مروری کوتاه بر نانومواد شیمیایی کشاورزی
محورهای موضوعی : کاربرد نانوساختارها
عبدالمنان ناروئی
1
,
میلاد ناروئی
2
1 - گروه شیمی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران
2 - گروه شیمی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران
کلید واژه: نانوساختار, نانوآفت‌کش, نانوفناوری,
چکیده مقاله :
در سال‌های اخیر، نانوتکنولوژی به دلیل کاربردهای گسترده آن در زمینه‌های مختلف مورد توجه بسیاری قرار گرفته است. با افزایش مساحت سطح نانوساختارها، کارایی کاربردی این ساختارها نیز افزایش می‌یابد. امروزه کاربرد بالقوه نانوتکنولوژی در زمینه کشاورزی منجر به تحقیقات گسترده‌ای شده است. ترکیب نانوتکنولوژی و کشاورزی ابزار جدیدی است و منجر به تولید نانو کودها، نانو علف‌کش‌ها، نانو قارچ‌کش‌ها، نانو آفت‌کش‌ها و نانو حشره‌کش‌ها می‌شود که معمولاً به عنوان نانومواد شیمیایی کشاورزی از آن ها نام برده می شود. این نانومواد شیمیایی کشاورزی به دلیل طبیعت مقرون به صرفه و همچنین سازگاری با محیط زیست، توجه بسیاری از دانشمندان را به خود جلب کرده‌اند. علاوه بر مزایای بسیار زیاد در کشاورزی، نانو-مواد شیمیایی کشاورزی همچنین به جایگزینی کودهای مصنوعی و آفت‌کش‌ها کمک می‌کنند که منجر به افزایش بازدهی محصولات می‌شود. با این حال، تحقیقات گسترده‌ای در این زمینه در حال انجام است. برخی از چالش های پیش رو شامل قابلیت دسترسی برای کشاورزان، هزینه تولید ، عدم آگاهی، تأثیر نامناسب بر محیط زیست، انسان و غیره است. این مقاله به بررسی تأثیرات فعلی نانوفناوری در کشاورزی، مواد شیمیایی کشاورزی و خصوصیات آنها و همچنین به اهمیت نانوفناوری در توسعه پایدار کشاورزی می‌پردازد.
In recent years, nanotechnology has received much attention due to its wide applications in various fields. As the surface area increases, the functional efficiency of the nanostructure also increases. Today, the potential application of nanotechnology in the field of agriculture has led to extensive research. The combination of nanotechnology and agriculture is a new tool and leads to the production of nano-fertilizers, nano-herbicides, nano-fungicides, nano-pesticides and nano-insecticides, commonly referred to as nano-agrochemicals. These nano agrochemical have gained a lot of research interest due to their cost-effective and environmentally friendly nature. In addition to the many benefits of nano-agrochemicals in agriculture, they help to replace synthetic fertilizers and pesticides, leading to increased yields of production. However, extensive research is being done in this field. Some of the challenges include accessibility for farmers, cost of production, lack of awareness, impact on the environment, humans, etc. This article reviews the current impacts of nanotechnology in agriculture, agrochemicals and their characterizations and also importance of nanotechnology on sustainable development of agriculture.
1. Y. Shang, M.K. Hasan, G.J. Ahammed, M. Li, H. Yin, J. Zhou, Molecules. 24, 14 (2019).
2. M. Usman, M. Farooq, A. Wakeel, A. Nawaz, S.A. Cheema, H. ur Rehman, I. Ashraf, M. Sanaullah, Sci. Total Environ. 721, 137778 (2020).
3. P. Zhang, Z. Guo, S. Ullah, G. Melagraki, A. Afantitis, I. Lynch, Nat. Plants. 7, 7 (2021).
4. A. Acharya, P.K. Pal, NanoImpact. 19, 100232 (2020).
5. A. Malakar, S.R. Kanel, C. Ray, D.D. Snow, M.N. Nadagouda, Sci. Total Environ.. 759, 143470 (2021).
6. R.J. Peters, H. Bouwmeester, S. Gottardo, V. Amenta, M. Arena, P. Brandhoff, H.J. Marvin, A. Mech, F.B. Moniz, L.Q. Pesudo, Trends in Food Sci. Technol.. 54, 155(2016).
7. N. Omerović, M. Djisalov, K. Živojević, M. Mladenović, J. Vunduk, I. Milenković, N.Ž. Knežević, I. Gadjanski, J. Vidić, Compr. Rev. Food Sci. Food Saf. 20, 3 (2021).
8. P. Pramanik, P. Krishnan, A. Maity, N. Mridha, A. Mukherjee, V. Rai, Environmental Nanotechnology Volume 4. 317(2020).
