نانو تکنولوژی و کشاورزی

tararikhte_giyahan_Biotechnology_Genetics_zhenetik_jeneticخبرگزاری کشاورزی و منابع طبیعی(IANN)/ امروزه تحولات و پیشرفت‌های سریع علمی و فنی، انقلاب نوینی را ایجاد نموده است که دستاوردهای بسیار گسترده آن تغییراتی اساسی در جهان ایجاد می‏نماید. یکی از مولفه‌های اصلی این انقلاب نانوتکنولوژی است که افق‏های بالقوه این فناوری نمایانگر تأثیر 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، به گونه‏ای که سرمایه‏گذاری در زمینه نانوتکنولوژی در بخش کشاورزی آمریکا در سال ۲۰۰۴ از افزایش نهصد درصدی نسبت به سال ۲۰۰۳ 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 ریاست‌جمهوری، همگام با تعدادی از وزارتخانه‌ها و دستگاه-های اجرایی کشور اقدام به زمینه‏‎سازی و فعالیت در این مقوله نموده که از آن جمله تشکیل کمیته نانوتکنولوژی وزارت جهاد کشاورزی در سال ۸۱ با حضور نمایندگان موسسات تحقیقاتی ذی‌ربط و معاونت‌های محترم این وزارتخانه‏ است.
ضرورت ورود وزارت جهاد کشاورزی به عرصه نانوتکنولوژی
با توجه به کاربردهای وسیع نانوتکنولوژی در بخش کشاورزی و تأثیر تحولات ناشی از آن در توسعه این بخش که به مواردی از آن اشاره می‌شود، طبعاً ضروری است که وزارت کشاورزی نیز توجه کافی به این فناوری مبذول دارد.
مثال‌هایی از اهمیت و کاربرد نانوتکنولوژی در بخش کشاورزی:
– نانوپودرها: مورد استفاده در صنایع مختلف از جمله داروسازی و مکمل‏های خوراکی انسان و دام با مواد موثره و سرعت جذب بالاتر.
– نانوساختارهای زیستی: استفاده از ذرات طلا ‎آغشته شده به DNA جهت انتقال ژن برای اصلاح نباتات.
– نانوحسگرهای زیستی: برای تشخیص کارآمد عوامل بیماری‌زا و آلوده‌کننده.
– نانوفیلترها: جداسازی مواد (آلاینده یا غذایی) با اندازه‌های نانو از محلول‌ها.
– نانوتراشه‌های زیستی: آنالیز هم‌زمان 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.
– ریزمغزها، پروبیوتیک‏ها و پری بیوتیک‏ها: مورد استفاده 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.
رابطه متقابل نانو و کشاورزی
مصرف بی‌رویه آفت‌کش‌ها محصولات کشاورزی را نیز به منبع ذخیره سم تبدیل می‌کند. مهم‌ترین سوال در زمینه استفاده از آفت‌کش‌ها این است که چقدر از این سموم استفاده کنیم؟ 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 و علوم کشاورزی در زمینه‌های زیر قابل بررسی است:
– نیاز به امنیت در کشاورزی و سیستم‌های تغذیه‌ای.
– ایجاد سیستم‌های هوشمند برای پیشگیری و درمان بیماری‌های 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 آفت‌کش‌ها و سموم سریع‌ترین و ارزان‌ترین روش برای واکنش به یک وضعیت اضطراری است.
روش‌های کنترل زیستی در حال حاضر بسیار هزینه‌بر هستند‌. در این روش‌ها کنترل آفت از طریق یکی از دشمنان طبیعی آن آفت صورت می‌گیرد‌. امروزه مصرف بی‌رویه آفت‌کش‌ها مشکلات زیادی را ایجاد کرده است. این مشکلات شامل آثار سوء بر سلامت انسان (ایجاد مسمومیت‌های حاد یا بیماری‌های مزمن)، تأثیر بر حشرات گرده افشان و حیوانات اهلی مزارع و همچنین ورود به آب و خاک و تأثیر مستقیم و غیر مستقیم آن در نظام‌های زیستی است.
در حال حاضر استفاده از داروهای (سموم) هوشمند در ابعاد نانو می‌تواند راه‌حل مناسبی باشد‌. این داروها که قابلیت حرکت در گیاه را دارند، در بسته‌هایی 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 ناقلان در ابعاد نانو دارای خود تنظیمی نیز می-باشند؛ به این معنی که دارو فقط به میزان لازم به بافت گیاهی تحویل داده می‌شود.
