مقالات كاربرد فناوري هاي نوين در كشاورزي

کادميوم عنصر فلزي و سنگيني است که در خاک به غلظت کمي بيشتر از يک ميلي گرم در کيلوگرم يافت مي شود. اين عنصر نه تنها براي موجودات زنده ضروري نيست بلکه سميت آن 2-20 برابر بيشتر از بقيه عناصر سنگين است. ذوب فلزات، استفاده از کودها و کاربرد لجن فاضلاب ها در کشاورزي مهمترين عواملي هستند که سبب افزايش اين عنصر سنگين در خاکها کشاورزي شده است. از آنجا که کادميوم موجود در خاک براي گياه قابل استفاده مي باشد، ساير موجودات و بخصوص انسان نيز مي توانند با کادميوم آلوده شوند، لذا کادميوم در طبيعت بعنوان عاملي خطرناک براي سلامتي شناخته مي شود. چون کادميوم اثرات حادي بر سلامتي موجودات زنده دارد و چون اين عنصر براحتي توسط گياهان زارعي و علوفه اي آلوده وارد چرخه زندگي انسان و ديگر موجودات مي شود مطالعات زيادي در راستاي پاکسازي و کاهش قابليت استفاده اين عنصر در خاکها صورت گرفته تا که خطر آلودگي زنجيره غذايي بوسيله کادميوم کم شود. روش معمول براي پاکسازي و يا احياي مناطق آلوده با عناصر سنگين همانند کادميوم صورت مي گيرد اغلب شامل خاکبرداري و انتقال خاکهاي آلوده از منطقه مي باشد. روش ديگر پوشاندن منطقه آلوده با يک خاک غير قابل نفوذ و يا لايه اي از بتون مي باشد تا به اين ترتيب امکان آبشويي از خاک آلوده و آلودگي آبهاي زيرزميني توسط باران از بين رفته و از تماس ديگر موجودات به منطقه آلوده جلوگيري مي شود. يکي از روشهاي جديد احياي زمين هاي آلوده به نام گياه پالائي (Phytoremediaton) که در آن از گياه براي پاکسازي خاک، هوا و يا آب استفاده مي شود. درجه تاثير تکنولوژي احيايي زيستي هنوز در حال مطالعه مي باشد و تا حال نتايج رضايت بخشي داشته است. در گياه پالايي، گياهان مي توانند کادميوم را از خاک استخراج نموده و از طريق آوند چوبي به سمت قسمت هاي هوايي و برگ ها انتقال داده و در آنجا جمع کنند

در اين مقاله برخي کاربردهاي فناوري نانو در حوزه هاي زراعت، اصلاح نباتات، توليد سموم و کود، گياه پزشکي و آبياري و نقش فناوري نانو در بازيافت مواد باقيمانده از محصولات کشاورزي و تبديل آنها به انرژي و يا مواد شيميايي صنعتي بررسي مي گردد. همچنين در مورد کاربردهاي نانو حسگرهاي زيستي که شامل تركيبات زيستي همچون يك سلول، آنزيم و يا آنتي بادي متصل به يك مبدل انرژي هستند و مي توانند در همان مراحل ابتدايي ورود بيماري به گياه، آن را شناسايي و تغييرات ايجاد شده در محيط اطراف خود را گزارش كنند مطالبي ارايه مي گردد.

دراين مقاله ابتدا با توجه به آمار و اطلاعات ايستگاه هاي باران سنجي موجود درحوضه سد درودزن، حجم سيلابهاي ناشي از بارندگي هاي به وقوع پيوسته را به وسيله مدل  HEC - HMSبدست آورده، سپس آن را با آمار مشاهده اي هفتگي ايستگاههاي هيدرومتري موجود درآن حوضه مقايسه نموديم. براي كاليبره كردن مدل وافزايش دقت آن از هيدروگرافهاي سيلهاي دقيق و مطمئن در نقطه تمركز حوضه استفاده شده است. به طور كلي نتايج مدل نشان ميدهد كه ماكزيمم حجم سيلاب در هفته 28 ام سال آبي 80-79 و مينيمم آن در هفته 52ام سال آبي 75-74 اتفاق افتاده است. همچنين براي اين مقايسه ارزيابي هاي آماري نيز انجام گرفته است،اين ارزيابي ها شامل محاسبه معيار گرافيكي و عددي ميباشد كه در معيار عددي ضريب همبستگي 0.9732(R²) محاسبه شده و در قسمت معيارهاي عددي ميانگين مطلق انحرافات 3.44(MAD) به دست آمده است، در نهايت نتايج ارزيابي هاي انجام شده نشان از عملكرد خوب مدل موردنظر در برآورد دبي متوسط هفتگي ورودي به مخزن سد درودزن مي باشد.

