舒淇早期电影百度云盘:纳米农业

(2010-03-11 17:52:36)转载
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纳米技术
杂谈
分类： 国内外前卫物理范畴农业技术
一 纳米技术原理
纳米是一种长度单位。一纳米是十亿分之一米，或千分之一微米。直观上讲，人的头发直径一般为20-50微米，单个细菌用显微镜测出直径为5微米，而1纳米大体上相当于4个原子的直径。传统的特性理论和设备操作的模型和材料是基于临界范围普遍大于100纳米的假设，当材料的颗粒缩小到只有几纳米到几十纳米时，材料的性质发生了意想不到的变化。由于组成纳米材料的超微粒尺度，其界面原子数量比例极大，一般占总原子数的40%-50%左右，使材料本身具有宏观量子隧道、表面和界面等效应，从而具有许多与传统材料不同的物理、化学性质，这些性质不能被传统的模式和理论所解释。
激光气相法制备纳米粒子是最先进的技术之一，可用于制备常规化学法难以制备的许多类型的纳米粒子。由于激光气相法制备的纳米粒子具有颗粒小、粒度分布窄、成份可控、比表面积大等一系列优点，因此探索该类型的纳米粒子在催化方面的新作用，已成为纳米粒子应用的一个重要分支。此外，还有液相法制备纳米微粒如沉淀法、水热合成法、溶剂蒸发法等

激光气相法制成微粒图表
纳米技术是当前材料技术中最前沿的技术，它具有广阔的开发潜力与实际的运用前景，在生物上的运用叫纳米生物学，在农业领域的运用可以叫做纳米农业纳米农业就是研究结构尺寸在0.1至100纳米（有些资料为1至100纳米）范围内材料再农业中的应用。
二、纳米农业的理论研究基础
（一）种植业中的纳米技术试验性研究
1、纳米技术在种子上的实验
纳米技术处理种子是应用纳米"FLM"材料的能量转换性能，增强种子活力，提高植物种子体内酶的活性。从而促进植物生长，在原有品种农艺性状的基础上进一步提高植物的抗虫、抗病以及各种抗逆性能力。
（1）提高出苗率 用纳米技术处理过的种子能将吸收的自然界的光波转化为电磁波．从而使体内大分子团分裂成小分子团，在空间不变，分子数增加的情况下，分子团的运动速度加剧，相互碰撞的几率加大，活性也随之增加，能量也就增强，种子破土的能力也就大大的提高。
（2）幼苗长势快，根系发达，用纳米技术处理种子可调节植物体内的新陈代谢，提高抗逆性，促进根系生长，根系活力可提高82.09% 。
（3）节约化肥、农药 。植物吸收水肥离不开硝酸还原酶，硝酸还原酶的活性大小将直接影响到植物吸收的能力，而用纳米技术处理的种子，能使硝酸还原酶的活性提高132%，这无疑提高植物对水肥的吸收能力，提高了植物对肥料的利用率，实现节省化肥的目的。
（4）提高抗病、抗涝、抗旱、抗寒、抗衰等。纳米技术处理棉种能活化体内细胞，促进新陈代谢，提高机体的免疫力，增强植物的生长势，大大降低发病率。
（5）增加产量。 运用纳米技术处理种子，可提高水、肥、农药等物质的能量，增强体内酶的活性，促进新陈代谢，并在整个生长阶段都可广泛应用，一般增产20%.
（6）改善果实品质。其增强了光合作用，促进干物质的积累，改善果实的品质，像糖度能大幅增加。
2、通过纳米技术促进植物光合作用
植物光合作用的原初反应是在叶绿体的类囊体上进行的，通过类囊体上的作用中心色素，把可见光的光能转变为电能，水被光解，形成电子氧气质子，这些电子和质子通过光合磷酸化，形成不稳定的化学能，不稳定的化学能通过碳的同化形成稳定的化学能，也就是形成碳水化合物的过程，供给植物生长发育所使用。
喷洒在植物绿叶上的二氧化钛颗粒，吸收到植物后通过积极的光水解，给植物的光合作用补充、传递电子能量，以此来达到促进光合作用的主效果，而未被植物吸收的二氧化钛已固态留在植物表面，对于各种植物病原体显示杀菌以及防御的补助效果。也就是当紫外光照射在二氧化钛颗粒上时，在价带的电子被紫外光所激发，跃迁到导带形成自由电子(e-)，经过反应产生氢，而在价带形成一个带正电的空穴(h+)，并氧化水后产生氧，也就是在紫外线的作用下二氧化钛能够独立光水解形成电子、质子以及氧气，这样分解出来的电子、质子，并行于植物光反应阶段的电子传递，由此提高光合作用的速度
3、纳米技术推动新型农药的发展
纳米生物农药是利用植物源农药使其粒子纳米化，使原始中药类复杂成分所表现的粒子组、部分固相沉积、部分挥发油漂浮、相当一部分不溶于水的复杂非均相体系，变为了高分散、极易溶于水的稳定均相体状态，其物理、化学、和生物学也随之发生突变。运用钠米技术促使植物细胞壁破壁，使有效的脂溶性和水溶性的杀虫物质有效释放并直接作用于害虫，极大的提高了药效。
而且纳米物质的表面效应(粒度越小，比表面就越大)，充分降低用药量，从而在使用经济性上得到突破。像烟碱进行钠米技术加工后制备成的对人畜完全无毒副作用的钠米生物农药其杀虫效果达到普通农药的3倍，而生产成本相当于普通农药的一半。
在农业病虫防治上，经纳米加工技术粉碎至1微米以下细度，加上适当助剂，就成为很好的杀菌剂，甚至可以把一些固体农药直接加工成纳米农药。这种纳米级农药，易进入害虫的呼吸系统、消化系统及表皮内发挥作用。
4、化肥的纳米技术处理
植物的生长发育不但需要水分、矿质和有机物的供应，而且还受到植物激素的调节与控制，生长素就是其中之一。生长素对植物生长的细胞伸长、分裂和分化、果实的长大、豆科作物根瘤的形成均有作用。
实验证明纳米钛元素对植物的生长有一种类似于激素(生长素和细胞分裂素)的效应。示踪原子方法的试验还证明，纳米钛元素促进生长素向幼叶及根的运输。由于生长素与分裂素对根芽、维管组织及胚状体分化都有诱导作用，它们活化细胞内的脱氧核糖核酸，使之解除抑制，而后进行基因表达，形成新的信使核糖核酸和蛋白质(酶)， 通过调节代谢而引起生长发育改变，钛元素既有类激素的效应，又有促进内源激素向根运输的作用。
根是植物重要的营养器官， 靠它从土壤中吸收水分和肥料，根系发达，必然增加植物从土壤中吸收营养物质。对苹果、葡萄、番茄及小麦等的分析结果表明，使用纳米钛微肥后叶片中的氮、磷、钾、钙、硼、铁、锰、锌等含量均有提高、这就为增加产量和改善作物品质提供了基础。
5、纳米全面更新农业技术
（1）纳米技术改良盐碱地
盐碱地改良技术主要是将以纳米技术制造的盐碱地改良剂“纳米碳液”兑水后，均匀地喷洒在盐碱地上，通过纳米离子的有机活动，吸附土壤中的盐、碱离子，形成疏松、透气、PH值为中性的隔离层，从而达到盐碱地有效改良的目的。
（2）营养液的消毒杀菌
水生诱变及水培技术是当前农业领域较为先进的栽培技术,在蔬菜瓜果园艺花卉上有着广泛的用途与运用空间,能使植物的生长速度及农作物的产量质量大幅度提高,是未来设施农业中的一种主要栽培模式。但同时也存在着许多不足与弊。
（3）清除农药残留
空穴/电子对与表面和空气中水反应后可产生活性氧[0]和氢氧自由基[HO]等活性物质。这些活性物质具有极强的氧化作用，不仅能氧化破坏细菌、霉菌这些有机物的细胞膜，固化病毒的蛋白质，在杀菌的同时还能分解细菌尸体上释放出的有害复合物，也可将有机化学污染物完全氧化破坏，从而起到洁净环境和除臭等作用。由于在这种反应过程中其本身不参与反应，从而使反应可反复进行，所以能长期持久地起作用。
（4）农产品深加工
纳米材料固化酶，用于食品加工、酿造业和沼气发酵，可以大大提高生产效率；用纳米膜技术，可分离食品中多种营养和功能性物质。珍珠、蚕丝、茶叶等农副产品都可用纳米加工技术粉碎，生产食品、化妆品、保健品。未来，纳米技术还有可能将纤维素粉碎成单一葡萄糖和纤维二糖等，使地球上丰富的有机物成为人、畜可以利用的营养物质。运用纳米技术加工树脂，制成的保鲜袋和保鲜膜，在紫外线的照射下以及在无光的情况下也能发挥其良好的杀菌效果，以及有效的分解果蔬产生的乙烯和环境中有害有机物，不使用任何药剂就能起到良好的保鲜效果。
（二）畜牧业中的纳米技术前瞻性研究
1、运用纳米技术对动物品种改良
多年来，随着生物技术的不断发展，转基因技术得到巨大的发展，转基因技术可改造动物的基因组，能使其生长速度加快、瘦肉率提高、肉质改善、饲料利用率提高和抗病力加强等；也能使优良种畜迅速扩群，在短时间内培育出新品种。但与纳米技术相比，在培育出新品种方面后者优势更明显。试验证明（1989-1997）用显微注射技术（转基因技术一种）生产转基因动物，平均51.4个动物才得到一个转基因后代。若用纳米激素先将DNA全部分解为单个基因，然后根据需要进行组装，转基因整合率成功率几乎可达100%。同时，利用纳米技术，只要操纵DNA链上少数几种氨基酸甚至改变几个原子排列，就可以培养出有新性状品种甚至全新的物种。目前，应用原子力显微镜等纳米显微术，对单个DNA进行纳米级“分离手术”：先将纠缠一团的DNA分子链完整地拉直，并交叉铺叠成网络状两维网络，再利用原子间的相互作用，对分子链进行切割、弯曲、修剪，“写”出每个字母长仅300nm、宽200nm的3个字母“DNA”。该研究成果表明人类可以让单个DNA分子链展现其精细结构，并可操纵它实现分子结构改性，形成纳米结构或图形，使人类得以在更小的世界、更深入的层次上探索生命的奥秘，如可对基因突变进行快速精确的探测，提高搜索致病基因突变位点的速度和精确度；进行分子级手术，改造基因。
2、微量元素添加剂中应用的纳米技术
纳米微量元素的利用率几乎可以达到100%。这一点是可以肯定的，纳米微量元素可以不通过离子交换，直接渗透，从而大大提高了吸收的速度和利用率。例如，硒是动物必需微量元素，是谷胱甘肽氧化物等酶的活性中心成分。硒的一个显著特征是，它的营养剂量与毒性剂量之间范围较窄。因此，开发利用低毒高效硒制品，有机硒已逐步取代无机硒而得到普遍应用。但有机硒的低毒高效特征并不比无机硒具有非常强的优势，甚至两者的亚慢性毒性剂量非常接近的，研究结果表明，与其他形态硒相比，纳米硒具有较强的低毒高效优势。纳米硒对小鼠免疫系统的保护研究已经取得了较理想的结果。在急性毒性（LD50）方面，无机硒为15mg/kg，有机硒的含量在30-40mg/kg，纳米硒则为113mg/kg，在亚慢毒性方面，饲料中无机硒的含量在4-5mg/kg时，即可导致大量体重下降和肝硬化如果是纳米硒，硒含量在6mg/kg时，也不发生上述现象，由此说明纳米硒与有机硒或无机硒相比，毒性明显下降。
3、纳米技术改良兽药
兽药采用纳米技术后，药效能够大幅度提高，从而大大降低了使用剂量，可以在不换药的前提下解决药物残留问题。药物纳米载体具有高度靶向性、药物控制释放、提高难溶药物的溶解率和吸收率等优点，能提高药物疗效和降低毒副作用。例如，纳米氧化锌是面向21世纪的新产品，是饲料行业中优秀的氧化锌产品，具备一般氧化锌无法比拟的性能。因为纳米氧化锌有极强的化学活性，能与多种有机物发生氧化反应（包括细菌内的有机物），从而把大部分病菌和病毒杀死。有关的定量试验表明，在5分钟内纳米氧化锌的浓度为1%时，金黄色葡萄球菌的杀菌率为98.86%，大肠杆菌的杀菌率为99.93%。研究表明，饲料中添加纳米氧化锌，比一般氧化锌药效大幅度提高，并具有高吸收率，剂量小的特点。
