولوژی افق جدیدی را برای استفاده هر چه بیشتر و بهتر بشر از موهبت های الهی فراهم کرده است. از این فن آوری نه تنها از مواد موجود می توان بهره مناسب تری برد و در مقدار مصرف مواد و انرژی صرفه جویی کرد، بلکه استفاده های نوینی از طبیعت را برای بشر فراهم خواهد کرد. ما در طبیعت برای مدت طولانی است، که از کنش ها و واکنش ها در سطح نانو بهره جسته و در مصرف انرژی و مواد صرفه جویی فراوان می کنیم. بشر نیز در قدم های اولیه باید از طبیعت الگو برداری کرد تا با ساختار ها و راهکار های بهره گیری از نانو تکنولوژی آشنایی کامل پیدا کند. از جمله کاربرد های نانو که در آینده ممکن است تحولات شگرفی در کشاورزی ایجاد کند تأمین آب کشاورزی است. به عنوان مثال استفاده از نانو لوله ها برای تصفیه آب از آلاینده ها، شیرین سازی آب های شور و تأمین آب از رطوبت موجود در هوا از جمله مواردی است، که جنبه تحقیقاتی آن شروع شده و امید است در آینده ای نزدیک به مرحله کاربرد برسد.

تصویر

ص: 23

تصویر

ارتقای کارایی ماشین آلات کشاورزی

فن آوری نانو در حوزه ماشین آلات کشاورزی با ایجاد پوشش های سخت در اطراف ماشین آلات، حفظ ماندگاری قطعات، کارایی و طول عمر آن ها افزایش می دهد.

بهبود کیفیت سیستم بسته بندی مواد غذایی

با اشاره به کاربرد فن آوری نانو در حوزه صنایع غذایی و بسته بندی، استفاده از فن آوری نانو در این حوزه با بهبود سیستم بسته بندی، سبب کاهش ضایعات پس از برداشت محصولات کشاورزی و فرآورده های تولیدی در کارخانه های صنایع غذایی می شود. فن آوری نانو در ایجاد فرآیند های جدید که می تواند جایگزین فرآیند های حرارتی پاستوریزاسیون باشد، از پتانسیل بالایی برخوردار است.

تصویر

تجاری سازی محصولات کشاورزی تولید شده با فن آوری نانو

کشور ما، با توجه به اهمیت مقوله تولید غذا و امنیت و ایمنی مواد غذایی برای دادن مجوز به محصولات نانویی، دقت و سخت گیری های فراوانی به عمل می آید. خوشبختانه در کشور ما شرکت هایی هستند که محصولات نانویی را تولید می کنند؛ محصولاتی که به صورت مستقیم یا غیرمستقیم در حوزه کشاورزی کاربرد دارند.

ص: 26

کمیته نانو وزارت جهاد کشاورزی سامانه های را برای ثبت تولید کنندگان و بررسی فرآیند و خصوصیات محصول و نهایتاً صدور مجوز طراحی کرده است، که مسائل ایمنی در این فرآیند لحاظ می شود. در حال حاضر برخی از شرکت های دانش بنیان نمونه هایی از نانو کود ها، نانو سم و فیلم پلاستیکی گلخانه ها را جهت بررسی به سامانه مذکور ارائه داده اند. شرکت های دانش بنیان چندین محصول دیگر را در دست تولید دارند که به طور غیرمستقیم صرفه جویی در هزینه ها را در پی داشته و سبب افزایش عمر قطعات محصولات کشاورزی می شوند.

تصویر

برنامه های وزارت جهاد کشاورزی در خصوص محصولات نانویی

سامانه آنلاین ثبت درخواست ها و صدور مجوز ها تا پایان سال 95 تحت عنوان سامانه وزارت جهاد کشاورزی رونمایی شد. از دیگر برنامه های وزارت کشاورزی در راستای هموار کردن مسیر ورود محصولاتی که قابلیت عرضه به بازار را دارند، برگزاری نشست های تخصصی در بحث های مختلف کشاورزی به منظور برقراری ارتباطی کارآمد میان بخش های مختلف تحقیقاتی، دانشگاهی و صنعتی است.

تصویر

پروژه های دانش آموزی و پژوهشی نانویی

از دیگر اقداماتی که امسال در نمایشگاه فن آوری نانو صورت گرفته، انتخاب

ص: 27

پروژه های دانش آموزی مرتبط با بخش کشاورزی هم چون بحث سموم، کود ها و بسته بندی محصولات کشاورزی بوده است. در بخش پژوهشی، نتایج بیش از 70 پروژه جدید کشاورزی که در وزارت جهاد کشاورزی با استفاده از قابلیت فن آوری نانو در حال اجرا است، رونمایی شد که از این میان بیش از 20 پروژه در حال اجرا است. انواع نانو سموم، نانو کود ها، سیستم های بسته بندی، مقاوم کردن چوب های ام دی اف برای جلوگیری از پوسیدگی و کنترل بیماری های دام، طیور و آبزیان، از جمله این پروژه ها محسوب می شوند. استفاده از فن آوری نانو در بخش کشاورزی انقلابی سبز در این حوزه ایجاد کرد که سبب گرویدن کشاورزان از کشاورزی سنتی به کشاورزی صنعتی شد و تأثیر چشم گیری در افزایش کیفیت و کمیت محصولات ایجاد کرد.

تصویر

مواد و ابزار های نانو مقیاس در خدمت علوم کشاورزی

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

تصویر

رابطه میان فن آوری نانو و علوم کشاورزی

اشاره

رابطه میان فن آوری نانو و علوم کشاورزی در زمینه های زیر قابل بررسی است.

ص: 28

نیاز به امنیت در کشاورزی و سیستم های تغذیه ای.

ایجاد سیستم های هوشمند برای پیشگیری و درمان بیماری های گیاهی.

