برترین کاربران هفتگی این مقاله

از ۱۳۹۷/۰۷/۲۱ تا ۱۳۹۷/۰۷/۲۷

هیچ کاربری در این بازه زمانی وجود ندارد

آمار مقاله
  • بازدید کل ۷,۱۰۹
  • بازدید این ماه ۱۷۰
  • بازدید امروز ۶
آمار آزمون مقاله
  • کل شرکت کنندگان ۶۹
  • قبول شدگان ۴۶
  • شرکت کنندگان یکتا ۴۶
  • میانگین درصد شرکت کنندگان ۶۹
واژه نامه فناوری نانو

نانو

nano

پيشوندي به معناي يک بيليونم يا (000،000،000،1/1). در متون فناوري‌نانو، معمولا براي مشخص کردن يک واحد اندازه‌گيري برابر با 10 به توان منفي 9 متر استفاده مي‌شود.

سطح مقاله

مقالات منتخب ماهنامه نانو

طرح درس

منابع پیشنهادی هشتمین مسابقه ملی-عناوین کلی

نویسندگان
کلمات کلیدی
امتیاز کاربران

کاربرد‌ فناوری نانو در کشاورزی و پالایش آلاینده‌های زیست‌محیطی

فناوری نانو به عنوان علم کار کردن با کوچکترین ذرات سبب افزایش امیدها جهت بهبود بهره‌وری سیستم‌های کشاورزی از طریق مواجهه با معضلاتی که با شیوه‌های مرسوم بی‌پاسخ مانده‌اند، گردیده است. همه ساله ارقام زراعی جدیدی جهت پاسخگویی به نیازهای رو به رشد بخش کشاورزی، از سوی متخصصین اصلاح نباتات معرفی می‌شود. به تازگی، محققان، استفاده از فناوری نانو را جهت رسانش ژن‌ها به جایگاه‌های ویژه‌ در سطوح سلولی و نوآرایی اتم‌ها در مولکولDNA (Deoxyribonucleic Acid) یک جاندار همگن به منظور بیان صفت مطلوب، در دستور کار خود قرار داده و بدین طریق درصدد پشت سر گذاشتن فرآیند زمان‌بر انتقال ژن از جانداران بیگانه به جاندار هدف هستند. تلاش‌های گسترده‌ای در عرصه‌ها‌ی مدیریتی جهت افزایش بازدهی کودهای مصرفی با بهره‌گیری از نانورس‌ها، زئولیت‌های نانومتخلخل و همچنین احیای مجدد حاصلخیزی خاک به ‌وسیله‌ی آزادسازی عناصر غذایی تثبیت ‌شده، صورت پذیرفته است. تحقیقات در زمینه‌ی ایجاد بذرهای هوشمند از طریق پوشاندن آن‌ها به‌وسیله‌ی نانوپلیمرهایی که موجب جوانه‌زنی بذر تحت شرایط مساعد می‌گردند‌، رو به گسترش است. در کشاورزی دقیق، میزان نیاز گیاهان به نهاده‌ها تعیین گردیده و با بهره‌گیری از نانوحسگرهای زیستی و سیستم‌های ماهواره‌ای، مقادیر مورد نیاز در زمان و مکان مناسب توزیع می‌گردد. محققان جهت رسیدگی به معضلات مربوط به مدیریت علف‌های‌هرز چندساله و از بین بردن بانک بذر علف‌هرز، در حال توسعه‌ی نانوعلف‌کش‌ها هستند. با استفاده از نانوذرات فلزی و فرآیند کاتالیزنوری امکان پالایش آلاینده‌های زیست‌محیطی ناشی از فاضلاب‌های صنعتی و مواد شیمیایی مورد استفاده در بخش کشاورزی نظیر آفت‌کش‌ها و علف‌کش‌ها، وجود دارد. در مقاله‌ی حاضر به مرور برخی از کاربردهای فناوری نانو در عرصه‌ی کشاورزی و پالایش آلاینده‌های زیست‌محیطی خواهیم پرداخت.
1. مقدمه
افزایش تولید و بهره‌وری محصولات کشاورزی از طریق اصلاح ارقام، مدیریت گیاهان زراعی و حفاظت از آن‌ها در مقابل آفات و بیماری‌ها، از زمان‌های بسیار کهن مرسوم بوده است. فناوری‌‌های مرسوم و پیشرفته، هر یک دارای محدودیت‌های خاص خود هستند. فناوری‌‌های موجود قادر به گذشتن از برخی موانع و تنگناهای پیش‌روی بخش کشاورزی نیستند. فناوری نانو به عنوان علم کار کردن با کوچکترین ذرات ممکن، سبب افزایش امیدها جهت غلبه نمودن بر معضلات پیش‌روی بخش کشاورزی در آینده‌ گردیده است.
تا به امروز، استفاده از علم نوظهور فناوری نانو در بخش کشاورزی عمدتاً محدود به تحقیقات تئوری بوده است، با این وجود، اثرگذاری چشمگیر فناوری‌ نانو در عرصه‌های مهم بخش کشاورزی نظیر اصلاح ارقام زراعی جدید، توسعه‌ی مواد کنشی نوین و سیستم‌های هوشمند رسانش مواد شیمیایی مانند علف‌کش‌ها، کودهای شیمیایی و آفت‌کش‌ها، تلفیق سیستم‌های هوشمند به منظور فرآوری و بسته‌بندی مواد غذایی، زدودن بقایای علف‌کش‌ها و آفت‌کش‌ها از گیاهان و خاک و غیره در آینده با شتاب بیشتری تداوم خواهد یافت.
به واسطه‌ بهره‌گیری از تکنیک‌های مناسب و حسگرهایی که دارای قابلیت استفاده در کشاورزی دقیق، مدیریت منابع طبیعی و تشخیص زود هنگام عوامل بیماری‌زا و آلاینده‌های موجود در محصولات غذایی هستند، روزبه‌روز بر پتانسیل عظیم فناوری نانو در بخش کشاورزی افزوده می‌شود. واژه‌ «فناوری نانو»، دربرگیرنده‌ طیف وسیعی از فعالیت‌ها است. «نانو» در مفهوم علمی به معنای یک میلیاردم است. یک نانومتر معادل یک میلیاردم متر است. در محدوده‌ یک نانومتر تنها 10 اتم کنار یکدیگر قرار می‌گیرند. انجمن رویال انگلستان، فناوری نانو را تحت عنوان طراحی، توصیف، تولید و کاربرد ساختارها، وسایل و سیستم‌هایی که دارای شکل و اندازه‌ای در مقیاس نانو (1 تا 100 نانومتر) هستند، تعریف نموده است. در چنین مقیاسی قوانین طبیعی حاکم بر پدیده‌های فیزیکی و شیمیایی صدق نمی‌کنند. به عنوان مثال ویژگی‌های مواد نظیر رنگ، طول، رسانایی و واکنش‌پذیری آن‌ها در مقیاس نانو به‌طور قابل توجهی با مقیاس ماکرو متفاوت هستند.

2. فناوری نانو و کشاورزی
علی‌رغم تلاش‌های صورت پذیرفته به‌وسیله‌ی دانشمندان بخش کشاورزی، همچنان بهره‌وری و بازدهی گیاهان زراعی کمتر از توان بالقوه‌ی آن‌ها است. دلیل این امر بازدهی اندک آب و عناصر غذایی مورد استفاده‌ی گیاهان زراعی و تحمیل رقابت شدید از جانب آفات و علف‌های‌هرز بر گیاه است. فناوری نانو، رویکرد علمی نوینی است که قادر به درهم‌شکستن این موانع بوده و انتظار می‌رود که در سال‌های آینده موجب افزایش عملکرد و کارآیی گیاهان زراعی و پاسخگویی به چالش‌های فراروی امنیت غذایی بشر گردد.
به‌طورمعمول، اقدامات اصلاحی لازم جهت ترمیم اثرات مخرب ناشی از عوامل تنش‌زای زنده و غیرزنده بر گیاهان تنها پس از ظهور علائم تنش، آغاز می‌گردند. در این زمان ممکن است که اثرات مخرب ناشی از تنش گسترش یافته و حتی امکان دارد که کل مزرعه به‌وسیله‌ی عامل تنش‌زا تخریب شده باشد. از آنجایی که فناوری نانو در مقیاسی مشابه با مقیاس فعالیت ویروس‌ها و عوامل بیماری‌زا عمل می‌کند، لذا این فناوری‌ از قابلیت تشخیص و ریشه‌کنی زودهنگام پاتوژن‌های گیاهی برخوردار است. محققان در حال طراحی و توسعه‌ی سیستم‌های هوشمند رسانش مواد جهت توزیع هدفمند داروها، آفت‌کش‌ها، عناصر غذایی و غیره هستند. لیست برخی از کاربردهای بالقوه‌ی فناوری نانو در بخش کشاورزی در جدول (1) ارائه گردیده است.
برخی از دستاوردهای فناوری نانو نظیر نانوعلف‌کش‌ها هم اکنون در بازار موجود هستند، این در حالیست که محققان سرگرم توسعه‌ی محصولات بیشمار دیگری هستند که امکان دارد تا زمان عرضه‌ی تجاری آن‌ها به بازار، سال‌ها به طول بیانجامد. از فناوری نانو عمدتاً به‌ منظور پاسخگویی به برخی از محدودیت‌ها و چالش‌های پیش‌روی بخش کشاورزی نظیر مدیریت علف‌های‌هرز دردسرساز، تولید نانوکودهایی که به آهستگی و در تمام طول فصل رشد گیاه عناصر غذایی خود را آزاد کنند، رهاسازی کنترل شده‌ی آفت‌کش‌ها و علف‌کش‌ها، مدیریت دقیق اجزای ریز خاک، مصرف کارآمدتر و دقیق‌تر نهاده‌های شیمیایی و تولید سمومی با فرمولاسیون‌های جدید برای کنترل آفات، استفاده می‌شود (جدول 2).