دقت در ردیابی بافت هدف و میزان اندک، اما موثر دارو باعث می‌شود استفاده از سموم در کشاورزی به حداقل برسد. همه ما می‌دانیم که پیشگیری بر درمان مقدم است. بیماری‌های گیاهی نیز از روی علائمی مانند تغییر رنگ یا تغییر شکل اندام‌ها شناسایی می‌شوند، ولی مسأله این‌جاست که این علائم مدت‌ها پس از ورود عامل بیماری به بافت گیاه بروز پیدا می‌کنند. به همین خاطر با سریع‌ترین اقدام‌ها برای جلوگیری از شیوع بیماری باز هم مقداری از محصول از بین می‌رود. 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 به دست آمده-اند.
این حسگرها شامل ترکیبات زیستی مانند یک سلول، آنزیم یا آنتی بادی متصل به یک مبدل انرژی هستند و قادرند که تغییرات ایجاد شده در مولکول‌های اطراف خود را گزارش دهند‌. این گزارش‌ها توسط سیگنال-هایی که مبدل انرژی به تناسب با مقدار آلودگی تولید می‌کند، دریافت می‌شوند؛ بنابراین اگر تجمع زیادی از عامل بیماری در اطراف این حسگرها وجود داشته باشد، سیگنال‌هایی قوی فرستاده می‌شود. ارزیابی حضور آلاینده‌ها در محیط توسط حسگرها در چند دقیقه میسر است، اما با استفاده از روش‌های رایج حداقل ۴۸ ساعت زمان برای تشخیص نیاز است.
استفاده از نانوحسگرهای زیستی در بسته‌های غذایی نیز کاربرد دارد. این نانو حسگرها در صورت شروع فساد مواد غذایی می‌توانند هشدار‌دهنده باشند. از دیگر کاربردهای فناوری نانو در صنایع غذایی ایجاد پلاستیک‌های جدید در صنعت بسته‌بندی مواد غذایی است. در تولید این پلاستیک‌ها از فناوری نانو ذرات استفاده شده. اکسیژن مسأله سازترین عامل در بسته‌بندی 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 گرفته‌اند و مانند سدی مانع از نفوذ اکسیژن می‌شوند.
به بیان دیگر، مسیری که گاز باید برای ورود به بسته طی کند، طولانی می‌شود‌. به همین خاطر مواد غذایی در این بسته‌ها تازگی خود را بیش‌تر حفظ می‌کنند. فناوری نانو با استفاده از فرآیندهای طبیعی زیستی، شیمیایی و فیزیکی در بازیافت مواد باقی‌مانده از محصولات کشاورزی و تبدیل آن‌ها به انرژی یا مواد شیمیایی صنعتی نیز نقش دارد. به‌طور مثال از زمان برداشت پنبه تا تولید پارچه بیش از ۲۵درصد الیاف به ضایعات تبدیل می شود. در دانشگاه کرنل آمریکا روشی با عنوان «ریسندگی الکتریکی» ابداع شده که با استفاده از این روش از ضایعات پنبه محصولاتی مانند کلاف‌های پنبه و نخ البته با کیفیت پایین‌تر تولید می‌کنند. دانشمندان علوم پلیمر از این روش برای تولید نانو فیبرها از سلولز که ۹۰درصد الیاف پنبه را تشکیل می‌دهد، استفاده کرده‌اند و الیافی کم‌تر از ۱۰۰ نانومتر تولید نموده‌اند که ۱۰۰۰ بار کوچک‌تر از الیاف فعلی است.
یکی از کاربردهایی که برای این الیاف ریز سلولزی بیان شده، جذب آفت کش‌ها و کودهای 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 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 زیست‌شناسی سلولی و مولکولی دارد. تولید ابزارهای جدید تحول شگرفی در تحقیقات سلولی و مولکولی ایجاد کرده است. امروزه میکروسکوپ‌هایی که قابلیت ایجاد مشاهده در مقیاس نانو را دارند، در توسعه علوم زیستی نقش مهمی را ایفا می‌کنند.
منبع: سبزینه


پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *