التطبيقات الحديثة والادوار المستقبلية لتقنيات النانو في الزراعة

   د. ضياء بطرس يوسف ، عضو لجنة الزراعة والري في المنتدى العراقي للنخب والكفاءات

د. حازم عيدان  ، دائرة البحوث الزراعية، وزارة التعليم العالي والبحث العلمي والعلوم والتكنولوجيا 

 

المقدمة

وصفت التقانة النانوية  بأنها  من  اسرع التقانات  انتشارا على المستوى العالمي وقد  اطلق عليها بالثورة التقنية  القادمة  في مختلف المجالات  لما تتمتع بها  من ميزات  كبيرة (1).يهتم علم النانو تكنولوجي بدراسة تركيب وخواص وتصنيع المواد  النانوية التي  يتراوح حجمها  بين 1-100نانومتر فضلا عن تطبيقات تلك المواد في مختلف المجالات الصناعية والطبية  والزراعية (2).  ان ميزة هذا التقانة تكمن في الخواص الفريدة التي تتميز بها هذه  الجسيمات النانوية، اذ ان الحجم ليس له تأثير على خواص المواد لحد حجم المايكرومتر، فيما تكتسب تلك المواد خواصاً فيزيائية وكيميائية وبيولوجية جديدة عندما تتحول الى حجوم نانوية وهنا تكمن خواص النانو الفريدة  (3). تحتل التطبيقات الزراعية اولوية متقدمة في سلم اولويات التقانة النانوية ويتوقع منها احداث ثورة في مختلف المجالات الزراعية منها وقاية النبات، من خلال انتاج مستحضرات ومبيدات نانوية nanopesticides  يمكن ان تقدم الحلول الفعالة في مكافحة الآفات الزراعية المختلفة فضلا عن تحسين خواص عوامل المكافحة الاحيائية المختلفة وطرائق دقيقة في الكشف عن متبقيات المبيدات وازالة اثارها السلبية وبالتالي تقليل التلوث البيئي وتخفيض كلف التطبيقات (4)الى جانب تحسين خواص التربة للاحتفاظ بالماء وانتاج الاسمدة النانوية nanofertilizeres (5). وغيرها من التطبيقات التي تتعلق في تحسين الانتاج النباتي والحيواني (6). يتوقع بحلول عام 2040 انتاج ما يعرف بالغذاء النانوي nonfoods  اذ سوف تدخل التقانة النانوية من زراعة البذور حتى الانتاج والتصنيع الغذائي والحفظ والتغليف حتى الوصول الى المستهلك(7).  يتناول هذا العرض ماهية التقانة النانوية وخواصها وتطبيقاتها في الانتاج الزراعي والادوار التي يمكن ان تؤديها في ايجاد الحلول المناسبة للمشاكل الزراعية مع الاشارة الى اهم التحديات التي قد تواجه هذه التقانة والحلول المناسبة في مواجهة اهم التحديات.

خواص المواد النانوية  

تكتسب المواد عند المستوى النانوي صفات وخواص جديدة لم تكن موجودة حتى في المادة الام التي تكونت منها اذ توجد علاقة عكسية بين حجم المادة ومساحتها السطحية  حيث تزداد المساحة السطحية الفعالة عند المستوى النانوي، وبالنتيجة تحفيز حدوث تفاعلات قوية وبالتالي زيادة عدد الذرات الموجودة على السطح. من المعلوم ان ذرات سطح اي مادة هي المسؤولة عن عملية التفاعل الكيميائي مع الذرات الاخرى كونها تمتلك الكترونات غير مقيدة، بينما الالكترونات داخل المادة تكون مقيدة وبالتالي لا تشارك في التفاعل الكيميائي. على هذا الاساس تكتسب المواد او الجسيمات النانوية خواص ميكانيكية وبصرية وكهربائية وبيولوجية جديدة ولهذه الاسباب تزداد قابلية امتصاص المغذيات النباتية وتتحسن المقاومة للإجهادات الحيوية فضلا عن زيادة كفاءة المبيدات النانوية والكيمياويات الزراعية الاخرى مع التقليل في كميات المواد المستعملة في التطبيقات (8).

 

انواع المواد النانوية   

تقسم  الجسيمات النانوية الى مجموعتين رئيسيتين هما  الجسيمات النانوية العضوية Organic nanoparticles ( وتشمل جسيمات الكاربون النانوية ( الفلورين ) والمجموعة الثانية هي  الجسيمات النانوية غير العضوية Inorganic nanoparticles  (وتشمل  الجسيمات النانوية المغناطيسية (magnatic nanoparticles ) و الجسيمات النانوية للمعادن النبيلة ( الذهب والفضة) وكذلك اشباه الموصلات semiconcter ) ( ( اوكسيد التيتانيوم واوكسيد الزنك ) . هناك اهتمام متزايد  بالجسيمات النانوية غير العضوية لما لها من خصائص مميزة واستعمالات ووظائف كثيرة في شتى المجالات الطبية والزراعية  والصناعية (9). ويمكن ان تصنف المواد النانوية على اساس ابعادها  الى  مواد نانوية احادية الابعاد) One dimension nanoparticles (وتقع تحت هذه الفئة جميع المواد التي يقل احد مقاييس ابعادها عن 100 نانومتر، وسميت هذه الفئة من المواد النانوية احادية الابعاد لان لها بعد نانوي واحد فقط مثل الافلام رقيقة السمك (Thin film) المستخدمة في تغليف المنتجات الغذائية بهدف وقايتها من التلوث والتلف، وتصنف ايضا الى المواد النانوية ثنائية الابعاد ( Two dimension nanoparticles) والتي يشترط بها ان تحتوي على بعدين يتراوح قياسهما بين 100 -1  نانومتر مثل الانابيب النانوية (nanotubes ) ومنها انابيب الكاربون النانوية  والالياف النانوية والاسلاك النانوية (nanowires )، اما الصنف الثالث فهو المواد النانوية ثلاثية الابعاد  (three dimension nanoparticles) وتمثل المواد النانوية التي لها ثلاث ابعاد نانوية يتراوح حجمها اقل من 100 نانومترمثل الكرات النانوية ( nanospheres)، ومنها الفالرينات (Fullerens ) التي تحتوي على 60 ذرة كاربون و ( Dendrimers ((نوع من البوليمرات التي تستعمل في توصيل الادوية والمبيدات)  وكذلك النقاط الكمية Quantum dots )  ((وهي مواد صغيرة تحتوي بداخلها على قطيرات صغيرة جدا من الالكترونات الحرة وهي غرويات كرستالية نانوية شبة موصلة يتراوح حجومها من (10-2) نانومتر (10)). تتصدر هذه المواد قائمة الانتاج العالمي بوجه عام نظرا لتعدد استخداماتها في المجالات والتطبيقات التكنولوجية الحديثة

