SUPERVISOR
موسی سلگی (استاد راهنما) حسین شریعتمداری (استاد مشاور) مریم حقیقی (استاد راهنما) اکبر مبینی خالدی (استاد مشاور)
STUDENT
Reza Abolghasemi
رضا ابوالقاسمی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391
TITLE
Synthesis of Bio-nano Zinc Particles Using Plant Waste for Nutrition of Tomato
Nanotechnology in a simple definition means nano-sized technology. Nanotechnology applications and potentials make new hopes for environment protection. In recent years mass production and buildup of plant residues especially medicinal plant residues is a serious environmental issue, therefore reuse and recycling of these wastes to the value added products become a major scientific and technical challenge. This study was aimed to investigate the application of two medicinal plant residues in production of some nano zinc compounds as sources of zinc in a nutrient solution culture. In a preliminary work, the residues extract of different medicinal plants as chicory, marshmallow, thyme and moshgak were examined in production of nono zinc compounds as a green and environmental friendly method. Among the tested residues, thyme ( Timus vulgaris ) and moshgak ( Ducrosia anethifolia) residues showed the best results in nano zinc oxide and nano zinc sulfide production, respectively. Therefore, in this experiment the extracts of these two plants were used for production of nano zinc oxide and nano zinc sulfide. The produced nono-zinc compounds were then characterized using scanning electron microscopy (SEM), UV-VIS and FTIR spectroscopy and X-ray diffraction (XRD) techniques. The applied techniques confirmed the successful production of nano zinc oxide and nano zinc sulfide using the extracts of thyme and moshgak residues, respectively. In a nutrient solution culture, the nano zinc compounds were then examined as sources of zinc in comparison with laboratory grade zinc sulfate and zinc acetate. For this purpose four zinc sources as zinc sulfate, zinc acetate, nano zinc oxide and nano zinc sulfide; three zinc levels as 0.2, 1 and 2 mM in modified Jhonson nutrient solution were examined to grow tomato hydroponicaly, in a research greenhous at Isfahan University of Technoloy. The test was carried out with three replications in a factorial experiment with a complete randomized design. The results indicated that the shoot diameter, greenness index, photosynthesis, leaf numbers, flower numbers, plant height, shoot fresh and dry weight, root fresh and dry weight, root volume and shoot Zn content were significantly affected by the zinc sources. Also plant height, shoot fresh weight, root dry weight and shoot Zn concentration were significantly affected by the solution Zn levels. The interaction between different Zn levels and sources on shoot dry weight was significant. The mean comparisons indicated that the highest values of all measured factors except stem diameter were related to the nano zinc sulfide source. The maximum stem diameter was observed in nano zinc oxide and the minimum was related to zinc sulfate treatment. The lowest photosynthesis rate, leaf numbers, plant height and root volume were also in zinc sulfate treatment. The highest and lowest shoot and root dry weight were related to nano zinc sulfide and zinc sulfate, respectively. With increasing Zn concentration of nutrient solution the shoot and root fresh and dry weight were increased. The maximum and minimum greenness indexes were observed in 2 and 0.2 mM zinc concentrations, respectively. Shoot zinc content was increased significantly with the Zn levels of nutrient solution. Overally the nano zinc compounds showed better results in tomato growth parameters as compared with the zinc sulfate source, althogh the superiority for nano zinc oxide was not significant. In conclusion the manufactured nano zinc sulfide with the green method increased all measured plant factors and it could be a suitable zinc source in nutrient solution for tomato needs Keywords : Nanoparticles, Green chemistry, Herbal extract, Waste, Thyme, Moshgak