مصرف روزافزون مواد پروتئيني در دنيا، ضرورت تلاش براي افزايش توليد، شناسايي منابع مهم و ارزشيابي کيفيت غذايي پروتئينهاي مختلف را توجيه مي کند. در بين مواد غذايي، شير را به دليل مرغوبيت پروتئين هاي آن کاملترين غذاي طبيعي ناميده اند. کازئين، گلوبولين و آلبومين مهمترين مشتقات پروتئين شير محسوب مي شوند. با توجه به اينکه در ايران و بويژه در روستاها کاملترين غذا شير مي باشد و مواد معدني و ويتامينهاي مورد نياز مردم از همين منبع است و از طرفي هيچگونه کارهاي ملکولي روي اين دامها انجام نشده است لذا هدف اين مقاله شناساندن يکي از ژن هاي موثر در کفيت شير و پنير، يعني کاپاکازئين و معرفي روش ملکولي مطالعه آن مي باشد.

استفاده از زيست فناوري در صنعت توليد اسيد هاي آمينه از 50 سال پيش آغاز شد. گسترش بازار فروش بخصوص براي اسيدآمينه هاي مورد استفاده در تغذيه دام مانند ال- ليزين، ال- ترئونين و ال- تريپتوفان صورت گرفته است. توليد تخميري اسيدهاي آمينه، با استفاده از سويه هاي داري عملكرد بالا (كروناباكتريوم گلوتاميكوم و ايشرايشياكولي) و استفاده از منابع قندي همچون ملاس، ساكارز و گلوكز صورت مي پذيرد. امروزه بازار اسيدهاي آمينه سنتزي، اهميت فزاينده اي پيدا كرده و نرخ رشد سالانه توليد اين دسته از فرآورده هاي بيولوژيكي به 5-7% رسيده است. اهميت استفاده از آنزيم ها و زيست كاتاليزرهاي كامل سلول بخصوص در توليد ال-اسيد آمينه هاي پروتئوژنيك و غيرپروتئوژنيك و مشتقات اسيد آمينه هاي خالص شده، به اثبات رسيده و طرفداران زيادي نيز پيدا كرده است. در اين صنعت، از اسيد آمينه هاي توليدي در سنتز مواد فعالي كه كاربرد دارويي، آرايشي و كشاورزي دارند، استفاده مي شود. با بهره برداري مناسب و كارآمد از پتانسيل ميكروارگانيسم ها و گياهان در فرآيند هاي توليد اسيد آمينه ها، كيفيت تغذيه و سلامت جوامع، ارتقا خواهد يافت.

مولکول فارمينگ، به عنوان صنعتي نوين در زيست فناوري (بيوتکنولوژي) کشاورزي به معني ايجاد گياهان تراريخته به منظور توليد پروتئين هاي خارجي و يا ديگر ترکيبات ارزشمند دارويي و درماني در گياهان مهندسي ژنتيک شده مي پردازد. بيشترين کاربرد آن در توليد آنتي بادي ها، آنتي ژن ها (توليد واكسن هاي خوراكي) و توليد بيوسوخت مي باشد. طبق آمار در حدود پنجاه داروي مهم مهندسي ژنتيک شده در مقياس تجاري در آلمان توليد مي شود که از باکتري هاي مهندسي ژنتيک شده استخراج مي شود که همچون ديگر سيستمهاي بارزکننده ژن هاي خارجي مثل مخمرها و جانوران تغيير ژنتيک شده به سمت توليد از طريق گياهان پيش رفته چرا که هم ارزان تر هستند و هم سالم تر مي باشند و در عوض به کارگيري محيط کشت هاي گرانقيمت، تنها با آب و نور خورشيد گياهاني بوجود مي آيد که مي توانند توليد کننده پروتئين هاي انساني باشند. يک مثال عيني توليد پروتئين لاکاز در ذرت مهندسي زنتيک شده مي باشد يا پروتئين شير، کازئين بتا که از گوجه فرنگي مهندسي ژنتيک شده بوجود مي آيد. به جهت استفاده خاص از گياهان موردنظر به مانند يک بيوراکتور براي پروتئين هاي خارجي، ژني که پروتئين خارجي را داراست در ژنوم گياهي موردنظر توليد مي شود و در طي مراحل بعدي رشد گياه، مواد موردنظر توليد مي گردد. همچنين اين امکان وجود دارد که گياهان بوسيله ژنهاي شاتلي (لرزنده) آلوده گردند که منجر به توليد مواد فعال مي شود. توليد پروتئين هاي ارثي شده متشکل جديد يکي از سريعترين بخشهاي در حال رشد صنعت داروسازي در دنيا با درآمدي در حدود بيست ميليارد دلار در سال مي باشد. از مولکول فارمينگ به عنوان سومين موج فراگير در عرصه بيوتكنولوژي كاربردي كشاورزي نام مي برند.

