تاثیر نانو ذرات نقره بر رشد گیاهان

تاثیر نانو ذرات نقره بر رشد گیاهان: کاربردهای کشاورزی

نانوتکنولوژی پیشرفته‌ترین و سریع‌ترین حوزه علم و فناوری است که در وهله اول به توسعه مدرن نانو مواد ازطریق درک و کنترل ماده در سطح نانو مقیاس می‌پردازد. نانوذرات نقره (AgNPs) به دلیل ویژگی‌های متمایزی که در کاربردهای گسترده دارند، مهم ترین نانوذرات به شمار می‌روند. از روش‌های مختلفی مانند روش شیمیایی، فیزیکی، فتوشیمیایی، رویکرد از بالا به پایین/پایین به بالا و روش‌های بیولوژیکی برای سنتز نانوذرات استفاده می‌شود. اثرات مثبت نانوذرات نقره در بخش‌های مختلف اقتصاد محور ازجمله کشاورزی مشاهده شد. کنجکاوی علمی درمورد نانوذرات نقره در کشاورزی و بیوتکنولوژی گیاهی درطی چند سال گذشته کارایی مطلوبی نشان داده است. این نه تنها جوانه زنی بذر و رشد گیاه را افزایش می‌دهد بلکه بازدهی کوانتوم فرایند فتوسنتز را نیز بهبود می‌بخشد. نانوذرات نقره نقش حیاتی با داشتن کاربردهای متعددی که امنیت غذایی حیاتی را تضمین کرده و تولید محصولات زراعی را بهبود می‌بخشد، نقش حیاتی در کشاورزی برعهده دارد. علاوه براین، آنها همچنین به عنوان آفت‌کش‌های نانو عمل می‌کنند و استفاده از آن در دوز مناسب به گیاهان هدف بدون انتشار آفت کش‌های غیرضروری در محیط زیست امکان پذیر است. کودهای نانو به تدریج مواد مغذی را برای گیاهان آزاد کرده و درنتیجه، از هدر رفتن بیش از حد مواد مغذی جلوگیری می‌کنند. از نانوذرات نقره برای مدیریت موثر و غیرسمی آفات استفاده می‌شود و آنها را به یک ابزار عالی برای مبارزه ایمن با آفات تبدیل می‌کند. آنها پلیمرهای خوراکی یا غیرزیست تخریب پذیر را برای استفاده در بسته بندی فعال ترکیب می‌کنند. علاوه براین، نانوذرات نقره از خواص بیولوژیکی متنوعی مانند فعالیت‌های ضد ویروسی، ضد باکتریایی و ضد قارچی برخوردار هستند که از گیاهان در برابر میکروب‌های خطرناک محافظت می‌کند. هدف از این مطالعه بررسی جامع مقالات اخیر درمورد اثرات مثبت و منفی نانوذرات نقره بر رشد گیاه و همچنین کاربردهای کشاورزی آنها است.