1.2. اصلاح گیاهان
در زیست‌شناسی سلولی و مولکولی، به منظور جداسازی، ‌شناسایی و اندازه‌گیری کمی ژن‌ها و مولکول‌های منفرد نیاز به طراحی و استفاده از وسایل ویژه‌ای است. فناوری نانو از قابلیت رسانش ژن‌ها به جایگاه‌های ویژه‌ در سطوح سلولی و نوآرایی اتم‌ها در مولکول DNA یک جاندار همگن به منظور بیان صفت مطلوب، برخوردار است و بدین طریق سبب کاهش زمان‌ انتقال ژن از جانداران بیگانه به جاندار هدف می‌گردد.
به علاوه، فناوری نانو از قابلیت اصلاح ساختار ژنتیکی گیاهان زراعی نیز برخوردار است و بدین طریق امکان اصلاح گیاهان دارای صفات مطلوب‌تر را فراهم می‌آورد. از سال‌های گذشته تا به امروز، استفاده از ارقام جهش یافته‌ی طبیعی و مصنوعی نقش مهمی را در اصلاح گیاهان زراعی بر عهده داشته است. فناوری نانو این امکان را برای محققان فراهم آورده که به جای استفاده از ترکیبات شیمیایی خاصی نظیر اتیل متان‌سولفونات (EMS) و عوامل جهش‌زای فیزیکی مانند پرتو ایکس و پرتو گاما، به منظور ایجاد ارقام جهش‌یافته‌ی جدید از روش‌های نوین مبتنی بر علم نانو بهره گیرند. محققان آزمایشگاه فیزیک هسته‌ای دانشگاه چیانگ مای کشور تایلند با استفاده از فناوری نانو موفق به تولید رقم جدید برنج دانه سفید از رقم بومی برنج ارغوانی رنگ گردیدند. آنها توانستند با بکارگیری فناوری نانو، رنگ ارغوانی برگ‌ها و ساقه‌های برنج بومی را به سبز مبدل ساخته و دانه‌های آن را متمایل به سفید گردانند. این آزمون دربرگیرنده‌ی ایجاد یک سوراخ با اندازه‌ی نانو در دیواره و غشای سلولی برنج با استفاده از پرتو ذره‌ای بود که طی آن یک اتم نیتروژن جهت تحریک بازآرایی DNA برنج از طریق این سوراخ به درون سلول گیاه وارد گردید. این موجود جدید که به واسطه‌ی تغییر در سطح اتمی به وجود آمد، تحت عنوان موجود اصلاح شده‌ی اتمی نام گرفت.

جدول 1. کاربردهای فناوری نانو در کشاورزی
filereader.php?p1=main_0e691c9f6f7ce8d4a

2.2. رسانش ژن‌ها به وسیله‌ی نانوذرات
رسانش غیرویروسی ژن‌ها توجهات فراوانی را به سوی خود جلب نموده است. اگرچه کارآیی انتقال DNA که نگرانی اصلی محسوب می‌شود در روش‌های رسانش ژن‌ به وسیله‌ی ناقلین غیرویروسی نسبت به روش‌های مبتنی بر ناقلین ویروسی کمتر است، با این وجود، آماده کردن ناقلین غیرویروسی نسبتاً آسان است، مصونیت‌آوری و سرطان‌زایی کمتری را در پی دارد و از قابلیت نوترکیبی ویروس و اعمال محدودیت بر اندازه‌ی ژن انتقالی نیز برخوردار نیست. توانایی اضافه نمودن مواد ژنتیکی نظیر -DNA پلاسمید، RNA وsiRNA (Small interfering RNA) به نانوذرات کنشی با سمیت اندک تحولی نوین در زمینه‌ی رسانش انتخابی ژن‌ها به بافت‌ها و سلول‌های هدف محسوب می‌شود.

3. مدیریت زراعی
1.3. کشاورزی دقیق
کشاورزی دقیق یکی از مهمترین عرصه‌ها جهت افزایش عملکرد و بازدهی گیاهان زراعی از طریق کاربرد نهاده‌ها ‌در مقدار دقیق مورد نیاز گیاه و در زمان لازم است. با بکارگیری نانوحسگرها و سیستم‌های دیده‌بانی مبتنی بر فناوری نانو، در آینده تحولی شگرف در روش‌های کشاورزی دقیق به وجود خواهد آمد. کشاورزی دقیق دارای هدفی بلندمدت جهت به حداکثر رساندن بازدهی و عملکرد محصولات زراعی و به حداقل رساندن استفاده از نهاده‌هایی نظیر کودهای شیمیایی، آفت‌کش‌ها و علف‌کش‌ها از طریق دیده‌بانی و کنترل تغییرات محیطی است و بدین طریق موجب کاهش ضایعات کشاورزی و متعاقباً به حداقل رسیدن آلودگی محیط‌زیست می‌گردد.
یکی از نقش‌های اصلی دستگاه‌های ارتقا یافته به وسیله‌ی فناوری نانو شامل استفاده از نانوحسگرهای خودکار افزوده شده به سیستمGPS (Global Positioning System) جهت ردیابی سریع تغییرات است. این نانوحسگرها که قادر به ردیابی و کنترل شرایط خاک و رشد گیاه هستند، در سرتاسر مزرعه پراکنده می‌شوند. در حال حاضر در بخش‌های خاصی از آمریکا و استرالیا از نانوحسگرهای بی‌سیم استفاده می‌شود. به عنوان مثال، در برخی از تاکستان‌های ایالت کالیفرنیای آمریکا سیستم‌های شبکه‌ای بی‌سیم مبتنی بر نانوحسگرها مستقر شده است. اتحادیه‌ی کاربرد زیست‌فناوری و فناوری نانو در حسگرها درصدد طراحی و ساخت تجهیزات با حساسیت بالا هستند که امکان واکنش نشان دادن سریع نسبت به تغییرات محیطی را فراهم می‌آورند.

