آزمایشگاه زیست شناسی

توده زنده

طول چند دهه گذشته اندازه‌گیری توده زنده میکروبی به منظور اطلاع از درک عملکرد اکوسیستم خاک بسیار مورد توجه قرارگرفته است. هر کدام ازروش‌های ارائه شده به منظور اندازه‌گیری توده زنده میکروبی به نوبه خود دارای محدودیت‌هایی هستند و نیازمند کنترل‌های خاصی هستند. روش مورد استفاده باید دقیق و تکرار پذیر بوده و بتواند توده زنده میکروبی را را در گروه بزرگی از خاک‌ها با موفقیت اندازه‌گیری نماید. تاکنون عناصری از قبیل، نیتروژن، کربن، فسفر، گوگرد و پتاسیم موجود در توده زنده میکروبی با استفاده از روش تدخین با کلروفرم - عصاره‌گیری (CFE )اندازه‌گیری شده است. روش CFEروشی مستقیم برای اندازه‌گیری توده زنده میکروبی است که محدودیت کمتری نسبت به سایر روش‌ها دارد. این مطالعه با هدف تعیین ضریب تصحیح برای اندازه‌گیری روی در توده زنده میکروبی با استفاده از روش تدخین با کلروفرم- عصاره‌گیری انجام شد. به علاوه مقایسه اثر نوع عصاره‌گیر روی در هنگام تعیین روی توده زنده میکروبی ( DTPA در مقابل سولفات پتاسیم) نیز مورد توجه قرار گرفت. هم‌چنین پتاسیم توده زنده میکروبی نیز در خاک‌های مورد مطالعه، اندازه‌گیری شد. ارتباط روی و پتاسیم توده زنده میکروبی خاک‌های آهکی با یکدیگر و نیز با سایر اجزای این عناصر در خاک نیز بررسی گردید. بدین منظور 10 نمونه خاک از استان‌های اصفهان و چهارمحال و بختیاری تهیه شدند. مقدار pH، هدایت الکتریکی، کربن آلی، آهک و بافت خاک تعیین گردید. تکثیر و تهیه قارچ‌ها و باکتری‌ها به ترتیب در دو محیط کشت PDB و NB انجام شد. سوسپانسیون قارچ‌ها و باکتری‌های رشد یافته درمحیط‌های کشت هضم و مقدار روی آن اندازه‌گیری شد. اندازه‌گیری روی در توده زنده کشت-های میکروبی انجام شد و مقدار ضریب تصحیح روی برای باکتری‌ها (Kb) و قارچ‌ها (Kf) به ترتیب 0/36 و 0/32 تعیین شد. بنابراین، مقدار نهایی این ضریب برای روی موجود در کل توده زنده میکروبی با احتساب فراوانی نسبی قارچ‌ها و باکتری‌های خاک 0/33 تعیین شد. با استفاده از روش تدخین با کلروفرم - عصاره‌گیری، روی موجود در توده زنده میکروبی با استفاده از دو عصاره‌گیر DTPA و سولفات پتاسیم و با اعمال ضریب تصحیح تعیین شده، در نمونه‌های خاک اندازه‌گیری شد. پتاسیم توده زنده میکروبی با استفاده از ضریب تصحیح 0/21= KEKاندازه‌گیری شد. مقدار روی توده زنده میکروبی 48 درصد روی قابل عصاره‌گیری با DTPA و 0/6 درصد(کمتر از یک درصد) از روی کل موجود در خاک بود. مقدار روی موجود در توده زنده میکروبی در زمان استفاده ازعصاره‌گیر K2SO4 کمتر از عصاره‌گیر DTPA بود. پتاسیم تبادلی2/6 برابر و پتاسیم غیر تبادلی و کل به ترتیب 5/1 و 7/7 برابر بزرگتر از پتاسیم میکروبی گزارش شدند. هم‌بستگی معنی‌داری (0/11 =r) بین روی توده زنده میکروبی بدست آمده با استفاده از این دو عصاره‌گیر مشاهده نشد. نسبت پتاسیم به روی موجود در توده زنده میکروبی 201 بود و این دو عنصر هم‌بستگی معنی‌داری را نشان دادند( r=0/65 , P<0/05 ). با استفاده از نتایج این تحقیق، امکان اندازه‌گیری دقیق روی در توده زنده میکروبی با استفاده از روش تدخین – عصاره گیری محقق گردید .

ارزش انرژی یا ازش کالری در تولیدات

یک کالری واحدی از انرژی می باشد. ما معمولا کالری را برای بیان  میزان انرژی موجود در مواد غذایی به کار می بریم، اما کالری برای هر چیزی که حاوی انرژی باشد به کار می رود. به عنوان مثال، یک گالن 4 لیتری بنزین حاوی حدود 31000،000 کالری انرژی می باشد.

اگر بخواهیم بطور تخصصی بیان کنیم، یک کالری میزانی از انرژی یا گرماست که دمای یک گرم آب را به اندازه یک درجه سانتی گراد بالا می برد. یک کالری برابر 4.184 ژول است. ژول واحد دیگری برای انرژی است که در علوم فیزیکی مورد استفاده قرار می گیرد.

تصور اکثر ما درباره کالری مرتبط با چیزهایی است که می خوریم و می نوشیم، مثلا بگوییم : یک قوطی نوشابه 200 کالری انرژی دارد. بهتر است بدانید که کالری های لیست شده بر روی بسته بندی مواد غذایی اکثرا برحسب کیلو کالری( 1000 کالری= 1 کیلو کالری) می باشد. بنابراین یک قوطی نوشابه عملا دارای200،000کالری انرژی می باشد( نگران نباشید! مورد مشابه هم در مورد ورزش کردن به کار می رود)، زمانی که جداول ورزشی به شما می گویند به ازای یک و نیم کیلومتر دویدن آهسته می توان 100 کالری انرژی مصرف کرد، در اکثر موارد منظور برحسب کیلو کالری می باشد، یعنی 100،000 کالری.

موجودات زنده برای زنده ماندن، تنفس،حرکت، پمپ خون، به انرژی نیاز دارند و آنها این انرژی را از مواد غذایی به دست می آورند. تعداد کالری های موجود در مواد غذایی  میزانی  از انرژی پتانسیلی است که هر یک از مواد غذایی دارا هستند. یک گرم کربوهیدرات  حاوی 4 کالری انرژی، یک گرم پروتئین دارای 4 کالری و یک گرم چربی حاوی 9 کالری انرژی می باشد. غذاها تلفیقی از این 3  جزء ساختاری می باشند. بنابراین اگر شما بدانید که چه مقدار کربوهیدرات، چربی و پروتئین در هر وعده غذایی وجود دارد ، می توانید میزان کالری یا مقدار انرژی غذاها را محاسبه کنید.

اگر ادعا شود که ماده غذایی حاوی 160 کالری انرژی می باشد، این بدین معنی است که اگر ما این غذا را درون ظرفی بریزیم و روی حرارت بگذاریم و اجازه دهیم که کاملا بسوزد، این واکنش سوختن بایستی 160 کالری انرژی تولید کند، یعنی انرژی لازم برای بالا بردن دمای 160 کیلو گرم آب به اندازه 1 درجه سانتی گراد. اگر نگاه  دقیق تری به جدول ارزش غذایی این ماده غذایی بیاندازیم، می توانیم مقادیر کربوهیدرات، چربی و پروتئین موجود در آن را مشاهده کرد، فرض می کنیم که این ماده غذایی حاوی 2 گرم چربی، 4 گرم پروتئین و 32 گرم کربوهیدرات باشد که در کل 162 کالری انرژی تولید می کنند. از این 162 کالری، 18 کالری از چربی(9 کالری × 2 گرم)، 16 کالری از پروتئین( 4 کالری × 4 گرم) و 128 کالری از کربوهیدراتها(4 کالری × 32 گرم) تامین می شود.

