نانوتكنولوژي در مكانيزاسيون كشاورزي [بایگانی] - سایت علمی نخبگان جوان

توجه ! این یک نسخه آرشیو شده میباشد و در این حالت شما عکسی را مشاهده نمیکنید برای مشاهده کامل متن و عکسها بر روی لینک مقابل کلیک کنید : نانوتكنولوژي در مكانيزاسيون كشاورزي

*FATIMA*

7th January 2011, 12:20 AM

نانو تکنولوژی و کشاورزی

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 ؟
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 می گیرند. 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 رد یابی 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.
الف) توليد سموم و کودهاي شيميايي: با استفاده از نانوذرات و نانوکپسول‌ها مي‌توان کودهايي با رهايش کنترل‌شده يا تأخيري توليد نمود. همچنين جذب کودها و سم‌هايي که با اين ابعاد توليد مي‌گردند، راحت‌تر شده و نسبت به سموم رايج تأثير بيشتري دارند.
علاوه بر آن مي‌توان سموم زيست‌سازگار ايجاد کرده و از آلودگي محيط زيست پرهيز نمود.
ب) صنايع غذايي:
• توليد وسايل آزمايشگاهي قابل حمل (نانوحسگرها، بيوحسگرها)
• تشخيص اسيدهاي نوکلئيک و يا متابوليت‌هاي کنترل کيفي و ايمني مواد غذايي مانند تشخيص عوامل بيماري‌زا در مواد غذايي
• استفاده از پروتئين‌ها در ترکيب با ساير مواد معدني به منظور ايجاد وسايل و مواد جديد.
• استفاده از سيستم‌هاي نانوفيلتراسيون در صنايع غذايي به منظور عبور انتخابي مواد براساس شکل و اندازه.
• نانوکپسوله‌کردن عطرها و طعم‌هاي مختلف در مواد غذايي به منظور کنترل رهاسازي عطرها و طعم‌ها در غذا.
• بسته‌بندي: مواد بسته‌بندي مي‌توانند در ساختارهايي مانند بطري‌هاي نوشابه به کار روند و خصوصياتي نظير استحکام به آنها ببخشند. ويژگي‌هاي ديگري نيز نظير شفافيت مواد بسته‌بندي (که اجازه ديدن محصولات داخل بسته‌بندي را مي‌دهد) و افزايش نفوذناپذيري گازها در مواد بسته‌بندي (که محتويات داخل بسته را دربرابر هوا يا گازهاي بي‌اثر محافظت مي‌کند) دو ويژگي هستند که ارمغان پرکننده‌هاي نانوذره‌اي سيليکات هستند. پرکننده‌هاي نانوذره‌اي سيليکات مورد استفاده در مواد بسته‌بندي که اکنون در بازار عرضه مي‌شوند، به خصوص در نوع Aegis شرکت Honeywell در فيلم‌هاي شفاف بسته‌بندي غذاها استفاده مي‌‌شوند، و در بطري‌هاي نوشابه به‌عنوان يک لايه حايل مورد توجه هستند.
• استفاده از فناوري DNA نوترکيب، جهت توليد پروتئين‌هاي جديد با خواص ويژه که در طبيعت وجود ندارند.
• توليد نانوکامپوزيت‌هاي بيوپليمري از نشاسته جهت کاربردهاي غذايي و صنعتي.
ح) با توليد سيستم‌هاي آناليز قابل حمل، نظارت لحظه‌به لحظه سلامتي يک گياه،‌ تجويز استفاده از يک کود يا احتمال بروز يک آفت امکان‌پذير مي‌گردد.
د) ايجاد گلخانه‌هاي کم‌هزينه‌تر با صرفه‌جويي در مصرف انرژي و دوام بيشتر اسکلت در برابر رطوبت.
