به نقل از «ایسنا»

چگونه نانوحباب به سلامتی ریشه‌های گیاه کمک می‌کند؟

تاریخ انتشار: ۲۲ دی ۱۴۰۲ | کد خبر: ۳۹۴۹۹۷۸۶

نانوحباب‌ها به دلیل ماهیت ذاتی خود به صورت طولانی‌مدت در آب معلق می‌مانند و موجب افزایش اکسیژن محلول در آب می‌شوند. با این کار ریشه تنفس‌ بهتری داشته و همچنین مواد مغذی بهتر به گیاه منتقل می‌شود. نانوحباب‌ها از تشکیل فیلم‌های زیستی در سیستم آبیاری جلوگیری می‌کنند و از سوی دیگر با از بین بردن پاتوژن‌ها میزان مواد شیمیایی نظیر آفت‌کش‌ها را کم می‌کنند.

بیشتر بخوانید: اخباری که در وبسایت منتشر نمی‌شوند!

به گزارش ایسنا، در طول فتوسنتز، برگ‌ها و سلول‌های بنیادی از انرژی خورشیدی برای ترکیب دی‌اکسید کربن (CO۲) با آب جذب شده از طریق سلول‌های ریشه استفاده می‌کنند تا قند را به شکل گلوکز بسازند. این گلوکز برای بسیاری از فرآیندهای متابولیکی در تمام قسمت‌های گیاه از جمله تولید سلولز و نشاسته استفاده می‌شود. گلوکز همچنین منبع سوخت حیاتی برای تنفس ریشه است، فرآیندی که اساساً برعکس فتوسنتز است.

در تنفس، سلول‌های ریشه، گلوکز انتقال یافته از برگ‌ها را می‌سوزانند. گلوکز به انرژی سلولی (به نام آدنوزین تری فسفات یا ATP) تبدیل می‌شود که برای هدایت فرآیندهای متابولیکی، عمدتاً جذب آب و مواد مغذی استفاده می‌شود. بدون اکسیژن، تنفس صورت نمی‌گیرد. اکسیژن گیرنده نهایی الکترون در تنفس هوازی است که برای تبدیل گلوکز در ATP ضروری است.

اکسیژن عامل محدودکننده محصولات با کیفیت است.

مقدار اکسیژن موجود در سلول‌های ریشه برای افزایش سرعت رشد گیاه و محصول مفید است. بدون اکسیژن زیاد در دسترس، سلول‌های ریشه از نظر میزان قندی که می‌توانند بسوزانند و مقدار آب و مواد مغذی جذب شده محدود می‌شوند.

کاهش سرعت جذب آب و مواد مغذی گیاه به طور مستقیم نرخ رشد کلی و عملکرد و کیفیت میوه آن را محدود می‌کند. گیاهان ضعیف بیشتر مستعد ابتلا به بیماری هستند و در برابر عوامل استرس‌زای محیطی مانند گرما در ماه‌های گرم‌تر مقاومت کمتری دارند.

اکسیژن‌رسانی به ریشه یک روش معمول در گلخانه‌ها است. این کار در آب و هوای گرمتر بسیار مهم است، زیرا در دماهای بالاتر آب اکسیژن محلول کمتری در خود نگه می‌دارد.

علاوه بر این، پرورش‌دهندگانی که از آب آبیاری، مجدد استفاده می‌کنند، باید کیفیت آب را پس از هر بار آبیاری بهبود بخشند. آب چاه و مخازن معمولاً فاقد اکسیژن کافی برای سلامت گیاه هستند. معمولاً برگ‌ها و دانه‌هایی که توسط باد به داخل مخازن آورده می‌شوند، فضولات پرندگان، عوامل بیماری‌زا و جلبک‌ها، منشأاء اصلی ترکیبات آلی در مخازن و چاه‌ها هستند که این مواد نیاز بیوشیمیایی اکسیژن (BOD) را افزایش می‌دهد.

این بدان معناست که برای تجزیه کردن اجزای آلی موجود توسط میکروب‌ها، اکسیژن محلول بسیار بیشتری مورد نیاز است. روش‌های اکسیژن‌رسانی، کلیدی برای دستیابی به اکسیژن محلول قابل قبول و ارتقای ریشه‌های گیاهی سالم هستند.