بدن ما کالری این ماده غذایی را در فرایندهای سوخت و سازی یا متابولیک می سوزاند، با استفاده از آنزیم های ویژه  که کربوهیدراتها را به گلوکز و دیگر قندها ، چربیها را به گلیسرول و اسیدهای چرب و پروتئین ها را به آمینو اسیدها شکسته و تجزیه می کنند. این ملکول ها سپس از طریق جریان خون به سلول ها رفته  و در آنجا برای مصارف فوری جذب می شوند یا به مراحل نهایی متابولیسم فرستاده می شوند که در واکنش هایی با اکسیژن واکنش داده و انرژی ذخیره شده شان را آزاد می کنند

بازده تثبیت انرژی  در اکوسیستم

انتقال انرژی در اکوسیستم :

از قوانین مربوط به انرژی که در فیزیک مطرح می شود تبعیت می کنند.نیروی پیش برنده در همه سیستم های اکولوژیک انرژی است . انرژی توانایی انجام کار است. بر طبق قانون اول ترمودینامیک ، انرژی بوجود نمی آید و از بین هم نمی رود بلکه از حالتی به حالت دیگر تبدیل می شودمثلاً می توانیم انرژی نورانی را بصورت شیمیایی در آوریم که در این اکوسیستم اعمال شود و تمام تغییر حالات که در طبیعت انجام می شود و لزومش جریان انرژی است که منشأ آن هم از خورشید است.

بر اساس قانون دوم آن پدیده ها و تغییر حالاتی که انجام آن ها مستلزم صرف انرژی است همیشه مقداری از انرژی را از حالت متمرکز به حالت پراکنده در می آورد که این پراکندگی بصور مختلف بروز می کند که عمده آن بصورت گرماست.بنابراین در تغییر حالات ( انجام کار ) بازده 100% نیست ( 40-50 % مفید است ).در پدیده تولید و تبدیل هم این پراکنده شدن انرژی ( از دست رفتن انرژی )واقع می شود. مثلاً وقتی انرژی موجود در گیاه را در اختیار گیاهخوار قرار می دهیم حدود 10% قابلیت انتقال مفید را دارد و بقیه بصورت حرارت از دسترس سیستم خارج می شود.راندمان تبدیل به نوع سیستم بستگی دارد مثلاً در مثال بالا درصد تبدیل انرژی و تثبیت آن به مرحله بعد را بین 6 – 8 % می دانند که بیشترین تبدیل را می توان انرژی موجود در گیاه توسط خوک دانست.

این پراکندگی انرژی را آنتروپی گوییم بنابراین آنتروپی میزان انرژی است که در تبدیل در اختیار سیستم قرار نمی گیرد و به صور مختلف از دسترس سیستم خارج می شود. بدون تبدیل و تغییر انرژی ، نه زندگی امکانپذیر می شود و نه اکوسیستمی بوجود می آید.
هر اکوسیستمی ساختمان پیچیده بیوماس خود را منظم می کند و مسئولیت نگهداری نظم مزبور بر عهده تنفس کلی جامعه است .

نگاهی بر ارقام تولید اولیه در مجموعه اکوسیستم های کره زمین

انفجار جمعيت نه تنها از جمله بزرگترين مشکلات ايران است ، بلکه جهان را هم دچار مشکل کرده . زمين ، ظرفيتِ کارسازیِ معيشت و نيازها و خواسته های اينهمه انسان را ندارد . زمين فقط به انسان تعلق ندارد بلکه بيش از سی ميليون نوع موجود زنده در آن زندگی ميکنند و نبايد جای زندگی انسانها و ساير موجودات زنده را تنگ کنيم . اين در حاليست که زندگی بشر به زندگی ساير موجودات زنده و نيز فعال و سالم بودن اکوسيستم طبيعی زمين ، وابسته است . موضوع جمعيت و امکانات حياتی و سلامت محيط زيست و فعال ماندن اکوسيستم ، يک موضوع کمّی و قابل محاسبه هست . از يکسو برای تخريب محيط زيست فرياد ميکشيم و از سوی ديگر جمعيت را اضافه ميکنيم ! واقعاً مضحک است . چه کسی محيط زيست را برای معيشت خودش تخريب ميکند ؟ چه کسی اکوسيستم طبيعی را برای کشت و زرع و خوراکش ، تغيير ميدهد ؟ چه کسی جاده های عريض ميسازد ؟ چه کسی سد ميسازد ؟ چه کسی کاخها و برجهای عظيم و سنگين ميسازد ؟ چه کسی اکوسسيستم را مصرف ميکند ؟ چه کسی آلاينده ها را به محيط می افزايد ؟ چه کسی رودخانه ها را برای کشاورزی خودش منحرف و خشک ميکند ؟ چه کسی آنهمه آلاينده را از اگزوز اتومبيلها ، هواپيماها و دودکش کشتی ها و دودکش کارخانجات وارد محيط ميکند ؟ چه کسی اسلحه ميسازد و آنها را بکار ميبرد ؟ معلوم است ؛ انسان ! حتی بدون محاسبه و تنها با مشاهدة اين خطاهای بزرگ ، ميتوان فهميد که جمعيت انسانی روی زمين ، امروزه حدود هزار برابر ظرفيت زمين است . اين فاجعه هولناک را هرچه سريعتر بايد متوقف نمود .

زمين به انسان تعلق ندارد :

