دوازدهمین دوره از پروژه های دانش آموزی تبیان نیز با یاری خداوند و حضور پر شور شما دوستان و علاقمندان به پایان رسید.
 در این دوره از جشنواره تعداد 126 گروه در بخش های سمینار های علمی، غرفه های نمایشگاهی و مسابقات به عنوان گروه های برتر، برگزیده و معرفی شدند.
 بر آن شدیم تا با معرفی پروژه های گروه های برتر علاوه بر قدردانی از این دوستان نوآور، زمینه ای را برای ایده پروری سایر پژوهشگران علاقمند فراهم آوریم.

 مقطع: دوره اول متوسطه
 موضوع: بررسی تاثیر لیگنین به عنوان محافظ زیستی در جذب اشعه ماورای بنفش
 نام مدرسه: مجتمع آموزشی نوآور
 نام استاد: خانم نجفیان
 دانش آموزان: نازنین آقا بابایی، رامینا باوند، کمند کشته گر، مرضیه شکرانیان

چکیده: 
از آنجایی که گیاهان به طور طبیعی با استفاده از ترکیبات زیستی خود را در برابر اشعه ی ماورای بنفش حفظ می کنند، لذا هدف از انجام این طرح یافتن ترکیبات موجود در گیاهان به عنوان محافظ زیستی یا محافظ اشعه ی یو وی و ساخت محافظ زیستی است که بتوان از آن در برابر اشعه ی ماورای بنفش خورشید استفاده کرد و در صورت امکان از آن در مواد آرایشی بهداشتی هم استفاده کرد تا کاربرد آن را ملاحظه کنیم.

لیگنین یک بیوپلیمر منشعب و طبیعی گیاهی است که از زیر واحد های هیدروکسی سینامیل الکل که مونولیگنول نامیده می شوند، ساخته شده و در گیاهان گلدار، از مونولیگنول نوع سیناپیل است و درفرایند ساخته شدن لیگنین دو مرحله ی مشخص وجود دارد. 

ابتدا ساخته شدن مونولیگنول ها که از مسیر فنیل پروپانوئید و بر اثر آمینه اسید آمینه فنیل آمینه بوجود می آیند و سپس الحاق این مونولیگنول ها در آرایش های مختلف به یکدیگر که به تشکیل پلیمر پیچیده و منشعب لیگنین منجر می شود و این ترکیب در برابر محافظت از تنش های زیستی مقاومت می کند. لذا برای انجام این آزمایش لازم به استخراج لیگنین از پوست گیاهان همچون پوست درخت بود. به همین علت مقداری پوست درخت خشک را برداشتیم و آن را با استفاده از هاون پودر کردیم و سپس با محلول استون و اتانول مخلوط کرده و بعد از گذشت چند ساعت داخل آن مقداری آب جوش ریختیم و بعد از گذشت یک ساعت مقداری سلولز از آن استخراج و بعد از 1 گرم از این ماده ی رسوب داده شده را با اسید سولفوریک 72% ، برای دو ساعت در دمای محیط قرار دادیم تا مخلوط شود و بعد با 560 سی سی آب مقطر در حال جوش مخلوط کردیم تا رقیق شود و در دستگاه ریفلاکس قرار دادیم و باقیمانده ی حاصل را با آب مقطر شستشو دادیم و در دمای 100 درجه سانتی گراد آون قرار دادیم تا خشک شود.

مقدمه: 
لیگنین یک پلیمر پیچیده ی ساخته شده از واحدهای مولکولی فنیلپروپان است که به شکل آمورف و مخلوط با هولو سلولز در نباتات بصورت لایه‌ ای دور سلولز را فرا گرفته ‌است. بعد از سلولز لیگنین رایج ‌ترین ترکیب در ساختار گیاهان آلی چوبی است. چوب خشک حاوی حدود ٢٥ درصد لیگنین است که در دیواره سلولی و در قسمت خارجی سلول قرار گرفته است. لیگنین به‌عنوان یک اتصال دهنده دیواره سلولی عمل می‌کند و فیبرهای سلولی حاوی ماتریکس را برای استحکام ساختار چوب به هم متصل می‌ نماید. 

