تشخیص کمبود نیتروژن در گیاهان با طیف سنج رامان

خرداد ۲۹, ۱۴۰۲
فاطمه باقری کارشناس شیمی محض
بدون نظرات

یکی از مهم‌ترین مسائل در حوزه شناسایی، پیدا کردن روش‌هایی است که بتوان از طریق آن‌ها عناصر و ترکیبات موجود در هر ماده را شناسایی کرد. یکی از این عناصر مهم نیتروژن است. حتما می‌دانید که وجود نیتروژن به چه مقدار برای گیاهان حیاتی است و کمبود آن باعث نابودی آن‌ها می‌شود. بنابراین به روش‌هایی نیاز است که بتوان از آن‌ها برای آنالیز نیتروژن کمک گرفت. اما نمی‌توان از هر روشی برای این کار استفاده کرد، چرا که بعضی از این روش‌ها نیاز به اپراتورهای فوق حرفه‌ای دارند. بعضی از آن‌ها مخرب بوده و تعدادی هم به سرعت پاسخ شما را نمی‌دهند. تا انتهای این مقاله همراه ما باشید تا بهترین روش را به شما معرفی کنیم.

همواره در همه‌ی عرصه‌ها تلاش برای بهبود روش‌ها، کاهش خسارات و نتیجه‌گیری در مدت زمان کوتاه انجام شده است. روش‌های مختلفی مورد آزمایش محققان قرار می‌گیرد تا درنهایت بهترین آن انتخاب شود.
در کشاورزی هم همواره مشکلات مختلفی کشاورزان و محصولات را تهدید می‌کند که نیازمند راه‌های موثر برای رفع این مشکلات است. از جمله این موارد کنترل غلظت نیتروژن در گیاهان است. در این مقاله انواع روش‌ها را معرفی کرده و بهترین مورد را بررسی می‌کنیم.
هدف از این مقاله پاسخ به سوالات شما در مورد چگونگی تعیین غلظت نیتروژن با استفاده از دستگاه طیف سنج رامان پرتابل و مزایای آن در مقایسه با سایر روش‌ها است.

با توجه به افزایش جمعیت جهانی، نیاز انسان به غذا هم به همان میزان بیشتر شده و در نتیجه افزایش بهره‌وری از محصولات کشاورزی برای پاسخگویی به تقاضای غذا بسیار اهمیت دارد. اما نکته‌ی مهم این است که بتوانیم از روش‌هایی استفاده کنیم که مخرب محیط زیست نباشد. از این رو استفاده از سیستم‌های کشاورزی هوشمند مانند حسگرها برای افزایش بهره‌وری و سودآوری بدون آسیب رساندن به محیط زیست بسیار مناسب است. این حسگرها می‌توانند غلظت نیتروژن را که یکی از اصلی‌ترین عوامل محدود کننده رشد محصولات کشاورزی است، شناسایی کنند.

**شکل ۱: تاثیر کمبود نیتروژن در گیاهان**

نقش نیتروژن در رشد گیاه

وجود نیتروژن برای رشد گیاه بسیار ضروری است و به تعیین بهره‌وری کشاورزی کمک می‌کند. محتوای نیتروژن در یک گیاه با محتوای کلروفیل و کارایی فتوسنتز آن مرتبط است.
کمبود غلظت نیتروژن در یک گیاه باعث خشکی و در نهایت پیری و کاهش عمر آن می‌شود. اغلب کمبودهای تغذیه‌ای گیاهان با افزودن کود در مزرعه کشاورزی برطرف می‌شود، اما اگر بیش از نیاز گیاه از کود استفاده شود، کود اضافی با رواناب یا نفوذ به سطح آب حذف می شود. این امر اکوسیستم آبی را آلوده می‌کند و در نتیجه اوتریفیکاسیون (eutrophication) ایجاد می‌کند. کشاورزی دقیق می‌تواند با تشخیص نیازهای غذایی دقیق گیاه از چنین آلودگی‌هایی جلوگیری کند.

مطالعه مقاله آنالیز کمی و عددی دارو با طیف سنجی رامان

رامان در تشخیص کمبود نیتروژن در گیاهان

گیاهان در طول رشد خود تنش‌های زیستی و غیر زنده‌ای را تجربه می‌کنند که بر عملکرد طبیعی سلولی آن‌ها تاثیر می‌گذارد. روش‌های مختلفی وجود دارد تا شما بتوانید مقدار عناصر و کمبود آن‌ها را در گیاهان مشخص کنید. کروماتوگرافی، ICP ، مادون قرمز و … از جمله این روش‌ها هستند. اما مشکل این روش‌ها این است که بعضی از آن‌ها تهاجمی هستند و در اثر آنالیز گیاه از بین می‌رود. ممکن است موجب تشخیص دیر هنگام کمبود نیتروژن در گیاه شود. هم چنین ممکن است به علت کمبود مواد مغذی دیگر نتایج آنالیز با هم تداخل داشته باشند. در نهایت کشاورزان به یک روشی نیاز دارند تا غیر تهاجمی، سریع و موثر باشد. ما به شما طیف سنجی رامان (Raman Spectroscopy) را پیشنهاد می‌دهیم.