2.3. مدیریت تغذیه‌ گیاهی
کودها‌ی شیمیایی، نقش اساسی را در افزایش تولید محصولات دانه‌ای در کشورهای در حال توسعه جهان خصوصاً پس از معرفی ارقام زراعی پرمحصول و کودپذیر طی وقوع انقلاب سبز، بر عهده داشته‌اند. اگرچه عملکرد دانه‌ی یکسری از محصولات زراعی در اثر مصرف مقادیر زیاد کودهای شیمیایی افزایش یافت، اما عملکرد بسیاری از محصولات دیگر به دلیل عدم تعادل در حاصلخیزی و مقدار ماده‌ی آلی خاک، با رکود مواجه گردید. مصرف بیش از حد کودهای شیمیایی نیتروژنه، منابع آبی جهان را تحت تأثیر قرار داده و منجر به بروز فرآیند مردابی شدن در اکوسیستم‌های آبی نیز، می‌شود. یکی از حقایق نگران‌‌کننده در مورد کودهای شیمیایی مرسوم آن است که کارآیی مصرف کودهای ازته 20 تا 50درصد و کارآیی مصرف کودهای فسفره، تنها 10 تا 25 درصد است. با استفاده از نانوکودها به عنوان جایگزینی برای کودهای مرسوم، عناصر غذایی کود به تدریج و به صورت کنترل ‌شده در خاک آزاد می‌شوند و در نتیجه از بروز پدیده‌ی مردابی شدن آب‌های ساکن و همچنین آلودگی آب آشامیدنی، جلوگیری خواهد شد. در حقیقت با بهره‌گیری از فناوری‌ نانو در طراحی و ساخت نانوکودها، فرصت‌های جدیدی به ‌منظور افزایش کارآیی مصرف عناصر غذایی و به حداقل رساندن هزینه‌های حفاظت از محیط زیست، پیش‌روی انسان گشوده شده است. نانوکودها، به‌دلیل رهاسازی تدریجی و آرام عناصر غذایی خود، بهترین جایگزین برای کودهای محلول مرسوم، هستند. با بهره‌گیری از نانوکودها، عناصر غذایی به آرامی و با سرعتی مناسب در تمام طول فصل رشد گیاه آزاد می‌شوند و بنابراین به‌دلیل کاهش شدید آبشویی عناصر، گیاهان قادر به جذب بیشترین مقدار مواد غذایی خواهند بود. با استفاده از زئولیت‌ها، که گروهی از کانی‌های دارای ساختار لایه‌ای کندو‌مانند هستند و به‌طور معمول در طبیعت یافت می‌شوند، می‌توان کودهایی ایجاد نمود که قادر به رهاسازی آرام عناصر غذایی به درون خاک هستند. قابلیت بارگیری و پرشدن شبکه‌ی به هم پیوسته‌ی تونل‌ها و اتاقک‌های کانی زئولیت به‌وسیله‌ی عناصر نیتروژن و پتاسیم، که با سایر ترکیبات کُندانحلال محتوی فسفر، کلسیم و مجموعه‌ی کاملی از عناصر غذایی نادر و کم‌مصرف ترکیب شده‌اند، وجود دارد. کانی زئولیت، بعنوان منبعی از عناصر غذایی که در پاسخ به نیاز گیاه، به تدریج و با سرعتی مناسب آزاد می‌شوند، عمل می‌کند. با پوشاندن کودهای شیمیایی مرسوم به‌وسیله‌ی نانوغشاها، می‌توان به کودهایی دست یافت که عناصر غذایی خود را به صورت آهسته و پیوسته آزاد کنند. نانوکمپوزیت‌های پوشاننده و سیمان‌کننده، قادر به تنظیم سرعت رهاسازی عناصر غذایی از کپسول حاوی کود، هستند.

3.3. تشخیص درجای حاصلخیزی خاک
می‌توان امکان واکنش دادن محلول خاک با نانو فرآورده‌هایی که قادر به سنجش دقیق میزان فراهمی عناصر غذایی موجود در خاک هستند را فراهم آورد. با بکارگیری نانوحسگرها می‌توان وضعیت غذایی، رطوبتی و فیزیولوژیکی گیاه را تعیین نمود که این امر موجب تسهیل در اتخاذ اقدامات اصلاحی مناسب و به موقع می‌شود. نانوذرات، آزمایشگاه‌های کوچکی هستند که از قابلیت کنترل و تنظیم دقیق تغییرات زودگذر و فصلی رخ داده در سیستم خاک-گیاه برخوردار هستند. یکی از مهمترین اهداف کشاورزی دقیق مدیریت صحیح عناصر غذایی و آب مورد نیاز گیاه است و در این راستا با استفاده از نانوحسگرها می‌توان با دقت بسیار زیاد اقدام به تعیین میزان عناصر غذایی و آب در دسترس گیاه نمود.

4.3. تشخیص اختلالات تغذیه‌ای در گیاهان زراعی
نانوذرات به عنوان «سیستم‌های هوشمند اعمال درمان» جهت بهبود وضع سلامتی انسان مورد استفاده قرار می‌گیرند. به همین منوال، قرار دادن نانوذرات در بافت‌های گیاهی می‌تواند جهت تعیین وضعیت غذایی گیاه و انجام اقدامات اصلاحی مورد نیاز جهت رسیدگی به اختلالاتی که سبب کاهش عملکرد گیاه می‌شوند، سودمند و موثر باشد. با بهره‌گیری از فناوری نانو می‌توان اقدام به دیده‌بانی و کنترل نیاز آبی و کودی گیاهان زراعی نمود. امکان هیجان‌انگیز تلفیق دانش کشاورزی و فناوری‌ نانومقیاس در درون حسگرها دارای پتانسیل افزایش حساسیت و واکنش‌پذیری سیستم‌های کشاورزی و در نتیجه کاهش قابل ملاحظه‌‌ی زمان پاسخ دادن نسبت به معضلات قابل تشخیص در اراضی زراعی، است.

5.3. مدیریت بذر
بذر، ره‌آورد نانویی طبیعت برای بشر است که به دلیل برخورداری از ساختار منحصربه‌فرد قادر به حفظ بقای خود تحت شرایط نامساعد محیطی است. امکان بهره‌گیری از فناوری نانو به منظور کنترل نمودن پتانسیل کامل بذر وجود دارد. فرآیند تولید بذر، به ویژه در مورد گیاهانی که با باد گرده‌افشانی می‌شوند، فرآیندی ملال‌انگیز و دشوار است. تشخیص ناخالصی‌ دانه‌ی گرده‌ که سبب بروز آلودگی ‌می‌شود، روشی مطمئن به منظور حصول اطمینان از خلوص ژنتیکی توده‌ی بذر تولیدی است. مسافت طی شده به‌وسیله‌ی دانه‌ی گرده وابسته به درجه حرارت و رطوبت هوا، سرعت باد و میزان گرده‌ی تولیدی به وسیله‌ی گیاه است. با استفاده از نانوحسگرهای زیستی که نسبت به آلودگی دانه‌ی گرده بسیار حساس هستند می‌توان از ناخالصی احتمالی آگاه گردید و با اقدام به موقع سبب کاهش آلودگی دانه‌ گرده شد. به واسطه‌ی بهره‌گیری از این روش می‌توان از آلودگی دانه گرده گیاهان تراریخته ژنتیکی به‌وسیله گیاهان زراعی و یا بالعکس نیز جلوگیری کرد.
مهندسین ژنتیک سرگرم انتقال ژن‌های جدید به بذور گیاهان و عرضه‌ی آن‌ها به بازارهای مصرف کشاورزی هستند. ردیابی بذور تراریخته‌ی جدید عرضه شده به بازار می‌بایست با کمک نانوبارکدهایی که از قابلیت رمزگذاری و خوانده‌شدن به‌وسیله‌ی دستگاه برخوردار هستند و بادوام نیز هستند، صورت پذیرد. تعداد زیادی از بیماری‌های گیاهی به‌وسیله‌ی بذر پراکنده می‌شوند و در بسیاری از موارد بذور ذخیره شده، به وسیله‌ی عوامل بیماری‌زا از بین می‌روند. نانو پوشش‌دار کردن بذور با استفاده از فرم‌های عنصری روی، منگنز، پروتکتینیوم، پلاتین، طلا و نقره نه تنها سبب حفاظت از بذر در مقابل عوامل بیماری‌زا می‌گردد بلکه در کاهش میزان بذر مصرفی نیز موثر است. سو و همکاران (2004) از تکنیکی تحت عنوان نقطه‌های کوانتومی به عنوان یک مارکر فلوئورسانس تلفیق شده با سیستم جداسازی ایمنی مغناطیسی متعلق به سویه‌ی باکتریایی E coli 0157: H7 به منظور تفکیک بذور آلوده و غیرزنده از بذور غیرآلوده و سالم استفاده نمودند.
با بکارگیری فناوری‌هایی نظیر نانوکپسوله کردن و استفاده از روش‌های رهاسازی کنترل شده می‌توان به تحولی شگرف در زمینه‌ی کارآیی مصرف آفت‌کش‌ها و علف‌کش‌ها نائل آمد. امکان پوشاندن بذور گیاهی به وسیله‌ی نانوکپسول‌هایی که دارای سویه‌های باکتریایی ویژه‌ای هستند نیز وجود دارد و بدین ترتیب می‌توان به بذور هوشمند دست یافت. لذا، با استفاده از این بذور هوشمند مقدار کاربرد بذر کاهش یافته، امکان استقرار مطلوب مزرعه فراهم می‌آید و کارآیی و عملکرد گیاه بهبود می‌یابد. برنامه‌ریزی بذور هوشمند به گونه‌ای که بتوانند طی زمان وجود رطوبت کافی در خاک جوانه بزنند، امکان‌پذیر است. از جمله کاربردهای شگرف احتمالی فناوری نانو در فناوری بذر می‌توان به پوشاندن بذور با نانوغشاهایی که وجود رطوبت کافی در خاک را تشخیص داده و تنها طی زمان مساعد بودن شرایط برای جوانه‌زنی امکان آبنوشی بذر را فراهم می‌آورند، پراکندن هوایی بذور محصور شده به وسیله‌ی نانوذرات مغناطیسی، تعیین میزان رطوبت طی مدت ذخیره‌سازی و انبار کردن بذور به منظور اتخاذ اقدامات پیشگیرانه‌ی مناسب جهت کاهش خسارت وارده به بذور انبار شده و استفاده از نانوحسگرهای زیست‌تحلیل‌گر به منظور تعیین سن بذور، اشاره نمود.