منابع لیگنین فراوانند و اکثراً هم غیرقابل مصرفند. چوب و پوست درختان که از صنایع الواری به‌جای می ‌مانند و همچنین فضولات کشاورزی می ‌توانند مقدار بسیار زیادی لیگنین حاصل دهند.

منبع کوچک ‌تر ولی در دسترس‌ تر لیگنین خمیر کاغذ در صنایع چوب است که ذخیره زیادی برای لیگنین است. محتویات لیگنین در گونه‌ های مختلف چوب از یک درخت به درخت دیگر و حتی در یک منطقه از یک درخت نسبت به منطقه دیگر از همان درخت متفاوت است. لیگنین یک پلیمر با وزن مولکولی بیشتر از ۱۰،۰۰۰ در درختان کاج و احتمالاً کمتر از ۵۰۰۰ در درختان برگ ‌ریز می ‌باشد که سه منومر اصلی آن کونیفریل الکل، ایزواوژنول و سیرنژیل الکل می ‌باشند. فرآیند چوبی شدن در گیاهان مربوط به تشکیل پلیمر لیگنین است که عمدتا در بافت های محافظ و هادی به وجود می آید.         
اثرات تنش اشعه ماورای بنفش بر گیاهان 
جهان در اشعه الکترومغناطیس خورشید غوطه ور است. اشعه ای که محدوده وسیعی از طول موج ها و انرژی های مربوطه را در برمی گیرد. در حقیقت، انرژی دریافتی زمین از خورشید به صورت امواج الکترو مغناطیس با طول موج های کمتر از 0/001 نانومتر تا بیشتر از یک متر است که به عنوان نور در نظر گرفته می شود که البته همه آن قابل رؤیت نیست. نوری با طول موج بین 1 تا 390 نانومتر نور فرابنفش است. این نور برای انسان قابل مشاهده نیست. با وجود این حقیقت که نور فرابنفش دیده نمی شود در واکنش های شیمیایی مشخص می تواند بسیار فعال باشد. 

نور فرابنفش همراه با سایر طول موج های کوتاه نور مرئی جهت تحریک  تشکیل رنگدانه هایی که به عنوان آنتوسیانی شناخته می شوند نقش داشته و می توانند در فعالیت های سیستم هورمونی که در افزایش ارتفاع ساقه و نیز فتوتروپیسم حائز اهمیت است، دخیل باشد.    

اما بطور کلی به علت خسارت اشعه فرابنفش بر بافت های گیاهی مقدار کل انرژی که به صورت امواج فرابنفش به زمین می رسد بسیار کم است، گیاهان برای استفاده از اشعه ماورای بنفش سازگاری نیافته اند و غالبا از این اشعه اجتناب می کنند.

 لایه اپیدرم بسیاری از گیاهان مقادیر زیادی از این اشعه را گرفته و مانع رسیدن آن به بافت ها و سلول های حساس می شوند. طیف الکترو مغناطیسی خورشیدی رسیده به لایه خارجی اتمسفر شامل 50 درصد نور مرئی 40 مادون قرمز و 10 درصد ماورای بنفش است که تنها یک درصد از کل اشعه فرابنفش وارد شده به اتمسفر به سطح زمین می رسد و بقیه آن توسط لایه ای از گاز ازن به قطر 10 کیلومتر که در استراتوسفر خارجی زمین واقع شده است، جذب می شود. 