آلودگي خاک ها به مواد زايد صنعتي و شهري در اثر فعاليت هاي انسان، يکي از خطرات مهم زيست محيطي است. فلزات سنگين از رايج ترين آلاينده ها هستند و در سال هاي اخير آلودگي به آنها به شدت افزايش يافته است. اين آلودگي ها، مشکلات عمده زيست محيطي و بهداشتي در سرتاسر دنيا به وجود آورده و اکوسيستم ها را مورد تهديد قرار داده است. بر خلاف آلاينده هاي آلي، نه تنها فلزات سنگين به وسيله تغييرات زيستي و شيميايي از محيط حذف نمي شوند بلکه به صورت پايدار هم در محيط باقي مي مانند.
انواع فناوري هاي اصلاحي متداول که براي پاکسازي محيط هاي آلوده به فلزات سنگين استفاده مي شود پر هزينه و گران قيمت است و توام با توليد مقدار زيادي مواد زايد مي باشد و افزون بر اين، موجب جلوگيري از حاصلخيزي خاک مي شود. استفاده از فناوري گياه پالايي، راهکاري مناسب براي حذف آلاينده هاي فلزي از آب، خاک و هوا است. اين روش از نظر اقتصادي باصرفه، دوستدار محيط زيست و رويکردي مناسب از نظر زيباشناسي است. دامنه متنوعي از گياهان شامل انواع خودرو، خوراکي و زينتي وجود دارد که مي توان به عنوان جاذب هاي زيستي و به منظور پاکسازي خاک از آنها در محيط هاي طبيعي و شهري استفاده نمود. براي پاکسازي محيط هاي آلوده، گياهان سازوکارهاي گوناگوني دارند مانند تصفيه، تثبيت، فرار سازي و استخراج. در هر صورت، با اين روش ها مقادير زيادي زيست توده به وجود مي آيد که دفع آنها نياز به مديريت درست دارد. زيست توده انبوه گياهان هرز قادر به محدود کردن و جلوگيري از انتقال مواد آلوده به زنجيره هاي غذايي است و افزون بر اين منبع مناسبي براي توليد انرژي تجديد پذير مي باشد.

كشور ايران با ميانگين بارندگي حدود 250 ميليمتر در سال كه حتي از يك سوم متوسط بارندگي در سطح دنيا كمتر است، جزء مناطق خشك و نيمه خشك به حساب مي آيد. در حال حاضر يكي از مهمترين مسايل كشور، مساله آب است. با وجود افزايش راندمان آبياري در سالهاي اخير، محدوديت بسيار زياد منابع آب شيرين در بعضي از مناطق، زارعين را وادار به استفاده از آب شور در كشاورزي نموده است. از آنجا كه روابط آب و خاک از فاكتورهاي مهم در کشاورزي فارياب است، لذا در اين مطالعه کاربرد دو مدل شبيه سازي SWAP و DRAINMOD در خاك هاي منطقه رودشت اصفهان که منطقه اي با وسعت حدود 50 هزار هکتار در شرق اصفهان بوده و با مشکلات شوري آب و خاک روبروست، با استفاده از داده هاي آزمايشي در ايستگاه مطالعات زهكشي و اصلاح اراضي رودشت مورد بررسي قرار گرفته است. سه تيمار كيفيت آب آبياري (با شوري هاي 2، 8 و 12 دسي زيمنس بر متر) و دو تيمار آبشويي (بدون آبشويي و آبشويي بر اساس 75 درصد عملكرد محصول) دو تيمار مديريت آبياري GQ و GU (كاربرد آب شيرين با شوري حدود 2 دسي زيمنس بر متر در مرحله جوانه زدن و استقرار گياه و از اين مرحله تا پايان فصل زراعي، كاربرد سه شوري آب فوق و تيمار دوم آبياري يکنواخت با شوري مورد نظر از ابتدا تا انتهاي فصل) در چهار تكرار به صورت طرح آماري بلوك هاي كامل تصادفي در ايستگاه رودشت مورد آزمون قرار گرفت. جهت اجراي اين آزمايش جمعا تعداد 40 كرت هر كدام به مساحت 125 متر مربع (ابعاد 25×5 متر) ايجاد شد. نتايج نشان داد مدل SWAP در برآورد ميزان عملکرد محصول، شوري، نفوذپذيري و رطوبت خاک عملکرد نسبتا مناسبي داشته است. در حالي که در شبيه سازي تغييرات عمق سطح ايستابي ضعيف بوده است. مدل DRAINMODE تغييرات سطح ايستابي را به خوبي شبيه سازي کرده است.