6.3. فناوری نانو و مدیریت علف‌های‌هرز
رویکرد استفاده از یک علف‌کش خاص جهت از بین بردن همزمان چندین گونه‌ی علف‌هرز در اراضی زراعی موجب کنترل و مدیریت ضعیف کاربرد علف‌کش و بروز مقاومت در علف‌های‌هرز نسبت به علف‌کش می‌گردد. قرار گرفتن مداوم علف‌های‌هرز نسبتاً حساس در معرض یک علف‌کش خاص طی یک فصل زراعی و علف‌کشی متفاوت در فصل زراعی بعد سبب بروز مقاومت در علف‌های‌هرز و غیرقابل کنترل شدن آن‌ها به وسیله‌ی سموم شیمیایی می‌شود.
کاربرد برگی سموم علف‌کش‌ برای علف‌های‌هرز چندساله‌ای نظیر مرغ، اویار سلام و تاج‌ریزی سبب از بین رفتن کامل آن‌ها نخواهد شد. محدوده‌ی اثرگذاری علف‌کش‌های امروزی در سلول‌های گیاهی شامل تخریب ساختار و کارکرد کلروپلاست‌ها، جلوگیری از سنتز زیستی (بیوسنتز) لیپید‌ها، ایجاد اختلال در تقسیم سلولی از طریق برهم‌زدن توالی میتوزی و ممانعت از آغاز تقسیم میتوز، جلوگیری از سنتز زیستی سلولز و تنظیم رشد سلولی القا شده به‌وسیله‌ی اکسین، است. جذب ریشه‌ای علف‌کش‌ها در مقایسه با جذب برگی آن‌ها فرآیندی ساده‌تر است. ریشه‌ها همانند برگ‌ها دارای لایه‌ی اپیدرم نیستند، اگرچه ریشه‌های بالغ به وسیله‌ی لایه‌ای چوب‌پنبه‌ای پوشیده شده‌اند. این بدان معناست که موانع کمتری بر سر راه جذب علف‌کش‌ها از طریق ریشه‌های علف‌هرز وجود دارد. از آنجایی که ریشه‌های گیاهان اساساً چربی‌دوست هستند، لذا علف‌کش‌های لیپیدی به راحتی خواهند توانست که از طریق ریشه‌ها جذب گیاه شوند.
هر چند سازوکار‌های مولکولی اثر علف‌کش‌ها هنوز به‌طور کامل شناخته نشده است، با این وجود، در حدود 60 درصد از علف‌کش‌های رایج موجب بروز اختلال در سیستم انتقال الکترون نوری کلروپلاست می‌شوند. در حال حاضر، علف‌کشی که سبب بروز اختلال در تثبیت CO2 و تولید قند گیاه شود در بازار مصرف موجود نیست. آگاهی داشتن از ویژگی‌های مولکولی بخش‌های زیرزمینی گیاه به منظور دستیابی به یک محدوده‌ی اثر جدید و توسعه‌ی مولکول‌های پذیرنده‌ای که دارای پیوندهای ویژه‌ای با نانومولکول‌های علف‌کشی نظیر نانولوله‌های کربنی هستند، امکان از بین بردن بذور و اندام‌های تکثیری زیرزمینی زنده و خواب علف‌های‌هرز را فراهم می‌آورد.

1.6.3. سازوکار هوشمند رسانش علف‌کش‌ها
تولید مولکول‌های علف‌کشی که به‌وسیله‌ی نانوذرات پوشیده شده‌اند و قادر به رسانش ماده‌ی موثره‌ی خود به مولکول‌ گیرنده‌ی خاص موجود در اندام‌های زیرزمینی علف‌هرز هستند، سبب ورود مولکول علف‌کش به درون سیستم گیاهی علف‌هرز و جابه‌جایی آن به سمت بخش‌هایی که مانع از گلیکولیز ذخیره‌ی غذایی ریشه می‌شوند، خواهد گردید. این فرآیند موجب گرسنگی کشیدن علف‌هرز و در نهایت مرگ آن در اثر کمبود مواد غذایی مورد نیاز برای رشد گیاه خواهد شد.
ممکن است که در اراضی دیم، به دلیل عدم وجود رطوبت کافی در خاک، کاربرد علف‌کش‌ موجب اتلاف آن به شکل بخار گردد. از آنجایی که متخصصین هنوز قادر به پیش‌بینی زمان دقیق وقوع بارندگی در اراضی دیم نیستند، لذا نمی‌توان از علف‌کش‌ها پیش از زمان مورد انتظار وقوع بارش استفاده نمود. انتظار می‌رود که رهاسازی کنترل شده‌ی علف‌کش‌های کپسول شده بتواند به مدیریت مطلوب رقابت میان علف‌های‌هرز و گیاهان زراعی در اراضی دیم کمک نماید.

7.3. حفاظت از گیاه در برابر تنش‌های زیستی و غیرزیستی
روش مدیریت تلفیقی آفات(Integrated Pests Management) که امروزه به صورت گسترده‌ در سیستم‌های کشاورزی مورد استفاده قرار می‌گیرد، به واسطه‌ی کاربرد آفت‌کش‌ها بر اساس حد آستانه‌ی خسارت اقتصادی آفت و صرفاً در زمان مورد نیاز، سبب کاهش مصرف سموم آفت‌کش در اراضی زراعی، باغی و دامپروری می‌گردد. با این وجود، در این روش نیاز به دیده‌بانی مداوم آفات است که این کار فعالیتی وقت‌گیر برای کشاورز محسوب می‌شود و نیازمند سطح خاصی از مهارت به منظور‌شناسایی و تفکیک علائم ناشی از خسارت حشرات، قارچ‌ها، باکتری‌ها، ویروس‌ها و یا تنش‌های تغذیه‌ای است. در این راستا، با بهره‌گیری از دستاوردهای فناوری نانو نظیر نانوحسگرها می‌توان سبب افزایش کارآیی روش‌های مدیریت تلفیقی آفات گردید.

1.7.3. تشخیص بیماری‌های گیاهی
بیماری‌های گیاهی یکی از مهمترین عوامل محدودکننده‌ی عملکرد گیاهان زراعی محسوب می‌شوند. معضل اصلی در زمینه‌ی مدیریت بیماری‌های گیاهی مربوط به تعیین زمان دقیق انجام اقدامات پیشگیرانه‌ی لازم است. اغلب اوقات سموم آفت‌کش به عنوان یک اقدام پیشگیرانه مورد استفاده قرار می‌گیرند و بدین‌ترتیب موجب باقیماندن اثرات سمی سموم در محیط و آلودگی محیط‌زیست می‌شوند، از طرفی، به واسطه‌ی کاربرد آفت‌کش‌ها در زمان پس از ظهور علائم بیماری نیز، مقدار قابل توجهی از عملکرد محصول نابود خواهد شد. در میان بیماری‌های گیاهی، کنترل بیماری‌های ویروسی در مقایسه با سایر بیماری‌ها دشوارتر است چراکه کشاورز مجبور است برای کنترل اینگونه بیماری‌ها نسبت به توقف گسترش بیماری از طریق ناقلین ویروسی اقدامات مناسب را صورت دهد. شیوه‌های تشخیصی نانوبنیاد بیماری‌های ویروسی که شامل استفاده از نانوکیت‌های تشخیصی گوناگون به منظور تعیین دقیق سویه‌ی ویروس و مرحله‌ی کاربرد سموم هستند، با شتاب زیادی در حال گسترش هستند.‌ شناسایی و استفاده از مارکرهای زیستی که به واسطه‌ی تولید پروتئین‌های افتراقی طی مراحل تندرستی و بیماری گیاه با دقت بسیار زیاد مرحله‌ی رشدی عامل بیماری‌زای ویروسی را تشخیص می‌دهند، موجب تعیین نوع پروتئین‌های تولیدی گوناگون در طی چرخه‌ی گسترش بیماری ویروسی می‌گردد. با استفاده از کیت‌های تشخیصی نانوبنیاد نه تنها می‌توان سرعت تشخیص بیماری گیاهی را افزایش داد بلکه می‌توان دقت تشخیص را نیز بالا برد.

