استفاده روز افزون از مواد شیمیایی ضد میکروبی در صنعت کشاورزی به منظور افزایش مقاومت گیاهان در برابر آفات، ویروس ها، میکروب ها و… باعث شده است تا آلودگی های زیست محیطی به مساله ای چالش بر انگیز تبدیل شوند. از این رو، دستیابی به موادی جدید با خواص بهتر و معایب کمتر نسبت به کود های شیمیایی مرسوم به نیازی اساسی در کشاورزی مدرن بدل شده است که باید برطرف گردد.

نانو مواد به علت برخورداری از خواص فیزیکوشیمیایی تقویت شده نه تنها می توانند مقاومت گیاهان به بیماری ها را بهبود دهند بلکه مقدار مصرف پایین آنها مشکلات زیست محیطی ناشی از مواد شیمیایی مرسوم را به حداقل خواهد رساند. مطالعات اخیر نشان داده اند که نانو صفحات مَکسین (MXene) جاگزین مناسبی برای مواد شیمیایی می باشند. در این مقاله به بررسی عملکرد این نانو ماده نو ظهور در تقویت ایمنی گیاهان می پردازیم با ما همراه باشید.

اهمیت تقویت ایمنی گیاهان

گیاهان منابعی غنی از مواد مغذی هستند و همین موضوع باعث شده است تا گیاهان دائما تحت حمله ارگانیسم های بیماری زا نظیر ویروس ها، باکتری ها، قارچ ها و…. قرار گیرند. با وجود اینکه گیاهان دارای سیستم ایمنی می باشند اما بعضی ارگانیسم های بیماری زا توانایی عبور از این سیستم ایمنی را دارا می باشند و همین موضوع باعث از بین رفتن گیاهان و کاهش شدید محصولات کشاورزی می گردد. کاهش نرخ تولید صنعت کشاورزی با افزایش روز افزون جمعیت به موضوعی نگران کننده تبدیل شده و اهمیت افزایش ایمنی گیاهان در برابر عوامل بیماری زا بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته است. از این رو، مواد شیمیایی متنوعی نظیر کود ها، ضد باکتری ها، آفت کش ها و…. توسعه داده شدند تا ایمنی گیاهان را بهبود داده و نرخ تولید صنعت کشاورزی را افزایش دهند. اما استفاده از این مواد در مقیاس بزرگ منجر به افزایش نگرانی ها در خصوص حفاظت محیط زیست و سلامت نیز گردیده است.

به منظور حفظ تعادل میان افزایش نرخ تولید صنعت کشاورزی، کاهش مصرف کود های شیمیایی و همچنین حفظ سلامت و محیط زیست، توسعه موادی جدید که بتوانند علاوه بر افزایش ایمنی گیاهان مقدار مصرف پایینی داشته باشند مطرح گردیده است. فناوری نانو و دستاورد های مهم آن در سال های اخیر نشان داده است که این فناوری می تواند بعنوان راه حلی ایده آن برای معضلات صنعت کشاورزی در نظر گرفته شود.

نانو ذرات به واسطه اندازه فوق العاده کوچک و خواص فیزیکوشیمیایی منجصر بفردی که دارند می توانند به عنوان عوامل تقویت کننده ایمنی گیاهان با مقدار مصرفی بسیار پایین تر از مواد شیمیایی مرسوم مورد استفاده قرار گیرند. مقدار مصرف پایین نانو ذرات در صنعت کشاورزی نه تنها ایمنی گیاهان در برابر عوامل بیماری زا را تقویت می کند بلکه از سمیت ها و آلودگی های زیست محیطی ناشی از مواد شیمیایی مرسوم جلوگیری می نماید. اخیرا نانو ماده ای جدید تحت عنوان مَکسین (MXene) تولید شده است که ویژگی های فیزیکوشیمیایی بی نظیرش آن را به گزینه ای مطلوب برای صنعت کشاورزی تبدیل نموده است. در ادامه به بررسی این نانو ماده جدید می پردازیم.

مَکسین

در مقاله ای که اخیرا منتشر کرده ایم در مورد نانو ماده مکسین توضیح داده شده است.

مَکسین؛ نانو ماده ای جدید با ویژگی های منحصر بفرد در حوزه فناوری نانو

 مکسین در واقع صفحاتی با ضخامت چند نانومتر هستند که از فاز مَکس لایه برداری شده اند. فاز مکس نیز به ترکیباتی گفته می شود که از سه جزء تشکیل شده اند نظیر کاربید ها و یا نیترید های سه تایی با فرمول کلی   M_1+nAX_n. در فرمول کلی ترکیبات مکس، M نشان دهنده فلزات واسطه، A نشان دهنده عناصر گروه های 13 و 14جدول تناوبی (سیلیکون، بور، آلومینیوم و….)، X نشان دهنده کربن یا نیتروژن بوده و n می تواند مقادیری برابر با 1، 2 و 3 را داشته باشد.

