فناوری نانو به­عنوان علم کار کردن با کوچکترین ذرات، فناوری نوینی است که طی دهه­های اخیر سبب بهبود سیستم­های کشاورزی شده است. استفاده از کودهای نانوکلاته به­جای کودهای مرسوم باعث می­ شود عناصر غذایی کود به­تدریج و به­ صورت کنترل شده در تمام طول فصل رشد گیاه در خاک آزاد شوند. فرآورده ­های نانو شامل مخلوطی از ذره­هایی با ابعاد بین ۱ تا ۱۰۰ نانومتر هستند در نتیجه با کاهش نسبت سطح به حجم می­توانند خصوصیات فیزیکی و شیمیایی مواد اولیه خود را تغییر دهند و عملکرد سریع­تری نسبت به فرآورده ­های غیر نانو داشته باشند. تنش خشکی یکی از تنش­هایی است که کاهش عملکرد را در مزارع توتون موجب می­ شود. کودهای پتاسیم­دار نقش مهمی در ارتقای کیفیت توتون دارند. با توجه به نقش­های مهمی که عنصر پتاسیم در گیاهان بر عهده دارد، در شرایط تنش خشکی میزان بالای این عنصر در گیاه اثرات منفی ناشی از تنش را کاهش می­دهد. در این تحقیق تنش خشکی توسط پلی اتیلن گلیکول با غلظت ۲۰% اعمال شد. ۴۸ ساعت پس از اعمال تنش، تیمار توسط نانو کلات پتاسیم در سه غلظت، طی ۹ روز انجام گرفت و تغییرات مقدار پرولین، پروتئین کل، رنگیزه­های فتوسنتزی، مالون دی آلدهید، فنول و محتوای داخلی پتاسیم برگ اندازه ­گیری و نتایج از طریق نرم­افزار آماری SPSS محاسبه و گزارش شد. نتایج به­دست آمده نشان داد که افزایش دوره تیماردهی توسط نانو کلات پتاسیم و استفاده از غلظت­های بالاتر آن موجب بهبود اثرات مخرب ناشی از تنش خشکی در برخی از پارامترهای اندازه ­گیری شده در برگ گیاه توتون شد. استفاده از نانو کلات پتاسیم مقادیر پرولین، مالون دی آلدهید و فنول که از نشانه­ های وجود تنش خشکی هستند را کاهش داد. همچنین باعث افزایش سنتز پروتئین، کاروتنوئیدها و کلروفیل­ها شد، به­جز در کلروفیل a که شروع تیماردهی با نانو کلات پتاسیم باعث کاهش مقدار آن در چین اول شد که احتمالا به­ دلیل کوتاه بودن زمان تیماردهی در چین اول، گیاه فرصت کافی برای جبران کاهش کلروفیل را نداشته است.

کلمات کلیدی: پلی اتیلن گلایکول ، نانو کلات پتاسیم، پرولین، پروتئین کل، رنگیزه­های فتوسنتزی، مالون دی آلدهید، فنول پتاسیم.
Abstract

Nanotechnology, which deals with matters at extremely small scales, is a new technology that has led to improvements in agriculture and farming over the last few decades. The use of nano-chelates, in lieu of conventional fertilizers, results in the controlled and gradual release of the nutrients throughout the growth seasons. Nano-products consist of mixtures of particles with diameters between 1 to 100 nonometers. The resulting smaller particles for a given volume of a compound give a higher total surface area to volume ratio, increasing the rates of the physico-chemical interactions with the environment of the original compound, as compared with the non-nano analogue. Drought stress is one of the stresses that lead to reduced tobacco farming yields. lower levels of potassium, which is one of the most important elements in tobacco growth and yield production, may be regarded as an indicator of drought stress. Therefore, in such conditions, potassium fertilizers would play an important role in the promotion of tobacco quality and yield. High levels of potassium in plants exposed to drought stress reduce its damaging effects. In this study, we subjected hydroponically-grown tobacco plants to a drought stress using 20% polyethylene glycol 6000, after 48 hours the plants were treated with three concentrations of potassium nano-chelate over 9 days. Variations in the values of phenol, potassium and total protein contents were determined. The data were analyzed using the statistical software of SPSS, The results showed that higher concentrations and longer treatments with nano-chelates of potassium decrease drought-induced deleterious effects on tobacco leaves. Measurement of drought stress indicators revealed lower amounts of proline, malondialdehyde and phenol, That their concentrations are generally elevated in drought-stressed plants. Further biochemical analyses revealed increased protein, carotenoid and chlorophyll content, except for chlorophyll at the first harvesting in plants treated with nano-chelate of potassium. The reduction of chlorophyll a may be due to the sufficient time of the plants exposed to potassium nano chelate treatment.
Keywods: Polyethylene glycol, Potassium nano-chelate, Prolin, Total protein, Photosynthetic pigments, Malondialdehyde, Phenol, potassium.