امروزه کلیه موجودات کاملا به اثر حفاظت کنندگی ازن وابسته هستند زیرا اکثر آن ها به هیچ طریقی نمی توانند خود را در برابر این اشعه محافظت نمایند. این اثرات شامل سوختگی، سرطان و جهش های کشنده است. زمانی که اشعه فرابنفش به یک مولکول ازن برخورد می کند، ازن متلاشی شده، انرژی فرابنفش جذب شده و یک مولکول اکسیژن و یک اتم اکسیژن آزاد که رادیکال آزاد نامیده می شود و شدیدأ واکنش پذیر است، به وجود می آید. از این رو به آسانی با یک مولکول اکسیژن ترکیب شده تا مجددا یک مولکول ازن به وجود بیاورد. 

زمانی که این واکنش به وقوع می پیوندد، انرژی به صورت حرارت آزاد می شود. از این رو جذب اشعه فرابنفش در لایه ازن همراه با تخریب و تشکیل مجدد لایه ازن و تبدیل اشعه فرابنفش به انرژی حرارتی می باشد. تحقیقات نشان داده است هر یک درصد کاهش در غلظت ازن باعث افزایش 1/3 دهم تا 1/8 دهم درصد در تشعشع رسیده به بیوسفر می شود.
انواع اشعه UV
UV-A (طول موج 320 – 400 نانومتر) : به وسیله چند ترکیب بیولوژیکی به شدت غیر اشباع جذب می شود و می تواند بعضی از فرایند های فیزیولوژیکی را تحت تأثیر قرار دهد. ولی سلول کش موثری نیست و چون UV-A بخش نسبتاً ثابت و زیادی از انرژی نور خورشید را تشکیل می دهد، مسئله مقاومت اشعه این باند، به طور جدی مورد توجه قرار نگرفته است.

UV-B (طول موج 320-280 نانومتر): مهم ترین و پر انرژی ترین باند بوده و مهم ترین فیلتر آن لایه ازن است. مقدارUV-B رسیده به سطح زمین بستگی به عوامل اتمسفری، غلظت ازن، رطوبت، زاویه تابش خورشید نسبت به زمین، ذرات گرد و غبار، پوشش ابر، عوامل زمینی، وجود آب، برف، شن و... دارد. همچنین با افزایش ارتفاع و کاهش عرض جفرافیایی شدت  UV به مقدار زیادی افزایش می یابد.

UV-C (طول موج 280-190 نانومتر) : برای ضد عفونی کردن با طول موج 254 نانو متر، در اشعه لامپ های بخار جیوه با فشار کم وجود دارد. این باند به شدت کشنده سلول است اما UV-C خورشیدی به وسیله اکسیژن و ازن در اتمسفر جذب می شود و عامل مخربی در محیط طبیعی نیست.

به طور کلی UV-B می تواند بر فرآیند های ژنتیکی، ساختمان و عمل غشا، فتوسنتز و تنفس، رشد و نمو سازوکار روزنه ها، خصوصیات آناتومیکی برگ، و رنگیزه های فتوسنتزی اثر گذار باشد. 

روش کار:
مواد لازم: پوسته ی خشک شده ی درخت کاج، آب مقطر، استون، اتانول، عسل، نشاسته، سیب زمینی، گلیسرول، هیدروکلریک اسید، اسید سیتریک.

استخراج لیگنین:
ابتدا پوسته ی درخت کاج از درخت جدا شده سپس با هاون خرد شد. جهت استخراج مواد غیر لیگنینی با مخلوط استون – اتانول برای 8 ساعت نگه داری می شود، سپس با اتانول برای 4 ساعت دیگر و آب داغ برای یک ساعت مخلوط می شود تا همو سلولز استخراج شود. یک گرم از این ماده ی رسوب داده شده اسید سولفوریک 72% برای دو ساعت در دمای اتاق مخلوط شد. سپس با 560 سی سی آب مقطر در حال جوش رقیق شده و در دستگاه رفلاکس قرار داده شد،ه باقی مانده ی حاصل با آب مقطر شستشو داده شده و در دمای 100 درجه ی سانتی گراد آون خشک شد.

استخراج بیوپلاستیک:
ابتدا سیب زمینی بعد از شستشو، رنده شد. پس از رنده کردن و شستشو با آب مقطر آن را از صافی مخصوص عبور داده شد و مایع به دست آمده در مکانی ساکن قرار داده شد تا نشاسته ی آن رسوب کند.