در زمين بيش از سی ميليون نوع موجود زنده ، زندگی ميکنند و ما انسانها فقط يکنوع از آنها هستيم . بدون ترديد زندگی انسان حتی در ساده ترين و آهسته ترين شرايط هم برای زمين مخرب است . ادامه حيات در زمين منوط به ورود انرژی تابشی خورشيد ، وجود خواص زيستی ، فيزيکی و شيميائیِ مواد و نيز خواصِ ذاتی زمين است . حيات بر روی زمين با آن فاکتورهای ورودی ، طی چرخه های متعددی ، ادامه می يابد . بايد توجه داشته باشيم که هيچيک از عوامل حياتی که به اختصار نامبرده شدند ، بينهايت نيستند و بنابراين ؛ زندگی هم بينهايت نيست . زندگی در بين جانداران روی زمين تقسيم ميشود و هرچه تعداد مصرف کنندگان بيشتر باشد ، سهم هرکدام از آنها هم از عوامل حياتی و بطور کلی ، زندگی ، کوچکتر ميشود . تمام جانوران بشدت متکثر هستند ، يعنی تعداد متولدين هميشه بيش از جمعيت نسل قبلی است . جمعيت انواع جانوران در اکوسيستم ، تنظيم ميشود ولی جمعيت انسانها ، تابع اين قانون اکوسيستم نيست . جمعيت زياد انسانی ميتواند و همچنين توانسته در کارکرد اکوسيستم ايجاد اختلال کند . اختلال در اکوسيستم طبيعی زمين به معنی افزايش رنجها و مرگ تدريجی و انقراض نسلهاست و بزودی انقراض فجيع نسل انسان را خواهيم داشت . شايد انسان بعنوان اشرف مخلوقات شناخته شود . از جهاتی اين شايعه صحت دارد و از جهاتی ديگر ، نه ! انسان از نظر توانائی ابزار سازی نسبت به ساير جانداران برتری دارد وليکن از نظر حسابگری و شعور ، ترديد زيادی برای برتر دانستن انسان وجود دارد . يکی از کارکردهای تابش خورشيد بر سطح زمين ، پديده فتوسنتز در گياهان است . گياهان ، حلقة نخست از زنجيرة غذائی را تشکيل ميدهند . حلقة نخستين زنجيرة غذائی يعنی ؛ تعداد بيشماری از جانداران روی زمين ، گياهخوار هستند و برای زنده ماندن نيازمند به گياه هستند . گياهخواران بنوبه خود ، غذای عده ای ديگر از جانداران را تشکيل ميدهند که بعنوان گوشتخوار معروفند . در اين ميان انسان تغذيه متنوعی دارد ، هم از منابع گياهی و هم از جانداران گياخوار و نيز از جانداران گوشتخوار تغذيه ميکند و البته از اين لحاظ منحصر بفرد نيست و بعضی از جانوران همانند انسان ، از منابع متنوع تغذيه ميکنند . 
بخش بزرگی از جانداران ، بمصرف انسان ميرسند . انسان از طريق شکارگری بر انواع زيادی از جانوران تسلط دارد و آنها را به شکلهای گوناگون بمصرف ميرساند . وقتی يک ماده غذائی توسط انسان مصرف ميشود ، در حقيقت مولکولهای تشکيل دهندة آن به ايستگاه آخر ميرسند . بدن انسان ضمن دريافت ترکيبات مورد نيازش از غذا ، مابقی را دفع مينمايد . آنچه که توسط انسان و ساير جانداران دفع ميشود ، اينبار توسط باکتری ها تجزيه ميشود و دوباره به چرخة حيات باز ميگردد . بازگشت و خاک شدن بدن انسان ، طولانی است و تجزيه استخوانها حداقل به چهارصد سال زمان نياز دارد . بنابراين مقاديری از عناصر و ترکيبات برای مدت طولانی از چرخه های حياتی خارج ميشوند . موضوع دير متلاشی شدن بدن انسان پس از مرگ ، چندان مشکل آفرين نيست و ماجراهای هولناک مربوط به زندگی انسان را در ادامه خواهيم ديد .

روش های اندازه گیره وبرآورد تولید اولیه

بهترین روش سنجش تولید هر اکوسیستم ، سنجش جریان انرژی در آن است.ولی چون خیلی مشکل است بیشتر اندازه گیری ها بطور غیر مستقیم انجام می شوند. به لحاظ این که عمل تولید ،یک فرآیند بیوشیمیایی است که واکنش های مختلف شیمیایی در آن صورت می گیرد تا عملاً تولیدات حاصل شود. به طبع در انجام یک واکنش ، نسبت های مشخصی از مواد باید با هم ترکیب شوند تا نسبت های معینی سنتز شوند.
 
به لحاظ ثابت بودن این نسبتها می توان ماده مصرف شده در یک طرف واکنش را حساب کرده ؛ میزان تولید را در طرف دیگر واکنش حساب کرد. در برآورد تولید روشهای متفاوتی وجود دارد که یکی از آنها برآورد مقدار محصول است.

این روش در اکوسیستم های زراعی بیشتر قابل استفاده است بدلیل اینکه در اینگونه اکوسیستم ها ، تغذیه هتروتروف ها به حداقل می رسد  و در قالب کنترل شده ای تولیدات حفاظت می شود.

روش محاسبه درآمد

 با وجود محدودیت های موجود در روش برداشت ، همه جا برای محاسبه ی NAR و RGR از این روش استفاده می شود که کل تولید اعم از اندام های هوایی و زیرزمینی برداشت می شود و مقدار برداشت به واحد انرژی تبدیل می شود که آنرا می توانیم بعنوان میزان تولید خالص تلقی کنیم.اگر در این نوع اکوسیستم ها ، هتروتروفهایی مثل جانوران و یا حشرات وجود داشته باشند می توانیم مقدار آن را به مقدار تولید محاسبه شده اضافه کنیم که این رقم عملاً تولید خالص را نشان می دهد.

در اکوسیستم هایی که مقداری از تولیدات توسط مصرف کننده ها مورد استفاده قرار می گیرد ، در این روش می توان نسبت تولید را در سطح مصرف کننده مشخص کرده ارزش کالری آن را به رقمی که تحت عنوان تولید مفید یا باقیمانده تولید اولیه ذکر کرده ایم اضافه کنیم تا در مجموع تولید اولیه خالص بدست آید. این روش موقعی استفاده می شود که هتروتروف ها اهمیتی ندارند و حالت تعادل هرگز فرا نمی رسد. این روش تولید اولیه خالص را می سنجد.

تعیین مقدار O2 

اکسیین یکی از عناصر اصلی است که در پدیده تنفس و فتوسنتز نقش دارد.  در این روش می توان با تعیین مقدار O2 وارد شده به محیط ، عملاً تولید را برآورد کرد. تولید O2 برخی از اکوسیستم های آبی را می توان با روش منحنی روزانه تغییرات O2 اندازه گیری کرد .
 این روش بیشتر در اکوسیستم های آبی قابل اجراست ، به طبع در عمل تولید ، مقادیری O2  آزاد می شود و به موازات آن در تنفس مصرف می شود. در این روش مشکلی که وجود دارد تبادل اکسیژن با هوا است که ممکن است نتایج را خدشه دار کند. در مجموع برای انجام این روش می توان از بطری تاریک و روشن استفاده کرد یعنی دو بطری همشکل از جنس نایلون یا شیشه را انتخاب کرد و یکی از آنها را با استفاده از رنگ یا پوشش دیگر بصورت تاریک درآوریم .

درون بطری ها از آب منطقه مورد مطالع می ریزیم و آنها را در عمق مورد نظر مجدداً قرار می دهیم . به طبع لازم است که مقدار O2 نمونه قبل از قرار دادن آنها در عمق مشخص تعیین شود. پس از یک روز بطری ها را خارج کرده مقدار O2 هر یک را اندازه گیری می کنیم .
مثلاٌ اگر در آغاز آزمایش مقدار O2 نمونه 4 گرم باشد و در پایان مقدار O2 بطری روش 7 گرم و تاریک 2 گرم باشد ، در نتیجه تولید اولیه خالص برابر است با gr 3 = 4-7 . مقدار انرژی که صرف تنفس شده است gr 2 = 2-4 و میزان تولید اولیه ناخالص gr 5 = 3+2 می باشد. مقدار O2 را می توان با روشهای مختلف تعیین کرد :

یکی استفاده از ترکیبات مانند پتاس است و دیگری ترکیباتی مثل اسید سولفوریک و سولفات منیزیم که محلول ید دار را می توان اضافه کرد و بر حسب ید اضافه شده می توان مقدار O2 را تعیین کرد.

تعیین Co2

 از اتاقک تاریک و روشن در این روش استفاده می کنیم. Co2 نیز مانند O2 در پدیده تنفس و فتوسنتز نقش تعیین کننده ای دارد.
می توان بعنوان یکی از پارامترهای تولید مورد بررسی قرار داد. اساس این روش بدین صورت است که سطح معینی از اکوسیستم را محصور کرده و در آن تغییرات  Co2 را اندازه گیری می کنیم. معمولاً این سطح توسط دیواره شیشه ای و یا نایلونی از محیط اطراف جدا می شود.
مشکلی که وجود دارد این است که به دلیل خاصیت گلخانه ای حرارت منطقه محصور شده بیشتر از حرارت محیط اطراف می شود که لازم است با بکارگیری مستقیم سرد کننده درجه حرارت گیاه با محیط طبیعی همگن شود.