نانوتکنولوژی یکی از حوزه‌های نوظهور علم است که اساسا با نانومواد برای غلبه بر محدودیت‌های اندازه و تغییر آنها و تغییر دیدگاه جهانی به این علم سروکار دارد. همچنین نانوتکنولوژی بخش‌های کشاورزی را متحول کرده و نقش اساسی در حوزه‌های مختلف مانند کشاورزی، بیوتکنولوژی، امنیت غذایی و تولید محصولات زراعی ایفا می‌کند. خواص فیزیکوشیمیایی متمایز نانوذرات در القای متابولیسم گیاه بسیار مفید است. با این حال، تعامل آنها با گیاهان کاملا روشن نبوده و درک نشده است. چند گزارش متناقض درمورد تجمع، جابجایی، جذب، تبدیل زیستی و سمیّت نانوذرات در گونه‌های گیاهی مختلف وجود دارد. نانو ذرات نقره یکی از مهمترین نانوموادی هستند که اثرات آنها همچنان در دست بررسی است. سنتز نانوذرات گیاهی به دلیل هزینه پایین، عوامل غیربیماری زا و ترکیبات فیتوشیمیایی غیرسمی، انعطاف پذیری در پارامترهای واکنش و تنوع بیوشیمیایی عصاره گیاهی یک رویکرد عالی به شمار می‌روند. تقریبا 25 درصد از کل محصولات نانوتکنولوژی از نانوذرات استفاده می‌کنند. چنین ذراتی مساحت سطحی زیادی نسبت به حجم خود دارند و معمولا بین 1 و 100 نانومتر هستند. AgNP ها دارای خواص متمایز و طیف وسیعی از کاربردها، به ویژه در کشاورزی و بیوتکنولوژی گیاهی هستند. مشاهده شده است که نانوذرات نقره جوانه زنی بذر، رشد گیاه و کارایی فتوسنتزی را افزایش می‌دهند درحالی که به عنوان آفت کش‌های نانو و کودهای ایمن و موثر نیز عمل می‌کنند. خواص ضدباکتریایی، ضد قارچی و ضد ویروسی نانوذرات نقره کاربرد آنها را در صنایع مختلف ازجمله مراقبت‌های بهداشتی، نساجی، مصالح ساختمانی، تجهیزات پزشکی، خدمات غذایی، آرایشی و بهداشتی و لوازم خانگی افزایش داده است. آنها همچنین به دلیل توانایی مقابله با میکروارگانیسم‌های مضر و ایجاد محیط ایمن تر و سالم تر در این صنایع کاربرد دارند. ازطرفی، AgNP ها به عنوان یک رسانای فتوشیمیایی و الکتریکی خوب در تصفیه فاضلاب و تجهیزات الکترونیکی عمل می‌کنند. همچنین فرایند رسیدن میوه، رشد گیاهان و قارچ کش‌ها را در مزارع کشاورزی افزایش می‌دهند.

به طور کلی، استفاده کود برای افزایش رشد و نمو گیاهان ضروری است. متاسفانه اکثر کودها به دلیل عوامل متعددی مانند تخریب توسط فتولیز، تجزیه، هیدرولیز و یا شستشو به گیاه نمی‌رسند. بنابراین بایستی هدررفت مواد مغذی در کوددهی و بهبود عملکرد محصول را با دستکاری نانومواد جدید و کاربردهای نانوتکنولوژی به حداقل رساند. نانوکودها که به عنوان مواد مغذی نانوکپسوله نیز شناخته می‌شوند، دارای خواص متعددی ازجمله اثربخشی روی محصولات کشاورزی، کنترل انتشار کودهای شیمیایی، آزادسازی مواد مغذی درصورت تقاضا، تنظیم رشد گیاه و افزایش فعالیت هدف هستند. اخیرا نانوذرات در کاربردهای کشاورزی موردتوجه قرار گرفته اند زیرا نه تنها استفاده از کودهای شیمیایی را کاهش داده بلکه رشد و عملکرد محصول را نیز افزایش می‌دهد. به تازگی سمیّت گیاهی نانوذرات فلزی بر روی گونه‌های گیاهی در آزمایشات جوانه‌زنی بذر و افزایش طول ریشه به منظور افزایش استفاده از آن در کاربردهای کشاورزی مورد بررسی قرار گرفته است. مطالعات اخیر نشان داد که پاسخ گیاه به نانوذرات نقره با دوز مصرفی آنها مرتبط است که می‌تواند رشد آن را تقویت یا مهار کند. مواجهه با نانوذرات نقره خاص و پیچیده رشد گیاه را بیشتر از گیاهان گروه کنترل افزایش می‌دهد در حالی که غلظت های کم و زیاد اثرات منفی بر رشد گیاه خواهند داشت. در برخی از گزارشات آمده است که غلظت مناسب نانوذرات نقره نقش کلیدی در تقویت رشد/جوانه زنی بذر، بهبود محتوای کلروفیل یا عملکرد فتوسنتزی و افزایش بازدهی کود و آب دارد.