فصل اول
مقدمه و مرور منابع
۱- مقدمه
۱-۱ تعریف تکنولوژی نانو
انجمن رویال انگلستان، فناوری نانو را تحت عنوان طراحی، توصیف، تولید و کاربرد ساختارها، وسایل و سیستم­هایی که دارای شکل و اندازه در مقیاس نانو (۱ تا ۱۰۰ نانومتر) هستند، تعریف نموده است. در چنین مقیاسی قوانین طبیعی حاکم بر پدیده ­های فیزیکی و شیمیایی صدق نمی کند (Chinnamuthu, 2009).
۱-۱-۱ تاریخچه نانو تکنولوژی
نانو یک کلمه یونانی به معنای کوتوله یا به معنای چیزی کوچکتر از اندازه معمولی گرفته شده است. در حدود سال ۱۹۵۰ میلادی فیزیکدان معروف آمریکایی، پروفسور ریچارد فاینمن پیشنهاد ساخت یک موتور الکتریکی با ابعاد کمتر از ۶۴/۱ اینج را داد و برای کسی که اولین بار موفق به ساخت آن شود، جایزه ۱۰۰۰ دلاری تعیین نمود. سرانجام ویلیام مک لیلان با زحمت فراوان توانست بوسیله یک انبرک دستی و یک میکروسکپ این کار را به انجام برساند. در واقع هدف فاینمن از این کار ایجاد انگیزه در موسسات آموزشی و تحقیقاتی بود تا توجه آنها را به دنیای میکروها و نانوها جلب کند.
فاینمن برای اولین بار و بطور جدی این بحث را در سال ۱۹۶۰ و در انجمن تکنولوژی کالیفرنیا (Caltech) طی یک سخنرانی با عنوان “آن پایین فضای بسیاری هست” مطرح کرد. در طی این سخنرانی فاینمن طریقه نگارش ۲۴ جلد دایره المعارف Britanica را به صورت تئوری بر نوک یک سوزن توضیح داد و بدین ترتیب شاخه جدیدی از دانش پا به عرصه ظهور گذاشت ( Nowack, 2007).
۱-۱-۲ کاربرد تکنولوژی نانو در تولید کودهای کشاورزی
تکنولوژی نانو با کوچک کردن ذرات تا اندازه یک میلیاردم متر، منجر به افزایش نسبت سطح به حجم شده و این ویژگی باعث بروز خواص فیزیکی منحصر به فرد و تاثیرگذاری بیشتر این مواد می­ شود.
نانوکودها، به دلیل رهاسازی تدریجی و آرام عناصر غذایی خود، بهترین جایگزین برای کودهای محلول مرسوم هستند. با بهره­ گیری از نانوکودها، عناصر غذایی به آرامی و با سرعت مناسب در تمام طول فصل رشد گیاه آزاد می­شوند و بنابراین به دلیل کاهش شدید آب­شویی عناصر، گیاهان قادر به جذب بیشترین مقدار مواد غذایی خواهند بود (Chinnamuthu, 2009).
تحقیقات نشان داد که استفاده از کودهای تهیه شده با فناوری نانو، در مقایسه با کودهای غیرنانو می ­تواند تاثیرات قابل توجهی بر ویژگی­های فیزیولوژیکی گیاهان داشته باشد.
۱-۱-۳ فواید و معایب نانو تکنولوژی
فناوری نانو پیشرفت­های گسترده­ای در علم کشاورزی داشته است، از قبیل تولید و فناوری تبدیل ضایعات کشاورزی به انرژی و سایر محصولات جانبی مفید از طریق پردازش نانو زیستی آنزیمی و پیشگیری و درمان بیماری­های گیاهی و غیره (Carmen, 2003). فناوری نانو قادر به تولید نانو حسگرهایی است که در کوچکترین سطوح قادر به تشخیص پاتوژن هستند. همچنین فناوری نانو دارای راه حل برای تجزیه مداوم مواد شیمیایی به اجزای بی­ضرر و گاهی اوقات مفید است (Baruah and Dutta, et al., 2009).
استفاده از نانو مواد تولید شده، نه تنها به­ دلیل خواص منحصر به فردشان دارای مزایایی هستند، بلکه معایب آن­ها به خاطر استفاده از انرژی زیاد و حجم CO₂ تولید شده ناشی از سوخت­های دیزلی، گداختن فلزات و حرارت دادن پلیمرهای ساخته شده با فناوری نانو می­باشد. از این رو مهم است به منظور افزایش عملکرد اقتصادی و کاهش اثرات زیست محیطی نانو مواد، مزیت­های این تکنولوژی نو پا تقویت شده و در عین حال با معایب آن­ها مقابله شود (Gao, 2013).
اینگل و همکاران در سال ۲۰۰۸ نشان دادند که در صورتی­که نانو مواد استنشاق شوند در مجاری تنفسی و ریه­ها رسوب می­ کنند (Ingle, et al., 2008). در تحقیقی مشابه اثر مخرب نانو ذرات نقره بر التهاب ریه تایید شد (Asharani, et al. 2009).