ويژگي هاي حاصلخيزي از جمله ظرفيت کاتيون تبادلي مي تواند در ارتقاي نقشه هاي خاک و بالابردن کيفيت آنها مدنظر قرارگيرد. توابع انتقالي خاک معادلاتي هستند که براي تخمين ويژگي هاي خاک که اندازه گيري مستقيم آنها گران و وقت گير است، به کار مي روند. اين توابع اغلب با استفاده از دو روش رگرسيون و شبکه هاي عصبي مصنوعي به دست مي آيند. تحقيق حاضر با هدف (1) بررسي ارتقاي نقشه خاک با تخمين ظرفيت تبادل كاتيوني در دو فاميل خاك غالب استان چهارمحال و بختياري؛ (2) برازش توابع انتقالي CEC به روش شبکه هاي عصبي؛ و (3) اثر جداسازي خاک ها به فاميل ها و لايه هاي سطحي وعمقي بر دقت مدل ها انجام شد. به منظور دستيابي به اهداف مذکور، مناطق مورد مطالعه از محدوده هاي مختلف دو واحد همگون نقشه با دو فاميل خاک (سري شهرک و سري چهار محال) در استان چهار محال و بختياري انتخاب گرديدند. نمونه گيري از هر فاميل خاک در دو عمق صفرتا20 و 30 تا50 سانتي متري انجام شد به طوري که از هر فاميل خاک، 60 نمونه (30 نمونه از هر عمق) برداشت گرديد. تجزيه وتحليل آماري و مدل سازي شبکه عصبي با نرم افزار JMP 5.0 انجام شد. ارزيابي کيفيت مدل ها با استفاده از شاخص هاي R² و  RMSEانجام گرفت.
 نتايج نشان داد که توابع انتقاليCEC  را مي توان با استفاده از تکنيک شبکه عصبي با دقت قابل قبولي استخراج کرد. به طور کلي، به استثناي چندين تابع، تفکيک خاک ها به لايه يا فاميل و تفکيک فاميل به لايه هاي سطحي و زيرين موجب افزايش دقت مدل ها در تخمين CEC گرديد. در ميان ويژگي هاي اندازه گيري شده خاک، سه ويژگي موادآلي، رس وPWP  بهترين پارامترهاي به کار رفته جهت تخمينCEC  بودند به گونه اي که اغلب توابع که اين سه ويژگي در آن ها به کار رفته بود بهترين توابع تخمين CEC بودند. در اين بين، اهميت مواد آلي در لايه هاي سطحي بيشتر از لايه هاي زيرين و برعکس، اهميت رس در لايه هاي زيرين بيشتر از لايه هاي سطحي در تخمين CEC بود.

كنترل شيميايي علف هاي هرز در كشاورزي متراكم نقش عمده اي را ايفا مي كند از طرفي ملاحظات اقتصادي و زيست محيطي كاهش مصرف سموم شيميايي را ضروري مي دانند. يكي از راه هاي كاهش استفاده از علفكش ها پاشش دقيق سم بر روي علف هاي هرز است و يكي از راه هاي شناسايي علف هرز در ميان خاك و يا بقاياي گياه زراعي استفاه از سنسورهاي اپتئوالكترونيك خواهد بود كه ما در اين مقاله به بررسي آنها مي پردازيم. سيستم تشخيص دستگاه بوسيله تفاوت خواص انعكاسي بين گياهان سبز و خاك مي باشد. آزمون هاي اوليه تحت شرايط ثابت و قابل تكرار براي خاك و گياه تحت نور طبيعي صورت مي گيرد. براي نيل به اين هدف يك سيستم روبوتيك با پاشش آني براي تشخيص و مكان يابي علف هاي هرز با استفاده از ديد ماشين، الگوي تشخيص تكنيك ها و دانش مبتني بر تئوري تصميم گيري بررسي مي شود. تحت شرايط خاص نظير بين رديف هاي پهن كشت شده، روي پشته ها و قبل از جوانه زني محصول، همه علف هاي روييده روي پشته هرز هستند. بنابراين آزمايش هاي اوليه مزرعه اي روي پشته ها، بين رديف هاي ذرت و روي مزارعي كه به صورت متداول كشت شده بودند، بررسي شد. ميزان سمي كه بدين وسيله صرفه جويي مي شود 30 تا 70 درصد مي باشد و بازدهي سيستم در كنترل علفهاي هرز 100 درصد خواهد بود. سنسورهاي نوري براي تشخيص گياه از خاك و بقاياي گياهي بكار برده مي شوند و سرعت كافي براي تشخيص گياهان سبز روي رديف حتي در سرعت هاي بالا را دارند.