لازم است سیستم مانند هواکش تعبیه شود. میزان تغییرات Co2 عملاً برآوردی از تولید را نتیجه می دهد که این تولید عملاً تولید اولیه خالص است که در طول مدت شبانه روز ثبت می شود. در بعضی از اکوسیستمهایی که پوشش دارای طبقات مختلف است ، می توان الکترود ها را در ارتفاعات مختلف مستقر کرد و در نتیجه تولید را برآورد کرد. روش سنجش Co2 در خاک عملی تر از روش سنجش O2 است.
 افزایش Co2 محیط بدلیل اثر گلخانه ای موجبات افزایش سرتاسری گرمای کره زمین را باعث می شود.
 اندازه گیری PH

زمانی که در اثر فرآیند فتوسنتز و تنفس تغییر در مقدار Co2 بوجود می آید ، در اکوسیستم های آبی این تغییر موجب تغییر در PH آب هم می شود. بنابراین عمل تولید و تنفس را می توان با بررسی تغییرات PH تخمین زد.وقتی Co2 به محیط اضافه می شود PH کاهش می یابد و برعکس. معمولاً در سطوح آژمایشی و آزمایشگاهی استفاده  می شود. روش دیگر اندازه گیری PH ، استفاده از منحنی استاندارد است به لحاظ این که آب دارای املاح مختلف است. این املاح می توانند مانند یک تامپون کرده که گرایش به ثبات PH دارد. برای رفع این اشکال مقادیر مختلف و معین Co2 را به آب اضافه کرده ، تغییرات PH را در آن منطقه مشخص می کنند.
حال اگر یکبار اندازه گیری کرده ، PH مورد نظر مثلاً A باشد بنابراین دقیقاً می توان مقدار Co2 وارد و خارج شده از اکوسیستم را تعیین کرد. البته این منحنی فقط برای منطقه مورد مطالعه کاربرد دارد و در سایر مناطق باید منحنی خاص خودش را استفاده کرد. روش تعیین PH برای اکوسیستم های خرد آزمایشگاهی مفید است که تولید ناخالص تعیین می شود.

اندازه گیری مواد خام

 با استفاده از این روش هم می توان تولید را برآورد کرد که لازمه آن  تعیین مقدار مواد کانی است که از محیط جذب شده است. بعضی از این مواد وارد چرخه زیستی می شود و معمولاً در فصول مشخصی که عمل تولید صورت می گیرد اینها کاهش پیدا می کنند و بعضی از این مواد بصورت فصلی وارد نشده بلکه در طول سال به صورت فعال هستند.همچنین در اندازه گیری ماود خام این مشکل بوجود می آید که در ضمن فعال بودن چرخه تولید ، مقدار زیادی طی فرآیند تجزیه به محیط برگزدانده می شوند که احتمال دارد نتایج را قدری اقرارآمیز کند. با روش ناپدید شدن مواد خام می توان میزان تولید خالص تمامی جامعه را سنجید مثل روش فرآیند معکوس.

اندازه گیری از طریق مواد رادیواکتیو

 بیشتر در مورد تولید گیاهان آبزی بکار می رود. که در حال حاضر یکی از متداولترین و پیشرفته ترین روشهایی است که در علوم زیستی می توان استفاده کرد با استفاده از این عناصر رادیواکتیو علاوه بر این که نسبتهای مصرفی ، حیات موجود زنده را مختل نمی کنند قابل ردیابی هم هستند.
حتی می توان آنها را در سطوح بعدی تغذیه نیز تعقیب کرد مثلاً یکی از اینها ( C14 ) است. فسفر 32 چون سریع رسوب می کند برای اندازه گیری کوتاه مدت مقدار تولید مناسب نیست که بعنوان یک عنصر رادیواکتیو می توانیم به  محیط اضافه کنیم که این وارد چرخه تولید شده و در نهایت با استفاده از روش بطری تاریک و روشن می توان مقدار کربن وارد شده به تولید کننده ها را اندازه گیری کرد که مقدار عملاً تولید خالص را به ما نشان می دهد. روش کربن رادیواکتیو بر خلاف اکسیژن ، تولید خالص را می سنجد نه ناخالص را مثل روش برداشت و تعیین Co2 . 

 اندازه گیری کلروفیل

 چون غلظت کلروفیل گیاهان سایه پسند بیشتر است لذا کارائی اکوسیستم هایی که در سایه قرار دارند زیاد ولی عملکرد فتوسنتز و نسبت جذب آنها کم است.کلروفیل بعنوان ماده مهمی که در تولید نقش دارد می تواند جهت تعیین تولید مورد استفاده قرار گیرد. هرچه میزان نسبت کلروفیل به سایر کاروتنوئید ها بیشتر باشد ، عملاً میزان تولید هم بیشتر می شود.

روش  اندازه گیری وبرآورد ثانویه

روشهایی جدید : نصب الکترودها در اعماق مورد مطالعه که میزان تغییرات O2 را در طول شبانه روز حساب کنیم  وقتی میزان تغییرات O2 بررسی می شود . به طبع هرچه اکوسیستم های آبی بسمت اعماق پیش می رویم از میزان فتوسنتز کاسته می شود و طبیعتاً میزان O2 نیز کاهش پیدا می کند

این کم شدن O2 تا مرحله ای ادامه پیدا می کند که عملاً در آن مرحله فتوسنتز و تنفس برابر می شوند که این نقطه را نقطه تعادلی می گوییم که از این نقطه پایین تر ، تنفس بیشتر از فتوسنتز می شود.از این روش در لایه های عمیق اکوسیستم که عملاً تجزیه کننده ها فعال هستند می توان استفاده کرد که در این حالت مقدار O2 کاهش یافته می تواند بیانگر تحولات زیستی در آن لایه باشد.
روش فرآیند معکوس ( Hypolimnetic method ) : در دریاچه های ژرف معتدله ، تولید اکوسیستم را با فرآیند معکوس یعنی سنجش نسبت ناپدید شدن O2 در آبهای عمقی اندازه می گیرند زیرا که در آبهاب مزبور نه O2 تولید می کنند و نه در بخش عمده ای از سال با آبهای بالاتر مخلوط می شوند.

به این شکل هرچه تولید آبهای روشن سطحی ( رو آب ) بیشتر باشد ، مقدار بیشتری یاخته مرده ، مدفوع و سایر مواد آلی به کف آب سرازیر می شوند. پس نسبت تهی شدن محیط از O2 با میزان تولید متناسب است .چون تجزیه گیاهان و جانوران با صرف O2 همراه است . استفاده از روش ژرفایی ( فرآیند معکوس ) تولید خالص کل جامعه ( اولیه و ثانویه ) رو آب را اندازه می گیرد.      