ه) علوم دامي
• پايش سلامت حيوان (با استفاده نانوحسگرها، نانوبيوحسگرها)
• شتاب تحقيقاتي در اصلاح نژاد انواع دام و طيور و آبزيان مؤثر
• توليد خوراک‌هاي غيربيولوژيک دامي
• توليد داروهاي دامي
و) نانوبيوتکنولوژي:
بيوتکنولوژي، استفاده از ساختارهاي زنده در کاربردهاي مختلف است. ولي نانوبيوتکنولوژي، استفاده از قابليت‌هاي نانوتکنولوژي در کاربردهاي زيستي است. نانوبيوتکنولوژي به ما اجازه مي‌دهد تا اجزاء و ترکيبات را داخل سلول‌ها قرار داده و مواد جديدي را با استفاده از روش‌هاي جديد خودآرايي، بسازيم. در روش خودآرايي، براي سرهم‌کردن اجزاء، نياز به روبات يا ابزار ديگري نيست.
ايجاد ساختارهاي برمبناي DNA در مهندسي ژنتيک و بيوتکنولوژي،‌ ايجاد تحول و انقلاب جديد در اين علوم خواهد بود. تحقيقات گسترده و سرمايه‌گذاري‌هاي جهاني در ساخت سيستم‌ها،‌ فرآيندها يا فرآورده‌هاي زير، نشان‌دهنده رويکرد جديد محققين علوم و صنايع زيستي، صاحبان سرمايه و دولت‌هاي مختلف به نانوبيوتکنولوژي است.
• ساخت سيستم‌هايي به منظور دارورساني http://www.sas.upenn.edu/sasalum/newsltr/summer2002/images/dna.jpg
• بيوسنسورهايي به منظور آزمايشگاه‌هاي طراحي‌شده روي يک تراشه بسيار کوچک
• ساخت ابزارهاي نانومتري برپايه DNA
تحقيقات نشان مي‌دهد که استفاده از ابزارها و سيستم‌هاي نانوساختاري مي‌تواند فرآيند آزمايشگاهي کنوني توالي ژن‌ها و تشخيص حالت ژن را بسيار کارآمد کرده و قطعاً تشخيص ساختار ژنتيک فردي، روش‌هاي شناسايي و درمان بيماري‌ها را دچار انقلاب خواهد کرد.
باتوجه به اهميت رشته‌هاي DNA در ژنتيک مولکولي و بيوتکنولوژي و با عنايت به اينکه DNA يک ساختار بسيار مهم و مناسب براي کاربردهاي نانوتکنولوژي است، تحقيقات زيادي در مورد ايجاد اشکال پيوندي با استفاده از مولکول‌هاي DNA شاخه‌دار و پايدار انجام شده است.
با استفاده از اين فناوري نوين، امكان تغيير و دستکاري در ژن‌هاي گياهان و حيوانات فراهم شده و درنتيجه گياهاني توليد خواهند شد که نسبت به آفات، ويروس‌ها، باکتري‌ها، قارچ‌ها و علف‌کش‌ها مقاوم شده و از اين طريق کنترل بهينة آفات و علف‌هاي هرز موجب کاهش مصرف سموم و آفت‌کش‌ها مي‌گردند، که اين همه گامي در جهت پايداري در کشاورزي و حفظ و حراست از محيط زيست مي‌باشد.
علم نانو ميتواند تمام عرصه علوم را مانند زلزله تحت تاثير قرار دهد و علم كشاورزي نيز مستثني نمي‌باشد. توليد مواد جديد و كارآ، پيشرفت در زمينه توليد محصولات جديد، و طراحي روش‌هاي جديد براي توليد غذاي سالم و حفاظت زيستي اين تغييرات در مجموع بسيار گسترده و عظيم خواهد بود. پيشرفت‌هاي اخير در زمينه علم مواد و علم شيمي امكان توليد ذرات نانويي را امكان پذير كرده كه ميتواند بطور گسترده در علوم كشاورزي كاربرد دارند. تاكنون استفاده از علم نانو در زمينه كشاورزي جنبه نظري داشته است. اما اخيرا كاربرد آن بطور عملي نيز امكان پذير شده و اين امر ادامه خواهد داشت و اثرات شگرف آن هر روز بيش از پيش نمايان خواهد شد.
خشكسالي يكي از پديده‌هاي طبيعي است كه باعث كاهش توليدات كشاورزي در كشور شده است. با افزايش شدت خشكسالي، شوري آب نيز افزايش مي‌يابد، فناوري نانو طي مدت كوتاهي كه از پيدايش آن مي‌گذرد كاربردهاي مختلفي در صنايع گوناگون يافته است. در نتيجه صنعت آب، بعنوان يكي از پايه‌هاي حيات از اين مسئله مستثني نيست. فيلترهاي فيزيكي با منافذي در حد نانومتر مي‌توانند باكتري‌ها، ويروس‌ها و حتي واحدهاي كوچك پروتئين را صددرصد غربال كنند. با جداسازي الكتريكي كه يون‌ها را به وسيله‌ي صفحات ابر خازن جذب مي‌كند، مي‌‌توان نمك‌ها و مواد سنگين را جذب كرد. برخي از كاربردهاي اين فناوري در صنعت آب عبارتند از: نمك‌زدايي از آب، استفاده از ذرات نانو ساختار در تصفيه آلاينده‌ها و رنگ‌زدايي از آب آشاميدني. فناوري نانو با روشهاي زير مي‌تواند در تهيه آب تميز كمك كند. غشاهاي فيلتر اسيون نانو متري به منظور افزايش بازاريابي آب، نانو مواد براي بهبود كارايي فرايندهاي فتو كاتاليستي و شيميايي و نانو حسگرهاي زيستي جهت تشخيص سريع آلودگي آب. بنابراين با بهره‌گيري از نانوفناوري‌ مي‌توان آب‌هاي با فيلترهاي نانومتري، تحولي عظيم در بازيافت و استفاده‌ي مجدد از آب‌هاي صنعتي و كشاورزي ايجاد نموده است. نانوتكنولوژي مي‌تواند قيمت آب حاصل از نمك‌زدايي را پايين آورد تا امكان استفاده از اين روش فراهم گردد.
نانوتکنولوژی یاهنر ساخت مواد از اتم ها ، توانایی کپی کردن دقیق اتم ها بصورت منحصربه فرد وقراردادن آنها در جای دلخواه می باشد .
نوید نانوتکنولوژی در خصوص کشاورزی وتولید غذا ، بازگشت 90 % اززمین های کشاورزی به وضعیت طبیعی ، ایجادگلخانه های دارای عملکرد بالا که تقریباً 10% از زمین های کشاورزی فعلی را در برمی گیرد و جمعیت جهان را تغذیه می کند واز انقراض ونابودی بیشتر جانوران وگونه های گیاهی جلوگیری میکند ودخالت آگاهانه وعالمانه انسان در جهت تسریع روندتکامل گیاهان می باشد .
نانوتکنولوژی علمی جدیداست که می خواهد مضراتی راکه علوم مصنوعی به عالم فعلی گذاشته از بین برده واز راه طبیعی جهان را به بهشت تبدیل کند بطوری که زندگی را برای تمامی مردم از کوچک تا بزرگ لذت بخش وراحت سازد .
مادرآستانه ورود به جهانی آرمانی هستیم، تولید محصولات کشاورزی برمبنای نانوتکنولوژی مثل سیب زمینی که فقط پروتئین های موجود درآن بانفوذ براتم های گرد وغبار، هوا وآب نمونه هایی مشابه خودرا ایجاد می کند ، تاسیب زمینی شکل گیرد. یا تولید غذا برمبنای نانوتکنولوژی مانند استیک جوجه یا بره نیم پزشده به کمک ملکول هاواتم ها توسط خودمان بدون اینکه حیوانی ذبح شود ، همه نمونه هایی از رسیدن به جهان آرمانی است . در نتیجه می توان یک طرح زیبا از پایان دادن به قحطی وگرسنگی ارائه داد که درآن سیاره ای با درختان مو سبزرنگ وزیبا ومیوه های کشاورزی که خاک طبیعی وکاملی ندارند ، ترسیم می شود .