9. A. Sridhar, M. Ponnuchamy, P.S. Kumar, A. Kapoor, Environ. Chem. Lett.. 19, 2 (2021).
10. Z. Iqbal, M.I. Ansari, A.G. Memon, G. Gupta, M.S. Iqbal, Nanomaterials in Combating Plant Stress: An Approach for Future Applications, in: J.M. Al-Khayri, M.I. Ansari, A.K. Singh (Eds.), Nanobiotechnology : Mitigation of Abiotic Stress in Plants, (Springer International Publishing, Cham, 2021), pp. 561-576.
11. A. Kumar, A. Choudhary, H. Kaur, S. Guha, S. Mehta, A. Husen, Chemosphere. 295, 133798 (2022).
12. S.S. Salem, A. Fouda, Biol. Trace Elem. Res. 199, 1 (2021).
13. N. Mitter, K. Hussey, Nature Nanotech. 14, 6 (2019).
14. K. Jabeen, F. Anum, Myco-nanotechnology in Agriculture, in: S. Javad (Ed.), Nanoagronomy, (Springer International Publishing, Cham, 2020), pp. 53-68.
15. L. Castillo-Henríquez, K. Alfaro-Aguilar, J. Ugalde-Álvarez, L. Vega-Fernández, G. Montes de Oca-Vásquez, J.R. Vega-Baudrit, Nanomaterials. 10, 9 (2020).
16. N. Kučuk, M. Primožič, Ž. Knez, M. Leitgeb, Int. J. Mol. Sci. 24, 4 (2023).
17. D. Wang, N.B. Saleh, A. Byro, R. Zepp, E. Sahle-Demessie, T.P. Luxton, K.T. Ho, R.M. Burgess, M. Flury, J.C. White, C. Su, Nature Nanotech. 17, 4 (2022).
18. Y.W. Chen, H.V. Lee, J.C. Juan, S.-M. Phang, Carbohydr. Polym. 151, 1210(2016).
19. S.A. Younis, K.-H. Kim, S.M. Shaheen, V. Antoniadis, Y.F. Tsang, J. Rinklebe, A. Deep, R.J.C. Brown, Renew. sustain. energy rev. 152, 111686 (2021).
20. K. Paunovska, D. Loughrey, J.E. Dahlman, Nat. Rev. Genet. 23, 5 (2022).
21. S.-Y. Kwak, M.H. Wong, T.T.S. Lew, G. Bisker, M.A. Lee, A. Kaplan, J. Dong, A.T. Liu, V.B. Koman, R. Sinclair, C. Hamann, M.S. Strano, Annu. Rev. Anal. Chem. 10, 1 (2017).
22. C. An, C. Sun, N. Li, B. Huang, J. Jiang, Y. Shen, C. Wang, X. Zhao, B. Cui, C. Wang, X. Li, S. Zhan, F. Gao, Z. Zeng, H. Cui, Y. Wang, J. Nanobiotechnology. 20, 1 (2022).
23. R. Grillo, L.F. Fraceto, M.J.B. Amorim, J.J. Scott-Fordsmand, R. Schoonjans, Q. Chaudhry, J. Hazard. Mater. 404, 124148 (2021).
24. H. Chhipa, Chapter 6 - Applications of nanotechnology in agriculture, in: V. Gurtler, A.S. Ball, S. Soni (Eds.), Methods in Microbiology, (Academic Press 2019), pp. 115-142.
25. H. Singh, A. Sharma, S.K. Bhardwaj, S.K. Arya, N. Bhardwaj, M. Khatri, Environ. Sci, Process Impacts 23, 2 (2021).
26. M. Nuruzzaman, M.M. Rahman, Y. Liu, R. Naidu, J. Agric. Food Chem. 64, 7 (2016).
27. I. Ul Haq, S. Ijaz, Use of Metallic Nanoparticles and Nanoformulations as Nanofungicides for Sustainable Disease Management in Plants, in: R. Prasad, V. Kumar, M. Kumar, D. Choudhary (Eds.), Nanobiotechnology in Bioformulations, (Springer International Publishing, Cham, 2019), pp. 289-316.
28. A.R. Petosa, F. Rajput, O. Selvam, C. Öhl, N. Tufenkji, Water Res. 111, 10(2017).
29. C.R. Maruyama, M. Guilger, M. Pascoli, N. Bileshy-José, P.C. Abhilash, L.F. Fraceto, R. de Lima, Sci. Rep.. 6, 1 (2016).
30. J. Jampilek, K. Zaruba, M. Oravec, M. Kunes, P. Babula, P. Ulbrich, I. Brezaniova, R. Opatrilova, J. Triska, P. Suchy, Biomed Res. Int. 2015, (2015).