تطبيقات النانو تكنولوجي في الزراعة

1. زيادة كمية ونوعية الحاصل

لوحظ من خلال التجارب ان استعمال التقانة النانوية ادى الى زيادة سرعة انبات البذور فضلا عن زيادة التحمل للإجهادات البيئية (11) وزيادة عمر ونمو البذور (12،13). كما اظهرت التجارب المختبرية ان المحاصيل النامية من بذور مغلفة بجسيمات الفضة النانوية سجلت زيادة في امتصاص الماء فضلا عن زيادة في الوزن الخضري الجاف بنسبة 73% وارتفاع كبير في محتوى البذور من الفيتامينات وبالتالي زيادة في الحاصل ايضا الى جانب طول مدة خزن البذور مع الحفاظ على مواصفات النمو والانتاج والتحمل للظروف البيئية المختلفة (11،14،15،16،17). يمكن الاستفادة من التقانة النانوية في احداث طفرات وراثية تؤدي الى تحسين العديد من الصفات الوراثية للنبات اذ تقدم هذه التقانة ابعاد جديدة في ابحاث الطفرات اذ تم في جامعة تايلند انتاج نوع جديد من الرز يدعى Khao-Kamعن طريق طفرات بأستعمال التقانة النانوية اذ تم الحصول على نبات رز ذو حبوب بيضاء وساق  واوراق خضراء من صنف ذو حبوب واوراق وسيقان ارجوانية (18)،ويؤدي استعمال انابيب الكاربون النانوية tubes nano carbon (انابيب طولية مجوفة ذات اقطار متناهية في الصغر يصل اقل قطر لها الى نحو 1.4 نانومتر ترتبط فيها ذرات الكاربون مع بعضها البعض بواسطة اواصر تساهمية) في مزارع النخيل الى ازدياد في النمو وعدد وقوة الجذور فضلا عن تميز الثمارالناتجة (19). احدثت جسيمات النحاس النانوية المغلفة بالكيتوسان Cu-nanochitosan وجسمات التيتانيوم النانوية TIO2  تأثيرات مماثلة من حيث تحسين النمو والانتاج (-2021).

2. الاستعمال الامثل للمياه من اجل ادامة الانتاج الزراعي

استعمل الجل النانوي القابل للاحتفاظ بالماء nanohydrogel في التربة بسبب قابليتة العالية على امتصاص واطلاق الماء والعناصر الغذائية وبالتالي الكفاءة العالية في استعمال مياه المزروعات (22،23). اظهرت التربةالمعاملة بالفضة المغلفة بالهايرروجل ان الماء يبقى بنسبة 7.5 % اكثر من التربة غير المعاملة (22)، اكثر من ذلك فأن الهايدروجل يقدر على تخزين مابين 130 -190 مرة من وزنها من مياه الامطار او الري (22،26). يعتبر الهايدروجل القابل للتحلل طريقة واعدة في الحد من التلوث(24،25) لذلك يعد النانو تكنولوجي تقانة ناجحة خصوصا في المناطق الجافة خصوصا وان الجفاف يعد من اهم المخاطر البيئية التي تعوق انتاج المحاصيل (26).

3. تحمل الإجهاد اللااحيائي

تشير العديد من الدراسات إلى أن السيليكون المصنع والسيليكات لهما دور إيجابي في تخفيف الإجهاد الملحي والجفاف. جسيمات السليكاالنانويةتزيد من تحمل الجفاف وذلك بتشجيع معدلات التمثيل الضوئي والتوصيل الثغري تحت إجهاد الجفاف المعتدل والشديد [27]. أظهرت هذه الدراسة أيضًا أن بادرات نبات الهوثورن (Cretaus sp.) المعاملة مسبقًا ﺑ جسمات  السليكا النانوية اظهرت زيادة في معدلات التمثيل الضوئي والتوصيل الثغري، بالإضافة إلى زيادة قدرة الماء في خلايا الخشب تحت ظروف شد الجفاف. تتوافق هذه النتائج مع مجموعة متنامية من الأدلة التي تشير إلى أن مختلف تطبيقات السيليكون/ السيليكا والتي يمكن أن تحسن من تحمل الإجهاد اللاحيوي في العديد من أنواع المحاصيل [28].  تتراوح معدلات الاستخدام في منتجات الكيميائيات الزراعية الحاوية على السيليكا من 10 ملغ لتر^-1 إلى 100 ملغ لتر^-1 ، في حين وجد  Shkavand  واخرون [ [27ان معدلات منخفضة من العنصر النشط تصل إلى 10ملغم لتر^-1 يمكن ان تعطي فوائد جوهرية لتحسين تحمل الإجهاد لنبات هوثورن. من المعقول أن نعزو الأداء المُحسَّن لمنتجات السليكا النانوية الى تحسن الإمتصاص و/ أو نفاذية الأنسجة النباتية ، ولكن يبقى هناك حاجة إلى مزيد من الدراسة لتوضيح الدور المحدد لتطبيقات النانو.