برای ساخت بیو پلاستیک ابتدا 2.5 گرم نشاسته را با 25 میلی لیتر آب مقطر در بشر مخلوط شده و در آن حل شد. سپس 3 میلی لیتر هیدرو کلریدریک اسید 0.1 مولار به آن اضافه شد و در آخر 2 میلی لیتر گلیسرول به آن اضافه شده و بر روی شعله حرارت دید. بعد از گذشت 5 دقیقه بیوپلاستیک مورد نظر تهیه شد.

نتیجه : 
پس از آنكه لیگنین  با هضم اسیدی بدست آمد، از آن و هم از شاهد بیوپلاستیک ساخته شد. نتایج نشان داد که بیوپلاستیک ساخته شده از لیگنین همان خاصیت ساختار بیو پلاستیک شاهد را داشته و به خوبی تشکیل شد.

کوانتوم دات از اسید سیتریک و عسل به روش پیرولیز حرارتی بدون آب تهیه شد و سپس نتایج نشان داد که لیگنین می تواند به عنوان جاذب اشعه UV در برابر معرف كوانتوم به خوبی عمل کند.    
تحلیل و بحث:
هدف استفاده از گیاهی است که یک منبع زیستی و ارزان به عنوان یک جاذب uv و معرفی آن در ساخت ماسک ها و لباس های محافظتی در برابر اشعه uv آفتاب باشد. لیگنین به عنوان یک پلیمر طبیعی می تواند باعث جذب اشعه uvگردد. مطالعات پیشین نشان داد که لیگنین می تواند خاصیت آنتی باکتریایی در برابر باکتری های محیطی مضر داشته باشد و این به دلیل وجود ساختار مولکولی آن به نام فنول ها می باشد.

فرضیه ما بر این بود که این ترکیب می تواند پرتوهای مضر uvرا به خود جذب کند. در این آزمایش همچنین از کوانتوم دات به عنوان معرف جاذب اشعه uv استفاده شد. این ترکیب یک ماده زیستی ساخته شده از عسل یا اسید سیتریک می تواند باشد که وقتی که در برابر اشعه  uvقرار می گیرد، می تواند به رنگ آبی یا سبز در آید. 

فرض ما در این آزمایش در آن بود که لیگنین بتواند اشعه uv را جذب کند و وقتی در برابر کوانتوم دات به عنوان معرف جاذب اشعه uv قرار گیرد بتواند مانع انتقال پرتو های ماوراء بنفش به کوانتوم دات گردد. در این صورت کوانتوم دات نمی تواند به رنگ آبی یا سبز در بیاید. نتایج این آزمایش نشان داد که فرضیه موجود صحت داشته ومی توان از لیگنین به عنوان جاذب اشعه مضر خورشید استفاده کرد.

منابع: 
·         روزنامه جام جم اخوان بهبهانی علی تاریخ 1389/3/1
·         www.jamejam.ir
·         مهدویان کبری،قربانلی مه لقا،محمدی غلامعباس،منوچهری کلانتری خسرو.
·         غلامعباس مقاله ی  تاثیر باند های مختلف اشعه ماوراء بنفش بر عوامل فیزیولوژیکی و ریخت شناسی فلفل مجله زیست شناسی ایران جلد 19 شماره 1 بهار 1385

برای مشاهده مجموعه فایل های ضمیمه اینجا کلیک کنید.
 بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان
تهیه: نگار تجملیان-  تنظیم: نسرین صادقی
لیگنین یک بیوپلیمر منشعب و طبیعی گیاهی است که از زیر واحد های هیدروکسی سینامیل الکل که مونولیگنول نامیده می شوند، ساخته شده و در گیاهان گلدار، از مونولیگنول نوع سیناپیل است و درفرایند ساخته شدن لیگنین دو مرحله ی مشخص وجود دارد.