اگر اسم این روش را شنیده باشید مطمئنا با کاربردهای فراوان آن آشنا هستید. اما اگر مرتبه اولی است که با این روش آشنا می‌شوید، کافی است برای آشنایی با کاربردهای بسیار آن سری به آکادمی طیف سنجی رامان بزنید. به طور کاربرد دیگری که در این حوزه وجود دارد نقش رامان پرتابل در تشخیص زمان برداشت گوجه فرنگی است.
اسپکتروسکوپی رامان قبلا برای اندازه‌گیری محتوای کلروفیل، بتاکاروتن و ذخیره سازی چربی در ریزجلبک‌ها در شرایط کمبود نیتروژن مورد استفاده قرار گرفته است.
محققان اخیرا کشف کرده‌اند که پیک‌های رامان مرتبط با نیتروژن را می‌توان در برگ‌ها اندازه‌گیری کرد. بنابراین، این روش می‌تواند به عنوان یک ارزیابی اولیه محتوای نیتروژن در یک گیاه عمل کند.

به طور کلی اسپکتروسکوپی رامان می‌تواند برای آنالیز سلامت گیاه به روشی غیر تهاجمی استفاده شود. محققان یک پیک رامان (cm^-۱) ۱۰۴۶ را به عنوان نشانه وضعیت نیتروژن در نوعی گیاه (Arabidopsis) شناسایی کردند. این پیک رامان برای نیتروژن با استفاده از مواد شیمیایی استاندارد از جمله نیترات کلسیم، نیترات آمونیوم و نیترات پتاسیم تایید شد. نکته مهم این است که این پیک رامان مخصوص تنش نیتروژن است و با سایر تنش‌های تغذیه‌ای رایج گیاه مانند پتاسیم و فسفر تداخلی ندارد.

مطالعه مقاله فناوری نانو در علوم پزشکی

اهمیت اصلی مطالعه‌ای که ذکر شد، تشخیص زودهنگام کمبود نیتروژن در محصولات سبزی، طی سه روز پس از گرسنگی نیتروژن بود و این تشخیص قبل از ظاهر شدن علائم کمبود در گیاهان صورت گرفت. تشخیص زودهنگام می‌تواند به کشاورزان و محققان کمک کند تا ابزارهای موثری ایجاد کنند.

شما برای این کار می‌توانید از رامان پرتابل ۷۸۵ نانومتر استفاده کنید. با این دستگاه می‌توانید آنالیزهای خود را در محل انجام دهید. در نهایت نتایج یک سری از آزمایش‌ها با یک طیف سنج رامان آزمایشگاهی قابل مقایسه است. در شکل زیر می‌توانید میکرو طیف سنج رامان و رامان پرتابل را هم مشاهده کنید.

مزایای طیف سنج رامان پرتابل در تشخیص نیتروژن گیاه

از مزایای اصلی این وسیله آنالیزی می‌توان به سادگی، دقت و سرعت آن اشاره کرد. این دستگاه می‌تواند به راحتی توسط کشاورزان در مزرعه و همچنین در آزمایشگاه توسط محققان استفاده شود. این ابزار می‌تواند از تلفات کشاورزی در اثر کمبود نیتروژن یا زوال زودرس برگ جلوگیری کند. همچنین می‌تواند سطوح تنش گیاهی ناشی از خشکی، گرما و سرما، شوری و نور را تشخیص دهد.
این ابزار به طور مثبت به کشاورزان برای به حداکثر رساندن عملکرد محصول کمک می‌کند. همچنین با کاهش رواناب نیتروژن و نفوذ به سطح آب، آلودگی آب را به حداقل می‌رساند.

جمع بندی

کمبود نیتروژن در گیاهان از راه‌های مختلفی می‌تواند شناسایی شود. اما مشکلاتی که این روش‌ها دارند از جمله تخریب و آلودگی محیط زیست باعث شده به سراغ روشی برویم که غیر مخرب باشد. در این مقاله درمورد روش طیف سنجی رامان صحبت کردیم که این مشکلات را نداشته و به شما کمک می‌کند در مدت زمان کوتاه کمبود نیتروژن را چه در مزارع و چه درآزمایشگاه‌ها شناسایی کنید. مزایای این روش عبارت اند از: