اجتناب ناپذیری

دانلود پایان نامه

به عنوان ماده اولیه برای داروهای نانو استفاده میشود و نانوذرات نقره از زمانهای قدیم به عنوان ضد باکتری و میکروبکش شناخته میشد. نانوذرات نقره به غشاء سلولی باکتریها متصل شده و منافذ کشنده ایجاد کرده و باعث نابودی باکتری میشود. نقره در شکل ماکروسکوپی همیشه به عنوان نابود کننده ارگانیسمها در محیطهای آبی شناخته شده است (بارنا و همکاران، ۲۰۰۹).
نقاط کوانتوم نظیر کادمیوم تلورید و کادمیوم سلنید، ذرات مصنوعی از بار الکتریکی هستند که میتوانند از یک الکترون تا چندین هزار الکترون باشند. نقاط کوانتوم، پدیدههای کوانتومی بسیار مشابه به اتمهای واقعی و هستهها نشان میدهند.
نانوذرات سنتزی با محیط اطرافشان به خوبی برهمکنش نشان میدهند و گیاهان یکی از اجزای ضروری تمام اکوسیستمها هستند و بنابراین نانوذرات سنتزی به طور اجتناب ناپذیری با گیاهان برهمکنش نشان میدهند (ما و همکاران، ۲۰۱۰).
خصوصیات فیزیکی و شیمیایی نانوذرات به عواملی نظیر اندازه ذرات، ترکیب عنصری، سطح ویژه، تخلخل، بار الکتریکی سطحی، قطر هیدرودینامیکی، تمایل به مجتمع شدن و نیز ثبات و پوشش آنها بستگی دارد (دایتز و هرث، ۲۰۱۱). همچنین کازالس و همکاران (۲۰۰۸) گزارش کردند که فعالیت بیولوژیکی و جنبش زیستی۱۶ نانوذرات به عواملی نظیر اندازه، شکل، شیمی، خصوصیات سطح (مساحت، تخلخل، بار الکتریکی، تغییرات سطح و پوشش)، حالت مجتمع شدن۱۷، دوام زیستی و غلظت آنها بستگی دارد.
۲-۳- نانوذرات اکسید فلزی
نانوذرات اکسید فلزی بسیاری تولید و در محصولات بهکار گرفته شدهاند. ظرفیت کاتالیزوری منحصر به فرد، فعالیت ضد میکروبی و ویژگیهای دیگر، آنها را برای طیف گستردهای از کاربردها جذاب میسازد (ساپکوتا و همکاران، ۲۰۱۱). اکسیدهای فلزی غیر آلی بهطور فزایندهای برای کاربردهای ضد میکروبی استفاده میشود (راقوپاتی و همکاران، ۲۰۱۱). فعالیت سمی نانوذرات فلزی و اکسید فلزی شامل حداقل سه سازوکار مشخص است. اول ذرات ممکن است مواد سمی را به داخل محیط آزاد کنند، بهعنوان مثال آزادسازی یونهای +Ag از ذرات نقره. دوم، میانکنش با محیط ممکن است مواد سمی تولید کند، به عنوان مثال رادیکالهای شیمیایی و یا گونههای اکسیژن فعال (ROS). سوم، ذره و یا سطوح آنها ممکن است به طور مستقیم با اهداف زیستی واکنش دهند و آنها را تخریب کنند، بهعنوان مثال میانکنش نانولولههای کربنی با غشاء یا DNA (ما و همکاران، ۲۰۱۰). TiO2، MgO، CaO، CuO، Al2O3، Ag2O،CeO2 و اکسیدروی از جمله اکسیدهای معدنی هستند که فعالیت ضد میکروبی آنها مورد آزمایش قرار گرفته است (راقوپاتی و همکاران، ۲۰۱۱). در بین اکسیدهای فلزی معدنی موجود، TiO2، MgO، CaO و ZnO بهدلیل امنیت و پایداری بالا بهعنوان عوامل ضد میکروبی توجه بیشتری را به خود جلب کردهاند. در این میان، نانوساختارهای اکسیدروی با توجه به خواص منحصر به فرد و کاربردهای گسترده در اولویت تحقیقات هستند (هانگ و همکاران، ۲۰۰۸).