4. تطبيقات النانوتكنولوجي في مكافحة الآفات الزراعية

1.المبيدات النانوية nanopesticides

تعرف المبيدات النانوية بأنها اي مستحضر يتكون من مكونات بحجم النانومتر حيث ان خواص هذا المستحضر مرتبطة بهذا المدى من الحجوم ، وتتكون المبيدات النانوية  من مواد فعالة عضوية والبوليمرات ومواد غير عضوية مثل اكاسيد المعادن في اشكال مختلفة من  الجسيمات او الجزيئات (29).

انواع المبيدات النانوية

1.المستحلبات النانويةpesticides nanoemulsion

هي مستحلبات دقيقة جدا ذات لون شفاف يتراوح حجم قطراتها من 20 – 200 نانومتر تتكون من من طور مائي وطور دهني وعامل استحلاب surfecant  مثل المستحلب النانوي لزيت الجيرانيوم الذي تميز بفعاليته العالية ضد عثة درنات البطاطاoperculella Phthorimia  محققا نسب قتل وصلت الى 80 % مع ثباتيه واستقراريه عند الظروف الحقلية مقارنة بالمستخلص غير النانوي(30

2.الكبسولات النانويةpesticides Nano capsules 

يمكن ان تعرف الكبسولات النانوية بأنها مواد فعالة داخل كبسولات نانوية وهذه الكبسولات مصنوعة من بوليمرات طبيعية مثل الكيتوسان او بوليمرات صناعية مثل البولي اثلين كلايكول (PAG ). وهي على اشكال عديدة مثل النانو سفير nanospheres  الذي استعمل في صناعة الكبسولات النانوية للمبيد كاربا ريل (31)، والنانو كبسول nanocapsules مثل البولي اثلين كلايكول الذي استعمل في تغليف المادة الفعالة للمبيد دلتا مثرين (32)وكذلك النانو جل nanogels مثل بوليمر اللكنين الذي استعمل لتغليف المادة الفعالة للمبيد Aldicarb (33) وكذلك المايسيلس Micelles  مثل البوليمر بولي اثيلين داي مثيل استر الذي استعمل في تغليف المادة الفعالة للكاربوفيوران(34).

3 . المعلقات النانوية Nano suspension

هي عبارة عن جسيمات نانوية يتراوح حجمها بين 1 – 100 نانومتر تكون على شكل معلقات مائية تستعمل على شكل محاليل مائية في مكافحة الآفات مثل جسيمات الفضة والسليكا النانوية والكادميوم وغيرها. في دراسة لتقييم تأثير جسيمات الكادميوم والفضة والتيتانيوم النانوية ضد دودة ورق القطن وجد ان التركيز 2400  جزء بالمليون احدث نسب قتل تراوحت 93 ، 56  و73 % بعد 9  ايام (35)

2. الجسيمات النانوية كمتحسسات نانوية للكشف عن متبقيات المبيدات

لقد توصلت الدراسات والابحاث الكثيرة الى تطوير طرائق جديده تعتمد على النانوتكنولوجي في الكشف عن متبقيات المبيدات  تتميز هذه الطرائق بالدقة العالية والسرعة ولاتحتاج الى عينات كثيرة فضلا عن الحساسية العالية والكشف بمعدلات اسرع مقارنة بالطرق الاخرى التي تعتمد على الكروماتوغرافي والاختبارات المناعية (36( . لذا ظهر مايعرف بالمتحسسات النانوية Nanobiosenceres)   (اذ ان الألفة او التآزر بين النانوتكنولوجي والمتحسسات  قد تطور الى تصميم مواد استشعار كفوءة تعتمد على  الجسيمات النانوية . ان المتحسس النانوي سوف يتفاعل مع الجزيئات الحيوية في الهدف ويمكن قياس الاستجابة اما عن طريق حدوث تغيرات لونية تلاحظ او حدوث وميض اوتغيرات في الجهد الكهربائي. وجد ان جسيمات الذهب النانوية ذات حجم 30 نانومتر من بين المتحسسات النانوية التي طورت للكشف عن متبقيات المبيدات الكلورينية العضوية بحساسية تصل الى 27 نانوغرام ، اذ ان جسيمات الذهب النانوية عندما ترتبط مع الركيزة تحدث تغيرات لونية تستعمل في الكشف عن متبقيات المبيدات وان تطور الاشاره اللونية يساعد على الكشف المرئي بسهولة كما ان هذا المتحسس النانوي يعد تكنيك مناسب للكشف عن العديد من السموم في العينات الغذائية والبيئية وذلك لكفاءته وسرعته في الكشف عن متبقيات المبيدات ( 37). اشار  Vinayaka وآخرون((38   الى امكانية استعمال جسيمات الكادميوم النانوية في الكشف عن متبقيات مبيد الادغال 2,4,D وبتحسس يصل الى اكثر من 250 نانوغرام . كما أشار Ramanthan وآخرون(39) الى أستعمال جسيمات السليكون النانوية في الكشف عن متبقيات مبيد الباراكسون وحساسيتها وصلت الى 34 مايكرومتر .

3 .تحطيم المبيدات الكيمياوية Pesticide degredation

يعد  استعمال  الجسيمات النانوية في تحطيم المبيدات الكيمياوية ومتبقياتها  من التطبيقات الواعدة اذ اظهرت الدراسات ان المبيدات مثل (Atrazine  وMolenate  وChlorpyrofos  ) من المبيدات الاكثر حساسية للتحلل بواسطة  جسيمات الحديد النانوية  (100 نانومتر) (40). كما اظهرت تلك  الجسيمات كفاءة في تحطيم مبيدات مجموعة السايكلودين التي تتميز بمقاومتها لعوامل التحلل المختلفة (40) .  كماأن استعمال  الجسيمات النانوية  للبوليمرات المثبتة لكبريتات الحديد ذات حجم 200 نانومتر تساعد في تحطيم مبيد اللندين احد المركبات الكلورينية العضوية الملوثة لمياه الشرب والغذاء (41).