4、纳米技术净化畜禽舍内空气理论
一些纳米元素是具有光催化功能的光半导体材料，，用于降低化学反应所需的能量，促使化学反应加快速度，但其本身却不因化学反应。它是以光的能量来作为化学反应能量来源，利用氧化物作为催化剂，加速氧化还原反应，使吸附在表面的氧气及水分子激发成极具活性的氢氧基OH-及负氧离子O2-，这些氧化力极强的自由基几乎可分解所有对人体或环境有害的有机物质及部分无机物质，使其迅速氧化分解为稳定且无害物质（水、二氧化碳），以达到净化空气的功用。纳米级二氧化钛具有光催化功能的光半导体材料，是目前国际上治理畜禽舍环境污染的一种理想化材料。高品质的纳米级光触媒在微弱的光线下也能做反应，若在紫外线的照射下其活性会加强。
纳米元素在紫外光作用下，激发物质表面电子，可连续发生能级跃迁，继而电子飞出，形成具有超强氧化能力的空穴(正穴)和具有超强还原能力的电子；空穴／电子对与表面和空气中水反应后可产生活性氧[0]和氢氧自由基[HO]等活性物质。这种反应过程可有以下几个步骤：在光的作用下产生空穴／电子对即TiO2＋光能(hv)→ → →电子(e-)＋正穴(h+)；空穴／电子对与表面和空气中水反应生成活性自由基即正穴(h+)＋水分子(H20)→→→0H-＋H+ ，电子(e-)+氧(02)→ → →活性氧(02-)。它反应所形成的空穴／电子对与表面和空气中有机物结合而发生氧化还原反应，可彻底将其氧化成水等无害物质。
6粪便处理
（三）水产养殖业
1、净水材料
纳米净水材料包括纳米净水剂和纳米过滤器等。纳米净水剂是将纳米材料用特定的方法加入传统水处理剂后，其巨大的比表面积、极高的表面活性和特有的结构，使净化药物分子理化性能改变，净水絮凝剂效果倍增，用药少，时间短，成本低（王维一，2001）。常规的用氯气杀灭水中细菌、病毒的方法，会形成近百种含氯有机物，有些可以致癌。而用纳米过滤器可避免这些缺点，如纳米水处理滤膜（严希康等，1997），是多孔结构薄膜，微孔直径为1纳米，水分子以及比水分子还小的矿物质元素可以通过，而细菌、病毒、农药、有机物均被过滤掉，用这种方法处理的饮用水即使在管道内滞留一段时间也是安全的。这种薄膜对钙有亲和性，过滤水为软水，用于锅炉不结垢，过滤时加入磷酸盐还可以减少含铅量。这种膜还可以用于污水净化，水产养殖业可用于净化鱼池（塘）
2  纳米饲料和纳米饲料添加剂
鱼虾的肠道较短，对饲料中营养物质的吸收较畜禽差，如果把饲料中的一部分难溶于消化道介质的有效成分纳米化，就会溶于介质中而易于被吸收，提高生物利用率。另外可以在饲料配方中，添加纳米级无机抗菌剂，可以防止鱼虾体内因摄食传统抗生素而带来的残毒弊端，生产绿色水产品。纳米化后的饲料或饲料添加剂，由于粒径小有利于在消化道滞留，延长肠壁接触时间提高饲料生物利用率。饲料或饲料添加剂纳米化还可以改变饲料或饲料添加剂的性质，对水产动物的生长有更加明显的促进效果。
3  纳米药物及诊断技术
药物的吸收常受到药物在吸收部位的溶出速度影响，减小药物粒径可增大暴露在介质中的表面积促进溶解，进而提高药物的吸收率；药物的大分子被粒化成纳米粒径级的小分子后，就能穿透组织间隙。通过动物最小的毛细血管，这样就大大提高了药物的作用效果（马利敏等，2001；袁鹏群等，2001）。当前水产动物疾病很多，这些疾病的快速诊断对治疗十分重要。生物芯片（Ramsny，1998）是不同于半导体电子芯片的另一类芯片，是在很小几何尺度的表面积上，装配一种或集成多种生物活性物质（一般是纳米尺度的），仅用微量采样，即可以同时检测和研究不同的生物细胞、生物分子和DNA特性，以及它们之间的相互作用，获得生命微观活动的规律。生物芯片可以粗略地分为细胞芯片、蛋白质芯片（生物分子芯片）和基因芯片（DNA芯片）等几类，都有集成、并行和快速检测的优点，已成为对世纪生物医学工程的前沿科技。这些纳米技术为水产动物疾病的快速诊断创造了条件。纳米探针是一种探测单个活细胞的纳米传感器，探头尺寸仅为纳米量级，当它插入活细胞时，可探知基因表达和靶细胞的蛋白生成，用于筛选微量药物。
