Νανοτεχνολογία : Εφαρμογή στη Γεωργία

Το νάνο-λίπασμα αναφέρεται σε ένα προϊόν σε κλίμακα νανομέτρων που προσφέρει θρεπτικά συστατικά στις καλλιέργειες. Η τεχνολογία του νάνο-λιπάσματος είναι μία πρόσφατη καινοτομία. Η αντικατάσταση των παραδοσιακών μεθόδων της
εφαρμογής λιπάσματος με νάνο-λιπάσματα είναι μια προσέγγιση που να απελευθερώνει θρεπτικά συστατικά στο έδαφος σταδιακά και με ελεγχόμενο τρόπο.

Τα νάνο-λιπάσματα παρουσιάζουν ελεγχόμενη απελευθέρωση αγροχημικών μέσα από θέση στοχευμένης παροχής, μείωση της τοξικότητας, και αυξημένης χρήσης των θρεπτικών συστατικών των λιπασμάτων που χορηγήθηκαν. Διαθέτουν μοναδικά
χαρακτηριστικά που ενισχύουν την απόδοση με την υπερυψηλή απορρόφηση, την
αύξηση της παραγωγής, την αύξηση της φωτοσύνθεσης, και τη σημαντική αύξηση της επιφάνειας στα φύλλα των φυτών. Εκτός αυτού, η ελεγχόμενη απελευθέρωση των θρεπτικών συστατικών συμβάλλει στην πρόληψη του ευτροφισμού και της ρύπανσης
των υδάτινων πόρων.

Η νανοτεχνολογία στη γεωργία: προϊόντα και εφαρμογές - Farmacon - Blog - Η  #1 online αγροτική εφαρμογή


Στα νάνο-λιπάσματα, τα θρεπτικά συστατικά μπορούν να ενθυλακωθούν σε νανοϋλικά, επικαλυμμένα με ένα λεπτό προστατευτικό φιλμ, ή να χορηγηθούν ως γαλακτώματα ή νανοσωματίδια. Υπάρχουν πολλά παραδείγματα εφαρμογής νάνολιπασμάτων. Έτσι, η θεραπεία με νανοσωματίδια TiO2 στον αραβόσιτο είχε σημαντική επίδραση στην ανάπτυξη, ενώ το αποτέλεσμα της θεραπείας με χύμα TiO2 ήταν
αμελητέα. Τα νανοσωματίδια του τιτανίου παρουσιάζουν αυξημένη απορρόφηση φωτός και μετάδοση φωτεινής ενέργειας. Σε ένα άλλο πείραμα, μία ένωση SiO2 και TiO2 νανοσωματιδίων αύξησε τη δραστικότητα των νιτρικών αναγωγάσης στη σόγια
και να εντάθηκε η ικανότητα απορρόφησης των φυτών, κάνοντας τη χρήση του νερού και του λιπάσματος πιο αποτελεσματική. Νάνο-οργανικό λίπασμα συμπλόκου χηλικού σιδήρου έχει αποδειχθεί ότι είναι περιβαλλοντικά βιώσιμο. Η θετική επίδραση από την
απορρόφηση και τη διείσδυση των ZnO2 νανοσωματιδίων σε φυτά ντομάτας υποστηρίζει την πιθανή χρήση του ως μελλοντικού νάνο-λίπασμα. Τα νάνο-λιπάσματα που εξασφαλίζουν αργή, στοχευμένη, αποτελεσματική απελευθέρωση έχουν τη δυνατότητα να αυξήσουν την αποτελεσματικότητα πρόσληψης των θρεπτικών συστατικών.

Νανοτεχνολογία: Τι είναι και ποιες οι προοπτικές για τη γεωργία; - Farmacon  - Blog - Η #1 online αγροτική εφαρμογή

Τα κατασκευασμένα νανο-σωματίδια είναι χρήσιμα για την άμβλυνση των χρόνιων προβλημάτων της κατακράτησης υγρασίας σε άνυδρα εδάφη και της
ενίσχυσης της παραγωγής των καλλιεργειών με την αύξηση της διαθεσιμότητας των θρεπτικών ουσιών στη ριζόσφαιρα. Η επίστρωση και η πρόσδεση των νανοσωματιδίων βοηθούν στη ρύθμιση της απελευθέρωσης των θρεπτικών ουσιών από την κάψουλα του λιπάσματος. Η εφαρμογή μίας νανο-σύνθεσης αποτελούμενης από άζωτο, φωσφόρο, κάλιο, ιχνοστοιχεία, μαννόζη, και αμινοξέα ενίσχυσε την πρόσληψη και τη χρήση των θρεπτικών συστατικών από τις καλλιέργειες δημητριακών. Επικαλυμμένα με Ζn-ΑΙ και έχουν διπλό υδροξείδιο είναι νανο-σύνθετα υλικά που
έχουν χρησιμοποιηθεί για την ελεγχόμενη απελευθέρωση των χημικών ενώσεων που δρουν ως ρυθμιστές της ανάπτυξης των φυτών. Νανο-πορώδη ζεολιθικά λιπάσματα με βάση το άζωτο μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως εναλλακτική στρατηγική για να βελτιωθεί η αποτελεσματικότητα της χρήσης του αζώτου στα συστήματα παραγωγής των καλλιεργειών. Τα υπέρ-λιπάσματα, νανοσωλήνες άνθρακα βρέθηκαν να διεισδύουν σπόρους ντομάτας και να επηρεάζουν βλάστηση και την ανάπτυξη τους. Αναλυτικές μέθοδοι έδειξαν ότι οι νανοσωλήνες άνθρακα διεισδύουν στο παχύ περίβλημα του σπόρου και υποστηρίζουν την πρόσληψη νερού στο εσωτερικό τους σπόρους.