علاوه بر این، یک مطالعه جدید در سال ۲۰۲۲ تأیید می‌کند که سطوح بالاتر اکسیژن خاک باعث افزایش فعالیت میکروب‌های مفید خاک، مانند کانی‌سازی خاک و تبدیل مواد مغذی می‌شود و در نتیجه عملکرد محصول، کارایی مصرف آب و حاصلخیزی خاک بالاتر می‌رود.

اکسیژن همچنین در کاهش و سرکوب بیماری‌ها حیاتی است. سطوح اکسیژن محلول بسیار بالا باعث رشد میکروب‌های مفید  و سرکوب رشد پاتوژن‌های اکسیژن گریز مانند پیتیوم می‌شود.

اگر سطوح اکسیژن محلول در ناحیه ریشه کم باشد، می‌تواند بر مورفولوژی، متابولیسم و فیزیولوژی ریشه و گیاهان تأثیر بگذارد.

تا همین اواخر، پرورش دهندگان چند روش معمولی هوادهی آب را برای اکسیژن رسانی آب داشتند، با این حال، این روش‌ها عملکرد نسبتاً ضعیفی دارند. دیفیوزرها بازده انتقال اکسیژن ۱-۲ درصد دارند.

فناوری نانو حباب

فناوری نانو حباب یک روش پایدار و مقرون به صرفه برای افزایش اکسیژن محلول در ناحیه ریشه به سطوح بهینه است. فناوری نانوحباب به تولیدکنندگان اجازه می‌دهد تا با منابع کمتر اکسیژن محلول را به طور مؤثر افزایش دهند.

نانوحباب‌ها همچنین یک راه اثبات‌شده و بدون مواد شیمیایی برای ضدعفونی کردن مؤثر آب و لوله‌های آبیاری هستند و از بیماری ریشه جلوگیری می‌کنند. این مزایا باعث بهبود کیفیت آب، تقویت بنیه گیاه و کاهش وابستگی به مواد شیمیایی می‌شود.

در سطوح بالای اکسیژن، سلول‌های ریشه آب و مواد مغذی را به شکل کارآمدتری جذب می‌کنند. هنگامی که سلول‌های ریشه قادر به جذب حداکثر آب و مواد مغذی ممکن باشند، حداکثر رشد ریشه، رشد گیاه و عملکرد محصول حاصل می‌شود.

فناوری نانوحباب علاوه بر اکسیژن‌رسانی کارآمد، نانوحباب‌هایی را نیز تولید می‌کند که خواص شیمیایی و فیزیکی منحصربه‌فردی دارند. از طریق این ویژگی‌ها، نانوحباب‌ها پاتوژن‌های منتقل شده از آب و بیوفیلم را کاهش می‌دهند.

نانوحباب‌ها به‌طور خنثی شناور هستند، به این معنی که در مایعات شناور می‌شوند، به‌جای اینکه به سطح بالا بروند و مانند حباب‌های بزرگ‌تر ظاهر شوند. همانطور که آب آبیاری جریان دارد، نانوحباب‌ها به طور تصادفی و به طور مداوم در تمام قسمت‌های یک سیستم آبی از طریق حرکت براونی حرکت می‌کنند.

آن‌ها جذب سطوحی مانند دیوارهای لوله‌های آبیاری می‌شوند، جایی که بیوفیلم را می‌شویند و از این طریق مانع تشکیل بیوفیلم می‌شوند. بیوفیلم‌ها پاتوژن‌ها را در خود جای می‌دهند و لوله‌ها را مسدود می‌کنند.

به نقل از ستاد نانو، کاهش بیوفیلم گسترش پاتوژن‌ها را محدود می‌کند و عمر سیستم‌های آبیاری را افزایش می‌دهد. همچنین، پرورش‌دهندگان کمتر به آفت‌کش‌ها نیاز پیدا می‌کنند.

بدون استفاده از مواد شیمیایی، نانوحباب‌ها همچنین سلول‌های باکتری را دچار مشکل می‌کنند و پاتوژن‌های منتقل شده از آب را اکسید می‌کنند. هنگامی که نانوحباب‌ها با آلاینده‌ها مواجه می‌شوند، فرو می‌ریزند و گونه‌های اکسیژن فعال (ROS) تولید می‌کنند. ROS اکسیدان‌های ملایم‌تری نسبت به پراکسید هیدروژن یا کلر هستند.