اندازه گیری تولید ثانویه در شرایط آزمایشگاهی

ماموریت و برنامه آزمایشگاه:

ü    کشت بافت و ریزازدیادی گیاهان دارویی با تاکید بر گونه های انحصاری و در خطر انقراض

ü    ریزازدیادی و تکثیر ارقام همگن گیاهان دارویی به منظور حفظ ارقام پرمحصول

ü    القای کالوس و بهینه سازی کشت های سوسپانسیون سلولی گیاهان دارویی برای تولید متابولیت های ثانویه

ü    القای ریشه مویینه در گیاهان دارویی با استفاده از اگروباکتریوم و بهینه سازی تولید متابولیت های ثانویه در شرایط کشت های درون شیشه

ü    انتقال ژن های موثر در مسیر بیوسنتز ترکیبات طبیعی و مطالعه بیان آنها در اندام یا گیاهان دارویی باززایی شده تراریخت (مهندسی متابولیک)

ü    بهینه سازی تولید متابولیت های ثانویه باارزش در شرایط نیمه صنعتی با استفاده از بیوراکتورها

ü    کشت اندامهای گیاهی و تهیه گیاهان عاری از ویروس (کشت مریستم)

ü    تهیه پروتکلهای مناسب برای تکثیر گیاهان دارویی و معطر از طریق تکنیک های کشت بافت

ü    کشت دانه گرده و پرچم و استفاده از سایر روش ها به منظور تولید گیاهان دارویی هاپلوئید و دابل هاپلوئید در جهت دستیابی به اهداف اصلاحی آنها

ü    بررسی پدیده تنوع سوماکلونی و بهره گیری از آن جهت ایجاد واریته های مطلوب

ü    القای پلی پلوئیدی و ارزیابی تاثیر سطوح مختلف پلوئیدی بر روی تولید متابولیت های ثانوی

تجهیزات موجود در آزمایشگاه:

اتاقک رشد با کنترل نور، دما و رطوبت، اتوکلاوهای افقی و عمودی، دی اکسید کربن انکوباتور، همزن مغناطیسی، همزن حرارتی مغناطیسی، شیکر انکوباتور افقی، شیکر انکوباتور عمودی،هود میکروبیولوژی کلاس II، یخچال، فریزر منفی 20، فریزر منفی 80، pH متر، ترازوی دقیق، سمپلر، پیپت و میکروپیپت، دستگاه توزیع کننده محیط کشت، میکروسکوپ، لوازم فلزی و شیشه ای آزمایشگاهی

فعالیت های تحقیقاتی در حال اجرا:

ü    القای کالوس و بهینه سازی کشت سوسپانسیون سلولی گیاه پنیرباد (Withaniacoagulans)

ü    انتقال ژن اسکوالن سینتاز و بهینه سازی تولید ویتانولید A در ریشه های مویینه تراریخت گیاه 
Withaniasomnifera

ü    بهینه سازی کشت سوسپانسیون سلولی گیاه کوله خاس (Ruscushyrcanus) برای تولید ترکیب دارویی روسکوجنین

ü    کشت بساکو باززایی گیاهان هاپلوئید و دابل هاپلوئید مرزه

ü    ارزیابی تولید ترکیب رزمارینیک اسید در کشت سلول و ریشه مویینه گونه های مرزه خوزستانی و مرزه رشینگری

ü    القای کالوس و بهینه سازی تولید ترکیب اورسولیک اسید در گیاه آویش ایرانی (Thymus persicus)

ü    انتقال ژن اسکوالن سینتاز و بررسی بیان این ژن بر تولید ترکیب اورسولیک اسید در کشت های تراریخت سوسپانسیون گیاه آویش ایرانی

ü    ریزازدیادی گیاهان درمنه ایرانی (Artemisia persica) و سیاه توسه (Frangulaalnus)

ü    جداسازی و شناسایی اندوفیت های تولید کننده ترکیب ضد سرطان تاکسول از درخت سرخدار

ü    جداسازی و شناسایی اندوفیت های تولید کننده ترکیب ضد آلزایمر گالانتامین

ü    القای پلی پلوئیدی در گیاهان دارویی از جمله آویشن ایرانی و سرخدار

ü    مطالعه ریزازدیادی و حفاظت از گیاه دارویی انحصاری و در خطر انقراض مورخوش(Zhumeriamajdae)

ü    تکثیر انبوه پیاز نرگس در شرایط درون شیشه ای به منظور تولید داروی ضد آلزایمر گالانتامین

 

اندازه گیری وبرآورد تولید ثانویه در شرایط طبیعی

روش های اندازهگیری تولید در محیط های آبی و خشک

منبع انرژی در روی کره زمین انرژی خورشید است که توسط امواج الکترومغناطیس به سطح زمین می رسد. یک پنجاه میلیونم از انرژی خورشید به زمین می رسد یعنی 96/1 یا تقزیبا 2 کالری بر سانتیمتر مربع در دقیقه . بیش از نیمی از انرژی بالا جذب شده و به سطح زمین نمی رسد . زیرا در عبور از جو انرژی تلف می شود. مثلا اگر انرژی خورشید را 100 واحد انرژی در نظر بگیریم ، ادوم بیان می کند که فقط 2 واحد آن در گیاه تثبیت می شود .

A=B+C و A>B A : انرژِی خورشید B : انرژی اتلاف شده C : انرژی تثبیت شده

اگر 2 کالری( انرژی که در یک دقیقه بر هر سانتیمتر مربع می رسد ) را برابر 100 واحد در نظر بگیریم می توان موارد زیر را در نظر گرفت :

بخشی از آن به ابرها برخورد می کند( 52 درصد) که 25 در صد آن انعکاس یافته ، 10 درصد جذب ابر شده و فقط 17 در صد عبور می کند. 48 در صد باقیمانده به صورت زیر است :

24 در صد مستقیما به سمت زمین می رود

9 در صد توسط ازون و بخار آب جذب می شود

15 در صد توسط غبار ( 9 در صد آن انعکاس یافته و فقط 6 در صد عبور می کند )

در نتیجه از کل انرژی خورشید 43 در صد ( 17 + 24 + 6 ) به سطح زمین می رسد . با توجه به میزان 2 کالری در دقیقه بر سانتیمتر مربع 43 در صد آن برابر 86/0 کالری در دقیقه بر هر سانتیمتر مربع می باشد.

اعداد فوق مربوط به انرژی رسیده به سطح زمین در نیمه روز می باشد.

طیف خورشید :

اشعه گاما – اشعه X – فرا بنفش – نور مرئی ( بنفش – نیلی – آبی – سبز – زرد – نارنجی – قرمز ) مادون قرمز – امواج صوتی

از سمت راست به چپ فرکانس کاهش یافته ولی طول موج افزایش می یابد.

بخش محدودی از این طیف دارای 90 درصد کل انرژی خورشید است ( از 136/0 تا 4 میکرون ) ، این طول موج از فرا بنفش شروع و تا مادون قرمز ادامه دارد که طیف قابل روئیت نیز در این محدوده قرار دارد( از 38/0 تا 77/0 میکرون ) . بسیاری از طول موج های پایین زیر 38/0 میکرون که طول موج های ماوراء بنفش هستندو طول موج های پایین در لایه های بالای جو به میزان زیادی جذب می شود ( اهمیت لایه ازون در همین مسئله است) و به صورت امواج حرارتی منعکس می شود و عمدتا طول موج های بلند می توانند از جو عبور کند.

میزان انرژی دریافتی خورشید در نقاط مختلف زمین :

1- به علت کروی بودن زمین ، در نقاط مختلف انرژی به یک میزان دریافت نمی شود ، مثلا در مناطق استوایی میزان جذب بیشتر است چون زاویه تابش به قائم نزدیک می شود ، هرچه میزان زاویه تابش بیشتر باشد میزان باز جذب بیشتر است . در سطح قطب به علت عمودی نتابیدن انرژی خورشید، باز جذب بیشتر است.