Τα νανο-λιπάσματα θα πρέπει να διαμορφώνονται με τρόπο που να διατηρούν τις σημαντικές ιδιότητες όπως η υψηλή διαλυτότητα, η σταθερότητα, η
αποτελεσματικότητα, η χρονικά ελεγχόμενη απελευθέρωση, η ενισχυμένη στοχευμένη δραστηριότητα με αποτελεσματική συγκέντρωση και η λιγότερη οικοτοξικότητα λόγω του ασφαλούς και εύκολου τρόπου παράδοσης και διάθεσης. Μεγάλη δυνατότητα στοχευμένης διανομής θρεπτικών συστατικών στα ζωντανά συστήματα διαθέτουν τα νανοσωματίδια. Μπορούν να φορτωθούν με θρεπτικά συστατικά συνήθως με έναν από τους παρακάτω τρόπους:
• Απορρόφηση των νανοσωματιδίων.
• Προσκόλληση πάνω στα νανοσωματίδια που σχεδιάζονται από
συνδέτες.
• Ενθυλάκωση σε νανοσωματιδιακό πολυμερές κέλυφος.
• Παγίδευση σε νανοσωματίδια.

Νανοτεχνολογία: Τι είναι και ποιες οι προοπτικές για τη γεωργία; - Farmacon  - Blog - Η #1 online αγροτική εφαρμογή


Έτσι, έχει δειχθεί ότι εναιωρήματα νανοσωματιδίων χιτοζάνης που περιέχουν τα λιπάσματα Ν, Ρ και Κ μπορούν να είναι χρήσιμα για γεωργικές εφαρμογές. Ομοίως, τα νανοσωματίδια υδροξυαπατίτη (HA), τροποποιημένα με ουρία χρησιμοποιούνται για αργή και παρατεταμένη απελευθέρωση αζώτου με την πάροδο του χρόνου και με την ανάπτυξη των καλλιεργειών. Η μεγάλη επιφάνεια του HA διευκολύνει τη μεγάλη ποσότητα πρόσδεσης ουρίας στην επιφάνεια του ΗΑ και η ισχυρή αλληλεπίδραση μεταξύ των νανοσωματιδίων ΗΑ και της ουρίας συμβάλλει στην αργή και ελεγχόμενη απελευθέρωση της ουρίας. Μεσοπορώδη νανοσωματίδια με βάση το πολυμερές μπορούν επίσης να παρέχουν αποτελεσματικό σύστημα φορέα σε αγροχημικές ενώσεις. Μεσοπορώδη νανοσωματίδια πυριτίου (150nm) έχουν αναφερθεί ότι παγιδεύουν την ουρία και την απελευθερώνουν με ελεγχόμενο τρόπο στο έδαφος και στο νερό.
Η αποτελεσματικότητα των νανο-λιπασμάτων και η επίδρασή τους στα φυτικά
συστήματα επηρεάζεται από τη μέθοδο εφαρμογής τους. Η παράδοση νανολιπασμάτων στα φυτά μπορεί να πραγματοποιηθεί μέσω των παρακάτω μεθόδων. Οι
προσεγγίσεις περιλαμβάνουν είτε in vitro είτε in νίνο εφαρμογή

Στην παρούσα διατριβή παρουσιάζεται η στοχευμένη σύνθεση επικαλυμμένων χαλκούχων νανοσωματιδίων (Cu-based NPs) για βιολογικές εφαρμογές. Μέσω ελέγχου των συνθετικών παραμέτρων και παρουσία κατάλληλων βιοσυμβατών επιφανειοδραστικών καθορίζονται η σύσταση και η μορφολογία των NPs, ιδιότητες που είναι κρίσιμες για τις βιοεφαρμογές. Τα χαλκούχα νανοσωματίδια παρασκευάστηκαν σε υδροθερμική διάταξη υπό ελεγχόμενη πίεση και διαλυτοθερμικά σε αυτόκλειστο σύστημα υπό αυτογενή πίεση. Οι παράμετροι σύνθεσης που εξετάστηκαν ώστε να οριστούν οι συνθήκες σχηματισμού των νανοσωματιδίων ήταν ο τύπος του επιφανειοδραστικού (πολυόλες TΕG, PEG 1000, PEG 8000, πολυ-οξυ-αιθυλενo (20) σορβικό λαουρικό Tween 20, ολεϋλαμίνη OAm), ο χρόνος, η θερμοκρασία της αντίδρασης και η παρουσία/απουσία αναγωγικού παράγοντα. Ο χαρακτηρισμός των νανοσωματιδίων ως προς τη σύσταση, τη δομή, τη μορφολογία και τις επιφανειακές τους ιδιότητες έγινε με περίθλαση ακτίνων Χ (XRD), ηλεκτρονική μικροσκοπία διερχόμενης δέσμης (ΤΕΜ) και σάρωσης (SEM), φασματοσκοπία Raman, υπερύθρου (FT-IR), θερμοσταθμική ανάλυση (TGA), δυναμική σκέδαση φωτός (DLS) και στοιχειακές αναλύσεις. Τελικά, απομονώθηκαν νανοσωματίδια μεταλλικού χαλκού (Cu NPs), οξειδίων του (Cu2O, CuO NPs) και νανοσωματίδια μεταλλικού πυρήνα-κελύφους οξειδίου (Cu@Cu2O NPs) διαφόρων μεγεθών (7-170 nm) και ποικίλης μορφολογίας.

Η μελέτη της βιολογικής τους συμπεριφοράς περιλαμβάνει in vitro διερεύνηση της αντιμικροβιακής τους δράσης ενάντια σε gram-θετικά και gram-αρνητικά βακτηριακά στελέχη και στο μύκητα Saccharomyces cerevisiae, καθώς και εξέταση της αντικαρκινικής τους δράσης σε καρκινικά κύτταρα HeLa. Επιπρόσθετα, πραγματοποίηθηκαν in vivo πειράματα στο πεδίο ενάντια σε γνωστό φυτοπαθογόνο μύκητα, τον Phytophtora infestans, με σκοπό τη χρήση τους ως “νανο-αγροχημικά”. Ο μηχανισμός δράσης των νανοσωματιδίων διερευνήθηκε όσον αφορά την ικανότητα τους να επηρεάζουν τις βακτηριακές μεμβράνες προκαλώντας υπεροξείδωση των λιπιδίων ή/και διαταράσσοντας την ακεραιότητά τους, να παράγουν ενεργές ρίζες οξυγόνου και να αλληλεπιδρούν με το DNA. Τέλος, πραγματοποίηθηκε η αξιοποίησή τους σε ετερογενή συστήματα νανοσωματιδίων με σκοπό να χρησιμοποιηθούν ως πλατφόρμα για την επαγωγή μαγνητομηχανικού στρες σε κύτταρα.

https://www.didaktorika.gr/eadd/handle/10442/38377

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΈΣ ΑΝΑΦΟΡΕΣ

  1. A.-B. Bjerre.European Biofertilizer Policy and Potential Market.Presented at:
    Biomass Asia Conference, 2013, 20-22 May.
  2. B. S. Sekhon. Nanotechnology in agri-food production: an overview.
    Nanotechnology, Science and Applications, 2014, 7: 31–53.
  3. C. M. Monreal, M. De Rosa, S. C. Mallubhotla, P. S. Bindraban, and C. Dimkpa.
    Nanotechnologies for increasing the crop use efficiency of fertilizermicronutrients. Biology and Fertility of Soils, 2016, 52,3: 423–437.
  4. J. C. White. Nanotechnology Use in Agriculture: Benefits and Potential Risks.
    Presented at: 2013 APHL Annual Meeting and 7th Government Environmental
    Laboratory Conference Raleigh, NC.
  5. N. R. Scott. What Lies in the Future for Nanoscale Science and Engineering in
    Agriculture, Food and Natural Resurces? Presented at: 2014 USDA Agricultural
    Outlook Forum,Arlington, VA.
  6. M. Viebahn. Effect of genetically modified bacteria on ecosystems and their
    potential benefits for bioremediation and biocontrol of plant diseases – a review.
    In: Climate change, intercropping, pest control and beneficial microorganisms. E.
    Lichtfouse (ed.). Sustainable Agriculture Reviews 2, 45-70.

AgroPublic

Αγροτικά Νέα της Πελοποννήσου.

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται.

Αυτός ο ιστότοπος χρησιμοποιεί το Akismet για να μειώσει τα ανεπιθύμητα σχόλια. Μάθετε πώς υφίστανται επεξεργασία τα δεδομένα των σχολίων σας.