۲-۴- نانوذرات اکسیدروی
اکسیدروی یک نانوذره اکسید فلزی با کاربرد فراوان است که ساختار بلوری خاص آن، خواص اپتوالکتریک منحصر به فردی را ایجاد کرده است (وانگ، ۲۰۰۴). مطالعات نشان داده است که نانوذرات اکسیدروی اثر سمی بر باکتریها دارند، اما کمترین اثر را بر روی سلولهای انسانی دارند (ردی و همکاران، ۲۰۰۷). به همین دلیل، موسسه غذا و داروی آمریکا۱۸ اکسیدروی را به طور کلی به عنوان ترکیب ایمن۱۹ به رسمیت شناخته است (۲۱CFR182.8991) (جین و همکاران، ۲۰۰۹). اکسیدروی فتوکاتالیزور بسیار موثری است که در یک محدوده وسیعی از فناوریهای کنترل زیست محیطی، از حذف آلایندههای محیطی تا ضد عفونی کنندهها کاربرد دارد (هافمن و همکاران، ۱۹۹۵). پودر نانوذرات اکسیدروی در حال حاضر در محصولاتی از جمله پلاستیک، سرامیک، شیشه، سیمان، لاستیک، روان کنندهها، رنگها، رنگدانهها، مواد غذایی (منبع مواد مغذی روی)، باتریها، عایقهای گرمایی و غیره استفاده میشود. علاوه بر این، نانوذرات اکسیدروی، بهدلیل خواص بازتابی و جذب بالای اشعه فرابنفش خود، جزء ترکیبات رایج محصولات مراقبت شخصی از جمله مواد آرایشی و کرمهای ضد آفتاب هستند (بورم و همکاران، ۲۰۰۶).
یکی از مهمترین مشخصات نانوذره اکسیدروی، آن است که اکسیدروی یک اکسید فلزی است که پایداری بالاتر و طول عمر بیشتری نسبت به ضد عفونی کنندههای آلی یا عوامل ضد میکروبی متداول دارد. این امر برای شرایط دشوار از قبیل دما و یا فشار بالای حین تولید، ذخیرهسازی و انتقال محصولات اهمیت زیادی دارد (ما و همکاران، ۲۰۱۳). فعالیت ضد میکروبی در پودر اکسیدروی سبب شده است که در تهیه محصولات مراقبت پوستی مانند کرمها، پمادها و محلولهای شستشو دهنده و ضد عفونی کننده صورت نیز بهکار رود (فرانکلین و همکاران، ۲۰۰۷).
۲- ۵- عنصر روی و نقش آن در گیاه
عنصر روی در پوسته زمین حدوداً ۸۰ میلیگرم در کیلوگرم و مقدار کل آن در خاک از ۱۰ تا ۳۰۰ میلیگرم در کیلوگرم متغیر است (زرین کفش، ۱۳۷۱(. روی از عناصر غذایی ضروری برای تمام موجودات زنده است که بیست و سومین عنصر فراوان در کره زمین (برودلی و همکاران، ۲۰۰۷) و دومین فلز انتقالی پس از آهن میباشد (جین و همکاران، ۲۰۱۰). روی در فعال ساختن تعدادی از آنزیمها نظیر دی هیدروژنازها۲۰، آلدولازها۲۱، ایزومرازها۲۲، ترانسفسفوریلازها۲۳، پلیمراز ریبونوکلئیک اسید۲۴ و پلیمراز دی اکسی ریبونوکلئیک اسید۲۵ موثر است (مارشنر، ۱۹۹۵). روی فلز مورد نیاز در شش نوع آ
نزیم (اکسیدورداکتاز، ترانسفراز، هیدرولاز، لیزاز، ایزومراز و لیگاز) میباشد (اولد، ۲۰۰۱). روی یکی از عناصر کم مصرف ضروری برای انسان، حیوانات و گیاهان است. گیاهان عالی، Zn را به صورت کاتیون دو ظرفیتی Zn2+ جذب میکنند که به عنوان ترکیبات فلزی آنزیم ها یا نقش ساختمانی و یا به عنوان کوفاکتور تنظیم کننده برای تعداد زیادی از آنزیمها عمل میکند. شماری از محققان نقش روی را در رشد و عملکرد گیاهان ضروری دانستند. (کمپ و فوگ، ۱۹۴۵؛ چپمن، ۱۹۶۶؛ ویتس، ۱۹۶۶؛ اندرسون، ۱۹۷۲؛ منجل و کیرکبی، ۱۹۷۸؛ مارشنر، ۱۹۹۳؛ براون و همکاران، ۱۹۹۳؛ فاگریا و همکاران، ۲۰۰۲).
