کاربردهای نانوبیوتکنولوژی در کشاورزی

[spow 44,195]

مروری بر کاربردهای نانوبیوتکنولوژی کشاورزی(چالشهاوراهکارها ) در تولید محصولات سالم

 

 

چکیده

 

بدون تردید سه فناوری نوظهور اواخر قرن بیستم یعنی فناوری زیستی(Biotechnology) ، فناوری اطلاعات (Information Technology) و فناوری نانو(Nanotechnology) آینده جامعه بشری را با تحول شگرف روبرو نموده و به ویژه قرن بیست و یکم را آبستن عرضه تسهیلات و خدمات نوین نموده است . نانوبیوتکنولوژی کشاورزی مجموعه ای از فناوریهایی در سطح نانو است که در برگیرنده بسیاری از اکتشافات اخیر در طیف وسیعی از صنایع کشاورزی شامل : مواد غذایی ، کودها ، صنایع شیمیایی ، کنترل آفات و... بوده است . در واقع نانوبیوتکنولوژی کشاورزی مجموعه ای از متون و روشها است که برای تولید ، تغییر و اصلاح فرآورده ها ، به نژادی گیاهان و تولید میکروارگانیسمهابرای کاربردهای ویژه از ارگانیسمهای زنده از ذراتی باابعاد نانو( نانوذرات )می باشد .برخی از کاربردهای نانوبیوتکنولوژی کشاورزی عبارتند از : تولید ابزارها و وسایل زیستی در مقیاس کوچک (میکروسنسورها-حسگرهای زیستی)، تشخیص اسیدهای نوکلئیک و پروتئین ها و یا متابولیتهای شاخص کنترل کیفی و ایمنی مواد غذایی،استفاده از نانو کامپوزیت های زیستی دربسته بندی مواد غذایی ، ارزیابی خواص سیستم های نانو بیو لوژیکی مثل آنزیمها و سایر پروتئین ها ، اصلاح انواع محصولات کشاورزی در مقابل تنشهای گرمایی – بیماریها و آفات و ایجاد مقاومت در مقابل خشکسالی و... که در این مقاله به بررسی آنها و مزایا و مخاطرات پیش روی آنها می پردازیم .

 

متن

 

بدون تردید سه فناوری نوظهور اواخر قرن بیستم یعنی فناوری زیستی (Biotechnology) ، فناوری اطلاعات (Information Technology) و فناوری نانو(Nanotechnology) آینده جامعه بشری را با تحول شگرف روبرو نموده و به ویژه قرن بیست و یکم را آبستن عرضه تسهیلات و خدمات نوین نموده است . به این ترتیب میزان رشد و کامیابی جوامع در قرن جاری در گرو قابلیت بهره مندی آنان از فناوری کلیدی مزبور می باشد . دوام و رونق جوامع در صورت اقدام در جهت ایجاد زمینه های رشد و مشارکت فناوری سه گانه تامین می شود و سعی و همت همگانی در این خصوص می تواند توسعه اقتصادی و ترویج رفاه اجتماعی در قرن بیست و یکم را رقم بزند (1) .از سویی یکی از بخشهای مهم در توسعه اقتصادی کشور دربخش کشاورزی است . در کشور پهناوری چون ایران ، توجه ویژه به این بخش ثمرات ارزنده ای به دنبال خواهد داشت . با توجه به تنوع آب و هوایی موجود در کشور و گونه های گیاهی و دامی موجود می توان ایران را کشوری ثروتمند در زمینه پتانسیل بالقوه کشاورزی دانست . اما به هر حال امروزه داشتن پتانسیل به تنهایی پاسخگوی نیازهای جوامع مختلف نیست ، بلکه نبض اقتصادی جهان در دست کشورهایی است که از لحاظ علم و تکنولوژی پیشرفته ترند؛ کشورهایی که می توانند از منابع موجود ، حداکثر بهره وری را داشته باشند (7) .از سویی با دگرگون شدن ساختارهای اجتماعی درسطوح مختلف ،طرح ریزی ها و برنامه ریزی های صورت گرفته برپایه مدرنیته ، حذف مرزبندی ها و تقسیمات جغرافیایی و ایجاد یکپارچگی در راستای حرکت به سوی جامعه باز و در نهایت شکل گیری دهکده جهانی ، رشد روزافزون جمعیت ، افزایش نیاز غذایی ، وجود محدودیت هایی همچون آب شیرین ، خاک مناسب ، کمبود مراتع ، آلودگی زیست محیطی ، نابودی جنگل ها ، فرسایش خاک و بیماریهای میکروبی و ویروسی دنیای مدرن ، حوادث غیرمترقبه و غیرقابل پیش بینی و بسیاری عوامل دیگر ، حال و آینده امنیت غذایی بشر را با مخاطرات و ابهامات بسیاری روبرو ساخته است . امروزه مسیر حرکت تحقیقات مدیریت عوامل خسارتزای گیاهی ودامی برپایه راهکارهایی است که سازگار با محیط زیست و کاهش عوامل خسارت زا به منافع غذائی بشر و اصلاح کیفیت غذایی همراه با پایداری محیط زیست می باشد . در این میان استفاده از فناوری نانوبیوتکنولوژی از جمله رویکردهای نوینی می باشد که موردتوجه قرارگرفته است(4) .