  4 . تحسين خواص عوامل المكافحة الاحيائية

يمكن ان تؤدي التقانة النانوية الى تحسين خواص وفاعلية عوامل المكافحة الاحيائية التي تستعمل في مكافحة الآفات المختلفة اذ تؤدي الى تحسين قدرتها في اختراق الكائنات المستهدفة ومقاومتها لدفاعات الحشرة او المسبب المرضي فضلا عن حمايتها من تأثيرات الاشعة فوق البنفسجية والظروف الجوية المتطرفة من درجات حرارة ورطوبة كما تؤدي التقانة النانوية زيادة تحمل المستحضرات الحيوية لظروف الخزن غير الملائمة ،فقد وجدان مدة بقاء المستحضر الحيوي Avermactin  تزداد الى 30 يوما بدلا من 6 ساعات وحمايته من تأثيرات الاشعة فوق البنفسجية عن طريق تغليف المادة الفعالة بكبسولات السليكا النانوية ، كما لوحظ زيادة كفاءة المستحضرات الفطرية مثل Baeuvaria وMetarhizum  وPaecilomyces  عن طريق التغليف بكبسولات نانوية موفرة للرطوبة فضلا عن حمايتها من التأثيرات البيئية(42،43).

5. مكافحة المسببات الممرضة للنبات

تعد التقانة النانوية من الطرائق الواعدة في مكافحة امراض النبات اذ يمكن استعمال الجسيمات النانوية كمؤشرات بيولوجية biomarkers للكشف عن المسببات الممرضة المختلفة فضلا عن دورها في مكافحة مسببات الامراض النباتية ،اذ اوضحت التجارب ان جسيمات السليكا النانوية يمكن ان تستعمل في الكشف عن البكترياaxonopodis Xanthomonus   المسببة لمرض التبقع البكتيري كما استعملت جسيمات الذهب النانوية في الكشف عن امراض الحنطة المتسببة من الفطرindica Tilletia   وفي سياق متصل وجد ان استعمال جسيمات الزنك النانوية ادى الى منع تكون الحوامل الكونيدية والكونيديا للفطريات Botrytuscinerea عند التركيز 3 ملي مول لكل لتر(44).

6. تحسين توصيل المغذيات ومواد وقاية النبات                                                                                                                                                                                                                       

 اكثر من 70 % من الاسمدة ومواد وقاية النبات لاتصل الى منطقة الهدف بسبب عدم استقراريه تلك المواد بيئيا وصعوبة وصولها الى الهدف (45،46).ان استعمال انظمة التوصيل النانوية يقدم حلول واعدة لزيادة كفاءة وتجهيز المواد والمغذيات وايصالها الى الخلايا النباتية تبعا للحجم والخواص(47).                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       لقد وجد ان هناك تحسن كبير في ثباتيه واستقراريه هذه المواد بيئيا وبالتالي تحسين تواجد المغذيات ومواد وقاية النبات للمحاصيل (49, 48).انظمة التوصيل النانوية تحسن من عملية التوصيل من خلال سيطرتها والتحكم في عملية اطلاق تلك المواد من خلالها (،48).فضلا عن ان هذه الانظمة تجعل مواد وقاية النبات فعالة على مدى 3- 30 يوم (50).كما لوحظ ان تأثير المبيدات هو اكثر مرتين عند استعمال نصف الجرعة الموصي بها مقارنة عند استعمال المبيدات التقليدية (50،51). ان تحسين عملية توصيل المغذيات ومواد وقاية النبات سوف ينعكس إيجابيا على مقاومة المحاصيل الى الامراض والآفات والتلوث وبالتالي تحسين الحاصل كما ونوعا (52). تجدر الاشارة الى ان 30 % من السكان و 40 % من اطفال المدارس يعانون من نقص الحديد لذلك فأن استعمال التقانة النانوية في امداد الاسمدة المختلفة بمستويات من الحديد النانوي ادى الى تحسين مستوى الحديد في العديد من المحاصيل والذي ينعكس ايجابيا على مستويات الحديد في السكان (53و54).                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    

7. تقليل التلوث البيئي

ان استعمال التقانة النانوية في الانتاج الزراعي يعد من الوسائل الواعدة أيضا في تقليل التلوث البيئي الناتج من الاسمدة ومواد وقاية النبات فضلا عن تلوث التربة بالعناصر الثقيلة48)،55). ان اكثر من 90 % من الكيمياويات الزراعية تصل الى البيئة بصورة غير مباشرة بسبب طريقة التطبيق غير المسيطر عليها لذلك فأن تفعيل استعمال انظمة التوصيل النانوية سوف يكون له الدور الكبير في تقليل التلوث البيئي وبالتالي تقليل المخاطر على صحة الانسان (58, 57, 56.).في نفس السياق فأن الترب الملوثة بالعناصر الثقيلة يمكن معالجتها عن طريق استعمال التقانة النانوية ايضا وهي طرائق واعدة في العديد من البلدان مثل الصين وبعض دول افريقيا بسبب وجود تلوث كبير في ترب هذه الدول  اذ توفر هذه التقانة طرق فعالة وقليلة الكلفة وصديقة للبيئة في ازالة العناصر الثقيلة من الترب الملوثة (59). اظهرت التجارب ان استعمال جسيمات الحديد النانوية كان فعالا في ازالة 99 % من المذيب Trichloroethan (احد المذيبات المستعملة في المبيدات) في ايام قليلة (60). كما لوحظ ان المتحسسات النانوية الحاوية على جسيمات الفضة قادرة على الكشف عن وجود الزئبق في التربة والنبات بمستويات صغيرة جدا (61).