خلق وسایل جدید برای پیشرفت در تحقیقات بیولوژی و سلولی.

بازیافت ضایعات حاصل از محصولات کشاورزی.

از بین تدابیر موجود در مدیریت آفات کشاورزی استفاده از آفت کش ها و سموم سریع ترین و ارزان ترین روش برای واکنش به یک وضعیت 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 تأثیر مستقیم و غیرمستقیم آن در این نظام های زیستی است. مصرف بی رویه آفت کش ها، محصولات کشاورزی را نیز به منبع ذخیره سم تبدیل می کند.

تصویر

مهم ترین سوأل در زمینه استفاده از آفت کش ها این است، که چه قدر از این سموم استفاده کنیم؟ استفاده از دارو های هوشمند در ابعاد نانو می تواند راه حل مناسبی باشد. این دارو ها که قابلیت حرکت در گیاه را دارند در بسته هایی که حاوی نشانی خاصی هستند قرار می گیرند. برچسب نشانی، یک کد مولکولی است که روی بسته نصب شده و به بسته اجازه می دهد که به بخشی از گیاه که مورد حمله عامل بیماری یا آفت قرار گرفته تحویل داده شود. این ناقلین در ابعاد نانو هم چنین دارای خود تنظیمی نیز هستند، 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 مؤثر دارو باعث می شود استفاده از

ص: 29

سموم در کشاورزی به حداقل برسد. همه ما می دانیم که پیش گیری بر درمان مقدم است. بیماری های گیاهی نیز از روی علائمی مانند تغییر رنگ یا تغییر شکل اندام ها شناسایی می شوند، ولی مسئله این جا است که این علائم مدت ها پس از ورود عامل بیماری به بافت گیاه بروز پیدا می کنند، به همین خاطر با سریع ترین 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 می رسد.

تصویر

نانو حسگر های زیستی ابزار هایی هستند که از تلفیق ابزار های شیمیایی، فیزیکی و زیستی به دست آمده اند. این حسگر ها 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 سیگنال هایی که مبدل انرژی به تناسب با مقدار آلودگی تولید می کند، دریافت می شوند. بنابراین اگر تجمع زیادی از عامل بیماری در اطراف این حسگر ها وجود داشته باشد، سیگنال های قوی فرستاده می شوند. ارزیابی حضور آلاینده ها در محیط توسط حسگر ها در چند دقیقه میسر است اما با استفاده از روش های رایج حداقل 48 ساعت زمان برای تشخیص نیاز است.

است. در تولید این پلاستیک ها از فن آوری نانو ذرات استفاده شده است.

تصویر

اکسیژن، مسأله ساز ترین عامل در بسته بندی مواد غذایی است، زیرا این عنصر باعث فساد چربی مواد غذایی و هم چنین تغییر رنگ آن ها می شود. در این پلاستیک جدید نانو ذرات به صورت زیگ زاگ 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.

تصویر

فن آوری نانو با استفاده از فرآیند های طبیعی زیستی، شیمیایی و فیزیکی در بازیافت مواد باقی مانده از محصولات کشاورزی و تبدیل آن ها به انرژی و یا مواد شیمیایی صنعتی نیز نقش دارد. به طور مثال از زمان برداشت پنبه تا تولید پارچه بیش از 25 درصد 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 کلاف های پنبه و نخ، البته با کیفیت پایین تر تولید می کنند. دانشمندان علوم پلیمر از این روش برای تولید نانو فیبر ها از سلولز که 90 درصد

ص: 31

الیاف پنبه را تشکیل می دهد، استفاده کرده اند و الیافی کمتر از 100 نانومتر تولید کرده اند که 1000 بار کوچک تر از الیاف فعلی است. یکی از کاربرد هایی که برای این الیاف ریز سلولزی بیان شده جذب آفت کش ها و کود های شیمیایی از محیط برای جلوگیری از ورود آن ها به اکوسیستم و رها کردن مجدد این مواد در محیط در مواقع مورد نیاز است.

از دیگر محصولات فن آوری نانو، نانو کاتالیزور ها 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 ابزار های 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.

تصویر

پژوهش گران روسی با استفاده از نانو ذرات فلزی موفق به تولید کود هایی شدند که موجب افزایش 25 درصدی بهره وری در کشاورزی می شود. محققان روسی موفق به توسعه ی نسل جدیدی از کود های مبتنی بر نانو ذرات شدند که با استفاده از آن می توان بهره وری کشاورزی را 25 درصد افزایش داد. این کود ها حاوی نانو ذرات فلزات انتقالی نظیر آهن، مس و کبالت است. براساس اطلاعات منتشر شده توسط محققان دانشگاه ملی علم و دیگر اعضاء این تیم تحقیقاتی، عنصر اصلی این فن آوری، وجود آنزیم هایی است، که به صورت مستقیم سلامت و ایمنی گیاه را هدف قرار

ص: 32

می دهند. این آنزیم ها منجر به افزایش مقاومت گیاه نسبت به آفت ها و بیماری می شود. الکساندر گوسو از مدیران این پروژه می گوید، ما نسل جدیدی از کود ها را ساختیم که در آن نانو پودر های فلزی استفاده شده است. با استفاده از این فن آوری می توان بخشی از فعالیت های کشاورزی را کاست و در عوض، با استفاده از این کود، شرایط را برای رشد بهتر گیاه فراهم ساخت. این کود در مراحل اول رشد دانه در اختیار آن قرار می گیرد و در نتیجه باروری فرآیند به بیشینه مقدار خود می رسد.

تصویر

بزرگ ترین چالش در این پروژه ها، تمایل نانو ذرات به چسبیدن به هم است که محققان این پروژه برای حل این مشکل از پایدار کننده های آلی و فرآیند اولتراسونیک استفاده کردند. بعد از دریافت نتایج مثبت اولیه استفاده از این کود، محققان درصدد برآمدند تا روی توسعه این کود کار کنند تا آن را به گونه ای اصلاح کنند که بتوان از آن در خاک های مختلف و متناسب با گیاهان متفاوت استفاده کرد.