وعده های نانوتکنولوژی در کشاورزی و تغذیه :
مولکول های پروتئین نوعی مولکول هستند که در مواد خوراکی مانند سیب زمینی وجود دارند، درعصر نانوتکنولوژی این مولکول ها برای تولید مولکول های شبیه به خود اتم های موجوددرخاک ،آب و هواراجذب می کنندوسیب زمینی سازند،تولیدغذاهای مولکولی و خاتمه دادن به خشکسالی و قحطی، بطور نمایی ، همراه با دقت اتمی ، غذا می تواند از اتم های خام در همان نانو عمومی سنتز شود . استیک جوجه ویا بره نیم پز را خودمابه کمک مولکول ها و اتم ها بوجود می آوریم ، بدون آنکه حیوانی را ذبح کنیم (5) . بوجودآوردن گیاهان و حیواناتی که نسل آنهامنقرض شده اند، همه نمونه هایی از وعده های نانوتکنولوژی می باشد (10). در آینده می توان ویژگی های مطلوب را از طریق مهندسی ژنتیک در مورد خوراکی جاسازی کرده وازاین طریق طعم غذاها را بهبود بخشید، هم چنین می توان مقاومت گیاهان رادربرابربیماری افزایش داد و عمرآن هارادرمحل کشت ومصرف ، طولانی ترکردورشدآن هاراسریعترنمود وحتی درمحیط های نامساعدکاشت.تادر شوره زارها،باآب کمتریا آب و هوای سرذتررشدکنند. ماحتی توانایی تغییر شرایط آب وهوایی را خواهیم داشت و شاهدابداع درختانی خواهیم بودکه رشدآن هابهینه و ساختارشان برای کاربردهای ویژه ای همچون الوار،خمیرکاغذ،میوه یا جداکننده های کربن(برای کاهش پدیده گرم شدن کره زمین)مناسب باشد.درنتیجه موادغذایی اصلاح شده به روش ژنتیک ، تغذیه را بهبود بخشیده ودرعین حال مصرف آفت کش ها و آب راکاهش می دهند.غذاهایی که مصرف می کنیم روز به روز از حالت طبیعی خارج شده و مهندسی تر می شوند (6).نانوتکنولوژی بهروری کشاورزی را برای جمعیت های بالاتر میسر می کند.بازگرداندن 90% از زمین های زراعی به وضعیت طبیعی خود و به کارگیری گلخانه ها با کارکردبالاکه تقریباً 10% زمین های زراعی فعلی رامی پوشانند وجمعیت جهان را تغذیه می کنند ، فیزیکی دیگر از وعده های نانوتکنولوژی می باشد . درعصر نانو میلیون ها مایل مربع زمین به ساکنین بومی جهان برگردانده می شودو از انقراض ونابودی بیشتر جانوران وگونه های گیاهی جلوگیری می شود (9) . نانوتکنولوژی علمی جدید است که می خواهد مضراتی که علوم مصنوعی در عالم کنونی گذاشته را از بین برده واز راه طبیعی جهان را تبدیل به بهشت کند ، بطوری که زندگی برای تمام مردم ازکودک تابزرگ لذت بخش وراحت شود (8) . انقلاب صنعتی برای اشخاص ساکن روی این سیاره این توانایی را ایجاد می کند . که ازاین پس نیازی به بریدن درختان جنگل ها و فرستادن دودشان به هوا نشوند و این پیمان نانوتکنولوژی است . آیا شما چوب می خواهید ؟ کدام یک را ترجیح می دهید : چوب درخت ماهون ، ساج ، آلبالو ، چوب سخت وراه راه یا هرچیز خارجی دیگر هیچ مشکلی نیست ، فقط نرم افزار خود را برای چوب مورد دلخواه پاک کنید ومواد خام تغذیه ای را روشن کنید ودکمهGO را فشار دهید . (6)

نتایج وپیشنهادات :
1- نانوتکنولوژی ماراقادربه ساختن هر چیزی با کوچکترین مقیاس طولی ممکن ( اتم به اتم ، مولکول به مولکول ) با دقت وظرافت هرچه تمام تر می کند .