انتهای پیام

منبع: ایسنا

کلیدواژه: فناوري نانو نانو حباب ریشه های گیاه نمایشگاه CES 2024 فناوري نانو دانشگاه تهران معاونت علمي و فناوري رياست جمهوري آب و مواد مغذی سلول های ریشه اکسیژن محلول مواد شیمیایی اکسیژن رسانی نانوحباب ها پاتوژن ها

درخواست حذف خبر:

«خبربان» یک خبرخوان هوشمند و خودکار است و این خبر را به‌طور اتوماتیک از وبسایت www.isna.ir دریافت کرده‌است، لذا منبع این خبر، وبسایت «ایسنا» بوده و سایت «خبربان» مسئولیتی در قبال محتوای آن ندارد. چنانچه درخواست حذف این خبر را دارید، کد ۳۹۴۹۹۷۸۶ را به همراه موضوع به شماره ۱۰۰۰۱۵۷۰ پیامک فرمایید. لطفاً در صورتی‌که در مورد این خبر، نظر یا سئوالی دارید، با منبع خبر (اینجا) ارتباط برقرار نمایید.

با استناد به ماده ۷۴ قانون تجارت الکترونیک مصوب ۱۳۸۲/۱۰/۱۷ مجلس شورای اسلامی و با عنایت به اینکه سایت «خبربان» مصداق بستر مبادلات الکترونیکی متنی، صوتی و تصویر است، مسئولیت نقض حقوق تصریح شده مولفان در قانون فوق از قبیل تکثیر، اجرا و توزیع و یا هر گونه محتوی خلاف قوانین کشور ایران بر عهده منبع خبر و کاربران است.

خبر بعدی:

گوجه فرنگی‌ها «جهان موازی» خود را دارند!

در کشفی که به نظر می‌رسد از مجموعه «پیشتازان فضا» یا یک فیلم مارولی بیرون آمده باشد، دانشمندان دریافته‌اند که گوجه فرنگی اساسا در یک «جهان موازی» زندگی می‌کند. این کشف زمانی انجام شد که محققان دانشگاه ایالتی میشیگان به تماشای آنچه در بین ریشه‌های گیاه گوجه‌فرنگی رخ می‌دهد، پرداختند.

به گزارش ایسنا، در مطالعه جدیدی که در مجله ساینس ادونسز(Science Advances) منتشر شده است، محققان دریافتند که ریشه‌های گوجه فرنگی دسته منحصر به فردی از متابولیت‌ها به نام آسیل قند را تولید می‌کنند. پیش از این تصور می‌شد که این ترکیبات فقط در موهای تیره روی سطح برگ‌ها و ساقه‌های گوجه فرنگی ساخته می‌شوند که به کرک معروف هستند.

به نقل از اس‌اف، آسیل قندها مولکول‌های تخصصی متشکل از هسته‌های قندی هستند که با زنجیره‌های اسید چرب تزئین شده‌اند. در کرک گوجه فرنگی، این متابولیت‌ها به دفاع از گیاه در برابر آفات کمک می‌کنند. با این حال، آسیل قندهای ریشه کاملا متفاوت از همتایان زیرزمینی خود بودند.

دانشمندان با استفاده از روش‌های شیمی تجزیه و تحلیل پیشرفته، به این نتیجه رسیدند که فراوان‌ترین آسیل قند موجود در ریشه گوجه فرنگی، به جای هسته ساکارز موجود در آسیل قندهای کرک، دارای هسته قندی است که از گلوکز مرتبط با اینوزیتول ساخته شده است. ترکیبات ریشه همچنین دارای زنجیره اسیدهای چرب متمایزی بودند.

راشل کروین(Rachel Kerwin)، نویسنده مطالعه اول، محقق فوق دکتری در یک بیانیه رسانه‌ای می‌گوید: آنچه در مورد این متابولیت‌های تخصصی بسیار قابل توجه است این است که آنها معمولا در سلول‌ها و بافت‌های بسیار دقیق سنتز می‌شوند.