تصویر

بخشی از آنزیم ها معمولا بعد از افزوده شدن به خاک، جذب گیاه شده و باقی آن شسته شده و وارد آب های زیرزمینی می شود. این گروه در این پروژه، کود را به گونه ای مهندسی کردند که به خاک آسیبی وارد نشود. آنزیم ها معمولاً به صورت نمک قابل

ص: 33

انحلال به خاک افزوده می شوند که توسط ریشه گیاه جذب می شود. ترکیبات استفاده شده در این کود به شکلی است، که در صورت وارد شدن به محیط، مزایایی نیز برای محیط دارد. میزان مصرف این ترکیب، یک گرم برای هر تن دانه است.

تصویر

تأثیر فوق العاده بذر مال کود های خضراء بر بذر سیب زمینی

اشاره

کود های کلاته خضراء در مقایسه با کود های وارداتی، در بذر سیب زمینی غده ریزی فوق العاده ای ایجاد نمودند. در یک طرح تحقیقاتی که توسط واحد تولید بذر با کشت بافت استان اردبیل بر روی بذر سوپرالیت سیب زمینی انجام شد، نتایج شگفت انگیزی در تیمار بذر مال کود های کلاته خضراء در این طرح تحقیقاتی کود های کلات مس، روی و نیتروژن خضراء استفاده شد.

تصویر

تصویر

ص: 34

در ضمن نمونه تیمار شده با کود های کلاته خضراء دارای ساقه ضخیم تر و تعداد قابل توجه برگ بیشتر نسبت به شاهد بود. ضعیف ترین تیمار های این طرح تحقیقاتی شاهد و بذر مال با یک برند وارداتی بسیار مطرح در بازار بود. قطر ریشه همراه با تعداد استولن سازی و غده بندی غیر قابل باور بود. این نوع سیب زمینی بیشتر از 8 تا استولن و بذر و مقدار استولن سازی با کود های کلاته خضراء را هیچ کس باور نمی کرد، تا این که مجبور شدیم قبل از گل دهی جهت رویت نتایج غده ها را خارج کنیم و شما در تصویر می توانید در مورد نتایج قضاوت کنید.

تصویر

تصویر

تصویر

سیب زمینی در ایران از نظر اهمیت غذایی پس از گندم و برنج، سومین محصول به شمار می رود. در بسیاری از محصولات کشاورزی، به ویژه سیب زمینی، بیماری های ویروسی سهم بالایی در کاهش عملکرد و کیفیت محصول دارند، از این رو اهمیت ایجاد گیاهچه های سالم و ریز غده ها یا اصطلاحاً مینی تیوبر های عاری از ویروس و ازدیاد و تکثیر سریع آن ها در سطح وسیع کاملاً روشن است. بنابر گفته محققان، روش رایج در کشور برای تولید مینی تیوبر سیب زمینی، کشت در بستر جامد، یعنی تولید ریز غده در داخل خاک، روشی است با هزینه بالا و عملکرد پایین است. اما اخیراً روشی جدید به نام سیستم هوا کشت یا آئروپونیک برای تولید ریز غده به کار گرفته شده است. کشت آئروپونیک ویژگی های خاصی دارد که آن را به عنوان روشی کارآمد در تولید محصولات گیاهی معرفی می کند. آیروپونیک در واقع فرآیندی از رشد گیاه در محیطی از مه، بدون استفاده از خاک یا هر بستر دیگری است. این روش جدید، کمکی برای تولید بیشتر و بهتر فرآورده های گیاهی و افزایش سرعت رشد گیاه است. در همین رابطه، یکی از پژوهشگران کشور در فرآیندی پژوهشی، با توجه به اهمیت بالای بهینه سازی مصرف انرژی در سیستم های مختلف کشت، به تحلیل و مقایسه مصرف انرژی در دو سامانه هوا کشت و معمولی برای تولید مینی تیوبر سیب زمینی پرداخته است. این آزمایش، در سال زراعی 1395 و در مجتمع گلخانه ای مهندس اردبیلی (به پرور سبلان) در استان اردبیل انجام شده است. این استان، نخستین استانی است، که بذر مینی تیوبر سیب زمینی را به روش هوا کشت تولید می کند که عاری از ویروس و عامل بیماری و همچنین دارای راندمان بالا است. نتایج بررسی های این تحقیق نشان می دهد که راندمان انرژی (ER) در سیستم کشت آئروپونیک به مراتب بهتر و بیشتر از راندمان انرژی در سیستم کشت خاکی است. هم چنین، مشابه این شرایط

ص: 36

در شاخص کارآیی انرژی (EP) نیز دیده می شود.

تصویر

مجری این پژوهش می گوید، مصرف انرژی ویژه بسیار بالایی در سیستم کشت خاکی نسبت به سیستم آئروپونیک مشاهده می شود که بیانگر عملکرد پایین این سیستم در تولید مینی تیوبر در قبال میزان انرژی مصرفی است. در شاخص انرژی خالص (NE) نیز متأسفانه در سیستم کشت خاکی، وضعیت مشابه سایر تولیدات گلخانه ای ایران است. ولی در سیستم آئروپونیک، شاخص انرژی خالص مثبت و وضعیت آن نسبت به سیستم کشت خاکی مطلوب تر است.

تصویر

این محقق اعتقاد دارد، که به طور کلی، سیستم آئروپونیک از لحاظ شاخص های انرژی سالیانه، دوره و غده، مزیت و مطلوبیت بهتری دارد و می توان این سیستم را به عنوان یکی از سیستم های کارا و بهینه، از لحاظ میزان مصرف انرژی برای تولید مینی تیوبر سیب زمینی، پیشنهاد داد. بذر مینی تیوبر سیب زمینی در استان اردبیل، تاکنون صرفاً از طریق سیستم خاکی تأمین می شد که در یک متر مربع آن فقط 200

ص: 37

تا 300 عدد بذر به تولید می رسید، اما با روش هوا کشت می توان 1600 تا 2700 بذر مینی تیوبر را تولید کرد و این موضوع، اهمیت این روش را بیش از پیش مشخص می کند.