تاثیر نانوذرات نقره (AgNP) بر جوانه زنی بذر

کاربردهای AgNP ها در زمینه‌های پزشکی و دارویی بسیار مورد توجه و ارتقا قرار گرفته‌اند. با این حال، استفاده از نانو ذرات نقره در بخش کشاورزی به یک حوزه تحقیقاتی جدید بدل شده است. درمقابل، اخیرا بسیاری از مطالعات به نقش مهم سمیّت و خواص ضد میکروبی آنها در افزایش جوانه زنی بذر و بهبود محصولات کشاورزی اشاره کرده‌اند. علیرغم اهمیت قابل توجه آنها در مزارع کشاورزی و اثرات مثبت بر جوانه زنی بذر، استفاده از آنها اثرات منفی نیز به همراه دارد.

اثرات مثبت AgNP بر جوانه زنی بذر

جوانه زنی بذر یکی از حیاتی ترین مراحل برای استقرار گیاهان در کشاورزی است که از اهمیت زیادی برای کیفیت محصولات برخوردار است. AgNP ها می‌توانند با پوشش بذر ترکیب شده و به جذب آب در داخل بذرها کمک کنند و متابولیسم نشاسته و جوانه زنی بذر را افزایش دهند. نانوذرات نقره همچنین به عنوان یک عامل نانو پرایمینگ در افزایش متابولیسم دانه‌های برنج و نشاسته استفاده می‌شوند. یکی از اهداف اولیه نانوذرات نقره این است که بیان ژن‌های آکواپورین را تنظیم کرده و انتشار H₂O₂ و آب را فراهم می‌کند. نانوذرات نقره ازطریق یک مسیر سنتز سبز با استفاده از عصاره برگ آهک کَفیر به عنوان یک عامل نانو پرایمینگ برای افزایش جوانه زنی بذر برنج استفاده می‌شوند. پرایمینگ بذر پیر برنج با نانوذرات نقره فتوسنتز شده (5 و 10 پی پی ام) عملکرد بنیه و جوانه زنی گیاهچه را در هیدروپرایمینگ معمولی، پرایمینگ AgNO₃ و کنترل بدون پرایم به طرز چشمگیری افزایش می‌دهد.

یافته‌های حاصل از این مطالعه نشان می‌دهد که نانوذرات نقره نقش مهمی در افزایش بهره‌وری کشاورزی، جوانه زنی بذر و رشد گیاهان دارند. معمول ترین کاربرد نانوذرات نقره این است که مانند کودهایی عمل می‌کنند که هدررفت مواد مغذی را کاهش داده و همچون آفت کش‌ها، آفت‌های گیاه را کنترل می‌کنند که ممکن است بهره‌وری گیاه را نیز درنتیجه افزایش دهد. آنها همچنین کیفیت خاک را با بهبود مواد مغذی به میزان قابل توجهی تقویت کرده و خاک را اصلاح می‌کنند. همچنین منبع آب را افزایش داده و مواد مغذی ضروری را به درستی در اختیار گیاه قرار می‌دهند. علاوه براین، نانوذرات نقره کاربردهای متنوعی در زمینه‌های مختلف به ویژه در کشاورزی دارند و همچنین به عنوان نانوکودها و آفت کش‌ها در کاهش تنش شوری و بهبود تولید گیاه عمل می‌کنند. AgNP ها به عنوان نانو باکتری، نانو قارچ و نانو ضد ویروس از گیاهان در برابر باکتری‌ها، قارچ‌ها و ویروس‌های مضر محافظت می‌کنند. به طور مشابه، آنها همچنین در صنعت بسته بندی از بسته بندی موادغذایی در برابر گازها (CO₂، O₂)، نور، گرد و غبار، رطوبت و عوامل بیماری زا محافظت می‌کنند. بنابراین، می‌توان نتیجه گرفت که نانوذرات نقره باید در صنعت کشاورزی با هدف رشد گیاه و افزایش بهره‌وری محصولات زراعی استفاده شوند.