تیتانیوم دی اکسید

دانلود پایان نامه

میکروسکوپی پیچیده در مقیاس نانو و میکرومتری است. چنین ساختاری همچنین در گیاهان دیگر وجود دارد که گیاهان را از هجوم باکتریها و پارازیتها محافظت میکند. به علاوه ساختار ریز برگهای گیاه کارایی جذب نور را افزایش و فرآیند فتوسنتز را بهبود میبخشد (ژانگ و همکاران، ۲۰۰۵).
در یک تحقیق چهار نانوذره Al2O3، SiO2، Fe3O4 و ZnO با سه غلظت ۴۰۰، ۲۰۰۰ و ۴۰۰۰ میلی گرم در لیتر روی گیاه Arabidopsis thaliana بررسی شد. در بین نانوذرات مورد مطالعه، ZnO سمیت بیشتری نسبت به بقیه داشت و بعد از آن Fe3O4 ، SiO2 و Al2O3 قرار داشتند که سمی نبودند. بازدارندگی جوانه زنی بذر توسط ZnO به اندازه ذرات بستگی داشت و نانوذرات در غلظتهای مساوی سمیت بیشتری نسبت به ذرات میکرو اعمال کردند (لی و همکاران، ۲۰۱۰). چون پوشش بذر دارای منافذی است که نفوذپذیری انتخابی انجام میدهد، برهمکنش بین ذرات جامد و بذر ممکن است تا ظهور ریشه چه محدود شود. با این حال فضاهای بین سلولی (کمتر از ۱۰ میکرومتر) در پارانشیم پوسته بذر ممکن است با بستر مایع پر شود و انتقال عناصر غذایی و ذرات کوچک به بذر را تسهیل نماید. این امر ممکن است بازدارندگی اعمال شده توسط ذرات کوچک ZnO را توضیح دهد. درصد جوانهزنی بذرهای گیاه Arabidopsis thaliana توسطSiO2 تحت تأثیر قرار نگرفت که نشان میدهد که چون قطر ذرات نانو SiO2 بزرگتر از قطر ذرات نانو ZnO بود، بنابراین ممکن است علاوه بر ترکیب عناصر، اندازه ذرات نیز نقش مهمی در سمیت برای گیاه بازی کند. تأثیر مثبت معنیدار بر طول ریشه چه توسط تمامی غلظتهای نانو Al2O3 و غلظت ۴۰۰ نانو SiO2 مشاهده شد و بقیه غلظتها و نیز نانو Fe3O4 و ZnO اثرات بازدارندگی بر طول ریشه چه نشان دادند. تمامی غلظتهای ZnO تعداد برگ کمتری داشتند (لی و همکاران، ۲۰۱۰).
تحقیقات نشان داده است که عناصر حد واسط، جذب نانوذرات شده و تنش اکسیداتیو را ایجاد میکنند (ویلسون و همکاران، ۲۰۰۲)، در حالی که مواد آلی در خاک یا آب خاک میتوانند نانوذرات را جذب، پوشانده یا تثبیت نمایند و بر تحرک، قابلیت دسترسی گیاه به آنها، واکنش پذیری و سمیت آنها تأثیر بگذارند (هندی و همکاران، ۲۰۰۸; لی و همکاران، ۲۰۰۸). در یک تحقیق، نانوذرات پالادیم، مس، سیلیسیم و طلا به دو صورت در زمان کاشت بذر کاهو در خاک و ۱۵ روز قبل از کاشت بذر به خاک اضافه شدند. نتایج نشان داد که وقتی خاک به مدت ۱۵ روز با نانوذرات تیمار شد و سپس بذرها کشت شدند، افزایش نسبت ساقه به ریشه برای نانوذرات نسبت به شاهد مشاهده شد. این امر نشان میدهد که نانوذرات ممکن است تأثیر مستقیم بر رشد گیاه نداشته باشند اما ممکن است از طریق مکانیسمهای غیر مستقیم عمل نمایند (شاه و بلوزروا، ۲۰۰۹).
ترکیب نانوذرات SiO2 و TiO2 در غلظت کم، فعالیت نیترات ردوکتاز در ریزوسفر سویا را افزایش داد و در نتیجه باعث افزایش جوانه زنی و رشد سویا شد (لو و همکاران، ۲۰۰۲). نانوذرات اکسید فلزی مثل اکسیدروی اثر بازدارندگی در مراحل نموی گیاهان نظیر جوانه زنی و طویل شدن ریشه دارند (یانگ و وات، ۲۰۰۵; لین و زینگ، ۲۰۰۷). نشان داده شده است که نانوذرات مس برای گیاه ماش۲۷ و گندم سمی بوده و کاهش سرعت رشد گیاهچه را باعث شد. ماش حساستر از گندم است که این تفاوت را به آناتومی و ساختار ریشه نسبت دادهاند. غلظتهای خیلی کم نانوذرات نقره (کمتر از ۱ پی پی ام) میتواند برای گیاهچههای Arabidopsis thaliana سمی باشد. نانوذرات ۸۰ – ۲۰ نانومتر به طور آشکاری رشد را متوقف کرد و سمیت آنها به غلظت و اندازه ذرات بستگی داشت (لی و همکاران، ۲۰۰۸).
در آزمایشی مشخص شد که کلوئیدهای نانوذرات نقره به اندازه ۴۰ نانومتر توانستند توسط ریشه Arabidopsis thaliana جذب و به قسمت هوایی منتقل شوند، اگرچه اکثر نانوذرات نقره به رأس ریشه چسبیده بودند. نانوذرات به دیواره سلولی و غشاهای پلاسمایی لایههای اپیدرمی در ریشه نفوذ کرده و به منظور جذب و انتقال به برگها به بافتهای آوندی (چوب) وارد میشوند. اندازه منافذ دیوارههای سلولی به طور معمول در دامنه ۸ – ۳ نانومتر هستند که کوچکتر از اغلب نانوذرات میباشد (ما و همکاران، ۲۰۱۰). در تحقیقی بارنا و همکاران (۲۰۰۹) نشان دادند که به جز نانوذرات طلا و حلّالی که در تهیه نانوذرات طلا به کار رفته است بقیه مواد (نانوذرات نقره، آهن و حلّالهای آنها) اثر منفی بر شاخص جوانه زنی خیار و کاهو داشتند. در خیار، حلّال طلا اثر مثبت معنیداری بر شاخص جوانهزنی داشت. حلّال نقره، نانوذرات نقره و حلّال آهن تأثیر منفی بر شاخص جوانهزنی خیار داشتند و حلّال طلا اثر مثبت معنیدار بر رشد ریشه خیار داشت. نمونههای دیگر مثل نانوذرات آهن و نقره تفاوت معنیداری با شاهد نداشتند. در کاهو حلّال نقره، حلّال آهن و نانوذرات آهن اثر منفی معنیداری بر شاخص جوانهزنی کاهو داشتند. بر عکس، نانوذرات طلا اثر مثبت معنیداری بر شاخص جوانهزنی داشتند. حلّال نقره، حلّال آهن و نانوذرات آهن اثر منفی و حلّال طلا و نانوذرات طلا اثر مثبت بر رشد ریشه کاهو داشتند. مشخص شده است که اثر سمی حلّال نانوذرات مهمتر از خود نانوذرات هستند. تفاوتهای مشاهده شده بین محلولهای نانوذرات و حلّال بدون نانوذرات میتواند به جذب مولکولهای حلّال در سطح نانوذرات و کاهش غلظت مؤثر آن مولکولها باشد. بنابراین اثر مشاهده شده (سمی یا مثبت) برای همان غلظت در حضور نانوذرات کمتر احساس میشود. نانوذرات آهن و حلّال آهن به طور معنیداری وزن ریشه بیشتری نسبت به طول ریشه در خیار ایجاد نمودند. بر عکس، در نانوذرات طلا و حلّال طلا مقادیر طول
ریشه، بیشتر از وزن ریشه بود. در نتیجه به نظر میرسد که نانوذرات آهن باعث افزایش ضخامت ریشه شده است در حالی که در مورد طلا، رشد ریشه به صورت طویل شدن بود. در این مطالعه اثر سمیت خیلی کم یا صفر برای نانوذرات طلا، نقره و آهن در غلظتهای مطالعه شده دیده شد. اما در بعضی موارد اثر مثبت یا منفی مشاهده شده به دلیل حضور پایدار کننده بود (تترا متیل آلومینیوم هیدروکساید، سیترات سدیم) (بارنا و همکاران، ۲۰۰۹). بونیانیتی پونگ و همکاران (۲۰۱۱) غلظتهای ۱۰ تا ۱۰۰۰ میلیگرم بر لیتر نانوذرات اکسیدروی و دی اکسید تیتانیوم را بر جوانهزنی بذر برنج آزمایش کردند و اظهار داشتند که هیچ یک از نانوذرات، درصد جوانهزنی را کاهش ندادند ولی نانوذرات اکسیدروی طویل شدن ریشه و تعداد ریشه را کاهش داد، در حالی که نانوذرات دی اکسید تیتانیوم اثر بازدارندگی بر طویل شدن ریشه نداشت. دوشی و همکاران (۲۰۰۸) اظهار داشتند که نانوذرات آلومینیوم هیچ اثر منفی بر رشد لوبیا (Phaseolus vulgaris) و چمن نداشت.
نهالهای یک ساله نوعی کاج (Larix elgensis) به مدت ۶ ساعت در غلظتهای ۶۲، ۱۲۵، ۲۵۰، ۵۰۰، ۱۰۰۰، ۲۰۰۰ میکرولیتر بر لیتر نانو دی اکسید سیلیسیم (SiO2) قرار داده شدند. تیمار نانو، رشد و کیفیت نهالها را به شدت بهبود بخشید. تیمار با غلظت ۵۰۰ میکرولیتر بر لیتر بهترین نتیجه را داد که در آن متوسط ارتفاع ۵/۴۲ درصد، قطر ریشه ۷/۳۰ درصد، طول ریشه اصلی ۱۴ درصد و تعداد ریشههای جانبی نهالها ۶/۳۱ درصد در مقایسه با شاهد افزایش یافتند. همچنین تیمار ۵۰۰ میکرولیتر بر لیتر بالاترین غلظت کلروفیل را نشان داد (لین و همکاران، ۲۰۰۴). خوداکوشایا و همکاران (۲۰۰۹) نشان دادند که نانو لولههای کربنی در غلظت ۴۰-۱۰ میلیگرم بر لیتر جوانهزنی و رشد گوجه فرنگی را افزایش داد که احتمالاً این امر در اثر توانایی نانو لولههای کربنی برای نفوذ به پوسته بذر و تحریک جذب آب میباشد.
۲- ۹- سمیت نانوذرات برای گیاهان
مصرف نانوذرات در محصولات تجاری و کاربردهای صنعتی به طور قابل توجهی در سالهای اخیر افزایش یافته است، اگرچه درک مکانیسمهای برهمکنش در سطح مولکولی بین نانوذرات و سیستمهای زیستی کاملاً روشن نیست. در بعضی از این محصولات نظیر کرمهای پوستی و خمیر دندانها، نانوذرات در تماس مستقیم با بدن مصرف کننده است یا میتوانند به صورت دائم (توسط شستشو) از چنین محصولاتی وارد محیط شده یا حتی در طی فرآیند تولید، نانوذرات سنتزی میتوانند در مقادیر قابل توجه وارد محیط شوند. در همان زمان همچنین دانشمندان، راههایی جهت استفاده از نانوذرات جهت آلودگی زدایی در محیط زیست پیدا نمودند. اگرچه بعضی از آنها هنوز در مرحله آزمون قرار دارند، ولی تعدادی از مکانها همیشه در معرض تزریق با نانوذرات مختلف شامل پلیمرها یا دی اکسید تیتانیوم بودهاند. اخیراً نانوذرات آهن به عنوان یک فناوری کم هزینه برای خارج کردن آرسنیک از آب آشامیدنی پیشنهاد شده است (بارنا و همکاران، ۲۰۰۹).
مطالعات انجام شده در جوانهزنی بذر برنج، اثرات سمی نانوذرات اکسیدروی و تیتانیوم دی اکسید را مورد بررسی قرار داد و نانواکسیدروی تأثیرات زیان آوری روی ریشههای برنج در مرحله اولیه گیاهچه نشان داد و مسئول توقف طول ریشه و کاهش تعداد ریشهها شناخته شد در حالی که نانو TiO2 تأثیری بر طول ریشه نداشت (بونیانیتی پونگ و همکاران، ۲۰۱۱). مطالعه جوانهزنی بذر و رشد ریشه کدو سبز در محلول هیدروپونیک حاوی نانوذرات اکسیدروی، اثرات منفی از خود نشان نداد (یان و همکاران، ۲۰۱۱) در حالی که نانو روی ( nm35) و نانواکسیدروی (nm 15-25) مانع از جوانهزنی بذر علف چاودار و ذرت شد (براینر و همکاران، ۲۰۰۶). گیاه علف چاودار در محلول غذایی حاوی نانوذرات اکسیدروی و یونهای Zn2+ در غلظتهای بالاتر اثرات سمیت را نشان دادند. یونهایZn2+ سمیت بیشتری نسبت به نانوذرات اکسیدروی داشته که منجر به زرد شدن و مرگ گیاه در غلظتهای بالاتر شد. لین و زینگ (۲۰۰۷) سمیت پنج نوع نانو ذره (نانو لوله کربنی چند دیوارهای، آلومینیوم، آلومینا، روی و اکسیدروی) بر جوانهزنی بذر و رشد ریشه را در شش گیاه تربچه، کلزا، چاودار، کاهو، ذرت و خیار مورد بررسی قرار دادند. در بررسی اثرات نانوذرات روی و نانواکسیدروی تأثیری بر جوانهزنی بذر مشاهده نشد ولی نانوذرات روی در گیاه چاودار و نانواکسیدروی در گیاه ذرت در غلظت ۲۰۰۰ میلیگرم بر لیتر مانع از رشد ریشه شدند. در سوسپانسیون نانو روی یا نانواکسیدروی با غلظت ۲۰۰۰ میلیگرم بر لیتر، طویل شدن ریشه در گونههای گیاهی مورد بررسی قرار گرفته و پنجاه درصد غلظتهای بازدارنده ریشه (IC50 ) از نانو روی و حدود ۵۰ میلیگرم بر لیتر نانواکسیدروی برای تربچه و حدود ۲۰ میلیگرم بر لیتر برای کلزا و چاودار برآورد شد. نانوذرات دارای اثرات زیان آوری در گیاهان به ویژه در گیاهان مرتبط با باکتری های خاک میباشند (دیمکپا و همکاران، ۲۰۱۱ ;دو و همکاران، ۲۰۱۱ ;گاجار و همکاران، ۲۰۰۹; لین و زینگ، ۲۰۰۷، ۲۰۰۸; نایر و همکاران، ۲۰۱۰ ;استامپولیس و همکاران، ۲۰۰۹). در غلظتهای بسیار بالا، نانوذرات، تولید متابولیتهای ثانویه باکتریایی مرتبط با رشد گیاه را تغییر میدهند (دیمکپا و همکاران، ۲۰۱۲). تجمع نانوذرات فلزی در مقادیر زیاد در گیاه نه تنها موجب رشد گیاهان و جذب عناصر غذایی نمیشود بلکه میتواند راهی برای ورود آلودگی به زنجیره غذایی نیز باشد و برای رشد گیاهان غذایی از قبیل خیار، کاهو، لوبیا، ذرت، چاودار و کدوسبز زیان آور بوده و تابع غلظت نانوذرات Ag،
Cu، CuO، TiO2، Zn و ZnO میباشد. (لین و زینگ، ۲۰۰۷ و ۲۰۰۸؛ اسلی و نیومن، ۲۰۰۹؛ استامپولیس و همکاران، ۲۰۰۹؛ بارنا و همکاران، ۲۰۰۹؛ دو و همکاران، ۲۰۱۱؛ آتا و همکاران، ۲۰۱۲). یکی از مکانیسمهای نانوذرات که موجب آسیب به گیاهان میشود، مسیرهای اختلال در انتقال آب و عناصر است (اسلی و نیومن، ۲۰۰۹; لین و زینگ، ۲۰۰۸). به علاوه، نانوذرات فلزی ممکن است منجر به آزادشدن فلزات محلول شده که توسط گیاه جذب میشوند. 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 ایجاد میکند (دیمکپا و همکاران، ۲۰۰۸ و ۲۰۰۹؛ پاندا و همکاران، ۲۰۰۳؛ پوترز و همکاران، ۲۰۰۷). نانو اکسید آلومینیوم (Al2O3) میتواند، مانع از طویل شدن ریشه ذرت، خیار، سویا، کلم و هویج شود (یانگ، ۲۰۰۵) در حالی که نانواکسیدروی یکی از سمیترین نانوذراتی گزارش شده که میتواند رشد ریشه را در آزمون گیاهان تربچه، شلغم روغنی، علف چاودار، کاهو، ذرت و خیار متوقف سازد (لین و زینگ، ۲۰۰۷).
نتایج تحقیقات در سمشناسی نانوذرات در گیاه thaliana Arabidopsis، نشان داد که نانواکسیدروی در غلظت ۴۰۰ میلیگرم بر لیتر میتواند مانع از جوانهزنی شود (لی، ۲۰۱۰) و شواهدی نیز مبنی بر اینکه ۲۸ENPs نفوذ یافته در سلولهای گیاهی، با یا بدون نشان دادن اثرات نامطلوب گزارش شده است (خداکوشایا، ۲۰۰۹؛ سیفونتس،۲۰۱۰). اثرات بیشتر سمیت در ریشه احتمالاً ناشی از پوشش بذر بوده که میتواند به عنوان یک محافظ اولیه عمل نموده اما نمیتواند کاملا از تمام دانه محافظت کند. این نتایج مرتبط با گزارشات مشابه یانگ و وات (یانگ، ۲۰۰۵) بوده که در نانوذرات آلومینا (نانو Al2O3) در غلظت ۲۰۰۰ میلیگرم بر لیتر یافت شده که میتواند مانع از طویل شدن ریشه در پنج گونه گیاهی شود. اگرچه زمانی که غلظت حایز اهمیت است، نانواکسیدروی سمیت بیشتری نسبت به نانو Al2O3 دارد. این شواهد، حاکی از این است که برخی از مهندسین نانوذرات میتوانند سمیت فیزیکی و یا شیمیایی را بر روی گیاه بسته به ترکیب شیمیایی، اندازه، سطح انرژی و از همه مهمتر گونههای گیاهی به کار بگیرند. بنابراین، چالش برای مطالعات بیشتر به جذب کینتیک و مکانیسم اثرات متقابل در درون سلولها

دیدگاهتان را بنویسید