 

8. اهمية التقانة النانوية في تحسين الانتاج الحيواني

النانو تكنولوجي سوف يصبح خيار مهم وكفوء في مجال صحة الحيوان وتحسين الحيوان وزيادة الانتاج عن طريق استعمال هذه التقانة في مجال تحسين اللقاحات والادوية البيطرية فقد استعملت الكبسولات النانوية لحماية العديد من الانزيمات والبروتينات التي تؤثر في نسب غذاء الدواجن وحيوانات المزرعة من اجل زيادة الانتاج كما ونوعا كما ان استعمال اللقاحات والمضادات الحيوية والمعززات الحيوية سوف يكون اكثر فاعلية عند استعمالها في المستوى النانوي فضلا على ان استعمال الكبسولات النانوية للأدوية سوف يعطي نتائج سريعة وتأدية الغرض العلاجي في فترات اقل وبجرع اقل ويؤدي استعمال الجسيمات النانوية مثل الفضة الى كفاءة عالية ضد العديد من المسببات الممرضة التي تصيب الدواجن وحيوانات المزرعة كما يمكن استعمال الجسيمات النانوية في تحطيم الخلايا السرطانية في الحيوانات فعند وصول الجسيمات النانوية الى الخلايا السرطانية وتسليط حرارة مقدارها 55 م بواسطة الاشعة تحت الحمراء يؤدي الى تحطيم الخلايا السرطانية فيما استعملت انابيب الكاربون النانوية وعن طريق الحقن تحت جلد الحيوان كمتحسس نانوي يؤشر ويحدد الوقت الحقيقي لدورة الشبق وهرمون الاستروجين وبالتالي تحديد الوقت الحقيقي للتلقيح وبالتالي توفير الوقت والجهد والكلفة في اعطاء توقيت حقيقي لعمليات التلقيح والتكاثر(62).

9. النانو تكنولوجي في مجال تكنولوجيا الغذاء

يمكن الاستفادة من التقانة النانوية في مجال التصنيع الغذائي من خلال العديد من النشاطات اهمها(63):

1 . تصنيع الاغلفة والعبوات الغذائية الحافظة

يمكن استعمال اغلفة مزودة بجسيمات الفضة والمغنيسيوم والزنك النانوية  تتميز بخفة الوزن واكثر متانة ومقاومة للحرارة في تغليف اللحوم والخضر والفواكه والحلويات والمعجنات اذ تتميز هذه الاغلفة بمنع تبادل الرطوبة والغازات مع المحيط الخارجي وبالتالي حماية المواد الملونة ومواد النكهة والمواد المضادة للأكسدة والانزيمات كما تم تطوير عبوات غذائية نانوية يمكنها امتصاص النكهات والروائح غير المرغوب فيها التي تنشأ داخل العبوات الغذائية .

2  . الكشف عن الاغذية الفاسدة

تم تطوير متحسسات نانوية مصنوعة من انابيب الكاربون النانوية يمكنها الكشف عن الاغذية الفاسدة.كما تم تطوير متحسسات نانوية يمكنها الكشف عن البكتريا الملوثة للغذاء مثل بكتريا السالمونيلا وهذه التقانة سوف تسمح اختبار وفحص العينات بشكل دقيق وسريع وكلفة اقل .

3 . تطوير صناعة الغذاء

انتجت احد الشركات المتخصصة في انتاج الاغذية والعصائر مشروبات لا لون لها ولا طعم مبرمجة باستخدام جزيئات نانوية للون والطعم فعند وضع هذا العصير في المايكرويف عند تردد معين يصبح لدينا عصير ليمون وعند وضع نفس العصير في تردد اخر يصبح لدينا عصير تفاح وتسمى هذه الاغذية بالأغذية الجذابة Interactive food   وتتكون هذه الاغذية من الالاف الكبسولات النانوية التي تحتوي على محفزات اللون والنكهة أو عناصر تغذية مضافة مثل الفيتامينات والتي تكون سائدة في الغذاء وتحرر فقط عند رغبة المستهلك.

التحديات التي تواجه تطبيقات النانو تكنولوجي

نتيجة لخواص وتطبيقات التقانة النانوية المتعددة فقد ظهرت مخاوف كثيرة من اطلاق العنان لهذه التقانة  اذ يمكن للجسيمات النانوية ان تتدخل في كل شيئ لذا برزت الحاجة الى  تقييم مخاطر هذه التقانة  وعند مناقشة التأثير الصحي والبيئي للمواد النانوية يجب التمييز بين اثنين من بنية المواد النانوية وهي مركبات النانو والاسطح النانوية وتشمل جزيئات او جسيمات نانوية مدمجة ضمن خلاصة المادة او الاجهزة ويطلق عليها بالجسيمات النانوية الثابتة والنوع الاخر هي الجسيمات النانوية الحرة وهي الجسيمات النانوية الفردية وقد يكون الجسيم النانوي  مطلي  بمادة اخرى او غير مطلي  يمكن القول ان هناك اجماع على ان القلق الحالي هو من الجسيمات النانوية الحرة  . لذلك فعلى المدى القريب  لا توجد مخاطر من استعمال التقانة النانوية ولكن على المدى البعيد قد تظهر تأثيرات على الانسان من خلال التراكم الحيوي للسموم في النبات والحيوان (48،64،65و66). ان سمية المواد النانوية تعتمد على حجم وخواص وتركيز تلك المواد ومدة التعرض  لذلك يجب ان تكون المواد النانوية المستخدمة في الزراعة صديقة للبيئة وغير سامة للكائنات غير المستهدفة وقابلة للتحلل الحيوي (67و68). ان عملية تقدير المخاطر يجب ان تشمل اختبارات التعرض ونوعية المخاطر كما ان الانواع الكثيرة للمواد النانوية وقلة البيانات حول سميتها عند ظروف مختلفة يقف عائقا في اعطاء تقديرات او ادوات قياسية لمخاطر المواد النانوية ((67. يجب ان يكون هناك اجماع دولي حول تعريف مخاطر المواد النانوية والمراقبة والبحوث المستمرة  ويجبب ان تتغير تقديرات المخاطر بشكل يتزامن مع التطورات السريعة والمستمرة للتقانة النانوية (69،70) ، وخلاصة القول يجب ان يكون هناك اهتمام في التأثيرات طويلة الامد للتقانة النانوية على صحة الانسان وكذلك تطوير واختيار المواد النانوية الصديقة للبيئة والغير سامة والقابلة للتحلل الحيوي في الزراعة وتطوير طرق قياسية دولية لتقدير مخاطر المواد النانوية .