2.7.3. نانوآفت‌کش‌ها: کپسوله کردن آفت‌کش‌ها
شیوه‌ی پیشرفته‌تر مورد توجه جهت فرموله کردن آفت‌کش‌های نانومقیاس شامل کپسوله کردن و پوشاندن ماده‌ی موثره‌ی نانومقیاس آفت‌کش در داخل گونه‌ای از پوشش یا پوسته‌ی بسیار نازک است. چندین دهه است که فرم میکرو کپسوله شده‌ی عناصر غذایی و مواد شیمیایی کشاورزی در بازار مصرف موجود است. بهینه‌سازی فرمولاسیون سموم آفت‌کش‌ از طریق قرار دادن آن‌ها در درون میکروکپسول‌ها سبب بروز تغییراتی شگرف و تحول‌ آفرین در کارآیی مصرف سموم شیمیایی گردیده است که از آن جمله می‌توان به قابلیت کنترل رهاسازی ماده‌ی موثره آفت‌کش تحت شرایط ویژه اشاره نمود. به واسطه‌ی تغییر فرمولاسیون آفت‌کش‌ها از طریق پوشش‌دار کردن آن‌ها به وسیله‌ی میکروکپسول‌ها می‌توان به دستاوردهای شگرف دیگری از جمله تداوم بخشیدن به حفاظت از گیاهان زراعی در مقابل آفات، افزایش انحلال‌پذیری سموم آفت‌کش، کاهش تماس کارگران مزرعه با مواد موثره‌ی سموم و مزایای زیست‌محیطی نظیر کاهش میزان روانآب سموم آفت‌کش، دست یافت.

جدول 2. فهرست برخی از مواد و ترکیباتی مورد استفاده در کشاورزی که با بکارگیری فناوری نانو در دست تولید هستند
filereader.php?p1=main_2196e44581fb1abb2

1.2.7.3. کنترل رهاسازی مواد از طریق کپسوله کردن آن‌ها
فناوری نانو این توانایی را در اختیار شرکت‌های سازنده‌ی مواد شیمیایی قرار می‌دهد که نسبت به تغییر خصوصیات لایه‌ی بیرونی کپسول پوشاننده‌ی ماده‌ی موثره به گونه‌ای که موجب اعمال کنترل مناسب بر رهاسازی ماده از کپسول حاوی آن شود، اقدام نمایند. بهره‌برداری از راهبرد «رهاسازی کنترل شده‌ی مواد»، در صنعت داروسازی شدیداً مورد توجه قرار گرفته است چراکه با استفاده از این راهبرد امکان جذب آهسته‌تر داروها به‌وسیله‌ی بافت هدف واقع شده در نقطه‌ی خاصی از بدن و یا رهاسازی کنترل شده‌ی مواد دارویی در پاسخ به محرک‌های خارجی ویژه، وجود خواهد داشت. به دلیل برخورداری این فرمولاسیون‌های میکرو و نانومقیاس از کاربردهای بالقوه در زنجیره‌های غذایی (شامل تولید آفت‌‌کش‌ها، واکسن‌ها، داروهای دامپزشکی و محصولات بهبود یافته از لحاظ ارزش تغذیه‌ای)، توسعه و استفاده از آن‌ها به‌وسیله‌ی شرکت‌های تولید‌کننده محصولات غذایی و سازنده‌ی مواد شیمیایی کشاورزی، روبه گسترش است.
در حال حاضر، تعدادی از سموم آفت‌کش‌ محتوی مواد موثره‌ی نانومقیاس در بازار مصرف موجود هستند و شمار زیادی از شرکت‌های فعال در زمینه‌ی تولید مواد و سموم شیمیایی در حال اجرای تحقیقات فراگیر به منظور طراحی و توسعه‌ی فرمولاسیون‌های نانومقیاس جدید برای سموم آفت‌کش‌ هستند. برای نمونه، شرکت آلمانیBASF (Badische Anilin Soda Farbrik) که چهارمین شرکت تولید کننده‌ی مواد شیمیایی کشاورزی دنیا است در حال بهره‌برداری از مزایای بالقوه‌ی فناوری نانو به منظور بهبود فرمولاسیون سموم آفت‌کش است. این شرکت مشغول اجرای تحقیقات بنیادین و بهره‌‌برداری از نتایج این تحقیقات در زمینه‌ی بهینه‌سازی فرمولاسیون سموم آفت‌کش با ثبت ابداعاتی نظیر تولید «نانوذرات دارای عامل حفاظت کننده»‌ که متشکل از ماده‌ی موثره‌ای با اندازه‌ی ذرات بین 10 تا 150 نانومتر است، می‌باشد. به واسطه‌ی نانوفرموله‌کردن سموم آفت‌کش‌ می‌توان به مزایایی از قبیل انحلال آسانتر سم در آب، افزایش مدت زمان تأثیر ماده‌ی موثره و بهینه شدن قابلیت کشندگی سموم شیمیایی (شامل علف‌کش‌ها، حشره‌کش‌ها و قارچ‌کش‌ها) نائل آمد. شرکت آلمانی بایر (Bayer Crop Science company) که در زمینه‌ی علوم گیاهی فعالیت می‌کند نیز با بهره‌گیری از فناوری نانو اقدام به تولید سموم شیمیایی با فرم امولسیون که ماده‌ی موثره‌ی آن‌ها متشکل از قطرات نانومقیاسی در محدوده‌ی 10 تا 400 نانومتر است، کرده است. این ابداع نوین شرکت بایر دارای مزایایی نظیر کاهش مقدار کاربرد، فعالیت سریعتر و با قابلیت اطمینان‌ بیشتر و تداوم فعالیت سم برای مدت طولانی است.
شرکت سینجنتا نیز همانند شرکت علوم گیاهی بایر مدعی است که اندازه‌ی بسیار کوچک 100 نانومتری ذرات ماده‌ی تنظیم‌کننده‌ی رشد گیاه و قارچ‌کش تولیدی این شرکت، مانع از گرفته شدن فیلتر مخزن سمپاش شده و به واسطه‌ی انحلال کامل مواد شیمیایی در آب، ذرات آن‌ها برای مدت بیش از یکسال در مخزن سمپاش رسوب نمی‌کنند. به علاوه، نانوقارچ‌کش‌های تولیدی این شرکت به صورت کامل جذب سیستم گیاه شده و لذا دچار آبشویی به‌وسیله‌ی آبیاری یا بارندگی نمی‌شوند.