نانوبیوتکنولوژی کشاورزی مجموعه ای از فناوریهایی در سطح نانو است که در برگیرنده بسیاری از اکتشافات اخیر در طیف وسیعی از صنایع کشاورزی شامل : مواد غذایی ، کودها ، صنایع شیمیایی ، کنترل آفات و ... بوده است . در واقع نانوبیوتکنولوژی کشاورزی مجموعه ای از متون و روشها است که برای تولید ، تغییر و اصلاح فرآورده ها ، به نژادی گیاهان و تولید میکروارگانیسم ها برای کاربردهای ویژه از ارگانیسم های زنده از ذراتی با ابعاد نانو (نانو ذرات ) یا از سلول های زنده یا توانائیهای سلولهای زنده یا اجزای آنها و فرآوری و انتقال آنها به صورت تولید در مقیاس انبوه با استفاده ازذرات نانو می باشد که قسمت اعظم تحقیقات انجام شده در ارتباط با صنایع غذایی و تولید محصولات سالم می باشد به طوری که پروژه های کارشناسی صنایع غذایی مرتبط با فناوری نانو تا سال 2010 به بیش از 20 میلیارد دلار رسیده است (2 ) . بطورکلی نانوبیوتکنولوژی کشاورزی در جهت تولید محصولات سالم باید بتواند سه هدف عمده زیر را تامین نماید : 1- سبب افزایش تولید مواد غذایی متناسب با رشد جمعیت بشود 2- حداکثر بهره وری را از اکوسیستم طبیعی ضمن حفظ پایداری محیط زیست فراهم آورد 3- نقش محوری در توسعه اقتصادی داشته باشد .دسترسی به اهداف فوق سبب می شود که چهار چالش قرن حاضر یعنی : پیداکردن منابع انرژی تجدیدشونده ، منابع دائمی مواد غذایی ، حفظ محیط زیست و افزایش سلامتی انسان تا حدود زیادی با تولید محصولات سالم مرتفع گردد (6) .

برخی از کاربردهای نانوبیوتکنولوژی کشاورزی در تولید محصولات سالم را می توان به صورت ذیل اشاره نمود :

1- تولید ابزارها و وسایل زیستی در مقیاس کوچک (میکروسنسورها-حسگرهای زیستی)

2- تشخیص اسیدهای نوکلئیک و پروتئین ها و یا متابولیتهای شاخص کنترل کیفی و ایمنی مواد غذایی مانند : تشخیص عوامل بیماریزای مواد غذایی

3- استفاده از پروتئین ها در ترکیب با سایر مواد معدنی به منظور ایجاد وسایل و مواد جدید در سطح نانو

4- استفاده از نانو کامپوزیت های زیستی (Bionanocomposites) در بسته بندی مواد غذایی مانند: بسته بندی پلاستیکی بلوکه کننده اکسیژن برای نگهداری مواد غذایی به صورت تازه و بسته بندی های هوشمند که در مواقع فساد تغییر رنگ می دهند

5- استفاده از سیستم های نانو*****اسیون زیستی (Filteration-Bionano) در صنعت غذا به منظور عبور انتخابی مواد براساس شکل و اندازه

6- ارزیابی خواص سیستم های نانو بیو لوژیکی مثل آنزیم ها و سایر پروتئین ها و فرآیندهای شیمیایی به منظور فهم بهتر فرآیندها جهت توسعه محصولات مفید و جدید

7- تولید آنزیمهای نوترکیب در مواد متخلخل نانو به عنوان واکنشگرهای بیولوژیکی درازمدت با کاربردهای فراوان ویژه

8- تولید نانو کامپوزیت های بایو پلیمری از نشاسته جهت کاربردهای غذایی و صنعتی

9- افزایش ایمنی ساخت ، فرآوری و فروش فرآورده های غذایی از طریق استفاده ازحسگرهای تشخیصی بیماری و آلودگی در سطح نانو

10- بهبود بسته بندی با استفاده از نانو مواد مرکب ( با افزایش خاصیت مانع بودن،قیمت کمتر،نمایش بهترومواد سازگار بامحیط زیست )

11- بسته بندی هوشمند با استفاده از نانو حسگرهای زیستی که می توانند تغییرات و فساد محتویات درون خود را آشکار سازند و به مصرف کننده مواد مغذی دقیق را نشان دهند و قبل از فاسد شدن غذا به وی اطلاع دهند

12- تزریق نانو ذرات زیستی به گیاهان و فعال شدن تدریجی ماده موثره برای از بین بردن و تخریب سلولهای سرطانی

13- اصلاح انواع محصولات کشاورزی در مقابل تنشهای گرمایی ، بیماریها و آفات و ایجاد مقاومت در مقابل خشکسالی

14- تیمار مولکولی بیماریها ، ردیابی سریع بیماریها و افزایش توانمندی گیاهان برای جذب مواد غذایی

15- استفاده از فناوری نانوزیستی جهت توسعه روش ها و ابزارهایی که علاوه بر بهبود دقت و سرعت آنالیز و تشخیص ، حجم کمی از نمونه ها مورد نیاز بوده و بوسیله یک ابزار می توان چندین عمل تشخیص و تجزیه را به طور همزمان انجام داد (3و5).

و...

برخی از مزایای استفاده از فناوریهای نانوبیوتکنولوژی کشاورزی که دربالا به آن اشاره شد در جهت توسعه پایدار کشاورزی و تولید محصولات سالم عبارتند از:

1- ممانعت ازواردشدن میلیاردها دلار خسارت ناشی از فعالیت میکروارگانیزم ها ، ویروس ها،قارچها، باکتری هاو میکروب ها در صنایعی همچون کشاورزی،صنایع غذایی ،دامپروری و محیط زیست

2- جلوگیری از خروج میلیون ها دلار ارز جهت واردات مواد مختلف شیمیایی ، ضدعفونی ، تجهیزات ، دارو و سموم

3- بالا بردن عمر مفید تولیدات محصولات کشاورزی

4- حفظ منابع طبیعی و محیط زیست و جلوگیری از اتلاف انرژی

5- بالا بردن کیفیت زندگی انسانی و افزایش ثروت ، قدرت، آسایش و امنیت (2)

و...

برخی مخاطرات بالقوه فناوری نانوبیوتکنولوژی کشاورزی را می توان به صورت زیر اشاره نمود :

1- تمرکز بازار و قدرت انحصاری در صنایع فناوری نانوبیوتکنولوژی کشاورزی و کاهش حق انتخاب و کنترل مصرف کنندگان

2- مسائل مربوط به سلامت غذایی فرآورده های فناوری نانوبیوتکنولوژی کشاورزی

3- آثار زیست محیطی محصولات حاصل از فناوری نانوبیوتکنولوژی کشاورزی (8)

و...

 

 

 

فهرست منابع

 

1- حبیبی رضایی ، م- آشنایی با عرصه های فناوری زیستی نانو ( نانو بیوتکنولوژی ) – فصلنامه نظام مهندسی کشاورزی و منابع طبیعی – سال 2- شماره 6- زمستان 83-صفحات 32 تا 37.

2- شرکت نانو نصب پارس – 1385 – گستره کاربری های نانوسید

3- شواخی ، ف و ه ، بهمدی – نانو تکنولوژی : فن آوری نوین در صنایع غذایی – مجموعه چکیده مقالات دومین همایش علمی و پژوهشی دانشجویان علوم کشاورزی سراسر کشور – دانشگاه تربیت مدرس – شهریور 83- صفحه 229 .

4- عظیمی ، ج و همکاران – کاربرد نانوتکنولوژی در علوم دامی – مجموعه خلاصه مقالات نخستین همایش ملی صنعت دام و طیور در استان گلستان – گرگان – دی 87- صفحه 30 .

5- کمیته فناوری نانو وزارت جهاد کشاورزی – کاربردهای فناوری نانو در بخش کشاورزی – دنیای کشت و صنعت – سال 8- شماره 52- اسفند 87- صفحات 28 و 29 .

6- مرادی ، ح – ترویج بیوتکنولوژی راهبردی برای توسعه کشاورزی پایداروامنیت غذایی – فصلنامه نظام مهندسی کشاورزی و منابع طبیعی – سال5 – شماره 18 – زمستان 86 – صفحات 26 تا 32 .

7- مرادی ، م و همکاران – 1386- جایگاه فناوری نانو در توسعه صنعت کشاورزی - فصلنامه نظام مهندسی کشاورزی و منابع طبیعی – شماره 15 – صفحات 36 تا 39 .

8- بی نام - نقش فناوری در کشاورزی از دیدگاه فائو - فصلنامه نظام مهندسی کشاورزی و منابع طبیعی– سال 2- شماره8 – تابستان 84 -صفحات 58 تا 65 .