 

REFRENCES

1. Lux, R . 2008. Nanomaterials State of theMarketQ3 2008: Stealth Success, Broad Impact. Report. https://portal.luxresearchinc.
2. Chinnamuthu, C.R. and MurugesaBoopathi, P. (2009). Nanotechnology and Agroecosystem. Madras Agricultural Journal. 96: 17-31.
3. Margulis-G .K and Magdassi, S. 2012. Nanotechnology: An Advanced Approach to the Development of Potent Insecticides. In: Ishaaya I, Horowit,z AR and Palli SR. (eds.) Adv Technolo. Manag. Insect Pests. Dordrecht: Springer, 295-314.

4.Chowdappa, P.and ShivaKumar G.2013. Nanotechnology in crop protection: Status and scope. J.Pest.Management in Horticultural Ecosystems, Vol. 19, No. 2 pp 131-151 .

5.Chhipa H (2017) Nanofertilizers and nanopesticides for agriculture. Environ Chem Lettttrs 15(1): 15-22.

6. Patil, S.S.; Kore1, K.B. and Kumar, P. (2009) Nanotechnology and its applications in veterinary and animal science. Veterinary World, 2(12), 475-477.
7. Mousavi, S.R. and Rezaei. M. (2011) Nanotechnology in agriculture and food production. J. Appl. Environ. Biol. Sci., 1(10), 414-419. Nanotechnol., 1, 193-225.

8.Owen, R. & M. DepLedge.2005 . Nanotechnology and the environment: risks and rewards. Mar Pollut Bull, 50, 609-12.

9.Xu, Z.P., Q.H. Zeng, G.Q. Lu, A.B. Yu .2006. Inorganic nanoparticles as carriers for efficient cellular delivery. Chemical Engineering Science 61: 1027- 1040.

10.Ranjit,K.and A .Abdul Baquee .2013.Nanoparticles : AN overview of preparation ,characterization and Application .Int.Res.J.PHARM. 4(4).

11. 11. Adhikari, T. Kundu, S. and. Rao, A. S .2016.“Zinc delivery to plants through seed coating with nano-zinc oxide particles,” Plant Nutr., vol. 39, no. 1, pp. 136–146, Jan.
12. Dehkourdi E. H .and Mosavi, M. 2013 Effect of Anatase Nanoparticles (TiO2) on Parsley Seed Germination (Petroselinum crispum) In Vitro,” Biol. Trace Elem. Res., vol. 155, no. 2, pp. 283–286, Nov.
13. Adak, T. Kumar, J.. Shakil, N. A and Pandey, S. 2016. Role of nano-range amphiphilic polymers in seed quality enhancement of soybean and imidacloprid retention capacity on seed coatings: Soybean seed quality enhance ment by amphiphilic nano-polymers,” J. Sci. Food Agric., vol. 96, no. 13, pp. 4351–4357, Oct.

 

14. Bouwmeester, H. 2016. “Private Interview,” 24-Nov-

 

15. Fordsmand, 2016. “Private Interview,” 09-Dec-

 

16. Jaleel, C. A., 2009. Drought stress in plants: a review on morphological characteristics and pigments composition,” Int J Agric Biol, vol. 11, no. 1, pp. 100–105,.

 

17. Khodakovskaya, M. et al., 2009. “Carbon Nanotubes Are Able To Penetrate Plant Seed Coat and Dramatically Affect Seed Germination and Plant Growth,” ACS Nano, vol. 3, no. 10, pp. 3221–3227, Oct.

 

18. [26] Vundavalli, R. Vundavalli, S. Nakka, M. and

Rao, D. S. 2015. Biodegradable Nano-Hydrogels in Agricultural Farming – Alternative Source For Water Resources,” Procedia Mater. Sci., vol. 10, pp. 548–554,

 

19. Taha RA, Hassan MM, Ibrahim EA, Baker NHA, Shaaban EA (2016) Carbon nanotubes impact on date palm in vitro cultures. PCTOC Plant Cell Tissue Organ Cult 127(2): 525-534.

 

20. Saharan V, Kumaraswamy RV, Choudhary RC, Kumari S, Pal A, et al. (2016) Cu-Chitosan Nanoparticle Mediated Sustainable Approach To Enhance Seedling Growth in Maize by Mobilizing Reserved Food. J Agric and Food Chem 64(31): 6148-6155.
21. Zheng L, Hong F, Lu S, Liu C (2005) Effect of nano-TiO2 on strength of naturally aged seeds and growth of spinach. Biol Trace Elem Res 104(1): 83-92.