4. فرآوری محصولات برداشت شده
بروز مسمومیت‌های غذایی همه ساله جان شمار زیادی از انسان‌ها را در سرتاسر جهان می‌گیرد و با احتساب نفر روزهای از دست رفته و هزینه‌های درمانی تحمیل شده، سبب اتلاف سرمایه‌های مالی و ضرردهی اقتصادی کشورهای مختلف نیز می‌گردد. به واسطه‌ی تعبیه کردن و قرار دادن نانوحسگرهایی که از طریق چسبیدن به عوامل بیماری‌زا قادر به‌شناسایی تمامی انواع پاتوژن‌های غذایی نظیر اشرشیاکولای، کامپیلوباکتر و سالمونلا هستند در درون وسایل و تجهیزات مورد استفاده جهت کشت و کار و توزیع محصول غذایی و همچنین در درون بسته‌بندی محصول فرآوری‌ شده و یا حتی در درون خود غذا، امکان تازه نگه داشتن محصولات غذایی برای مدت زمان طولانی‌تر فراهم می‌آید. هر نانوحسگر متشکل از هزاران نانوذره است که این نانوذرات قادر به تشخیص سریع و دقیق حضور هر گونه و هر تعداد عامل بیماری‌زا در محصولات غذایی هستند. این نانوحسگرها به روش‌های گوناگون عمل می‌کنند، به عنوان مثال، نانوحسگرها می‌توانند در تماس با پاتوژن‌های مختلف به رنگ‌های گوناگون در آیند و یا اینکه قادر به ردیابی مواد مغناطیسی هستند.
طی سال‌های اخیر، محققان صنایع غذایی و علوم تغذیه کوشیده‌اند تا عناصر ریزمغذی مفید و آنتی‌اکسیدان‌های گوناگون را به مواد غذایی بیفزایند. این تلاش در حالی رخ می‌دهد که بسیاری از آنتی‌اکسیدان‌های افزوده شده به محصولات غذایی، در طی مراحل تولید، فرآوری و ذخیره‌سازی مواد تجزیه شده و از بین می‌روند. پلی‌فنول‌ها از جمله ترکیباتی هستند که در اغلب مواد غذایی وجود دارند. این ترکیبات به واسطه‌ی قرار گرفتن در معرض هوا تجزیه و اکسید می‌شوند. با استفاده از نانوساختارهای حلزونی شکلی که قادر به گیراندختن و پوشاندن پلی‌فنول‌ها هستند می‌توان مانع از اکسایش زود هنگام این ترکیبات آنتی‌اکسیدان شد و از تماس عناصر غذایی با رطوبت و اکسیژن نیز جلوگیری نمود. محققان مؤسسه بین‌المللی علوم رسانش زیستی موفق به طراحی و تولید نانوساختارهای حلزونی متشکل از نانوذرات مارپیچی با اندازه‌ی 50 نانومتر شدند که بدون تأثیرگذاری سوء بر طعم و رنگ غذا، می‌توان از آن‌ها جهت رسانش کارآمدتر عناصر غذایی نظیر ویتأمین‌ها، لیکوپن و اسیدهای چرب امگا 3 به سلول‌های زنده استفاده نمود. این نانوذرات ناقل از جنس فسفاتیدیل‌سرین سویا، که 100درصد سالم و ایمن است و پوششی محافظ را برای طیف وسیعی از افزودنی‌های غذایی فراهم می‌آورد، هستند.

5. بسته‌بندی مواد غذایی
مصرف‌کنندگان خواستار آن هستند که مواد غذایی برای مدت زمان طولانی به صورت تازه و سالم باقی بمانند، و لازم است که حمل و نقل مواد مورد استفاده جهت بسته‌بندی محصولات غذایی سهل و آسان بوده و این مواد از لحاظ بهداشتی نیز سالم و ایمن بوده و ‌خطری برای سلامتی انسان نداشته باشند. شرکت بایر با استفاده از فناوری‌ نانوذرات موفق به توسعه‌ی نوعی بسته‌بندی پلاستیکی غنی از نانوذرات سیلیکات شده که نسبت به هوا و رطوبت بسیار نفوذناپذیر بوده و می‌تواند در مقایسه با بسته‌بندی‌های پلاستیکی معمولی، مواد غذایی را برای مدت زمان طولانی‌تری به صورت تازه و سالم نگهداری نماید. محققان دانشگاه لیدز انگلستان ثابت کردند که می‌توان از نانوذرات دارای خاصیت ضدمیکروبی جهت تولید بسته‌بندی‌های غذایی ایمن‌تر استفاده نمود. این محققان دریافتند که نانوذراتی نظیر اکسیدروی و اکسیدمنیزیم از کارآیی مطلوبی در از بین بردن ریزجاندارن بیماری‌زا برخوردار هستند و از طرفی، ارزانتر و ایمن‌تر از سایر نانوذرات فلزی نیز هستند.
اکسیژن، مسئله‌سازترین عنصر برای مهندسین شاغل در بخش بسته‌بندی محصولات غذایی است چراکه این عنصر موجب فساد چربی موجود در گوشت و پنیر شده و آن‌ها را بی‌رنگ می‌کند. مشخص شده است که ترکیب کردن نانوذرات رس با کوپلیمر اتیلن-وینیل الکل و زیست‌پلیمر لاکتیک اسید سبب افزایش نفوذناپذیری بسته‌بندی محصولات غذایی نسبت به گاز اکسیژن می‌گردد. نانوکامپوزیت‌های پلیمر-سیلیکات نیز سبب بهبود نفوذناپذیری بسته‌بندی غذا نسبت به گاز اکسیژن و افزایش استحکام مکانیکی و ثبات حرارتی آن می‌شوند. از پوشش‌های نایلون-نانورس و سدهای نانواکسید سیلیکون نیز به منظور جلوگیری از نفوذ گاز اکسیژن به درون بطری‌های شیشه‌ای استفاده می‌شود.

6. نقش حسگرهای زیستی در کشاورزی
فناوری نانو از نقش مهمی در توسعه‌ی حسگرهای زیستی نوین برخوردار است. با بکارگیری نانومواد مختلف امکان بهبود حساسیت و سایر خواص حسگرهای زیستی وجود خواهد داشت. هر حسگر زیستی متشکل از یک جزء زیستی نظیر سلول، آنزیم و یا آنتی‌بادی است که این جزء زیستی به یک مبدل کوچک متصل شده است. مبدل انرژی خود را که معمولاً به فرمی متفاوت از فرم مورد نیاز جزء زیستی است از یک سیستم ثانویه دریافت نموده و آنرا به شکل قابل استفاده برای جزء زیستی حسگر تبدیل می‌نماید. حسگرهای زیستی قادر به ردیابی و تشخیص تغییرات به وجود آمده در سلول‌ها و مولکول‌ها بوده و بدین طریق کاربر را قادر می‌سازند که نسبت به ارزیابی و‌شناسایی ماده‌ی مورد آزمون، حتی تحت شرایطی که مقدار بسیار ناچیزی از آن موجود باشد، اقدام نماید.
با پیشرفت‌های صورت پذیرفته در عرصه‌ی فناوری نانو، طراحی و توسعه‌ی‌ حسگرهای زیستی در آینده با تحولی شگرف مواجه خواهد شد. از نانومواد به منظور طراحی انواع جدیدی از حسگرهای زیستی استفاده می‌شود. طی سال‌های آینده، حسگرهای زیستی طراحی شده بر مبنای فناوری نانو با تراشه‌های زیستی دارای صفحه مدارهای الکترونیکی و همچنین تکنیک‌های تحلیلی، تلفیق خواهند گردید. این کار به واسطه‌ی در اختیار گذاشتن وسایلی که کوچک، قابل حمل، کاربری آسان، ارزان قیمت، سهل الوصول و شدیداً حساس هستند موجب ارتقای بسیار چشمگیر قدرت واکنش‌پذیری سیستم‌های کشاورزی نسبت به تغییرات محیطی مخرب می‌شود.