تصویر

نانو کود کلات مخصوص ذرت

اشاره

با توجه به شرایط آب و هوایی مناسب و ظرفیت بسیار بالای کشت ذرت در کشورمان قسمت عمده ای از اراضی ایران به این کشت اختصاص یافته است، از این رو توجه به تغذیه ی مناسب و رفع کمبود های رایج سبب می گردد که بیش ترین بهره وری را در این زمینه داشته باشیم، لذا نانو کود مخصوص ذرت شامل تمامی عناصر مورد نیاز این گیاه به صورت یون های قابل جذب با استفاده از فن آوری های روز دنیا تولید گردیده است. وجود یون روی در این محصول از کچلی مزرعه جلوگیری به عمل می آورد و باعث بلند تر شدن ارتفاع ذرت می شود، هم چنین وجود یون های منگنز، ازت، پتاسیم و ... در این نانو کود موجب تراکم دانه و افزایش کمی و کیفی آن می گردد.

تصویر

ص: 38

تصویر

با اشاره به تحقیقات انجام شده در گذشته، در پژوهش دیگری، خواص ضد میکروبی نانو ذرات نانو کامپوزیتی متشکل از دو نوع پلیمر را بر دو نوع باکتری مورد بررسی قرار دادند. در این طرح از نانو ذره سنتز شده برای دارو رسانی هدفمند ترکیبات دارویی حاصل از عصاره رازیانه استفاده گردید.

تصویر

با انجام این طرح موفق شدند اثربخشی درمانی عصاره رازیانه را بر دو نوع باکتری گرم مثبت و گرم منفی افزایش دهند. از سوی دیگر، رها شدن آهسته و پیوسته این دارو موجب می شود تا تعداد دفعات استفاده از دارو کمتر شود. از سوی دیگر استفاده از این روش دارو رسانی موجب شده است تا بیش از یک مکانیسم علیه باکتری ها استفاده شود، بنابراین امکان مقاوم شدن باکتری ها در برابر دارو کاهش می یابد.

تصویر

ص: 40

داروی ونکومایسین در حالت عادی هیچ گونه تأثیری بر روی دیواره سلولی باکتری های گرم منفی ندارد، اما محققین توانستند با استفاده از نانو ذرات نانو کامپوزیتی سنتز شده به عنوان نان و حامل دارویی و به کمک اثر سینرژیستی آن ها، باکتری های گرم منفی اشرشیاکلیوس و دوموناس آئروژینوزا را با تخریب دیواره سلولی از بین ببرند. در این طرح ابتدا نانو ذرات سوپرپارا مغناطیس به روش هم رسوبی سنتز و سپس پلیمر های کیتوسان را روی آن پوشش داده شده است. پلیمر کیتوسان به عنوان یک پلیمر زیست سازگار و زیست تخریب پذیر نه تنها سبب بهبود خصوصیات فیزیک و شیمیایی نانو ذرات فریت می شوند، بلکه خود دارای خاصیت ضد میکروب هستند. پس از مرحله سنتز نانو ذرات از روش های FT-IR، XRD و VSM استفاده شد. سپس داروی ونکومایسین و عصاره گیاه رازیانه را بر روینان و ذره نانو کامپوزیتی سنتز شده بارگذاری و مقدار داروی بارگذاری شده و پروفایل آزاد سازی دارو با استفاده از آزمون UV-Vis مورد ارزیابی قرار گرفت. در نهایت خصلت ضد میکروبی نانو ذرات در چند حالت به وسیله روش رقیق سازی بررسی و مقایسه شد.

براساس نتایج به دست آمده، پلیمر طبیعی کیتوسان علاوه بر این که خواص ضد میکروبی نانو ذره و اثربخشی داروی بارگذاری شده را افزایش می دهد، بهبود خواص و توزیع اندازه یکنواخت آن ها را نیز در پی دارد.

تصویر

تحت شرایط تنش دمایی در محیط کشت هیدروپونیک مورد بررسی قرار گرفت. با این هدف، به محلول غذایی، سلنیم و نانو سلنیم اضافه شد و پس از مدتی گیاهان در سه سطح دمایی قرار گرفتند که شامل دمای نرمال، دمای زیاد و دمای کم بود. سپس، در شرایط دمایی معمول به مدت 7 روز قرار گرفتند و اندازه گیری فاکتور های فتوسنتزی و آنتی اکسیدانی انجام گرفت.

تصویر

براساس نتایج، تنش دمایی سرد و گرم به طور کلی تأثیر منفی بر رشد گوجه فرنگی داشت. تحت تنش دمای زیاد، نرخ فتوسنتز، هدایت مزوفیلی و کارایی مصرف آب فتوسنتزی بهبود یافت. در حالی که تنش دمای کم، تنفس گیاه را افزایش داد.

تصویر

تصویر

اثرات مضر نانو بر سلامتی

نانو ذرات به دو دلیل می توانند برای سلامتی مضر باشند؛ اول این که می توانند خیلی سریع از طریق پوست و سلول های مخاطی جذب بدن شوند و دوم این که به دلیل جدید بودن این مواد، مسمومیت های جدید و ناشناخته ای را به وجود بیاورند.

تصویر

منابع نانو ذرات

اشاره

نانو ذرات به لحاظ منشا می توانند به سه دسته تقسیم بندی شوند.

نانو ذرات طبیعی

نانو ذرات طبیعی از طرق مختلف مانند آتش سوزی جنگل ها و یا فوران آتش فشان ها ساخته می شوند.

