ضرورت بکارگيری فناوری نانو در علوم کشاورزی و صنايع غذایی
طبق آخرين گزارش سازمان ملل متحد ، حدود 800 میلیون نفر از جمعيت جهان دچار فقر غذايی هستند ، شمار افراد قرار گرفته در زير خط فقر (از نظر تامین انرژی مورد نياز روزانه ی بدن) روز به روز در حال افزايش است.
جديد ترين پيش بینی ها حاکی از آن است که اين آمار تا سال 2020 ميلادی به رقمی بالغ بر یک میليارد نفر خواهد رسيد و اين بدان معنا ست که حفظ نوع بشر در بلند مدت و نجات خيل عظيم انسان ها از خطر گرسنگی ، نيازمند توجه ويژه ی متخصصان و سياست مداران امروز جهان به توسعه ی پایدار و همه جانبه ی صنعت کشاورزی است.
همان طور که می دانيد ورود نسل اول فناوری ها به عرصه ی کشاورزی ، در چند دهه ی گذشته منجر به وقوع انقلاب سبز و گذر از کشاورزی سنتی به کشاورزی صنعتی گرديد ، در اين دوره افزايش چشمگيری در کيفيت و کميت محصولات کشاورزی صورت گرفت که البته در کنار آن استفاده ی بی رويه از منابع مشکلاتی را نيز در پی داشت.
اکنون با گذشت سالها از وقوع انقلاب سبز و کاهش مجدد نسبت رشد توليدات کشاورزی به جمعيت جهان ، لزوم به کارگيری فناوری های جديد در صنعت کشاورزی پیش از هر زمان ديگری آشکار است.
در اين بين فناوری نانو به عنوان يک فناوری بین رشته ای و پيشتاز رفع مشکلات و کمبود ها در بسیاری از عرصه های علمی و صنعتی ، به خوبی جايگاه خود را در علوم کشاورزی و صنايع وابسته آن به اثبات رسانيده است. فناوری نانو کاربرد های وسيعی در همه مراحل توليد ، فراوری ، نگهداری ، بسته بندی و انتقال توليدات کشاورزی دارد.
ورود فناوری نانو به صنعت کشاورزی و صنايع غذایی متضمن افزايش ميزان توليدات و کيفيت آن ها ، در کنار حفظ محيط زيست و منابع کره ی زمين می باشد.
در ادامه نگاهی دقيق تر به کاربرد های گسترده ی فناوری نانو در هريک از زير شاخه های صنعت کشاورزی داريم.
کاربردهای نانو در زراعت :
- کشاورزی دقيق (خاص مکانی)
بطور كلی كشاورزی دقيق يك نوع نگرش جديد در مديريت مزرعه است. امروزه با استفاده از نانو سنسورها مشخص می شود كه هر قسمت كوچك از مزرعه به چه ميزان عناصر غذائی و سم نياز دارد و بدين وسيله از آلودگی محيط زيست جلوگيری‌کرده ، سلامت محصولات و افزايش بازده اقتصادی راممكن می سازد.
نانو سنسور ها می توانند با کنترل دقيق وگزارش دهی به موقع نياز های گياهان به مرکز پردازش اطلاعات سيستم را در نگهداری محصولات ياری نمايد.
- ايجاد گلخانه‌هاي كم‌هزينه‌تر با هدف صرفه‌جويي در مصرف انرژي و دوام بيشتر در برابر رطوبت
ساختارهاي نانويي مي توانند گلخانه هايي در حجم كم اما انبوه پديد آورند كه تقريباً با اندازه ای برابر 10 درصد كل مزارع زير كشت در حال حاضر ، مي توانند جمعيت كنوني جهان را تغذيه نمايند. در اين صورت ميليونها هكتار از زمين هاي كشاورزي به محيط هاي طبيعي براي سكونت حيوانات در سراسر جهان باز گردانده مي شوند .
کاربردهای نانو در اصلاح نباتات :
- انتقال ژن های مورد نظر به سلول های گياهی با استفاده از نانومواد
در اين روش از سامانه ی رسانش نانوذرات طلای پوشيده با DNA يا RNA بداخل سلول استفاده می شود.
- ساخت ابزارهاي جديد براي بيولوژي سلولي و مولكولي
اين ابزار ها جهت تعيين مولكول‌هاي خاص ، شناسايي و جداسازی آن ها استفاده می شوند و کاربری بسياری دارند که از این بين می توان به موارد زير اشاره کرد ؛
تكنولوژي و علم توليد مثل ، اصلاح نژاد حيوانات و گياهان ، تبديل ضايعات به انرژي و محصولات جانبي مفيد و علم و تكنولوژي كودسازي
- اصلاح بذور به شيوه اتمی
کاربردهای نانو در توليد سموم و کود های موثر و کم خطر :
ذرات سموم کشاورزی به وسیله عواملی از قبیل باد ، وارد هوا شده و با ورود به سیستم تنفسی انسان ، آن را در معرض انواع بیماری های استنشاقی قرار می دهد ، تحولات نانوفناوری ، با افزایش میزان سوددهی و کاهش عوارض سموم کشاورزی ، معضلات ناشی از این سموم را رفع می کند و آنها را به محصولاتی کاملاً مفید تبدیل می کند.
- توليد سموم و كودهاي شيميایي با استفاده از نانوذرات و نانوكپسول ها
اين نسل از سموم و کود ها قابليت رهايش كنترل شده يا تاخيري ، جذب و تاثيرگذاري بيشتر و سازگاری با محيط زيست را دارا هستند.
- تولید كريستالهاي نانویی جهت افزایش كارايي استفاده از آفت‌كش‌ها
استفاده از كريستالهاي نانویی امکان كاربرد آفت‌كش‌ها با دُز هاي كمتر را فراهم می آورد و اين یعنی به حداقل رساندن ورود این ترکيبات خطرناک به طبيعت.
-توليد نانوکودها (Nanofertilizers)
اين ترکيبات نانويی به سرعت و به صورت کامل جذب گياه شده و به خوبی نيازها و کمبود های غذايی آن را مرتفع می سازد.
کاربردهای نانو در گیاه پزشکی :
- کنترل فعاليت های اجزای سلولی گياهان بدون آسيب رسانی به آنها
شيوه های کنونی برای بررسی سلول ها بسيار ابتدايی است و دانشمندان برای شناخت آنچه که در سلول اتفاق می افتد ناگريزند سلول ها را از هم بشکافند و در اين حال بسياری از اطلاعات مهم مربوط به سيالهای درون سلول یا ارگانهای موجود در آن از بين می رود. پيشرفت های نانوفناوری بطور خاص مطالعات بنيادی زيست شناسی را تقويت خواهد کرد.
محققان اميدوارند در آينده ای نه چندان دور با استفاده از نانوفناوری موفق شوند فعالیت اجزای هر سلول را تحت کنترل خود در آورند.
هم اکنون گام های بلندی در اين زمینه برداشته شده ، به عنوان نمونه دانشمندان میتوانند فعالیت پروتئین ها و مولکول D.N.A را در درون سلول کنترل کنند.
به کمک نانوفناوری روش جدیدی برای بررسی بیان ژن و آنالیز mR.N.A سلولهای زنده بدون مرگ یا تخریب آنها با استفاده از میکروسکوب نیروی اتمی AFM ارائه شده است.
- حسگرهاي هوشمند و سيستم‌هاي حمل هوشمند
به منظور رديابي و مبارزه ی سريع و مفيد با ويروس‌ها و ساير عوامل بيماریزا گياهي به کار می روند.
- تيمار مولكولي بيماريها، رديابي سريع بيماريها، افزايش توانمندي گياهان براي جذب مواد مورد نياز
کاربردهای نانو در تصفيه ی آب و ادوات آبياری:
- نمک زدایی و تصفیه ی اقتصادی تر آبها جهت شرب و کشاورزی
سازمان ملل پیش بینی کرده که در سال 2025 ميلادی ، 48 کشور جهان (معادل 32% جمعیت جهان) دچار کمبود آب آشامیدنی و کشاورزی می شوند، تخلیص و نمک زدایی آب به کمک نانوفناوری از زمینه های مورد توجه در دفاع پیشگیرانه و امنیت زیست محیطی است.
سامانه های نانويی طراحی شده می توانند آب دریا را با صرف انرژی 10 برابر کمتر از دستگاه اسمز معکوس، و 100 برابر کمتر از دستگاه تقطیر،نمک زدایی کنند.
استقاده از نانو ذرات و نانوفیلترها امکان تصفیه و بهسازی آب را با سرعت و دقت بیشتر فراهم می کند همچنين استفاده از نانو فیلترها در حذف آلودگیهای میکروبی آب (Bioremediation) کاربری گسترده ای دارد.
- بي خطر ساختن مواد آلاينده آب و خاک و قابليت بازيافت آنها
اين مواد به منظور ذخيره و حفظ رطوبت بيشتر در خاک طراحی گرديده اند و استفاده از آنها به ويژه در مناطق خشک و کم آب در افزايش ميزان عملکرد بسيار مفيد خواهد بود.
- ساخت مواد پوششي جديد و کارا براي پوشش درون لوله هاي فلزي
این مواد پوششی به منظور جلوگيري از خوردگي ناشي از سيالات و کاهش زبري جداره لوله ها به کار می روند.
- بکار گيري پليمرهاو مواد کامپوزيت براي توليد انواع قطره چکان
قطره چکان هاي ساخته شده با اين مواد قابليت تنظيم دقيق فشار آب را دارند همچنين به واسطه ی نوع مواد اولیه ی مورد استفاده اين قطره چکان ها نسبت به نفوذ ريشه گياه مقاوم هستند.
کاربرد های فناوری نانو در حوزه های زراعت ، اصلاح نباتات ، توليد سموم و کود ، گياه پزشکی و آبياری در اين مقاله بررسی گرديد ، اميد که مطالب ارائه شده مورد استفاده ی علاقمندان اين فناوری نوين قرار گرفته باشد.
در ادامه ی مقالات بررسی کاربرد های فناوری نانو در علوم کشاورزی و صنايع غذایی ، به کاربری نانو در حوزه های خاکشناسی ، ماشين آلات کشاورزي ، صنايع غذايي ، علوم دامی و شاخه ی مهم و پر اهميت ذخیره سازی و انتقال توليدات کشاورزی و صنايع غذایی می پردازيم.
جديد ترين پيش بینی ها حاکی از آن است که اين آمار تا سال 2020 ميلادی به رقمی بالغ بر یک میليارد نفر خواهد رسيد و اين بدان معنا ست که حفظ نوع بشر در بلند مدت و نجات خيل عظيم انسان ها از خطر گرسنگی ، نيازمند توجه ويژه ی متخصصان و سياست مداران امروز جهان به توسعه ی پایدار و همه جانبه ی صنعت کشاورزی است.
همان طور که می دانيد ورود نسل اول فناوری ها به عرصه ی کشاورزی ، در چند دهه ی گذشته منجر به وقوع انقلاب سبز و گذر از کشاورزی سنتی به کشاورزی صنعتی گرديد ، در اين دوره افزايش چشمگيری در کيفيت و کميت محصولات کشاورزی صورت گرفت که البته در کنار آن استفاده ی بی رويه از منابع مشکلاتی را نيز در پی داشت.
اکنون با گذشت سالها از وقوع انقلاب سبز و کاهش مجدد نسبت رشد توليدات کشاورزی به جمعيت جهان ، لزوم به کارگيری فناوری های جديد در صنعت کشاورزی پیش از هر زمان ديگری آشکار است.
در اين بين فناوری نانو به عنوان يک فناوری بین رشته ای و پيشتاز رفع مشکلات و کمبود ها در بسیاری از عرصه های علمی و صنعتی ، به خوبی جايگاه خود را در علوم کشاورزی و صنايع وابسته آن به اثبات رسانيده است. فناوری نانو کاربرد های وسيعی در همه مراحل توليد ، فراوری ، نگهداری ، بسته بندی و انتقال توليدات کشاورزی دارد.
ورود فناوری نانو به صنعت کشاورزی و صنايع غذایی متضمن افزايش ميزان توليدات و کيفيت آن ها ، در کنار حفظ محيط زيست و منابع کره ی زمين می باشد.