7. استفاده از نانوذرات جهت پالایش آلاینده‌های زیست‌محیطی
علم‌نانو و فناوری نانو از پتانسیل تأثیرگذاری عمیق بر محیط زیست برخوردار هستند. ذرات نانومقیاس نویددهنده‌ی ظهور نسل جدیدی از فناوری‌های پالایش محیط زیست هستند که می‌توانند تکنیکی مقرون‌به‌صرفه را جهت غلبه نمودن بر تعدادی از خطرناکترین معضلات زیست‌محیطی فراهم آورند.
نانوذرات آهن دارای سطح مقطع وسیع و واکنش‌پذیری سطحی زیاد هستند. به علاوه، این نانوذرات از انعطاف‌پذیری فوق‌العاده‌ای جهت استفاده در کارکردهای درجا نیز برخوردار هستند. تحقیقات مشخص نموده‌اند که نانوذرات آهن به منظور دگرگون ساختن و غیرسمی کردن طیف گسترده‌ای از آلاینده‌های زیست‌محیطی، نظیر حلال‌های آلی کلردار، آفت‌کش‌های آلی کلردار و بی‌فنیل‌های چندکلره، بسیار موثر و کارآمد هستند. محققان به منظور افزایش سرعت و کارآیی پالایش محیط زیست از مواد آلاینده، اقدام به تولید نانوذرات اصلاح شده‌ی آهن، از قبیل نانوذرات کاتالیز شده و تقویت شده نموده‌اند.
مطالعات صورت پذیرفته به طور گسترده‌ای خواص شیمیایی زیست‌محیطی آهن فلزی یا خنثی را به اثبات رسانده‌اند. به تازگی، محققان اظهار داشته‌اند که نانوذرات آهن به عنوان یک تکنیک پالایشی نوین از مزایای متعددی، شامل دگرگون کردن موثر طیف وسیعی از آلاینده‌های زیست‌محیطی، هزینه‌ی اندک کاربرد و غیرسمی بودن، برخوردار هستند. نتایج مطالعات آزمایشگاهی اخیر قابلیت نانوذرات آهن را به عنوان عوامل احیاکننده و کاتالیزکننده‌ی موثر جهت پالایش طیف وسیعی از آلاینده‌های زیست‌محیطی رایج شامل ترکیبات آلی کلردار و یون‌های فلزی، به اثبات رسانیده‌اند. با استفاده از این تکنیک امکان کلرزدایی سریع و کامل از تمامی آلاینده‌های کلردار موجود در آب و خاک وجود دارد. به عنوان مثال، با کاربرد نانوذرات پالادیم/آهن در غلظت 6/25 گرم بر لیتر، میزان ترکیبات کلردار موجود در محلول به زیر محدوده‌ی قابل تشخیص دستگاه کاهش یافت. در تمامی آزمون‌های صورت گرفته با استفاده از این تکنیک، اتان فرآورده‌ی عمده‌ی تولیدی بود. به واسطه‌ی استفاده از نانوذرات آهن، ظرف مدت 24 ساعت بیش از 99 درصد از ترکیبات کلردار موجود در محلول زدوده شد. برخی از آفت‌کش‌هایی که در محیط‌های هوازی پایا و ماندگار هستند، تحت شرایط بی‌هوازی (احیاکننده) با سهولت و سرعت بسیار بیشتری تجزیه می‌شوند. یکی از مصادیق کاربرد این تکنیک شامل استفاده از آهن خنثی به عنوان یک ماده‌ی شیمیایی احیاکننده است. تحت شرایط هوازی، اکسیژن پذیرنده‌ی معمول الکترون است، در حالیکه در محیط‌های بی‌هوازی، الکترون آزاد شده از واکنش آهن خنثی با آب می‌تواند به واکنش ترکیبات آروماتیک نیتروژن‌دار و کلردار بپیوندد.
به نظر می‌رسد که استفاده از باکتری‌های مغناطیسی روشی سودمند به منظور زدودن یون‌های فلزی و فلزات سنگین (نظیر نقره، جیوه، سرب، مس، روی، آنتیمون، منگنز، آهن، آرسنیک، نیکل، آلومینیوم، پلاتین، سرب و روتینیم) است. فلزات سنگین در حضور یون‌های مغناطیسی نظیر سولفید آهن، به درون دیواره‌ی سلول‌های باکتریایی نفوذ کرده و موجب مغناطیسی شدن باکتری‌ها به حدی که بتوان آن‌ها را با استفاده از روش جداسازی مغناطیسی به آسانی از سوسپانسیون زدود، می‌شوند. تحقیقات نشان داده‌اند که برخی از باکتری‌های ویژه قادر به تولید سولفونید آهن که به عنوان جاذب تعدادی از یون‌های فلزی عمل می‌کند، هستند. مفهوم جدیدی به منظور سنتز ذرات نانوکامپوزیت مغناطیسی مزوپروس، پیشنهاد گردید. از این ذرات می‌توان جهت زدودن عوامل مضر موجود در محیط زیست استفاده نمود. این روش دربرگیرنده‌ی استفاده از قالب‌های مولکولی به منظور پوشاندن نانوذرات مغناطیسی به‌وسیله‌ی سیلیکای مزوپروس است.

1.7. سم‌زدایی از بقایای علف‌کش‌ها
در کشاورزی مرسوم، عمدتاً به ‌منظور از بین بردن آفات (شامل حشرات، علف‌های‌هرز و عوامل بیماری‌زا) از سموم آفت‌کش استفاده می‌شود. در اوایل دهه‌ی 1940، بسیاری از آفت‌کش‌ها بدون توجه به معضلات زیست‌محیطی و بهداشتی که در نتیجه‌ی استفاده‌ی گسترده از آن‌ها ایجاد می‌شوند، توسعه یافتند. این در حالیست که با گذشت زمان گزارش‌های متعددی مبنی ‌بر مسمومیت شدید گیاهان و سایر موجودات غیرهدف به‌وسیله‌ی بقایای برخی از آفت‌کش‌های پایا، که اثرات آن‌ها حتی تا ده سال پس از کاربرد سم نیز در محیط باقی می‌ماند، ارائه گردید. انسان‌ها نیز همانند سایر گونه‌های غیرهدف در معرض خطرات ناشی از تجمع‌ آفت‌کش‌های پایا در زنجیره‌های‌ غذایی قرار دارند. بخش عمده‌ای از تحقیقات مربوط به فناوری نانو، بر تجزیه‌ی آفت‌کش‌های پایا از طریق تبدیل آن‌ها به ترکیبات مفید و بی‌ضرری مانند آب و مواد معدنی طی فرآیند کاتالیز نوری، تمرکز یافته است. کاتالیزنوری خصلتی است که به‌وسیله‌ی نانواکسیدهای فلزی نیمه‌رسانا بروز می‌یابد و طی آن نانواکسیدهای فلزی فوتون‌های نور را جذب کرده و واکنش‌های اکسیداسیون-احیایی را آغاز می‌کنند که موجب شکسته شدن مولکول‌های آلی پیچیده به اجزای ساده‌تر می‌شوند. مصرف بیش از حد علف‌کش‌ها سبب باقیماندن اثرات این سموم شیمیایی در خاک و صدمه دیدن گیاهان زراعی کشت شده در فصل زراعی بعد خواهد گردید. استفاده‌ی مداوم از یک علف‌کش خاص موجب تکامل گونه‌های علف‌هرز مقاوم به علف‌کش و تغییر در فلور علف‌های‌هرز منطقه می‌شود. علف‌کش آترازین که در سطح جهانی به منظور کنترل پیش و پس از رویش علف‌های‌هرز باریک ‌برگ و پهن ‌برگ مورد استفاده قرار می‌گیرد، از پایداری (نیمه عمر علف‌کش 125 روز) و تحرک بالایی در برخی از انواع خاک‌ها برخوردار است. معضلات ناشی از اثرات باقی‌مانده‌ی علف‌‌کش‌هایی نظیر آترازین بیانگر آن هستند که کاربرد گسترده‌ی این گونه سموم‌ علف‌کش می‌تواند آثار مخرب فراوانی را بر محیط زیست، تنوع زیستی و سلامتی و بهداشت حیوانات و انسان‌ها بر جای بگذارد و از طرفی سبب محدود شدن دامنه‌ی انتخاب گیاهان جهت استفاده در تناوب زراعی نیز می‌گردد. یافته‌ی جدید محققان دانشگاه کشاورزی ایالت تامیل‌نادو هند، موجب افزایش امیدها به منظور زدودن بقایای علف‌کش آترازین از خاک طی مدت زمانی کوتاه، گردیده است. کاربرد ذرات نقره‌ی اصلاح شده به وسیله‌ی نانوذرات مغناطیسی که مقاومت آن‌ها به‌وسیله‌ی نانوذرات کربوکسی متیل سلولز افزایش یافته بود، سبب تجزیه‌ی 88 درصد از بقایای علف‌کش آترازین تحت شرایط آزمایشگاهی شد.