ص: 43

تصویر

نانو ذرات انسانی

نانو ذرات انسانی اغلب به عنوان محصول جانبی فعالیت های انسانی در صنعت تولید می شوند مانند نانو ذراتی که در حین جوشکاری به وجود می آید و یا از اگزوز ماشین ها خارج می شود.

تصویر

نانو ذرات مصنوعی (ساخته دست بشر)

نانو ذرات مصنوعی یا ساخته دست بشر شامل نانو ذرات مهندسی شده می باشد. این نانو ذرات عمدتاً به علت ویژگی های مطلوب شان مانند خواص جدید فیزیکی و شیمیایی، واکنش پذیری بالاتر و غیره تهیه می شوند. این ویژگی های جدید مواد معمولی که فقط در مقیاس نانو مشاهده می شود دارای کاربرد های تجاری می باشد. مثلأ نانو ذرات می توانند در کرم های ضد آفتاب، یا خمیر دندان ها و یا پوشش های بهداشتی استفاده شوند.

ص: 44

تصویر

تصویر

تصویر

برخی راه های کنترل اثرات مضر نانو ذرات

از تماس پوست با نانو ذرات و یا محلول های حاوی نانو ذرات جلوگیری شود. (دستکش، عینک ایمنی و لباس آزمایشگاه استفاده گردد)

شست شوی دست ها و رعایت بهداشت فردی در محیط کار با نانو ذرات انجام گیرد.

دفع و انتقال زباله های نانو ذرات طبق اصول زباله های شیمیایی خطرناک صورت پذیرد.

وسایل مورد استفاده در کار کردن با نانو ذرات باید قبل از استفاده مجدد، تعمیر یا مصرف از نظر آلودگی بررسی شوند.

هر چند که گفته مى شود نانو فن اورى قابلیت تولید و کاربرد فن اورى هاى تمیز تر را دارا است؛ اما در کاربرد نانو مواد یا ریز مواد باید احتیاط لازم را به عمل آورد. مطالعات نشان مى دهد افرادى که در معرض انتشار نانو مواد قرار دارند ممکن است، به عارضه هایى دچار شوند و هم چنین تخلیه نانو ذرات به آب نیز سبب آلودگى هاى سمى زیست محیطى مى شود.

تصویر

ص: 47

ویژگى بارز نانو فن اورى استفاده آن از ذرات بسیار کوچکى است، که حداقل یکى از ابعاد آن ها کمتر از 100 نانومتر باشد. گفته شده است، که نانو فن اورى مى تواند مواد زائد و آلودگى ها را از محیط حذف کند حتى مى تواند به طور فزاینده اى از مصرف و هدر رفتن منابع جلوگیرى کند که این خود مى تواند سبب شود قیمت تمام شده بسیارى از محصولات و فرآیند ها کاهش یابد. از سوى دیگر نانو فناورى این قابلیت را دارد، که با فراهم آوردن امکان انتخاب گرى بالا در واکنش هاى شیمیایى، بهره ورى در مصرف انرژى و کاهش تولید مواد زائد را موجب شود. با این وجود مطالعات نشان مى دهد، که این فناورى نو ظهور آن چنان که گفته مى شود بى خطر نیست. اصولاً ما با سه دسته نانو مواد سرو کار داریم. دسته اول که مهم ترین و قدیمى ترین آن ها کربن سیاه یا کربن بلاک است، که در ساختن لاستیک و نیز در صنایع چاپ به کار مى رود. کاربرد هاى جدید این نانو ماده در صنایع دیگرى چون صنایع پوششى، نساجى، سرامیک، شیشه و غیره گزارش شده است. تنها افرادى که در این صنایع کار می کنند، می توانند در معرض این دسته از نانو مواد قرار بگیرند.

دسته دوم شامل نانو ذراتى است، که در مواد دارویى و آرایشى بهداشتى به کار مى روند که عموم افراد ممکن است از آن ها استفاده کنند. دسته سوم نانو ذراتى هستند که به صورت ناخواسته به عنوان محصول فرعى بعضى از فرآیند ها مانند سوختن سوخت هاى دیزلى، گداختن فلزات و حرارت دادن پلیمر ها تولید مى شوند، که به این دسته نانو ذرات غیر تولیدى نیز گفته مى شود. امروزه بیشتر نانو ذرات تولیدى از اکسید هاى فلزى، سیلیکون و کربن ساخته مى شوند. بیشتر نانو ذرات دارو رسان از چربى ها و ساختار هایى با پایه پلى اتیلن گلیکول ساخته شده اند.

یکى از راه هاى ورود نانو مواد به داخل بدن موجودات زنده استنشاق است. این امر یکى از موضوعاتى بوده است که بسیار مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. مدارک معتبرى وجود دارد که ثابت مى کند ذرات پایدار با اندازه کمتر از 100 نانومتر پس از استنشاق مى توانند مسمومیت اساسى ایجاد کنند. ذرات استنشاق شده تمایل زیادى به رسوب کردن در مجارى تنفسى و ریه ها دارند که این تمایل در افراد مبتلا به آسم و سایر عارضه هاى تنفسى بیشتر است. التهاب ریه که از استنشاق نانو ذرات حاصل مى شود در حیواناتى مانند موش مشاهده شده و اثر آن در حیوانات پیر بیش تر است.

ص: 48

تصویر

اثر نانو ذرات کربن و اکسید تیتانیم با اندازه هاى بین 12 تا 220 نانومتر روى موش ها نشان داده است که قدرت دفاعى را در شش هاى آن ها پایین مى آورد. تماس مداوم و زیاد با نانو ذرات ممکن است سبب تصلب بافت ها شود. کار در مکان هایى که در آن جا از کربن سیاه استفاده مى شود به مرور زمان سبب بروز بیمارى هاى تنفسى از قبیل برونشیت و یا حتى سرطان ریه مى شود. این بیمارى ها در حیواناتى که در تماس دائم با نانو ذرات بوده اند، مشاهده شده است. شواهد زیادى وجود دارد، که نشان مى دهد سطح فعال و تعداد نانو ذرات استنشاق شده در اثرات مخربى که ایجاد مى کنند نقش تعیین کننده دارند. طبیعت شیمیایى و بار الکتریکى نانو ذرات نیز از دیگر عوامل تعیین کننده در میزان خطرناک بودن آن ها در صورت استنشاق است.

نانو ذرات علاوه بر بیمارى هاى تنفسى که ایجاد مى کنند، مى توانند بروز بیمارى هایى را در سیستم قلبى عروقى انسان ایجاد کنند. اثر مخرب این ذرات روى سیستم قلبى حیوانات با آزمایشاتى که انجام شده به اثبات رسیده است. این بیمارى هاى قلبى ممکن است، از تغییر در عملکرد شش ها نشات گرفته باشد و یا به نفوذ نانو ذرات به بافت ریه مرتبط باشد. در مورد احتمال دوم شواهد نشان داده اند که نانو ذرات جامد توانایى جا به جا شدن در مخاط و بافت هاى تنفسى انسان و سایر پستانداران را دارا هستند. حضور نانو ذرات استنشاقى در سیستم گردش خون و در کبد مشاهده شده است. از سوى دیگر مطالعات نشان داده که تماس دائم و کامل با نانو ذرات سبب ورود این مواد به مغز حیوانات شده است. نفوذ نانو ذرات کربنى به قسمت بویایى مغز موش از طریق عبور از مخاط بویایى و عصب بویایى به اثبات رسیده است.

ص: 49

تصویر

در بعضى از موارد ممکن است اثر یک ماده ویژه اثر منفى نانو ذرات را تشدید کند. به عنوان مثال حضور ذرات بزرگ نیکل در کنار نانو ذرات این ماده صدمات ریوى و التهاب آن را افزایش مى دهد. این مطالعه نشان مى دهد که نه تنها سطح ویژه نانو ذرات نیکل در اثرات مخرب آن نقش دارد بلکه یون هاى نیکل نیز اثر مهمى در ایجاد مسمومیت در سلول هاى موش دارند. سرطان ریه در انسان با در معرض نانو ذرات نیکل قرار گرفتن ارتباط دارد. این اثر در حضور مواد محلولى که حاوى نیکل هستند بیشتر خود را مى نمایاند. از دیگر موادى که اثر تشدید کننده آن ها روى فعالیت مخرب نانو ذرات اثبات شده است، مى توان آهن و دوده را نام برد.

تصویر

یکى دیگر از راه هاى نفوذ نانو ذرات به داخل بدن حیوانات و انسان، نفوذ از راه پوست است. این مسئله در انسان اهمیت بیش ترى دارد، زیرا در مواد حاجب نور خورشید یا همان کرم هاى ضد آفتاب، از نانو ذرات اکسید تیتانیم و اکسید روى استفاده مى شود. هم اینک مهم ترین استفاده از نانو ذرات در مواد آرایشى بهداشتى استفاده از همین ذرات بسیار ریز اکسید هاى فلزى است. مطالعات نشان داده است، که نانو ذرات

ص: 50

تشکیل دهنده این مواد هشت ساعت پس از مصرف مى تواند از طریق غشاى سلول وارد سلول شود. این مسئله در مورد خرگوش و موش به اثبات رسیده است. این نانو ذرات با ورود به درون سلول و انجام واکنش هاى کاتالیز شده نورى مى توانند سبب از بین رفتن اسید هاى نوکلئیک و سایر اجزاى سلولى شوند. راه دیگر نفوذ پوستى نانو ذرات به درون سلول هاى انسان از طریق نقل و انتقال و کار کردن با این مواد در آزمایشگاه ها و صنایع است. مطالعات در مورد نفوذ نانو لوله هاى کربنى به بدن کسانى که در آزمایشگاه هاى مربوطه کار مى کنند، موید این مسئله است. راه دیگر در معرض نانو ذرات قرار گرفتن ورود آن ها به زنجیره غذایى است، که منشاء آن آلودگى هاى زیست محیطى است. اما یکى از آسان ترین و مهم ترین راه هاى ورود نانو ذرات به درون بدن انسان استفاده از سیستم هاى دارو رسان است.

تصویر

تعداد زیادى از مواد نانو به عنوان ترکیبات دارو رسان مورد مطالعه قرار گرفته اند، هم اینک استفاده از این سیستم ها به عنوان یکى از کاربرد هاى مهم نانو فناورى مطرح است. یک اثر جانبى معمول بعد از استفاده از این مواد ایجاد حساسیت شدید است. از سوى دیگر هنگامى که از نانو ذرات ترکیبات آلى فلزى یا پلیمرى استفاده مى شود، خطر تجزیه ترکیبات وجود دارد که مواد حاصل از این تجزیه ممکن است اثرات زیان آورى را موجب شوند. به عنوان مثال ترکیب پلیمرى پلى آلکیل سیانو اکریلات که در بعضى از دارو ها استفاده مى شود در صورت داشتن شاخه آلکیلى کوچک به راحتى تجزیه شده و مواد سمى تولید مى کند اما این پلیمر اگر حاوى شاخه هاى آلکیلى بزرگ باشد تجزیه شدن آن کمتر اتفاق مى افتد. استفاده از نانو ذرات به جاى رنگ هاى فلور سنتى در تصویر بردارى از سیستم هاى زنده از کاربرد هاى جدید نانو مواد است.

ص: 51

تصویر

یکى از موادى که مطالعات زیادى در مورد آن انجام شده نیمه هادى نقاط کوانتومى است، که از کادمیم و سلنیم ساخته شده است. این ماده به خاطر آزاد شدن یون کادمیم سمیت زیادى از خود نشان مى دهد. در پایان با توجه به مطالب فوق مى توان گفت که خطر کلى نانو ذرات به پایدارى آن ها در مواد زیستى مرتبط است. نانو ذراتى که به راحتى به مواد با سمیت کم تجزیه مى شوند نسبت به نانو ذرات مقاوم در مقابل تجزیه زیستى از زیان آورى کمترى برخوردارند. شکل و طبیعت سطح نانو ذرات در زیان آور بودن آن نقش مهمى دارد.

ص: 52

تصویر

کشاورزی دقیق یک سیستم مدیریت کشاورزی تکامل یافته است، که شامل تعداد زیادی تکنولوژی می باشد، این ابزار های تکنولوژی، اغلب شامل سیستم موقعیت یاب جهانی، سیستم اطلاعات جغرافیایی، سیستم سنجش و کنترل بازده، تکنولوژی پخش متغیر و سنجش از راه دور (دور سنجی) است. کشاورزی دقیق ایده ای در سیستم زراعی می باشد که شامل توسعه ی سیستم فنی مدیریت با محوریت دانش و با هدف اصلی بهینه سازی سود می باشد. سیستم مدیریتی مذکور همان ایده ی مدیریت جزء به جزء مزرعه بوده و به بیان دیگر توانایی لازم جهت مدیریت هر یک از عملیات زراعی در مکان خاص خود در سطح مزرعه می باشد به شرطی که از نظر فنی و اقتصادی سودمند و با صرفه باشد. این سیستم شامل توانایی تغییر یا تعدیل در میزان به کار بردن نهاده ها و ورودی ها و عملیاتی چون عملیات شخم، مقدار بذر، مبارزه با علف هرز، کنترل آفات و بیماری ها، عملیات کاشت و آبیاری می باشد.

تصویر

ص: 55

باکتری ها، سیگنال الکتریکی و شیمیایی تولید کنند. دیگر نانو حسگر ها با واکنش های آنزیمی یا به کمک درخت سان هایی که به مواد شیمیایی و پروتئین های هدف متصل می شوند، کار می کنند. با به کارگیری حسگر های هوشمند در این شیوه کشاوزی، می توان میزان تولید را بالا برده، به کشاورزان در تصمیم گیری بهتر کمک کرد. فن آوری نانو به عنوان یک فن آوری بین رشته ای و پیشتاز، رفع مشکلات و کمبود ها در بسیاری از عرصه های علمی و صنعتی، به خوبی جایگاه خود را در علوم کشاورزی و صنایع وابسته آن به اثبات رسانیده است. فن آوری نانو کاربرد های وسیعی در همه مراحل تولید، فرآوری، نگهداری، بسته بندی و انتقال تولیدات کشاورزی دارد.

فناوری نانو با کمک ابزار های جدید، توانایی دگرگون سازی صنایع غذایی و کشاورزی را دارد و می تواند از این ابزار ها برای تشخیص رفتار های مولکولی بیماری ها، کشف سریع بیماری و افزایش توانایی گیاهان برای جذب مواد غذایی استفاده کند. همچنین در صنایع کشاورزی می توان از حسگر ها و سیستم های رسانش هوشمند برای مبارزه با ویروس ها و پاتوژن های محصولات کشاورزی بهره جست. در آینده نزدیک با بهره گیری از کاتالیست های نانو ساختار، افزایش کارایی آفت کش ها و علف کش ها، امکان کاهش حجم استفاده از این مواد را خواهیم داشت.

تصویر

استفاده از فن آوری نانو در بخش ماشین آلات کشاورزی با مقاومت ادوات در مقابل سائیدگی، خوردگی و گرد و غبار باعث افزایش عمر مفید آن ها می شود، صرف بی رویه آفت کش ها، محصولات کشاورزی را به منبع ذخیره سم تبدیل می کند، استفاده از دارو های هوشمند در ابعاد نانو، می تواند راه حل مناسبی باشد. این دارو ها که قابلیت حرکت در گیاه را دارند، در بسته هایی که حاوی نشانی خاص هستند قرار می گیرند، مولکول های موجود در بسته ها باعث می شود که دارو ها فقط به میزان لازم و به بخشی از گیاه که مورد حمله عامل بیماری یا آفت قرار گرفته است، تحویل داده شود. دقت در ردیابی بافت هدف و میزان اندک اما موثر دارو باعث استفاده حداقل از سموم در کشاورزی و استفاده از نانو حسگر های زیستی در سیستم های غذایی می شود که در صورت شروع فساد مواد غذایی می توانند هشدار دهند، استفاده از نانو فلزات برای انتقال ژن به گیاهان و جانوران، شناسایی و دفع حشرات، آفات و بیماری های گیاهی و دامی و افزایش راندمان تولید و استفاده گند زدایی آب و هوا برخی از کاربرد های این فن آوری است. هم چنین بررسی مکانیسم مقاومت و افزایش مقاومت گیاه به بیماری های گیاهی و چگونگی خاموش شدن ژن ها و استفاده از نانو فن آوری برای تنظیم روابط گیاه با میکرو ارگانیزم های محیطی و طولانی کردن عمر ادوات کشاورزی از سایر کاربرد های این فن آوری است.