2- نانوتکنولوژی صدمات بوجود آمده از انقلاب صنعتی را جبران می کند .
3- نانوتکنولوژی پایان آلودگی ، بریدن جنگل ها ، گرسنگی وقحطی را ترسیم می نماید .
4- نانوتکنولوژی نوید کالاهای مصرفی بادوام ، جدید ، پرثمر ، ایمن تر ، ارزان ، فراوان ، انعطاف پذیر ، محیطی قابل تحمل ، آرامشی ثابت ، پیشرفتی سالم ، بهبودی مواد قبل از تبدیل شدن به مواد زائد ، سلامتی ، ثروت ودانش را می دهد .
5- نانوتکنولوژی بهره وری کشاورزی را برای جمعیت های بالاتر میسر می سازد .
6- سیب زمینی را با استفاده از اتم های گرد وغبار ، هوا و آب می توان تولید کرد .
7- استیک جوجه یا بره نیم پز را به کمک مولکول ها واتم ها بدون ذبح حیوان می توان تولید کرد .
8- تولید غذاهای مولکولی
9- بوجود آوردن گیاهان وحیواناتی که نسل آنها منقرض شده اند .
10- بهبود طعم غذاها ، افزایش عمر مصرف آنها ومهندسی شدن غذاهای مصرفی
11- تولید انواع درختان مهندسی شده به کمک نرم افزار خود برای چوب مورد دلخواه
12- بازگرداندن 90 % از زمین های کشاورزی به وضعیت طبیعی واستفاده از 10 % از زمین های کشاورزی در قالب گلخانه هایی با عملکرد بالا وتغذیه جمعیت جهان
13- تغییر شرایط آب وهوایی جهان
14- نانوتکنولوژی روش زندگی مردم را بطوراساسی عوض می کند ورفتارهای مردم را به شدت تحت تاثیر این سیستم جدید قرار می دهد .
15- نانوتکنولوژی مضراتی که علوم مصنوعی در عالم کنونی گذاشته را از بین برده واز راه طبیعی جهان را تبدیل به بهشت می کند .
16- پایان قحطی وگرسنگی را نانوتکنولوژی با ترسیم سیاره ای با درخت های مو سبز وزیبا ومیوه های کشاورزی که خاک طبیعی وکامل ندارند ، ارائه می دهد .
17- در نانوتکنولوژی کامپیوتر های بسیار بزرگ وپیچیده می توانند به اندازه سلول بدن انسان ها ساخته شوند .
18- قراردادن اطلاعات انبوه در یک فضای بسیار کوچک مانند اطلاعات بزرگترین کتابخانه های دنیا در یک حبه قند .
19- جایگزین شدن نانوتکنولوژی با کارگر ، مدیریت وحتی خود کارخانه .
20- نانوتکنولوژی مهمترین کلید پتانسیل اقتصادی در قرن بیست ویکم است .
21- هرچیزی می تواند به شکل هر شی قابل تصور دیگری شکل بگیرد .
22- دیگر نیازی به شخم زدن هیچ مزرعه ای برای تهیه نان روزانه نیست .
23- در پایان اطمینان دارم که تمام اتم ها ومولکول های هستی در هر ترکیبی که باشند وهر تغییری را که بپذیرند ، اما ستایشگر خالق خود هستند و در آن تردیدی نیست .

منبع: ستاد ويژه توسعه فناوری نانو
1. http: // www . nanozine . com / WHATNANO. HTM
2. Uracil as an Alternative to 5-Fluorocytosine in Addressable Protein Targeting
by : John A. Wendel and Steven S. Smith
3.http://www.foresight.org/EOC/EOC_Chapter_7.html
4.http://www.foresight.org/Nanomedicine/NanoMedFAQ.html
5.http://www..zyvex.com/nano.