نانو فناوری در تعریفی بسیار ساده، یعنی فناوری هایی که در ابعاد نانومتری عمل می کنند. کاربرد ها و توانایی های بالقوه در فناوری نانو، امید ها و چشم انداز های جدیدی در راستای حفظ محیط زیست ایجاد نموده است. میزان ضایعات گیاهی از جمله پسماند های گیاهان دارویی یکی از بزرگترین مشکلات زیست محیطی سال های اخیر کشور است. در فرآیند توسعه صنعتی - اقتصادی استفاده از پسماند ها و بازیافت آنها به محصولات با ارزش، یک امر ضروری است. این مطالعه با هدف بررسی روش های مدیریت پسماند های کشاورزی با تاکید بر بازیافت و سنتز نانوذرات روی و سپس کاربرد این نانوذرات بعنوان منبع روی در محلول غذایی برای گوجه فرنگی انجام گردید. در مطالعه حاضر از پسماند های گیاهان دارویی مختلف به منظور تولید نانوذرات روی استفاده شد. طی بررسی های اولیه انجام گرفته روی عصاره پسماند های گیاهان موجود، مشخص شد که از بین عصاره ی گیاهان دارویی کاسنی، ختمی، آویشن و مشگک، عصاره پسماند آویشن ( Timus vulgaris ) برای سنتز نانو اکسید روی و عصاره پسماند مشگک ( Ducrosia anethifolia ) برای سنتز نانو سولفیدروی مناسب است. بدین منظور عصاره پسماند های گیاهی تهیه و این عصاره در مرحله بعدی برای سنتز نانوذرات اکسید و سولفید روی استفاده شد. نانو پودر های تولید شده با استفاده از رنگ ظاهری، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، اسپکتروفتومتری UV-VIS ، FTIR و پرتو اشعه ایکس (XRD) مشخصه یابی گردیدند. بررسی حاصل از دستگاه UV-VIS نشان داد که در محدوده ی جذبی مورد انتظار برای نانوذرات، جذب صورت گرفته است. نتایج میکروسکوپ الکترونی روبشی بیانگر تولید موفقیت آمیز نانوذرات از پسماند های گیاهان دارویی است. در نهایت مشخصه یابی نانوذرات نشان داد که پسماند آویشن توانایی تولید نانو ذرات اکسید روی و پسماند مشگک توانایی تولید نانو ذرات سولفیدروی را دارد. در آزمایش بعد کارایی نانوذرات تولیدی بعنوان منبع تامین کننده روی در کشت هیدروپونیک گوجه فرنگی با استات روی و سولفات روی تجاری موجود در بازار مقایسه شد. به همین منظور آزمایشی به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی در گلخانه های پژوهشی دانشگاه صنعتی اصفهان با چهار منبع روی (سولفات روی، استات روی، نانواکسیدروی و نانوسولفید روی) و سه سطح روی (2 ، 1 و 2/0 میکرومولار) با سه تکرار برای هر تیمار به اجرا درآمد. نتایج نشان داد قطر ساقه، شاخص سبزینگی، فتوسنتز، تعداد برگ، تعداد گل، ارتفاع بوته، وزن تر و خشک اندام هوایی، وزن تر و خشک ریشه، حجم ریشه، غلظت روی اندام هوایی بطور معنی داری تحت تاثیر منبع تامین روی قرار گرفت. همچنین ارتفاع بوته، وزن تر اندام هوایی، وزن تر و خشک ریشه و غلظت روی اندام هوایی بطور معنی داری تحت تاثیر سطوح مختلف روی قرار گرفت. برهمکنش بین منابع و سطوح مختلف روی بر وزن تر و خشک اندام هوایی معنی دار شد. مقایسه میانگین ها نشان داد بیشترین مقدار در کلیه صفات اندازه گیری شده بجز قطر ساقه، مربوط به تیمار نانو سولفیدروی بود. بیشترین میزان قطر ساقه در تیمار نانواکسیدروی و کمترین میزان در سولفات روی دیده شد. کمترین میزان فتوسنتز، تعداد برگ، ارتفاع بوته و حجم ریشه در تیمار سولفات روی مشاهده شد. بیشترین و کمترین وزن تر و خشک اندام هوایی و ریشه به ترتیب در تیمارهای نانو سولفیدروی و سولفات روی (شاهد) مشاهده شد. همچنین با افزایش غلظت روی روند صعودی در وزن تر اندام هوایی و وزن تر و خشک ریشه دیده شد. بیشترین شاخص سبزینگی مربوط به غلظت 2 میکرومولار و کمترین شاخص سبزینگی در غلظت 2/0 میکرومولار مشاهده شد. غلظت روی در اندام هوایی با افزایش سطح روی در محلول غذایی بطور معنی داری افزایش یافت. بر اساس نتایج بدست آمده گیاه گوجه فرنگی در محلول غذایی حاوی نانوذرات سولفید روی، رشد و عملکرد نهایی بیشتری در مقایسه با شاهد داشت. علاوه بر این نانواکسید روی نیز برتری عملکرد در مقایسه با شاهد را نشان داد ولی این برتری به اندازه نانو سولفیدروی نبود. بطور کلی می توان بیان کرد نانوذرات سولفیدروی تولیدی با استفاده از روش سبز به دلیل اینکه در کلیه صفات مورد اندازه گیری برتری نشان داد، منبع مناسبی برای تامین روی مورد نیاز گوجه فرنگی در محلول جانسون می باشد. واژه های کلیدی : نانو ذرات، شیمی سبز، عصاره گیاهان، پسماند، آویشن، مشگک