2- مسیر حرکت کره زمین در منظومه شمسی بیضوی است و در یکی از کانون ها به خورشید نزدیکتر است بنابراین میزان باز جذب در زمان های مختلف فرق می کند. زمانی که نزدیک است 4/3 در صد اختلاف با زمانی که در مکان دورتر است دارد.

3- مایل بودن محور زمین : محور زمین 5/23 درجه نسبت به حالت عمود تفاوت دارد ، که این مایل بودن باعث بوجود آمدن فصول مختلف می شود ، در زمانیکه در کره زمین نیمکره شمالی متمایل به سمت خورشید است بخشی از کره زمین که انرژی را دریافت می کند تابستان است . در مناطق استوایی و در بالای اسوا مدار راس سرطان انرژی خورشید به صورت عمودی دریافت می شود و بنابراین بیشترین میزان جذب را داراست. در قطبین حداقل است

تفاوت فصول در نیمکره شمالی و جنوبی نیز به همین علت است

تولید در سطوح مختلف اکوسیستم :

می دانیم که مقدار بسیار اندک از انرژی خارج شده از خورشید به سطح زمین می رسد و از طریق فتوسنتز تثبیت و سپس از طریق فرایندهای مصرف مورد استفاده قرار می گیرد. وقتی از بازده و فرایند تولید صحبت می شود منظور تبدیل انرژی نورانی به انرژی شیمیایی ( تولید ) در سطح گیاهان و سپسانتقال این انرژی به رده های مختلف مصرف کنندگان است .

تولید Production :

تبدیل انرژی نورانی توسط موجودات زنده به صورت انرژی شیمیایی یا ترکیبات آلی

توده زنده Biomass : تمام ترکیبات آلی که در بدن موجودات زنده وجود دارد. روشهای مختلفی برای اندازه گیری بیومس وجود دارد که عبارتند از :

1-وزن مرطوب : وزن گیاه یا جانور

2-وزن خشک : جاندار را داخل اتوکلاو قرار داده تا آب تبخیر شود

3-وزن خشک بدون خاکستر : وزن خشک را از وزن خاکستر کم کنیم

4-وزن کربن : وزن کربن در بدن موجود زنده که بیشتر در مورد جانداران آبزی کاربرد دارد.

5-کالری : میزان انرژی که هنگام سوختن آزاد می کند و در درون موجود نهفته است

میزان دقت از اولی به آخری بیشتر می شود.

اگر وزن توده زنده را در یک سطح مشخص مثلا متر مربع یا هکتار اندازه گیری کنیم عدد بدست آمده محصول سر پا standing crop می باشد . ولی اگر توده زنده را در یک سطح مشخص و زمان مشخص بیان نماییم تولید را نشان می دهد، بنابراین واحد تولید بیومس در سطح مشخص و در زمان مشخص می باشد. مثلا کالری بر سانتیمتر مربع در دقیقه

انواع تولید :

1-تولید اولیه Primary production : مربوط به تولید اتوتروف هاست

2-تولید ثانویه Secondary production : مربوط به تمامی مصرف کنندگان

منظور از تولید اولیه یا پایه basic production مجموعه مواد آلی که از طریق دو فرآیند فتوسنتز و شیمیو سنتز حاصل می آید.البته در برخی منابع فقط تولید اولیه را برابر فتوسنتز کل در نظر می گیرند و سهم شیمیوسنتز را لحاظ نمی کنند.

 تولید اولیه خود به دو دسته تقسیم می شود که عبارتند از:

الف ) تولید اولیه خالص Net primary production : انرژی که پس از فعالیت های حیاتی گیاه باقی می ماند

ب ) تولید اولیه ناخالص Gross primary production : کل انرژی شیمیایی که گیاه تثبیت می کند

بنابراین می توان گفت :

تولید ناخالص اولیه = تولید خالص اولیه + فعالیت های حیاتی( تنفس )

باقیمانده تولید اولیه یا تولید اولیه مفید : بخشی از تولید اولیه مفید که پس از کسر ضایعات و مصارف ناخواسته باقی می ماند

تولید ثانویه Secondary production : مواد آلی یا انرژی انباشته شده در پیکر مصرف کنندگان

در مورد موجودات زنده بعد از گیاهان تولید ناخالص و خالص داریم ولی تولید ناخالص ثانویه و خالص ثانویه نیست . منظور ازتولید ثانویه انرژی است که منتقل می شود

Net secondary production منظور تولید ثانویه خالص است ( به ناخالص کاری نداریم چون اندازه گیری انرژی ناخالص ثانویه مشکل است و اگر خواستیم اندازه بگیریم بایستی در یک چهار دیواری اندازه گرفته که با میزان آن در طبیعت متفاوت است ( کمتر می باشد )

روش های اندازه گیری تولید :

1- روش برداشت : تولید کننده ( گیاه ) را از از قسمت سطح زمین برداشته و مقدار آن را در سطح مشخص و زمان مشخص بیان می کنیم .

معایب این روش :

الف ) تمام تولید گیاه ( تولید خالص اولیه ) را اندازه نمی گیریم . مثلا ریشه را اندازه نمی گیریم

ب ) در طول دوران رشد مصرف کنندگان مانند حشرات از محصول استفاده نموده اند که این بخش لحاظ نگردیده است.

2- روش بطریهای تاریک و روشن ( O2 ) :

این روش در اکوسیستم های آبی مورد استفاده است. بین میزان تولید قند و تولید اکسیژن در گیاهان یک رابطه وجود دارد به عبارت دیگر باهم همبستگی مثبت دارند، یعنی با افزایش یکی دیگری نیز افزایش پیدا می کند. البته میزان همبستگی متفاوت خواهد بود که علت این تفاوت به نوع اکوسیستم و نوع گیاه بستگی دارد.( در طبیعت ارتباط هیچگاه 100 درصد نخواهد بود )

میزان اکسیژن را چگونه اندازه بگیریم ؟

برای این منظور یک دریاچه و از یک اشکوب خاص و فصل مشخص مقداری آب بر می داریم و میزان اکسیژن موجود در آنرا اندازه می گیریم ، سپس آّ را وارد دو بطری تاریک و روشن ریخته و بطری ها را مجددا به همان سطح می بریم و برای مدت زمان خاص بسته به طول روز بیت 8 تا 12 ساعت قرار می دهیم . سپس دوباره در هر دو بطری میزان اکسیژن را اندازه می گیریم . بطری تاریک اکسیژن ان کمتر می شود چون موجود زنده تنفس می کند ولی در روشن چون فتوسنتز رخ داده مقدار آن زیادتر شده اما مصرف هم داشته ایم که تقریبا برابر اکسیژن مصرفی در تاریک است . مجموع این دو ( تنفس + تولید خالص ) برابر تولید ناخالص است .

اکسیژن بطری تاریک = تنفس

اکسیژن بطری روشن = تولید خالص

مثال در ابتدا میزان اکسیژن بطری ها 8 میلی گرم در لیتر بوده پس از آزمایش در بطری روشن 10 میلی گرم در لیتر و در بطری تاریک 6 میلی گرم در لیتر شده است بنابراین :

تولید خالص = اکسیژن بطری روشن – مقدار اولیه = 2 میلی گرم در لیتر

تنفس= مقدار اکسیژن اولیه – مقدار اکسیژن بطری تاریک = 2 میلی گرم در لیتر

پس مجموع این دو عدد یعنی 4 میلی گرم در لیتر تولید ناخالص می باشد.