ص: 58

تصویر

تصویر

اخیراً حسگر هایی طراحی و ساخته شده اند که در نواحی مختلف ماشین آلات کشاورزی مستقر شده و اطلاعات مربوط به نحوه کارکرد قطعات مختلف ماشین را به یک سامانه مرکزی در داخل ماشین ارسال می نمایند. به این ترتیب قبل از بروز و پیشرفت تخریب، می توان از آن پیش گیری نموده و با هزینه های کم، تنظیم ها و تعمیرات لازم را انجام داد. در ماشین آلات و ادوات کشاورزی هوشمند نسل جدید، انجام عملیات سم پاشی و کنترل ردیف های تیمار شده و نشده، تعیین دقیق مسیر حرکت ماشین آلات سم پاش، هدایت و تنظیم ماشین آلات مربوط به تهیه و آماده سازی بستر کشت، تنظیم صحیح دستگاه های سم پاش، کود پاش، بذر کار و نشا کار و نیز هدایت و تنظیم دقیق ادوات برداشت محصول، همگی به کمک حسگر هایی که محصول فناوری نانو و مهندسی دقیق (precision engineering) می باشند، انجام می گردد. در علوم پرورش دام، طیور و آبزیان نیز پیشرفت های چشمگیری حاصل شده است. بخش اعظم این کاربرد ها، مربوط به واکسن ها و دارو های نسل جدید برای پیشگیری و درمان بیماری های دامی می باشد. به کمک نانو ذرات هوشمند می توان دارو ها و نیز مواد غذایی یا تنظیمی مورد نیاز دام را با دقت بالایی، فقط به بافت ها و اندام های مورد نظر هدایت نموده و بدون این که سلول ها و بافت های دیگر از اثرات سوء آن ها متاثر شوند، فقط بافت های هدف را در معرض این مواد قرار می دهند (انتقال هوشمند). این فرآورده ها تحول زیادی را در افزایش کارایی و نوع بهره برداری از اکوسیستم ها و واحد های کشاورزی ایجاد نموده و باعث تعدیل در هزینه های تمام شده محصولات کشاورزی خواهند شد. در چنین بازاری، تنها کشور هایی قادر به رقابت و ارائه محصول خواهند بود که بتوانند محصولات فناوری نانو را برای به کارگیری در سیستم تولیدات کشاورزی خود، به قیمت مناسب فراهم نمایند. در غیر این صورت به دلایل ناشی از

ص: 60

بازار رقابتی، امکان صادرات محصولات کشاورزی فراهم نبوده و حتی تولیدات داخلی نیز تحت الشعاع قیمت های جهانی قرار خواهند گرفت.

در سال های اخیر، فناوری زیستی و فناوری اطلاعات در حال همگرایی به سمت فناوری نانو بوده و در نهایت با همگرایی این سه فناوری، مرحله توسعه سریع نوآوری های مهم و تأثیرگذار از جمله در بخش کشاورزی شروع خواهد شد. در سال 1380، اولین حرکت منسجم در زمینه توسعه فناوری نانو در شاخه های علوم کشاورزی، توسط وزارت جهاد کشاورزی و با تشکیل کمیته فناوری نانو در سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی این وزارت خانه شروع گردید. با تشکیل این کمیته، تمام فعالیت های پژوهشی مرتبط با توسعه فناوری نانو در کشاورزی از تمام موسسات تحقیقاتی سازمان و نیز معاونت های اجرایی وزارت جهاد کشاورزی در این کمیته متمرکز گردید و تمام تلاش ها در جهت تعیین اولویت های راهبردی این فناوری در راستای کشاورزی به کار گرفته شد. به همین منظور، تدوین و اجرای برنامه های ترویجی و نیز آموزش نیروی انسانی، انجام پروژه های تحقیقاتی، بستر سازی آزمایشگاه ها و تجهیزات لازم برای گسترش فناوری نانو در کشاورزی در دستور کار قرار گرفت. در تمام برنامه های مرتبط با توسعه فناوری نانو در کشاورزی، تلاش به عمل آمده است، تا اعتبارات مالی تخصیص یافته به این برنامه ها، فقط در راستای اهداف فوق الذکر صرف شود.

تصویر

کشور آمریکا بیش ترین سرمایه گذاری را در تحقیق و توسعه فناوری نانو انجام می دهد. در سال 2006 میلادی، موسسه ملی فناوری نانو در آمریکا، حدود 7/3 میلیارد دلار در این زمینه سرمایه گذاری کرده است. در سال 2006 میلادی از کل پروژه های

ص: 61

تحقیقاتی مرتبط با فناوری نانو در زمینه غذا و کشاورزی در آمریکا، 55 درصد مربوط به پروژه های کاربردی، 28 درصد توسعه ای و 17 درصد پایه ای بوده اند. اتحادیه اروپا و ژاپن به ترتیب با 1/2 و 0/75 میلیارد دلار سرمایه گذاری، در مقام های بعدی قرار دارند.

در سال 2005 میلادی بازار جهانی فروش محصولات حاصل از فناوری نانو، معادل 30 میلیارد دلار بوده است. براساس پیش بینی های انجام شده، بازار جهانی نانو غذا از 2/6 میلیارد دلار در سال 2004، به 20/4 میلیارد دلار در سال 2010 میلادی رسید. قاره آسیا به دلیل انباشت بیش از 50 درصد جمعیت جهان، تا سال 2010 میلادی بیش ترین بازار مصرف نانو غذا را به خود اختصاص داده و کشور چین نیز بیش ترین سهم از بازار فروش نانو غذا را در اختیار خواهد گرفت. کشور استرالیا نیز با سرمایه گذاری حدود 53 میلیون دلاری در سال های 2002 و 2003 در فناوری نانو، سعی دارد، تا سهم مناسبی از بازار جهانی فروش محصولات فناوری نانو به ویژه در بازار آسیا را در اختیار بگیرد.

در حال حاضر بیش از 400 شرکت در زمینه تحقیق و توسعه فناوری نانو در سطح جهان فعالیت می نمایند، که پیش بینی می شود تعداد آن ها تا 10 سال آینده، به بیش از 1000 عدد برسد. بر همین اساس پیش بینی می گردد، که بازار محصولات فناوری نانو از 7/6 میلیارد دلار در سال 2003، به یک تریلیارد دلار در سال های 2011 تا 2015 با حدود هشت میلیون نفر فرصت شغلی برسد.

ص: 62