三  纳米技术在农业中的应用现状
1、用硬脂酸对Ag／TiO 表面进行了改性，其表面由亲水性变为亲油性。将溴虫腈农药、改性Ag／TiO2和相应的添加剂混合制成颗粒分布较均匀、平均粒径约为100 nm的纳米农药制剂。溴虫腈纳米制剂光降解实验表明，在黑暗中稳定，在有光线的室内放置15 d的分解率为15.8%，在太阳光直射下放置3 d的分解率为69.0% ．紫外光照22.5 h时，纳米制剂分解率是常规制剂的9.2倍．溴虫腈纳米制剂室内、田间毒力试验表明，纳米制剂比常规制剂具有更强的毒力，其LC50为8.95 mg·L－，是乳油毒力的1.77倍．在田间药效对比试验中，施药剂量减少一半条件下，纳米制剂防治甘蓝斜纹夜蛾的田间防效优于溴虫腈乳油，药后1 d和3 d的校正防效分别高出4.89和3.05个百分点．土壤、植物的残留试验表明，纳米制剂在甘蓝土壤中的消解较快，其t 1/2分别为3．91 d和1．27 d，而溴虫腈SC的tl／2分别为8.64 d和3.27 d。
2、强的纳米863是国内率先在农业方面应用纳米技术的产品，1999年通过两项省级科技成果鉴定，2000年开始被列入国家科技部和江西省科技厅重点推广实施计划项目。强的纳米863自从上市以来，以其在种植业、养殖业和水产业上增产增收、提高品质的突出效果。
强的纳米863采用纯物理学设计原理，通过增强水、肥的能量与活性，促进植物新陈代谢。并县强的纳米863具有促进农作物根系活力及硝酸还原酶活性等功能，增强植物吸收水肥、利用氮肥的能力，从而节省化肥、农药用量的1/3。
强的纳米863不含任何化学激素，不溶于水，对人和动植物无毒无害。它能增强动植物体内抗氧化酶等酶系的活性，提高抗病、抗虫、抗寒、抗热、抗旱、抗涝、抗衰等能力，从而实现动植物普遍增产二至五成，有的甚至五成以上，并可显著提高产品品质。
3、在最近广州农业局举办的“纳米技术农业高新技术研修班”上，华南农业大学廖宗文教授透露，经过5年多研究，发现纳米技术在水稻、玉米、萝卜等作物栽培，以及肉鸡、对虾等养殖等方面应用前景广阔，初步研发了多种纳米器件产品并取得了突破。
廖宗文教授说，备受各国重视的纳米技术在工业、医学等领域已广泛应用，但在农业方面尚处于起步阶段。纳米器件处理(活化)水后，水分子团变小，活性提高，因而对植物营养有重要影响，尤其是提高叶绿素含量，有利促进光合作用，增加光合产物。同时，纳米技术处理后，植物植株的氮磷钾吸收总量增加，磷尤为明显。
华南农业大学新肥料资源研究中心对水稻、玉米等作物研究表明，纳米器件浸种和处理灌溉水促进了作物的生长发育，处理水稻生物量增幅为5.6％－18.6％，每株增加0.5－1.4个分蘖，根系增加量5.7％－18.8％；玉米生物量增幅为12.6％－16.5％，叶绿素含量提高6.3％－11.0％。去年早晚造，翁源县、清新县等地试用纳米技术种水稻，产量一般增幅在15％以上，高的达25％。此外，抗旱性、抗倒伏性等明显增强。目前，部分纳米产品已出口东南亚地区，应用在种植业和养殖业上。
就目前而言，我国的纳米科技还处在研究和开发阶段，离整体产业化还有相当大的距离。正如中科院副院长、我国纳米研究首席科学家白春礼院士所说：“尽管纳米技术已经走入百姓的生活，但是纳米科技要象信息技术一样产生广泛而又深刻的影响，那将是二、三十年以后的事情。”总之，纳米材料是人类史的又一里程碑。由于纳米技术的出现，在今后30年中，人类文明所经历的变化将会比刚刚过去的整个20世纪还要多得多。纳米技术可使传统农业产品“旧貌换新颜”，把纳米材料添加到传统畜牧业产品中，可改进或获得一系列的功能，这种改进并不见得昂贵，但却使产品更具市场竞争力。利用纳米技术将制造出各种各样具有“特异功能”的新材料，将会引起畜牧行业的重大变革，纳米技术将引领21世纪畜牧革命。