در ادامه نگاهی دقيق تر به کاربرد های گسترده ی فناوری نانو در هريک از زير شاخه های صنعت کشاورزی داريم.
کاربردهای نانو در زراعت :
- کشاورزی دقيق (خاص مکانی)
بطور كلی كشاورزی دقيق يك نوع نگرش جديد در مديريت مزرعه است. امروزه با استفاده از نانو سنسورها مشخص می شود كه هر قسمت كوچك از مزرعه به چه ميزان عناصر غذائی و سم نياز دارد و بدين وسيله از آلودگی محيط زيست جلوگيری‌کرده ، سلامت محصولات و افزايش بازده اقتصادی راممكن می سازد.
نانو سنسور ها می توانند با کنترل دقيق وگزارش دهی به موقع نياز های گياهان به مرکز پردازش اطلاعات سيستم را در نگهداری محصولات ياری نمايد.
- ايجاد گلخانه‌هاي كم‌هزينه‌تر با هدف صرفه‌جويي در مصرف انرژي و دوام بيشتر در برابر رطوبت
ساختارهاي نانويي مي توانند گلخانه هايي در حجم كم اما انبوه پديد آورند كه تقريباً با اندازه ای برابر 10 درصد كل مزارع زير كشت در حال حاضر ، مي توانند جمعيت كنوني جهان را تغذيه نمايند. در اين صورت ميليونها هكتار از زمين هاي كشاورزي به محيط هاي طبيعي براي سكونت حيوانات در سراسر جهان باز گردانده مي شوند .
کاربردهای نانو در اصلاح نباتات :
- انتقال ژن های مورد نظر به سلول های گياهی با استفاده از نانومواد
در اين روش از سامانه ی رسانش نانوذرات طلای پوشيده با DNA يا RNA بداخل سلول استفاده می شود.
- ساخت ابزارهاي جديد براي بيولوژي سلولي و مولكولي
اين ابزار ها جهت تعيين مولكول‌هاي خاص ، شناسايي و جداسازی آن ها استفاده می شوند و کاربری بسياری دارند که از این بين می توان به موارد زير اشاره کرد ؛
تكنولوژي و علم توليد مثل ، اصلاح نژاد حيوانات و گياهان ، تبديل ضايعات به انرژي و محصولات جانبي مفيد و علم و تكنولوژي كودسازي
- اصلاح بذور به شيوه اتمی
کاربردهای نانو در توليد سموم و کود های موثر و کم خطر :
ذرات سموم کشاورزی به وسیله عواملی از قبیل باد ، وارد هوا شده و با ورود به سیستم تنفسی انسان ، آن را در معرض انواع بیماری های استنشاقی قرار می دهد ، تحولات نانوفناوری ، با افزایش میزان سوددهی و کاهش عوارض سموم کشاورزی ، معضلات ناشی از این سموم را رفع می کند و آنها را به محصولاتی کاملاً مفید تبدیل می کند.
- توليد سموم و كودهاي شيميایي با استفاده از نانوذرات و نانوكپسول ها
اين نسل از سموم و کود ها قابليت رهايش كنترل شده يا تاخيري ، جذب و تاثيرگذاري بيشتر و سازگاری با محيط زيست را دارا هستند.
- تولید كريستالهاي نانویی جهت افزایش كارايي استفاده از آفت‌كش‌ها
استفاده از كريستالهاي نانویی امکان كاربرد آفت‌كش‌ها با دُز هاي كمتر را فراهم می آورد و اين یعنی به حداقل رساندن ورود این ترکيبات خطرناک به طبيعت.
-توليد نانوکودها (Nanofertilizers)
اين ترکيبات نانويی به سرعت و به صورت کامل جذب گياه شده و به خوبی نيازها و کمبود های غذايی آن را مرتفع می سازد.