از زماني كه انسان براي اولين بار كشاورزي را شروع نمود، همواره محصولات به وسيله باكتري ها، ويروس ها، حشرات، علف هاي هرز و كرم ها مورد هجوم بوده اند. گسترش تكنيك هاي بيوتكنولوژي مدرن، به عنوان يك ابزار مناسب براي اين پيكار هميشگي محسوب مي شود. تاريخچه بيوتكنولوژي در توليد محصولات غذايي و فرايند هاي آن بسيار طولاني است. انتقال ژن، كلونينگ، ماركر هاي ژنتيكي، تلقيح مصنوعي، انتقال رويان، توليد برون تني رويان، تعيين جنسيت رويان، تشخيص آبستني از تكنيك هاي مهم زيست فناوري است.
توليد محصولات گياهي داراي مواد ويژه، توليد گياهان با نياز پايين به كود و سم مانند سويا مقاوم به آفات، توليد گياهان با نياز پايين به آب و مقاوم به شوري، گرما و سرما، توليد گياهان ترانس ژنيك از مهمترين كاربرد هاي بيوتكنولوژي در گياه مي باشد. توليد داروهاي جديد و ارزان، افزايش سطح سلامت دام ها، توليد حيوانات ترانس ژنيك، توليد حيوانات با ارزش بالا و برتر با استفاده از روش كلونينگ، كنترل حيوانات مزاحم و تهيه نقشه ژنتيكي، اصلاح نژاد و افزايش توان توليدي و توليد مثلي دام ها، توليد هورمون ها و دارو هاي مورد نياز انسان با استفاده از حيوانات ترانس ژن و تهيه نقشه هاي ژنتيكي موجودات به منظور تشخيص و كنترل ژنهاي موثر بر رشد از مهمترين كاربرد هاي بيوتكنولوژي در حيوان است. كاربرد هاي زيست محيطي زيست فناوري شامل توليد سوخت هاي زيستي، توليد پلاستيك هاي قابل جذب، تصفيه بيوزيستي فاضلاب ها و تصفيه بيوتكنولوژي منابع آب، توليد سلاح هاي بيولوژيك مي باشد.

از زماني كه انسان براي اولين بار كشاورزي را شروع نمود، همواره محصولات به وسيله باكتري ها، ويروس ها، حشرات، علف هاي هرز و كرم ها مورد هجوم بوده اند. گسترش تكنيك هاي بيوتكنولوژي مدرن، به عنوان يك ابزار مناسب براي اين پيكار هميشگي محسوب مي شود. تاريخچه بيوتكنولوژي در توليد محصولات غذايي و فرايند هاي آن بسيار طولاني است. انتقال ژن، كلونينگ، ماركر هاي ژنتيكي، تلقيح مصنوعي، انتقال رويان، توليد برون تني رويان، تعيين جنسيت رويان، تشخيص آبستني از تكنيك هاي مهم زيست فناوري است.
توليد محصولات گياهي داراي مواد ويژه، توليد گياهان با نياز پايين به كود و سم مانند سويا مقاوم به آفات، توليد گياهان با نياز پايين به آب و مقاوم به شوري، گرما و سرما، توليد گياهان ترانس ژنيك از مهمترين كاربرد هاي بيوتكنولوژي در گياه مي باشد. توليد داروهاي جديد و ارزان، افزايش سطح سلامت دام ها، توليد حيوانات ترانس ژنيك، توليد حيوانات با ارزش بالا و برتر با استفاده از روش كلونينگ، كنترل حيوانات مزاحم و تهيه نقشه ژنتيكي، اصلاح نژاد و افزايش توان توليدي و توليد مثلي دام ها، توليد هورمون ها و دارو هاي مورد نياز انسان با استفاده از حيوانات ترانس ژن و تهيه نقشه هاي ژنتيكي موجودات به منظور تشخيص و كنترل ژنهاي موثر بر رشد از مهمترين كاربرد هاي بيوتكنولوژي در حيوان است. كاربرد هاي زيست محيطي زيست فناوري شامل توليد سوخت هاي زيستي، توليد پلاستيك هاي قابل جذب، تصفيه بيوزيستي فاضلاب ها و تصفيه بيوتكنولوژي منابع آب، توليد سلاح هاي بيولوژيك مي باشد.