ترکیب Ti₃AlC₂ یکی از شناخته شده ترین ترکیبات مکس می باشد که پژوهشگران مطالعات زیادی روی خواص فیزیکی و شیمیایی آن انجام داده اند. ترکیبات یا فازهای مکس دارای ساختاری لایه لایه هستند که محققین آنها را سرامیک های شکل پذیر با قابلیت ماشینکاری نامگذاری کرده اند. ساختار لایه لایه این مواد باعث می شود که ترکیبات مکس قابلیت پیچ خوردگی و همچنین ورقه ورقه شدن را دارا باشند.

این ساختار منحصر بفرد فازهای مکس باعث شده است تا این مواد مجموعه ای از ویژگی های سرامیک ها و فلزات را دارا باشند. این ترکیبات می توانند مانند فلزات هادی حرارت و الکتریسیته بوده و در عین حال همانند مواد سرامیکی سخت، مستحکم، شکننده و مقاوم در برابر حرارت باشند. علاوه بر این موضوع، فاز های مکس دارای مقاومت مطلوب در برابر خوردگی می باشند. وقتی صفحات تشکیل دهنده ترکیبات مکس از یکدیگر جدا شوند محصول به دست آمده صفحاتی با ضخامت نانومتری و سطح ویژه به شدت بالا می باشد که به آن مکسین گفته می شود. نانو صفحات مکسین از خواص فیزیکوشیمیایی و بیولوژیکی به شدت قوی برخوردار می باشند که همین موضوع باعث شده است تا این نانو ماده جدید کاربرد های زیادی در صنایع مختلف داشته باشد.

برای اطلاعات بیشتر از روش تولید و کاربرد های نانو صفحات مکسین می توانید به مقالات دیگر ما در مورد این نانو ماده مراجعه کنید.

روش لایه برداری فاز مایع (Liquid Phase Exfoliation)

جذب و کنترل گاز CO2 با استفاده از نانو صفحات مَکسین

عملکرد مکسین در تقویت ایمنی گیاهان

مطالعات نشان داده اند که نانو صفحات مکسین دارای خواص ضد میکروبی، ضد سرطانی و ضد التهابی هستند. علاوه بر این موضوع، نانو صفحات مکسین از زیست سازگاری بالایی با دسته وسیعی از سلول های انسانی و همچنین بافت های پستانداران برخوردار می باشند که همین امر مکسین را به گزینه ای مطلوب برای کاربرد های محیط زیستی و بیولوژیکی تبدیل کرده است. مطالعات دیگر نشان داده اند که ترکیبات مشخصی از مکسین ها قابلیت نفوذ به سلول ها و بافت ها را دارا بوده و از این طریق می توانند با عوامل بیماری زا مقابله کنند. با توجه به ویژگی های ذکر شده برای نانو صفحات مکسین، محققین حوزه کشاورزی به این نتیجه رسیدند که با کمک این نانو ماده می توانند ایمنی گیاهان را تقویت نموده و استفاده از مواد شیمیایی کشاورزی را به حداقل برسانند.

در تحقیقی که در سال 2024 انجام شد، تاثیر نانو صفحات مکسین با ترکیب شیمیایی Ti₃C₂T_x بر تقویت ایمنی گیاهان مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور، نانو صفحات مکسین ابتدا بصورت کلوئید آماده سازی شده و سپس از طریق برگ به گیاهان رسانده شدند. نتایج به دست آمده از آزمایشات نشان دادند که در مقادیر مصرف کم، این نانو ماده مقاومت گیاهان در برابر عوامل بیماری زا را افزایش داده است. این نتایج همچنین نشان دادند که نانو صفحات مکسین از طریق چندین مکانیزم توانسته اند ایمنی گیاهان را تقویت کنند. با توجه به این نتایج مشخص است که نانو صفحات مکسین می توانند جایگزین مواد شیمیایی مرسوم در صنعت کشاورزی باشند و علاوه بر افزایش نرخ تولید گیاهان از آلودگی های زیست محیطی نیز جلوگیری نمایند. عملکرد مطلوب مکسین در این تحقیق نوید جهشی بزرگ در کشاورزی مدرن را می دهد.

منابع

1.     https://doi.org/10.1002/adfm.202411869