معایب این روش :

الف ) بطریها به عنوان فضای محدود با محیط اکوسیستم اطراف ارتباط ندارند و با محیط اطراف متفاوت است مثلا حرارت در بطری به علت محدود بودن با لا رفته و در نتیجه بر فتوسنتزتاثیر می گذارد و نمی تواند مقدار واقعی آن را بدست آورد.

ب ) پلانکتون ها در محیط آب حالت شناورند ( غوطه ور ) بخاطر اینکه پلانکتون ها از سطوح جدار بطری بعنوان تکیه گاه استفاده می کنند میزان انرژی که برای نگهداری خود مصرف می کنند کاهش می یابدو این خود بر روی میزان تولید تاثیر می گذارد.

برای رفع این معایب می توان از طول روز و شب واقعی استفاده کنیم . در ایستگاه آبگیر مستقر شده و میزان اکسیژن را در هر 2 تا 3 ساعت اندازه گرفته و میانگین تغییرات آن را در روز و شب بدست آوریم که می تواند معرف تولید و تنفس باشد

آب، محیط زیست فعالیتهای مربوط به توسعه منابع آب تغییراتی را در محیط زیست بدنبال دارد . اثرات زیستمحیطی سیستم های توسعه منابع آب ، در ضمن مفید بودن می تواند مضر هم باشند . برای مثال مخازن سد ها اغلب بخشهائی از بستر سیل گیر رودخانه و نیز حوزه آبریز را تخریب می نمایند درحالیکه از طرف دیگر دریاچه ای بوجود می آورند و به این ترتیب بعضی از خصوصیات زیستمحیطی و اکولوژی این رودخانه ها در حوزه های آبریز از دست میرود . افزایش دمای زمین به این معنی است که سطح آب دریا بالا خواهد رفت و مناطق ساحلی و روخانه ها را غرقاب خواهد کرد و زندگی بیش از 100میلیون جمعیت را به مخاطره خواهد انداخت . گذشته از آن الگوی بارندگی ها بی تردید تغییر کرده و کشاورزی مختل می شود ، همچنین این تغییر الگو باعث می شود که طوفانها و گردبادها ، پرقدرت تر شده و موجب جاری شدن سیل شود . همینطور امکان دارد که نواحی گرم وخشک جهان کوچک تر شوند و آز آنجا که این دگرگونی ها سریع خواهد بود ، اکوسیستم های طبیعی یعنی زمینهای مرطوب یا زمینهای هموار و اصولا جانوران و گیاهانی که به زندگی در شرایط اب و هوائی معین خو گرفته اند ناگهان خود را با اوضاع متفاوت مواجه خواهند دید و همین مسئله باعث نابودی و انقراض بسیاری ازاین گونه های جانوری و گیاهی خواهد شد .
تخریب جزایر مرجانی ، صید بی رویه ماهی و آلودگی اقیانوسها ، فجایعی ساخته و پرداخته دست بشر است . مواد نفتی ، فاضلاب و رسوبات مواد شیمیائی ، کودهائی که بدرون دریا میریزند بدون شک ماهی ها و پرندگان دریائی را بیمار می سازد و مواد ناشی از پسماندها موجب رشد خزه های دریائی شده درنتیجه باعث نابودی حیات دریائی می گردد. از طرف دیگر آلودگی آبهای زیر زمینی ناشی از نشت و نفوذ شیرابه در جایگاههای دفن زباله ، از معضلات عمده ای است که مسائل بهداشتی زیستمحیطی عدیده ای را ایجاد نموده است . در اثر فعل و انفعالات و واکنشهای مختلف در درون گودالها و انبار های زباله و نزدیک بودن سطح بسته گودالها به آبهای زیر زمینی ، شیرابه به سهولت در این آبها نفوذ کرده و هرگونه مصارف آنی اب را غیر ممکن می سازد . این مسئله از آن جهت اهمیت بیشتری می یابد که جدا سازی مواد سمی ، صنعتی و بیماری زا ی مراکز بهداشتی درمانی ، از زواید شهری انجام می شود . و مراکز دفع زباله ، پذیرای هرگونه زوایدی می باشند . بطوری که این مواد با ایجاد تغییرات نامطلوب در خواص فیزیکی و شیمیائی و بیولوژیکی کیفیت آب را پائین می آورند . و گاهی نیز آلودگی ها زوال پذیرند و به آسانی تجزیه و تقلیل داده می شوند مانند مواد زائی کشاورزی ، حیوانی و … بعض زباله ها به اسانی یا هرگز تجزیه نمی شوند و انحطاط پذیرند مانند جیوه ، سرب ، پلاستیک ، و…که باید حتی المقدور از انداختن یا ریختن آنها در آب جلوگیری شود . زیرا وجود این عناصر در آب آشامیدنی به اندازه بالاتراز حد مجاز تاثیر مخربی بر سلامت انسان می گذارند و آب را به منشاء بیماریهای گوناگون مبدل می سازند . مقادیر غیر مجاز پلاستیک باعث بروز بسیاری از اختلالات ژنتیکی و سرطان پوست می شود. موجودات ذره بینی مانند میکروب ها،قارچها و … باعث بروز انواع بیماریهای انسانی شده و بهداشت آب را به خطر می اندازند . بعضی از جلبکها ، نوعی مواد سمی تولید می کنند که هم باعث بیماری شده و هم تاسیسات و فرایند تصفیه را دچار اشکال می کنند . شهر نشینی و فعالیتهای صنعتی و کشاورزی زمینه بسیار مساعدی برای رشد و انتقال آلودگی ها از طریق آب بوجود آورده است . اگر فرض شود که هر متر مکعب آب آلوده می تواند تا 40 متر مکعب آب سالم را آلوده سازد مجموعه پساب هائیکه هر روز تولید می شود تهدیدی بسیار جدی برای منابع آب خواهد بود . به گزارش سازمان بهداشت جهانی تقریبآ از هر سه نفری که در کشورهای در حال توسعه زندگی می کنند یکنفر آب آشامیدنی سالم در دسترس ندارند . هر سال سه میلیون کودک زیر 10 سال بعلت کمبود آب سالم و امکانات بهداشتی از از بین میروند . در کشورهای جهان سوم 80 درصد کل بیماریها مربوط به مصرف آب آلوده است که 33 درصد کل مرگ ومیر در این کشورها ، باعث می شود ، یعنی در واقع 25 هزار نفر در روز بدلیل استفاده از آب آلوده از بین میروند . این سناریو تیره و غم افزا ممکن است موجب شود که دولتهای جهانی به خود آمده و دست به اقدامات جدی بزنند . زیرا به رغم همه این دشواریها تا حدودی جا برای امیدواری هست و به کمک اقدامات مناسب و عزم و اراده لازم برای بکار گرفتن آنها می توان از روند نابودی منابع آب کاست و یا آنرا متوقف نمود . از طرفی پیشگیری از آلوده سازی آب یکی از راههای علمی و با صرفه است ، موفقیت این امر در گروه یک عزم ملی و فرا گیر است . ایجاد اهرمهای قوی قانونی ، استحکام و قاطعیت در برخورد با آلوده کنندگان منابع آب و پیامدهای ناشی از آلودگی آن برای افزایش آگاهی عمومی از جمله مواردی است که باید در سطح جهانی به آن توجه اکید مبذول شود و کشورهای مختلف با توجه به شرایط اجتماعی ، صنعتی و کشاورزی و انواع آلاینده ها و پسابهای ناشی از فعالیتهای انسانی ، استانداردهای خاصی برای خود تهیه کرده اند و بسیاری از عوامل تشکیل دهنده این استانداردها در سطح جهانی یکسان و مشابه است . بنابراین کشورهای درحال توسعه نیز باید در جهت رفع مشکلات زیستمحیطی و حفظ بهداشت جامعه خود بکوشند و از این استانداردها بهره گیری نمایند

آلودگي آب Water Pollution

طبق يك تعريف : هر ماده و جسمي كه مانع استفاده طبيعي از آب شود آلوده كننده آب تلقي مي شود . آبي كه براي بعضي استفاده هاي خاصي مناسب است بايد آلوده نباشد .