اهمیت گیاه توتون
توتون از دیرباز در قالب تولید دخانیات، ارزش اقتصادی زیادی برای بسیاری از کشورها در دنیا داشته­است. امروزه نگرش دارویی به این گیاه، مسیر تازه­ای را برای استفاده بهینه از توتون در دنیا فراهم کرده­است، به ­طوریکه توتون در آینده به­عنوان محصول مهم تولید پروتئین نوترکیب و از منابع ارزشمند گیاهی به دنیا معرفی خواهد شد (Fischer and Emans, 2000).
از یک دهه قبل تاکنون، توتون از منابع مهم تولید پروتئین­های دارویی در دنیا محسوب می­ شود. امروزه تولید پروتئین­های نوترکیب مثل آنتی­بادی­ها، واکسن­ها، پروتئین­های تنظیم­کننده و آنزیم­ها یک صنعت دارویی رو به رشد در دنیا محسوب می­شوند (Garber, 2001).
همچنین بر اساس نتایج به­دست آمده، از عصاره برگ توتون برای رفع کچلی، سودا و زخم­های عفونی نیز استفاده می­ شود (Berenji, F. et al. 2013).
۱-۲-۱تاریخچه توتون
توتون گیاهی است که به­ طور بومی در شمال و جنوب امریکا رشد می­ کند. گفته می­ شود که ۶۰۰۰ سال قبل از میلاد مسیح توتون در امریکا رشد کرد. بطوریکه سرخپوستان امریکایی از توتون در بسیاری از اعمال مذهبی خود استفاده می­کردند و اعتقاد داشتند که توتون مسکن مناسبی برای دردهاست (Gunn, 1887).
در ۱۵ اکتبر ۱۴۹۲، کریستف کلمب توتون خشک را بعنوان یک هدیه از سرخپوستان امریکایی دریافت کرد. بلافاصله پس از آن ملوانان توتون را به اروپا آورده و کارخانه­­های تولید توتون در سراسر اروپا تاسیس شد. دلیل اصلی محبوبیت رشد توتون در اروپا، خواص درمانی آن بود. اروپایی ها بر این باور بودند که توتون می ­تواند تقریبا هر چیزی، از بوی بد دهان تا سرطان را درمان کند (Grzybowski 2005).
اما کشت توتون نخستین بار در سال ۱۵۴۸ میلادی توسط پرتغالی ها در کشور برزیل صورت گرفت، آنگاه در سال ۱۵۵۶میلادی توسط سفیر فرانسه در پرتغال به نام ژان نیکوت به فرانسه برده شد و به افتخار این شخص جنس توتون، نیکوتیانا و آلکالوئید آن نیکوتین نام گرفت. سپس در سال ۱۵۵۹ به اسپانیا راه یافت، در سال ۱۵۶۴ سیاحی بنام سرجان هاوکینز و همکارانش از آمریکای شمالی به انگلستان مراجعت نموده و توتون و استعمال آنرا به مردم انگلستان معرفی نمودند. در سال ۱۵۸۰ میلادی نخستین بار اروپائیان توتون را در کوبا کشت کردند و در همین سال توتون به ترکیه و لهستان نیز راه یافت (Benedict, 2005).
۱-۲-۲ مناطق تولید توتون در جهان
از سال ۱۹۶۰ بخش عمده­ای از تولیدات توتون از امریکا به آفریقا و آسیا نقل مکان کرد. در آن زمان نیمی از زمین­های کشت توتون در امریکا، کانادا و مکزیک بود; اما امروزه در چین، مالاوی و تانزانیا کشت توتون ۲ برابر شده است (Benedict, 2005).
کشت توتون در بیش از ۱۲۵ کشور دنیا افزایش یافت و بیش از ۴ میلیون هکتار زمین را به خود اختصاص داده است که تنها ۳/۱ هکتار آن در چین است. محصول توتون در امریکا به ارزش حدود ۲۰ میلیارد دلار، بخش کوچکی از فروش محصولات توتون در جهان می­باشد (lizars, 1883).
۱-۲-۳ مناطق مستعد کشت توتون در ایران
مناطق کشت توتون در ایران شامل استان­های آذربایجان غربی (شهرهای سردشت، قره ضیا الدین، ارومیه، مهاباد، بوکان، اشنویه و خوی) ، کردستان (شهرهای مریوان، بانه و سقز )، گلستان (شهرهای علی آباد، گرگان، مینودشت و دوزین)، گیلان (شهرهای تالش، آستارا و صومعه سرا ) و مازندران (شهرهای بهشهر، ساری، سورک و نکا) است (Kavoosi, 2006).

مشخصات گیاه­شناسی توتون
توتون با نام علمی Nicotiana tabacum L از تیره سیب­ زمینی، روزکوتاه، خودگشن و ۴۸n=2 کروموزومی است. این گونه به همراه توتون شرقی (Nicotiana rustica) و ایرانی (Nicotiana persica) در ایران کشت می­ شود (McCants and Woltz 2006).