عناصر معدنی ضروری گیاه هر کدام دارای نقشهای فیزیولوژیکی مشخصی هستند، بر اساس غلظت نسبی آنها در بافتهای گیاهی به عناصر کم مصرف و پر مصرف تقسیم میشوند. از آنجایی که اغلب عناصر کم مصرف مانند روی، مس، کبالت و غیره جز فلزات سنگین نیز طبقه بندی میشوند، زمانی که غلظت آنها در خاک و بافتهای گیاهی بالاتر از حد کفایت گیاه باشد به علت ایجاد مسمومیت، رشد و عملکرد گیاه را تحت تاثیر قرار میدهد. در بسیاری از مناطق زیر کشت گیاهان، آلودگی فلزات سنگین سبب ایجاد اثرات مخرب بر بیوسفر و اختلال در اکوسیستمهای آبی و خشکی آنها شده است (بونت و همکاران، ۲۰۰۰، پراساد و استرزاتکا، ۲۰۰۲ و روت و داس، ۲۰۰۳). یکی از بارزترین اثرات این عناصر فلزی سنگین در گیاهان، القای تنش اکسیداتیو و ایجاد رادیکالهای فعال اکسیژن میباشد. این رادیکالهای آزاد از طریق اختلال در ساختار غشاء و آسیب به ماکرومولکولهای حیاتی گیاه مانند پروتئینها، لیپیدها، رنگیزهها و اسیدهای نوکلئیک، خسارات اکسیداتیو فراوانی وارد نموده و میزان رشد و راندمان گیاه را کاهش میدهند (آسادا و تاکاهاشی، ۱۹۸۷؛ ،آسادا، ۱۹۸۴). بنابراین روی در مدیریت گونههای اکسیژن فعال و حفاظت از سلولهای گیاه در مقابل تنشهای اکسیداتیو دارد (شیخ بیگ لو و همکاران، ۲۰۰۹).