 

22. Demetri, C. 2016. “Private Interview,” 05-Dec-

 

23. Makama, S. 2016. “Private Interview,” 09-Dec-

 

24. Montesano, F. and Serio, F. 2016. “Private Interview,” 05-Dec-

 

25. Magalhães, A. Almeida ,M. P. Neto, M. Bezerra, N. and. Feitosa, J. 2013.“Superabsorbent Hydrogel Composite with Minerals Aimed at Water Sustainability,” J. Braz. Chem. Soc., vol. 24, no. 2, pp. 304–313, .

 

27.Ashkavand P, Tabari M, Zarafshar M, Tomášková I, Struve D (2015) Effect of SiO2 nanoparticles on drought resistance in hawthorn seedlings. For Res Pap For Res Papers 76(4): 350-359.

 

28.Zargar SM, Nazir M, Agrawal GK, Kim DW, Rakwal R (2010) Silicon in plant tolerance against environmental stressors: towards crop improvement using omics approaches. Curr Proteomics 7(2): 135-143

29.Ragaei, M and Sabry, A.H. (2014).Nanotechnology for insect pest control. International Journal of Science, Environment and Technology. 3(2): 528–545.

 

30. Adel, M.M. , Atwa, W.A., Hassan, M.L. , Salem, N.Y , Farghaly, D.S ., Ibrahim, S.S.2014. Biological Activity and Field Persistence of Pelargonium graveolens (Geraniales: Geraniaceae) loaded Solid Lipid Nanoparticles (SLNs) on Phthorimaea operculella (Zeller) (PTM) (Lepidoptera: Gelechiidae). International Journal of Science and Research (IJSR), Volume 4 Issue 11; 515-520.

31.Quaglia , F., F. Barbato  , G. De  Rosa  , E. Granata  , A. Miro    and MI.  La  Rotonda  .  2001 .Reduction  of  the  environmental  impact  of  pesticides:  Waxy  microspheres  encapsulating  the insecticide carbaryl. J. Agric.FoodChem.,49:4808-4812.

 

32. Frandsen, M.V, M.S. Pedersen, M .Zellweger, S .Gouin, S.D, Roorda and T.Q.C .Phan. 2010 .Piperonyl butoxide and  deltamethrin  containing  insecticidal  polymer  matrix  comprising HDPE and LDPE. Patent number WO 2010015256 A2 20100211.
33. Kok FN, R.M. Wilkins , R.B. Cain  , M.Y. Arica  , G.  Alaeddinoglu    and V.  Hasirci . 1999. Controlled  release  of  aldicarb  from  lignin  loaded  ionotropic  hydrogel  microspheres.  J Microencap., 16: 613-623 .

 

34. Shakil, N.A., M.K. Singh  , A.  Pandey  , J. Kumar  , V.S. Parmar  ,  M.K. Singh  , R.P. Pandey    and A.C. Watterson. 2010. Development of poly (Ethylene glycol) based  amphiphilic  copolymers for  controlled    release    delivery    of    carbofuran.   J.  Macromolec.    Sci.,  Part  A:  Pure  App Chem., 47: 241-247  .
35. Chakravarthy,A.K.,S.B.Chandrashekharaiah,B.Kandakoor,K. Dhanabala , K.Gurunatha , & P. Ramesh .2012. Bio efficacy of inorganic nanoparticles CdS, Nano-Ag and Nano-TiO2 Spodoptera litura (Fabricius) (Lepidoptera:Noctuidae).CurrentBiotica6(3):271-281.

 

36. Gabaldon, J.A., A. Maquieira, R. Puchades. 1999. Current trends in immunoassay based kits for pesticide analysis. Crit Rev Food Sci Nutr ;39:519 – 38 .

 

37. Lisa M, R.S. Chouhan, A.C. Vinayaka, H.K. Manonmani, M.S .Thakur.2009. Gold nanoparticles based dipstick immuno-assay for the rapid detection of dichlorodiphenyltrichlor-oethane: An organochlorine pesticide. BiosensBioelectro;25:224–7.
38. Vinayaka, A.C., S. Basheer, M.S. Thakur.2009. Bioconjugation of CdTe quantum dot for the detection of 2,4-dichlorophenoxyacetic acid by competitive fluoroimmunoassay based biosensor. Biosens Bioelectron ;24: 1615– 20

39.Ramanathan, M., H.R .Luckarift, A. Sarsenova, J.R .Wild, E.R .Raman culov, EV Olsen,   .2009.Lysozyme-mediatedformationofprotein–silicanano- compositesforbiosensingapplications.ColloidsSurf . Biointerfaces; 73:58– 64 .

 

40. Hee Joo, S.;  I.  F.  Cheng.  2006.  Nanotechnology for Environmental Remediation. USA: Springer;

 

41. Paknikar, KM, l .V. Nagpa, A.V. Pethkar, JM. Rajwa de. 2005. Degradation of lindane from aqueous solutions using iron su l fi de nanopartic lesstabilizedbybiopolymers.SciTechAdvMat;6:370–4.
42. Vandergheynst, J., H. Scher, H.Guo , D. Schul tz .2007. Water- in- oil emulsions that improve the storage and delivery of the biolarvacide Lagenidium giganteum . Bio Control ; 52 : 207 –29 .
43. Ghormade,V., M.V. Deshpande & K.M. Paknikar. 2011. Perspectives for nano-biotechnology enabled protection and nutrition of plants.J. Biotech.Adv.29:792-803.

 

44. Nikunj P , Purvi D. , Niti P. , Anamika J. and Hemant K.2014. Agronanotechnology for Plant Fungal Disease Management: A Review. Int.J.Curr.Microbiol.App.Sci ,3(10): 71-84.