به عنوان مثال آسیل قندها را در نظر بگیرید. آنها را در برگ‌ها یا ساقه‌های یک گیاه گوجه فرنگی نمی‌بینید. این متابولیت‌های دفاعی چسبنده از نظر فیزیکی درست در نوک کرک‌ها ساخته می‌شوند.

آیا آسیل قندهای ریشه و کرک از طریق یک مسیر متابولیک ساخته می‌شوند؟

برای پاسخ به این سوال، محققان تحقیقاتی مولکولی انجام دادند. آنها ژن‌هایی را در ریشه‌های گوجه فرنگی شناسایی کردند که بسیار شبیه به ژن‌های بیوسنتزی شناخته شده کرک آسیل قند بودند. یکی از ژن‌ها به طور خاص، ASAT1-L نامیده می‌شود.

سپس دانشمندان از ویرایش ژن کریسپر(CRISPR) برای حذف عملکرد ژن‌های ASAT1 و ASAT1-L استفاده کردند. به طور قابل توجهی، گیاهان گوجه فرنگی فاقد ژن ASAT1-L هیچ آسیل قند قابل تشخیصی در ریشه خود تولید نکرد، در حالی که سطوح آسیل قند کرک تحت تأثیر قرار نگرفت. زمانی که ژن ASAT1 حذف شد برعکس این اتفاق افتاد. این نشان می‌دهد که گوجه‌فرنگی‌ها دو مسیر متابولیک آسیل‌قند جداگانه ایجاد کرده‌اند که یکی برای کرک‌ها و دیگری برای ریشه‌ها است.

با کاوش دقیق‌تر، گروه تحقیقاتی دریافتند که ژن‌های کرک و آسیل قند ریشه نزدیک به هم روی ژنوم گوجه فرنگی قرار گرفته‌اند. تصور می‌شود که این نوع سازمان‌دهی ژنومی، که به عنوان یک خوشه ژن بیوسنتزی شناخته می‌شود، به ژن‌ها امکان تنظیم و توارث مشترک را می‌دهد.

رابرت لاست(Robert Last)، نویسنده ارشد این مطالعه، توضیح می‌دهد: در کنار مسیری که سال‌ها در حال مطالعه آن بودیم، در اینجا دومین جهان موازی را پیدا می‌کنیم که در زیر زمین وجود دارد.

تجزیه و تحلیل تکاملی نشان داد که ژن ASAT1-L احتمالا زمانی پدیدار شد که ژن اجدادی ASAT1 شبیه‌سازی شده است. سپس این دو ژن از هم جدا شدند و برای کرک و ریشه تخصصی شدند. وقتی دانشمندان به سایر اقوام گوجه‌فرنگی نگاه کردند، داستان حتی جذاب‌تر شد. آنها کشف کردند که ژن ASAT1-L و آسیل قندهای ریشه در برخی از گونه‌های گوجه‌فرنگی وحشی یافت می‌شوند، اما در عموزاده‌های دورتر مانند بادمجان یافت نمی‌شوند. این نشان می‌دهد که توانایی ساخت آسیل‌قندهای ریشه تقریبا به تازگی در درخت خانوادگی گوجه‌فرنگی تکامل یافته است.

هدف از تولید این متابولیت‌های مرموز زیرزمینی چیست؟

پاسخ صادقانه این است که ما هنوز نمی‌دانیم.

با توجه به شباهت آنها به ترکیبات محافظ کرک، یک احتمال این است که آسیل قندهای ریشه به گوجه فرنگی کمک کنند تا از آفات و عوامل بیماری‌زای ساکن خاک جلوگیری کند. آنها همچنین ممکن است در جذب میکروب‌های مفید در ناحیه ریشه نقش داشته باشند. مطالعات آینده می‌تواند عملکردهای زمین‌شناختی آنها را مشخص کند.

اگر متوجه شویم که این آسیل قندهای ریشه در دفع ارگانیسم‌های مضر مؤثر هستند، آیا می‌توان آنها را در گیاهان دیگر پرورش داد و در نتیجه به رشد گیاهان بدون نیاز به قارچ‌کش‌ها و آفت‌کش‌های مصنوعی کمک کرد؟

اینها سوالاتی هستند که در مرکز جستجوی بشر برای آب خالص‌تر، غذای ایمن‌تر و کاهش اتکا به مواد شیمیایی مصنوعی مضر قرار دارند.

انتهای پیام