31. S. Kumar, G. Bhanjana, A. Sharma, M.C. Sidhu, N. Dilbaghi, Carbohydr. Polym. 101, 1061(2014).
32. N. Memarizadeh, M. Ghadamyari, M. Adeli, K. Talebi, Ecotoxicol. Environ. Saf.. 107, 77(2014).
33. C. Sun, K. Shu, W. Wang, Z. Ye, T. Liu, Y. Gao, H. Zheng, G. He, Y. Yin, Int. J. Pharm.. 463, 1 (2014).
34. R. Grillo, A.E.S. Pereira, C.S. Nishisaka, R. de Lima, K. Oehlke, R. Greiner, L.F. Fraceto, J. Hazard. Mater.. 278, (2014).
35. J. Jerobin, R.S. Sureshkumar, C.H. Anjali, A. Mukherjee, N. Chandrasekaran, Carbohydr. Polym.. 90, 4 (2012).
36. A. Chevillard, H. Angellier-Coussy, V. Guillard, N. Gontard, E. Gastaldi, Journal of Hazardous Materials. 205, 32(2012).
37. V. Saharan, A. Mehrotra, R. Khatik, P. Rawal, S.S. Sharma, A. Pal, Int. J. Biol. Macromol. 62, 677(2013).
38. R. Grillo, N.F.S. de Melo, R. de Lima, R.W. Lourenço, A.H. Rosa, L.F. Fraceto, J. Polym. Environ. 18, 1 (2010).
39. A. Rastogi, D.K. Tripathi, S. Yadav, D.K. Chauhan, M. Živčák, M. Ghorbanpour, N.I. El-Sheery, M. Brestic, 3 Biotech. 9, 3 (2019).
40. R. Liu, R. Lal, Science of The Total Environment. 514, 131(2015).
41. B. Czarnobai De Jorge, R. Bisotto-de-Oliveira, C.N. Pereira, J. Sant'Ana, Pest Manag. Sci. 73, 9 (2017).
42. A. do Espirito Santo Pereira, H. Caixeta Oliveira, L. Fernandes Fraceto, C. Santaella, Nanomaterials. 11, 2 (2021).
43. R. Hou, Z. Zhang, S. Pang, T. Yang, J.M. Clark, L. He, Environ. Sci. Technol.. 50, 12 (2016).
44. C.D. Patil, H.P. Borase, R.K. Suryawanshi, S.V. Patil, Enzyme Microb. Technol. 92, 18(2016).
45. S. Kumar, G. Bhanjana, A. Sharma, N. Dilbaghi, M.C. Sidhu, K.-H. Kim, Sci. Total Environ. 586, 1272(2017).
46. W. Elmer, J.C. White, Annu. Rev. Phytopathol. 56, 1 (2018).
47. Z. Xiao, N. Fan, W. Zhu, H. Qian, X. Yan, Z. Wang, S. Rasmann, ACS Nano. 17, 3107(2023).
48. S.K. Moorthy, C.H. Ashok, K.V. Rao, C. Viswanathan, Mater. Today: Proc. 2, 9, Part A (2015).
49. S. Abinaya, H.P. Kavitha, M. Prakash, A. Muthukrishnaraj, Sustain. Chem. Pharm. 19, 100368 (2021).
50. S. Husain, A. Nandi, F.Z. Simnani, U. Saha, A. Ghosh, A. Sinha, A. Sahay, S.K. Samal, P.K. Panda, S.K. Verma, J. Funct. Biomater. 14, 1 (2023).
51. H. Chhipa, Environ. Chem. Lett. 15, 1 (2017).
52. H.S. Bindra, B. Singh, 3 - Nanofertilizers and nanopesticides: Future of plant protection, in: S. Jogaiah, H.B. Singh, L.F. Fraceto, R.d. Lima (Eds.), Advances in Nano-Fertilizers and Nano-Pesticides in Agriculture, )Woodhead Publishing 2021(, pp. 57-84.
53. N. Joudeh, D. Linke, J. Nanobiotech. 20, 1 (2022).
54. M. Young, D. Willits, M. Uchida, T. Douglas, Annu. Rev. Phytopathol.. 46, 1 (2008).
55. O. Delgadillo-Vargas, R. Garcia-Ruiz, J. Forero-Álvarez, Agric. Ecosyst. Environ. 218, 150(2016).
56. A.K. Srivastava, A. Dev, S. Karmakar, Environ. Chem. Lett. 16, 1 (2018).
57. M. Kaushal, S.P. Wani, Nanosensors: Frontiers in Precision Agriculture, in: R. Prasad, M. Kumar, V. Kumar (Eds.), Nanotechnology: An Agricultural Paradigm, (Springer Singapore, Singapore, 2017), pp. 279-291.