 

45. 45. Solanki, P. Bhargava, A. Chhipa, H. Jain, N. and Panwar, J. 2015. Nano-fertilizers and Their Smart Delivery System,” in Nanotechnologies in Food and Agriculture, M. Rai, C. Ribeiro, L. Mattoso, an d N. Duran, Eds. Cham: Springer International Publishing, , pp. 81–101.
46. Arias-Estévez, M. López-Periago, E. Martínez- Carballo, E. Simal-Gándara, J. Mejuto, J. and

García-Río, L. 2008. The mobility and degradation of pesticides in soils and the pollution of groundwater resources, Agric. Ecosyst. Environ., vol. 123, no. 4, pp. 247–260,

Feb.

”

47. Chhipa, H. and Joshi, P. 2016. “Nanofertilisers, Nanopesticides and Nanosensors in Agriculture,” in Nanoscience in Food and Agriculture 1, vol. 20, S. Ranjan, N. Dasgupta, and E. Lichtfouse, Eds. Cham: Springer International Publishing, , pp. 247–282

 

48. Kah, M. Beulke, S. Tiede, K. and Hofmann, T. 2013. “Nanopesticides: State of Knowledge, Environmental Fate, and Exposure Modeling,” Crit. Rev. Environ. Sci. Technol., vol. 43, no. 16, pp. 1823–1867, Jan.

 

49 Liu, R. and La, R. 2015.“Potentials of engineered nanoparticles to plants, as fertilizers for increasing agronomic productions,” Sci. Total Environ., vol. 514, pp. 131–139, May

 

50. Adak, T. Kumar, J. Dey, D. . Shakil, N. and Walia, S. 2012. Residue and bio-efficacy evaluation of controlled release formulations of imidacloprid against pests in soybean(G lycine max ),” J. Environ. Sci. Health Part B, vol. 47, no. 3, pp. 226–231, Mar.

 

51. Xiang, C. Taylor, A. Hinestroza, J. and Frey, M. “Controlled release of nonionic compounds from poly(lactic acid)/cellulose nanocrystal nanocomposite fibers,” J. Appl. Polym. Sci., vol. 127, no. 1, pp. 79–86,

Jan. 2013

52. Kah, M. 2016. Private Interview,” 18-Nov-

 

53 .Wang, Y. Hu, J. Dai, Z. Li, J. and Huang, J. 2016.  “In vitro assessment of physiological changes of watermelon(Citrullus lanatus) upon iron oxide nanoparticles exposure,” Plant Physiol. Biochem., vol. 108, pp. 353–360, Nov.

 

54. Karn, B. Kuiken, T. and Otto, M. 2009. Nanotechnology and in Situ Remediation: A Review of the Benefits and Potential Risks,” Environ. Health Perspect., vol. 117, no. 12, pp. 1823–1831, Jun.

 

 

55. Rabbani, M. Ahmed, I. and Park, S. 2016, “Application of Nanotechnology to Remediate Contaminated Soils,” in Environmental Remediation Technologies for Metal-Contaminated Soils, H. Hasegawa, I. M. M. Rahman, and M. A. Rahman, Eds. Tokyo: Springer Japan, pp. 219–229.
56. Hasegawa, H. Rahman, I. and Rahman, M. A. 2016. Environmental Remediation Technologies for Metal- Contaminated Soils. Tokyo: Springer Japan,

 

57. Kah, M. 2015 Nanopesticides and Nanofertilizers: Emerging Contaminants or Opportunities for Risk Mitigation?,” Front. Chem., vol. 3, Nov.

 

58.Dasgupta N. 2016. Thermal co-reduction approach to vary size of silver nanoparticle: its microbial and cellula toxicology,” Environ. Sci. Pollut. Res., vol. 23, no. 5, pp. 4149–4163,

 

59. Qu, X. Alvarez, P. and Li, Q. 2013. Applications of nanotechnology in water and wastewater treatment,” Water Res., vol. 47, no. 12, pp. 3931–3946, Aug.

 

60. 60. Wei, Q. Yang, D. Fan, M. and Harris, H. G. 2013 “Applications of Nanomaterial-Based Membranes in Pollution Control,” Crit. Rev. Environ. Sci. Technol., vol. 43, no. 22,
61. 2389–2438, Jan.

 

61. Zhang, W. “Nanoscale iron particles for environmental remediation: an overview,” J. Nanoparticle Res., vol. 5, no. 3–4, pp. 323–332, 2003

 

62.Chakravarthi, P.V. and Balaji. N.S. (2010) Applications of nanotechnology in veterinary medicine. Veterinary World, 3 (10), 477-480.

63. 63. Duncan, T.V. (2011) Applications of nanotechnology in food packaging and food safety: Barrier materials, antimicrobials and sensors. Journal of Colloid and Interface Science, 363: 1-24.
64. Peijnenburg, W. 2016. “Private Interview,” 02-Dec-
65. Rana, S.and Kalaichelvan, P. T. 2013 Ecotoxicity of Nanoparticles,” ISRN Toxicol., vol. 2013, pp. 1–11, 72.

 

66. Kah , M.and Hofmann, T. “The Challenge: Carbon nanomaterials in the environment: New threats or wonder

 

67 .Smith G. B., and Granqvist, C. G. 2011. Green nanotechnology: solutions for sustainability and energy in the built environment. Boca Raton, FL: CRC Press,

 

68. Oomen , A. 2015. “Grouping and Read-Across Approaches for Risk Assessment of Nanomaterials,” Int. J. Environ. Res. Public. Health, vol. 12, no. 10, pp. 13415–

13434, Oct.

 

69. Kah, M. and Hofmann, T. 2014. Nanopesticide research: Current trends and future priorities,” Environ. Int., vol. 63, pp. 224–235, Feb. 17] S. S. Mukhopadhyay, “Nanotechnology in agriculture: prospects and constraints,” Nanotechnol. Sci.

Appl., p. 63, Aug.

 

70. WHO, 2013. State of the art on the initiatives and the activities relevant to risk assessment and risk management of nanotechnologies in the food and agricultural

sector.” WHO, 2013.