عنصر روی یکی از هفت عنصر کم مصرف و ضروری برای رشد و نمو گیاهان بوده که در غلظتهای زیاد برای گیاهان سمی بوده (آن، ۲۰۰۴) و در بسیاری از فرآیندهای متابولیکی در گیاهان ضروری است (هاسگاوا، ۲۰۰۸). اگرچه نیاز گیاهان به روی اندک است ولی اگر مقدار کافی از این عنصر در دسترس نباشد، گیاهان از تنشهای فیزیولوژیکی حاصل از ناکارایی سیستمهای متعدد آنزیمی و دیگر اعمال متابولیکی مرتبط با روی رنج خواهند برد ( بایبوردی، ۲۰۰۶). هر یک از عناصر کم مصرف، نقش خاصی را در گیاه ایفا میکنند و وجود این عناصر در حد کفایت برای کامل کردن چرخه زندگی و رشد گیاه لازم است. نقش این عناصر، واکنشهای بسیار ساده تا خیلی پیچیده را در بر میگیرد و نقش یک عنصر کم مصرف را عنصر دیگر نمیتواند به عهده بگیرد و در این میان عنصر روی جایگاه ویژهای دارد (ملکوتی و تهرانی، ۲۰۰۱). این فلز فعال کننده و کوفاکتور برخی از آنزیمهای حیاتی گیاه از جمله: کربونیک انیدرازها، دهیدروژنازها، آلکالین فسفاتازها، فسفولیپازها و RNA پلی مرازها در متابولیسم پروتئینها، قندها، اسیدهای نوکلئیک و چربیها بوده و نیز نقش مهمی در بیوسنتز اکسین یا ایندول استیک اسید (IAA) از تریپتوفان برای تشکیل کلروفیل و کربوهیدرات دارد. (ریون و آلووی، ۲۰۰۴). همچنین عنصر روی نقش مهمی در تنظیم میزان باز بودن روزنهها دارد، به این دلیل که این عنصر در نگهداری عنصر پتاسیم در سلولهای محافظ روزنه نقش دارد (ولچ، ۱۹۹۵) و کمبود آن میتواند باعث عدم توازن عناصر غذایی در گیاه شده و کاهش راندمان مصرف آب و در نهایت کاهش کیفیت و کمیت محصول را در پی داشته باشد (جمالی و همکاران، ۲۰۱۱).

INLINE  محصولات کشاورزی

۲-۶- فیزیولوژی و بیوشیمیایی عنصر روی در گیاهان
شناسایی روی به عنوان یک عنصر حیاتی برای گیاهان توسط سامنر و لیپمن در سال ۱۹۸۲ صورت گرفت. روی به طور عمده به صورت کاتیون دو ظرفیتی Zn2+ و در pHهای بالا احتمالاً به شکل کاتیون Zn(OH)+ یک ظرفیتی جذب میگردد (مارشنر، ۱۹۹۵). جذب روی توسط دو مکانیسم فعال و غیر فعال صورت میگیرد. به نظر میرسد قسمت اعظم روی مورد نیاز گیاه از طریق جذب فعال، جذب شود که شدیداً انتخابی است و به اعمال متابولیکی گیاه بستگی دارد (ملکوتی و لطف اللهی، ۱۳۷۸). در گیاهان، روی (Zn) اکسید و یا احیاء نمیشود روی یا به عنوان بخش فلزی آنزیمها و یا به عنوان فعال کننده شماری از آنزیمها عمل میکند (مارشنر، ۱۹۹۵؛ مورتوت چیر و همکاران، ۱۹۹۱). فقط مقدار کمی آنزیمهای دارای روی شامل الکل دی هیدروژناز، مس، روی، سوپراکسید دسموتاز، کربنیک آنهیدراز و RNA پلی مراز در گیاهان عالی شناخته شدهاند. لیکن تعداد زیادی از آنزیمها به وسیله روی فعال میشوند. حسیسالی هوگلو و همکاران۲۶ (۲۰۰۳) گزارش کردند که روی جزء ضروری بیشتر از ۳۰۰ آنزیم است. الکل دهیدروژناز در تبدیل استآلدئید به اتانول نقش کاتالیزوری دارد و کمبود روی در گیاهان عالی باعث کاهش فعالیتهای الکل دهیدروژناز میگردد (مارشنر، ۱۹۹۵). سوپراکسید دسموتاز نقش مهمی در سمیت زدایی سوپراکسیدازها (O2-) و بنابراین حفظ لیپیدهای غشاء و پروتئینها در مقابل اکسید شدن بازی میکند (مورتوت چیر و همکاران، ۱۹۹۱). کک مک و مارشنر (۱۹۸۷) گزارش کردند که فعالیت Zn-Cu سوپراکسید دسموتاز با کمبود روی کاهش مییابد. کربنیک آنهیدراز در سیتوپلاسم و کلروپلاست قرار دارد و میتواند انتقال CO2/HCO3- را برای تثبیت فتوسنتزی CO2 تسهیل کند. با کمبود روی تشکیل و سوخت و ساز پروتئین به سه دلیل، غیر فعال شدن آنزیم RNAپلیمراز، به هم خ
وردن ساختمان ریبوزومها و تخریب ریبونوکلئیک اسید مختل میگردد (مورتوت چیر و همکاران، ۱۹۹۱).
۲-۷- مکانیسم عمل نانواکسیدروی در گیاه
یکی از مکانیسمهای نانوذرات که موجب آسیب به گیاهان میشود، ایجاد اختلال در مسیرهای انتقال آب و عناصرغذایی است (اسلی و نیومن، ۲۰۰۹; لین و زینگ، ۲۰۰۷). به علاوه، نانوذرات فلزی ممکن است منجر به آزاد شدن فلزات محلول و جذب آن توسط گیاه شود. قرار گرفتن در معرض یونهای Al، Cd، Cu، Fe، Mn، Ni، Zn و U موجب بروز علائمی نظیر افزایش پراکسیداسیون غشای لیپیدی، کاهش رنگدانههای کلروفیل، تغییر متابولیسم آهن فریک و تغییر در مقدار تنظیم کنندههای رشد گیاه میشود (دیمکپا و همکاران، ۲۰۰۸ و ۲۰۰۹؛ پاندا و همکاران، ۲۰۰۳؛ پوترز و همکاران، ۲۰۰۷). گزارشات نشان میدهند که در گیاه چچم (Lolium Perenne) نانوذرات اکسیدروی از ریشه به اندام هوایی منتقل نمیشوند و این ذرات عمدتاً به سطح ریشه چسبیده و در فضای آپوپلاست و پروتوپلاست در آندودرم ریشه مشاهده میشوند (لین و زینگ، ۲۰۰۷). اثرات مثبت نانوذرات، روی گیاه ممکن است در اثر خواص ضد میکروبی آنها باشد که قدرت و مقاومت گیاه را به تنشها افزایش میدهد. نانوذرات میتوانند همچنین عناصر غذایی را روی سطح خود تجمع دهند به خصوص نانوذراتی که سطح ویژه بالایی دارند قابلیت و پتانسیل بالایی در نگهداری و حفظ عناصرغذایی برای استفاده گیاه دارند (ناوارو و همکاران، ۲۰۰۸).
تحقیقات نشان داد که نانوذرات ZnO و TiO2 زیتوده گندم را کاهش داده و برای گیاهان مضر شناخته میشوند. نانوذرات TiO2 با حلالیت پایین در خاک به مدت طولانی باقیمانده و به دیواره سلولی گیاهان میچسبد و ممکن است خطرات زیست محیطی برای لایههای عمیقتر خاک ایجاد کند. بعلاوه اندازه کوچک نانوذرات TiO2 (حدود ۲۰ نانومتر) توانایی نفوذ آنها را به دیواره سلولی میدهد. نانوذرات ZnO در خاک حلالیت بیشتری نسبت به TiO2 داشته و جذب روی (Zn) سمی در گندم را افزایش داد (دو و همکاران، ۲۰۱۱).
۲-۸- اثر نانوذرات بر بذر و رشد گیاهان
تنوع و پیچیدگی موجودات زنده توسط ساختار اتمی و مولکولی آنها و حرکتشان در مقیاس نانومتری تعیین میشود. مواد ریز به اندازه نانو میتوانند در هر جایی در طبیعت به صورت اتمهای منفرد یا به صورت ماکرو مولکولها نظیر هموگلوبین یا DNA پیدا شوند. نشان داده شده است که برگهای شبدر پنجه کلاغی (Lotus) میتواند سطح خود را به سادگی تمیز نگه دارد که به دلیل ساختار

دیدگاهتان را بنویسید