اكنون در جهان بيش از 500كيلومتر مكعب آب در رابطه با صنعت مورد استفاده قرار مي گيرد كه نصف آن پس از تصفيه پسابهاي صنعتي مجدداً استفاده مي شود .  ( بر طبق محاسبات سازمان ملل يك سوم آبهاي شيرين جهان آلوده اند )

تعريف آب پاك و آب آلوده :

هيچ تعريف خاصي براي پاك يا آلوده بودن مطلق آب وجود ندارد .در واقع آب پاك بنا به كاربرد آن بايستي داراي شرايط خاصي باشد . مثلاً براي مصرف – كشاورزي – يا صنعت نيازمند استاندارد هاي كيفيت خاص خود است .

معمولاً آبي را آلوده مي گويند كه مقدار اكسيژن محلول در آن از مقداري كه براي زندگي آبزيان ضروريست كمتر باشد . هرگاه مواد آلي از طريق تخليه فاضلاب به آبها وارد شوند بعلت خاصيت اكسيد شوندگي شديد اين مواد كه با مصرف اكسيژن محلول در آب صورت مي گيرد اكسيژن محلول در آب به صفر ميرسد و مي گويند آب بشدت آلوده است .

آب داراي خواص فيزيكي ويژه اي است :

1-      وزن مخصوص آب در 4درجه سانتي گراد 1 است

2-       گرماي ويژه آب بالاست

3-       هدايت حرارتي زيادي دارد

4-       حلاليت زياد در برابر ساير اجسام

5-       انبساط آب در حال انجماد

آب از دو عنصر هيدروژن و اكسيژن تشكيل شده و اولين بار هنري كاوانديش و لاوازيه عناصر آن را جدا نمودند .

اندازه گيري كيفيت آب

                  آلودگي موجود در آب بر حسب ميلي گرم در ليتر ( mg/lit) اندازه گيري مي شود . در قديم از روش PPm وزني استفاده مي شد كه اين روش در آلودگي بصورت حجمي اكنون در هوا مطرح است .

1 ميلي ليتر آب برابر يك گرم آب است و از ppm هم مي توان استفاده نمود ليكن در ساير مايعات چون 1 ميلي ليتر برابر يك گرم نيست بنابراين استفاده از ppm     منسوخ و mg/lit متداول است .

اندازه گيري كيفيت آب بدلايل زير دشوار است :

1-       ممكن است آلوده كننده كاملاً شناخته شده نباشد .

2-       غلظت آلوده كننده ممكن است اينقدر كم باشد كه اندازه گيري دقيق آن بسيار دشوار باشد .

براي اندازه گيري كيفيت آب روشهاي زير متداول است . :

1-       اندازه گيري اكسيژن محلول در آب يا DO

حداكثر اكسيژني كه در درجه حرارت نرمال ( 25درجه سانتي گراد ) مي تواند در آب حل شودmg/lit 9 است و هر چه حرارت اضافه شود اكسيژن محلول تقليل مي يابد . در دماي 35 درجه سانتي گراد اكسيژن محلول به    mg/lit  7 مي رسد و در دماي صفر درجه اكسيژن محلول معادل mg/lit  14  است . اكسيژن محلول در آب بوسيله دستگاه اندازه گيري اكسيژن (DO  متر )    اندازه گيري مي شود .

BOD  چيست ؟

BOD نرخ مصرف اكسيژن در داخل آب توسط ارگانيزمهاست   است . اگر BOD  كم باشد آب پاك و فاقد ارگانيسم است يا آنكه ارگانيزمهاي داخل آب مرده و نيازي به مصرف اكسيژن ندارند . BOD    مقدار اكسيژن لازم براي ثبات بيولوژيكي در آب است . اندازه تاًسيسات تصفيه بيولوژيكي خصوصاً ميزان هوادهي فاضلاب در حوضچه هاي هوا دهي را مي توان با اندازه BOD  محاسبه نمود .

اگر BOD  آبي   ppm 1  باشد   تقريباً آب خالص است . آب با BOD تا ppm 5  نسبتاً خالص فرض مي شود و وقتي كه BOD  به بيشتر از ppm 5   برسد خلوص آب مورد ترديد قرار مي گيرد . اما اگر مقدار BOD  از ppm 20 تجاوز كند سلامت عمومي مورد خطر واقع مي شود .

آزمايشات BOD  تخمين واقع بينانه اي از كيفيت اكسيژني كه وارد به آب شده  است را فراهم مي سازد .

BOD  چگونه تعيين مي شود ؟

         دو بطري از يك آب نهر پر مي شوند . ميزان DO  يكي اندازه گيري مي شود ، سپس درب بطري ديگر را بسته و داخل همان جريان آب به مدت 5 روز قرار مي گيرد ( براي حفظ شرايط محيطي مثل درجه حرارت ، زمان و نور ) بعد از 5 روز DO  ظرف دوم اندازه گيري شده و اختلاف DO  ظرف اول و دوم مشخص كننده BOD5   است .

درجه حرارت ، نور و زمان عوامل موثر در BOD  هستند . لازم به ذكر است آزمايش حتماً بايستي در درجه حرارت 20درجه سانتي گراد و در محيط به مدت 5 روز باشد .

 

 

 

منابع

 

۱. Ramawat KG, Merillon JM (۱۹۹۹) Biotechnology; Secondary Metabolites. Scien Publisher, NH, USA.

۲. Fiechter A (۱۹۹۰) Advances in Biochemical Engineering/Biotechnology. Springer-Verlag, Berlin.

۳. Vanisree M, Lee CY, Lo SF, Nalawade SM, Lin CY, Tsay HS (۲۰۰۴) Studies on the production of some important secondary metabolites from medical plants by plant tissue cultures. Bot. Bull. Acad. Sin. ۴۵:۱-۲۲.

۴. Verpoorte R, Memelink J (۲۰۰۲) Engineering secondary metabolite production in plants. Curr Opin Biotechnol, ۱۳:۱۸۱-۱۸۷.

۵. Dixon RA (۲۰۰۱) Natural products and plant disease resistance. Nature, ۴۱۱:۸۴۳-۸۴

۶. Forkmann G, Martens S (۲۰۰۱) Metabolic engineering and application of flavonoids. Curr Opin Biotechnol, ۱۲:۱۵۵-۱۶۰

 

 

 

  برای دریافت کلیه نمونه سوالات این درس به همراه پاسخ به صورت کاملا رایگان کلیک کنید.

 

 برای دریافت کلیه نمونه سوالات دروس عمومی به همراه پاسخ به صورت کاملا رایگان کلیک کنید

 

 

 پایان