کاربردهای نانو در گیاه پزشکی :
- کنترل فعاليت های اجزای سلولی گياهان بدون آسيب رسانی به آنها
شيوه های کنونی برای بررسی سلول ها بسيار ابتدايی است و دانشمندان برای شناخت آنچه که در سلول اتفاق می افتد ناگريزند سلول ها را از هم بشکافند و در اين حال بسياری از اطلاعات مهم مربوط به سيالهای درون سلول یا ارگانهای موجود در آن از بين می رود. پيشرفت های نانوفناوری بطور خاص مطالعات بنيادی زيست شناسی را تقويت خواهد کرد.
محققان اميدوارند در آينده ای نه چندان دور با استفاده از نانوفناوری موفق شوند فعالیت اجزای هر سلول را تحت کنترل خود در آورند.
هم اکنون گام های بلندی در اين زمینه برداشته شده ، به عنوان نمونه دانشمندان میتوانند فعالیت پروتئین ها و مولکول D.N.A را در درون سلول کنترل کنند.
به کمک نانوفناوری روش جدیدی برای بررسی بیان ژن و آنالیز mR.N.A سلولهای زنده بدون مرگ یا تخریب آنها با استفاده از میکروسکوب نیروی اتمی AFM ارائه شده است.
- حسگرهاي هوشمند و سيستم‌هاي حمل هوشمند
به منظور رديابي و مبارزه ی سريع و مفيد با ويروس‌ها و ساير عوامل بيماریزا گياهي به کار می روند.
- تيمار مولكولي بيماريها، رديابي سريع بيماريها، افزايش توانمندي گياهان براي جذب مواد مورد نياز
کاربردهای نانو در تصفيه ی آب و ادوات آبياری:
- نمک زدایی و تصفیه ی اقتصادی تر آبها جهت شرب و کشاورزی
سازمان ملل پیش بینی کرده که در سال 2025 ميلادی ، 48 کشور جهان (معادل 32% جمعیت جهان) دچار کمبود آب آشامیدنی و کشاورزی می شوند، تخلیص و نمک زدایی آب به کمک نانوفناوری از زمینه های مورد توجه در دفاع پیشگیرانه و امنیت زیست محیطی است.
سامانه های نانويی طراحی شده می توانند آب دریا را با صرف انرژی 10 برابر کمتر از دستگاه اسمز معکوس، و 100 برابر کمتر از دستگاه تقطیر،نمک زدایی کنند.
استقاده از نانو ذرات و نانوفیلترها امکان تصفیه و بهسازی آب را با سرعت و دقت بیشتر فراهم می کند همچنين استفاده از نانو فیلترها در حذف آلودگیهای میکروبی آب (Bioremediation) کاربری گسترده ای دارد.
- بي خطر ساختن مواد آلاينده آب و خاک و قابليت بازيافت آنها
اين مواد به منظور ذخيره و حفظ رطوبت بيشتر در خاک طراحی گرديده اند و استفاده از آنها به ويژه در مناطق خشک و کم آب در افزايش ميزان عملکرد بسيار مفيد خواهد بود.
- ساخت مواد پوششي جديد و کارا براي پوشش درون لوله هاي فلزي
این مواد پوششی به منظور جلوگيري از خوردگي ناشي از سيالات و کاهش زبري جداره لوله ها به کار می روند.
- بکار گيري پليمرهاو مواد کامپوزيت براي توليد انواع قطره چکان
قطره چکان هاي ساخته شده با اين مواد قابليت تنظيم دقيق فشار آب را دارند همچنين به واسطه ی نوع مواد اولیه ی مورد استفاده اين قطره چکان ها نسبت به نفوذ ريشه گياه مقاوم هستند.
کاربرد های فناوری نانو در حوزه های زراعت ، اصلاح نباتات ، توليد سموم و کود ، گياه پزشکی و آبياری در اين مقاله بررسی گرديد ، اميد که مطالب ارائه شده مورد استفاده ی علاقمندان اين فناوری نوين قرار گرفته باشد.
در ادامه ی مقالات بررسی کاربرد های فناوری نانو در علوم کشاورزی و صنايع غذایی ، به کاربری نانو در حوزه های خاکشناسی ، ماشين آلات کشاورزي ، صنايع غذايي ، علوم دامی و شاخه ی مهم و پر اهميت ذخیره سازی و انتقال توليدات کشاورزی و صنايع غذایی می پردازيم.