8. راهکارهای فناوری نانو برای تغییر اقلیم
تغییر اقلیم یکی از جدی‌ترین نگرانی‌های زیست‌محیطی عصر حاضر به شمار می‌آید. هیچ گونه ابهامی در مورد افزایش دمای کره‌ی زمین وجود ندارد، به‌طوریکه آثار ناشی از این پدیده را می‌توان به وضوح در افزایش میانگین درجه‌ی حرارت اتمسفر و اقیانوس‌ها، ذوب شدن گسترده‌ی یخچال‌های قطبی و بالا آمدن سطح آب دریاها، مشاهده نمود. فعالیت‌های بشری، دلیل عمده‌ی افزایش درجه‌ی حرارت کره زمین طی 50 سال گذشته بوده است. فعالیت‌های بشری نظیر سوزاندن سوخت‌های فسیلی، تغییر کاربری اراضی از قبیل جنگل‌زدایی جهت کشت محصولات زراعی، گسترش دامپروری‌های صنعتی و تخریب لایه‌ی اوزون به علت انتشار گازهای گلخانه‌ای و ذرات معلق آلاینده به درون اتمسفر، به تنهایی یا در ترکیب با سایر عوامل، علل اصلی بروز تغییر اقلیم و گرم شدن کره‌ی زمین هستند. به منظور متوقف کردن روند تغییر اقلیم، بایستی نسبت به کاهش قابل ملاحظه‌ی انتشار گازهای گلخانه‌ای به درون اتمسفر اقدامات موثری صورت پذیرد.
احتمال اینکه یک بخش یا فناوری‌ خاص بتواند به تنهایی از عهده‌ی پاسخگویی کامل به چالش تغییر اقلیم برآید، بسیار اندک است. تمامی بخش‌ها، از بخش ساختمان‌سازی گرفته تا بخش صنعت، تولید انرژی، کشاورزی، حمل و نقل، جنگل‌داری و مدیریت ضایعات، می‌بایست در تلاش‌های صورت گرفته به منظور کاستن از شدت معضل تغییر اقلیم سهیم باشند. در حال حاضر، دسترسی تجاری به شمار زیادی از فناوری‌‌ها و فرآیندهایی که موجب انتشار میزان کمتری از گازهای گلخانه‌ای به درون اتمسفر می‌شوند، امکان‌پذیر است و یا اینکه در سال‌های آینده دسترسی به آن‌ها امکان‌پذیر خواهد شد.
فناوری نانو از جمله روش‌های نوین مورد توجه جهت مواجهه با چالش تغییر اقلیم است. الحاق فناوری نانو به سیستم‌هایی نظیر سامانه رسانش انرژی با استفاده از هیدروژن، تولید برق به وسیله‌ی انرژی خورشیدی یا ساخت باتری‌های نسل جدید، از پتانسیل بالقوه‌ای جهت کاهش میزان مصرف انرژی و انتشار گازهای گلخانه‌ای به اتمسفر برخوردار است.
عرصه‌های شناخته شده‌ای که امکان تأثیرگذاری فناوری نانو بر آن‌ها جهت کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای مضر به اتمسفر وجود دارد عبارتند از:

• توسعه‌ی وسایل نقلیه‌ای که از هیدروژن به عنوان سوخت استفاده می‌کنند؛
• افزایش میزان تولید جریان الکتریسیته از انرژی خورشیدی و کاهش هزینه‌های این فرآیند؛
• تولید باتری‌ها و خازن‌های نسل جدید؛ 
• بهبود روش‌های عایق‌بندی ساختمان‌ها؛ و

تولید افزودنی‌های سوختی جدیدی که سبب افزایش کارآیی مصرف انرژی در وسایل نقلیه‌ی موتوری می‌شوند.
هم‌اکنون، استفاده از این فناوری‌‌ها به منظور کاهش وابستگی صنایع به سوخت‌های فسیلی و متعاقباً کاستن از میزان انتشار گاز دی‌اکسید‌کربن به درون اتمسفر، روبه گسترش است. از طرفی، به دلیل کاهش میزان مصرف سوخت‌های فسیلی در نیروگاه‌های تولید انرژی الکتریکی به واسطه‌ی استفاده از این فناوری‌‌ها، غلظت گازهای اکسیدنیتروژن و اکسیدگوگرد نیز در اتمسفر با کاهش قابل ملاحظه‌ای مواجه می‌گردد.
پیل سوختی هیدروژنه، یکی از منابع نوین تولید جریان الکتریسیته است که موجب آلودگی محیط زیست نمی‌شود. محققان انگلیسی با استفاده از انرژی خورشیدی موفق به تولید سوخت هیدروژنه‌ای شدند که هیچ مقدار کربنی را به درون اتمسفر منتشر نمی‌کند.
فناوری‌ فوتوولتائیک، فناوری‌ دیگری است که در حال حاضر، علاوه‌بر پیل سوختی هیدروژنه سبب تبدیل منبع نامحدود، تجدیدپذیر و عاری از گازهای گلخانه‌ای انرژی خورشیدی به جریان الکتریسیته می‌شود. از فناوری نانو به طور گسترده‌ای در تحقیقات نوین مربوط به فناوری فوتوولتائیک استفاده می‌شود. از جمله‌ی این تحقیقات نوین می‌توان به سیستم نانوذرات سیلیکونی، استفاده از مواد غیرسیلیکونی نظیر کالکوپیریت به منظور ارتقای فناوری‌ لایه‌ی نازک، سلول‌های خورشیدی مولکولی آلی، سیستم‌های فوتوولتائیک پلیمری آلی و سلول‌های خورشیدی نیترید IIIV اشاره نمود.
قیمت بسیار بالا و طول عمر محدود انواع مختلف پنل‌های فوتوولتائیکی که هم‌اکنون در بازار موجود هستند، سبب شده که محققان با بکارگیری روش‌های مبتنی بر فناوری نانو درصدد رفع این معضل برآیند. یکی از این روش‌ها که توجهات فراوانی را به خود جلب نموده است شامل استفاده از سیلیکون کریستاله و مواد جایگزینی نظیر تلورید کادمیوم است.
ذخیره‌ی انرژی، یکی دیگر از عرصه‌های تأثیرگذاری است که از قابلیت کاهش اثرات مخرب ناشی از تغییر اقلیم برخوردار است. محققان در تلاش هستند که با استفاده از فناوری نانو اقدام به طراحی و ساخت نسل جدیدی از باتری‌ها و بکارگیری آن‌ها در دستگاه‌ها و وسایل الکترونیکی نمایند که برای جلوگیری از تشدید پدیده‌ی تغییر اقلیم موثرتر و مفیدتر از باتری‌های فعلی هستند. شرکت‌های خودروسازی نیسان، میتسوبیشی و سانیو درصدد توسعه‌ی نسل جدیدی از باتری‌ها، نظیر باتری‌های یون-لیتیوم و هیدرید نیکل، که از ظرفیت بالاتری نسبت به باتری‌های فعلی مورد استفاده در وسایل نقلیه‌ی الکتریکی هیبرید برخوردار هستند، می‌باشد. شرکت خودروسازی نیسان به تازگی موفق به تولید یک باتری یون-لیتیوم با پوشش پلاستیک برای خودروهای الکتریکی گردیده است. بر اساس اظهارات مسئولین شرکت نیسان، اندازه‌ی این باتری جدید مشابه با باتری‌های معمول خودرو است، اما ظرفیت آن دو برابر (140 وات×ساعت/کیلوگرم) بوده و قدرت آن نیز، حتی پس از طی مسافت 100000 کیلومتر 1/5 برابر بیشتر از باتری‌های معمول است. لذا، استفاده از این باتری سبب طولانی‌تر شدن مسافت رانندگی، بدون نیاز به شارژ اضافی باتری می‌گردد.
در حال حاضر، محققان سرگرم توسعه‌ی نانوموادی هستند که از قابلیت افزایش بازده‌ی انرژی توربین‌ها و موتورهای مرسومی که انرژی خود را از سوخت‌های فسیلی کسب می‌کنند، برخوردار هستند. این نانومواد به شکل یک ماده‌ی افزودنی به سوخت‌های فسیلی اضافه شده و سبب کاهش قابل توجه انتشار دی‌اکسیدکربن به درون اتمسفر می‌شوند. براساس برآوردهای صورت گرفته، با بکارگیری فناوری نانو می‌توان موجب کاهش 7 درصدی مصرف سوخت‌های فسیلی و انتشار گازهای گلخانه‌ای به اتمسفر گردید.

9. بحث و نتیجه‌گیری
فناوری نانو دارای فواید و موارد استفاده‌ی گسترده‌ای در بخش کشاورزی است. کاربردهای فناوری نانو در کشاورزی شامل ارتقای بهره‌وری عملیات‌های مختلف زراعی به واسطه‌ی استفاده از زئولیت‌های نانومتخلخل جهت رهاسازی آرام و موثر عناصر غذایی کودهای شیمیایی و قطرات آب، استفاده از نانوکپسول‌ها به منظور آزادسازی کنترل شده آفت‌کش‌ها و مدیریت کارآمد آفات و ناقلین عوامل بیماری‌زا، بکارگیری نانوحسگرها جهت ردیابی آفات و موارد بیشمار دیگر است. بدون شک با بهره‌گیری از مزایای فناوری‌ نانو به عنوان یک فناوری‌ پیشرفته‌ی نوظهور در بخش کشاورزی، می‌توان به نتایج مطلوبی از جمله تضمین امنیت غذایی و توسعه‌ی کشاورزی پایدار و سازگار با محیط زیست در کشورها و نواحی در حال توسعه‌‌ی جهان دست یافت.

منابـــع و مراجــــع

C.R Chinnamuthu and P Murugesa Boopathi, Nanotechnology and Agroecosystem, Madras Agricultural Journal., 96: 17-31, (2009).