58. T.A. Saleh, Trends Environ. Anal. Chem.. 28, e00101 (2020).
59. R.P. Singh, R. Handa, G. Manchanda, J. Controlled Release. 329, 1234(2021).
60. B. Bocca, F. Barone, F. Petrucci, F. Benetti, V. Picardo, V. Prota, G. Amendola, Food Chem. Toxicol.. 146, 111816 (2020).
61. W. Fu, J. Min, W. Jiang, Y. Li, W. Zhang, Sci. Total Environ. 721, 137561 (2020).
62. A.S. Tsagkaris, S.G. Tzegkas, G.P. Danezis, J. Food Sci. Technol.. 55, 8 (2018).
63. R. Singh, N. Kumar, R. Mehra, H. Kumar, V.P. Singh, Trends Environ. Anal. Chem. 26, e00086(2020).
64. M. Sajid, J. Płotka-Wasylka, Microchem. J. 154, 104623 (2020).
65. H. Cai, E.G. Xu, F. Du, R. Li, J. Liu, H. Shi, J. Chem. Eng. 410, 128208(2021).
66. S. Shakiba, C.E. Astete, S. Paudel, C.M. Sabliov, D.F. Rodrigues, S.M. Louie, Environ. Sci.: Nano. 7, 1 (2020).
67. Y. Picó, TrAC Trends Anal. Chem. 84, 149(2016).
68. A. Samsidar, S. Siddiquee, S.M. Shaarani, Trends Food Sci. Technol. 71, 188(2018).
69. T. Rasheed, M. Bilal, F. Nabeel, M. Adeel, H.M.N. Iqbal, Environ. Int. 122, 52(2019).
70. R. Jackson, B.A. Logue, Anal. Chim. Acta. 960, 18(2017).
71. N. Dasgupta, S. Ranjan, C. Ramalingam, Environ. Chem. Lett. 15, 4 (2017).
72. R. Prasad, A. Bhattacharyya, Q.D. Nguyen, Front. Microbiol.. 8, 1014 (2017).
73. A. Syafiuddin, Salmiati, M.R. Salim, A. Beng Hong Kueh, T. Hadibarata, H. Nur, J. Chin. Chem. Soc. 64, 7 (2017).
74. A. Shafi, J. Qadir, S. Sabir, M. Zain Khan, M.M. Rahman, Nanoagriculture: A Holistic Approach for Sustainable Development of Agriculture, in: O.V. Kharissova, L.M.T. Martínez, B.I. Kharisov (Eds.), Handbook of Nanomaterials and Nanocomposites for Energy and Environmental Applications, (Springer International Publishing, Cham, 2020), pp. 1-16.
75. S.A. Ashraf, A.J. Siddiqui, A.E.O. Elkhalifa, M.I. Khan, M. Patel, M. Alreshidi, A. Moin, R. Singh, M. Snoussi, M. Adnan, Sci. Total Environ. 768, 144990(2021).
76. D.J. McClements, ACS Omega. 5, 46 (2020).
77. R. Dixit, Wasiullah, D. Malaviya, K. Pandiyan, U.B. Singh, A. Sahu, R. Shukla, B.P. Singh, J.P. Rai, P.K. Sharma, H. Lade, D. Paul, Sustainability. 7, 2 (2015).
78. P. Marzbani, Y.M. Afrouzi, A. Omidvar, Maderas. Ciencia y tecnología. 17, 1 (2015).
79. A. Sahoo, J. Sethi, K.B. Satapathy, S.K. Sahoo, G.K. Panigrahi, Nanotech. Environ. Engin. 1(2022).
80. A. Solomon, Res. J. Nanosci. Eng. 2, (2018).
81. A. Bhattacharyya, P. Duraisamy, M. Govindarajan, A.A. Buhroo, R. Prasad, Nano-Biofungicides: Emerging Trend in Insect Pest Control, in: R. Prasad (Ed.), Advances and Applications Through Fungal Nanobiotechnology, (Springer International Publishing, Cham, 2016), pp. 307-319.
82. S. Gottardo, A. Mech, J. Drbohlavová, A. Małyska, S. Bøwadt, J. Riego Sintes, H. Rauscher, NanoImpact. 21, 100297(2021).
83. J.L. de Oliveira, E.V.R. Campos, M. Bakshi, P.C. Abhilash, L.F. Fraceto, Biotech. Adv. 32, 8 (2014).
84. W. Nilmini, J. Res. Tech. Engin. 2, 1 (2021).
85. C. Bartolucci, A. Antonacci, F. Arduini, D. Moscone, L. Fraceto, E. Campos, R. Attaallah, A. Amine, C. Zanardi, L.M. Cubillana-Aguilera, J.M. Palacios Santander, V. Scognamiglio, TrAC Trends Anal. Chem.. 125, 115840(2020).