1-2-3-1- عوامل موثر برروش کیسههای نایلونی.. 10 1-2-4- روش تولید گاز (Production Gas). 15 1-2-4-1- منشأ تولید گاز. 16 1-2-4-2- سیر تکاملی سیستم تولید گاز. 17 1-2-5- روش طیفسنجی مادون قرمز (NIRS ). 21 1-3- هضم در دستگاه گوارش نشخوارکنندگان 21 1-3-1- هضم در شکمبه. 23 1-3-2- عوامل موثر بر قابلیتهضم ترکیب غذا 24 1-3-2-1- ترکیب جیره. 25 1-3-2-2- آماده نمودن غذا 25 1-3-2-3- سطح تغذیه. 26 1-3-2-4- عوامل حیوانی.. 26 فصل دوم : مرور منابع 2-1- بررسی منابع 29 فصل سوم : مواد و روش ها 3-1- مواد وروشها 43 3-1-1- نمونهبرداری.. 43 3-1-2- مشخصات گیاهشناسی گونههای مرتعی مطالعه شده. 43 3-1-2-1- گونه مرتعی خلر(Lathyrus sativa ). 43 3-1-2-2- گونه مرتعی قدومه(Alyssum inflatum). 44 3-1-2-3- گونه مرتعی گونه آبدوست (Carex comans (. 44 3-1-3- تجزیه شیمیایی نمونهها 44 3-1-4 – دام مورد استفاده و نحوه آمادهسازی دام. 46 3-1-5- جایگاه حیوانات و مکان انجام آزمایش… 47 3-1-6- روش کیسه نایلونی.. 48 3-1-6-1- عملیات انجام شده پس از خروج کیسهها از داخل شکمبه. 49 3-1-7- روش تولید گاز. 50 3-1-7-1- مواد و دستگاههای لازم برای انجام آزمون گاز. 51 3-1-7-2- حیوان دهنده مایع شکمبه و ابزار گرفتن و آمادهسازی مایع شکمبه. 51 3-1-7-3-آماده سازی دستگاه. 52 3-1-7-4-آماده سازی خوراک… 53 3-1-7-5-آمادهسازی محلولها 53 3-1-7-6- آزمون گاز. 54 3-1-7-7- محاسبه پارامترهای هضم‌پذیری.. 55 3-1-8- روش طیف‌سنجی مادون قرمزنزدیک انعکاسی(NIRS). 56 3-1-8-1- تعیین شاخص‌های کیفیت با طیف‌ سنجی مادون قرمزنزدیک… 56 3-1-8-2- جست و جوی اتوماتیک فیلترها 56 3-1-8-3- تعیین معادلة‌رگرسیونی از فیلترهای انتخاب شده. 57 3-1-8-4- بررسی صحت معادلات‌کالیبراسیون(هم‌سنجی). 57 3-2- تجزیه و تحلیل آماری داده‌ها 57 فصل چهارم : نتایج 4- 1- نتایج 60 4- 1- 1- نتایج آنالیز شیمیایی و طیف سنجی مادون قرمز (NIR) صفات کیفی در گونههای مطالعه شده. 60 4-2- نتایج روش تولید گاز 64 4-2-1- پارامترهای تولید گاز و قابلیت هضم در گونهها 66 4-3- نتایج روش کیسه نایلونی 67 4-3-1- ناپدید شدن ماده خشک و پروتئین خام در دو گونه با روش (In-situ). 67 4-3 -2- ضرایب تجزیهپذیری ماده خشک و پروتئین گونههای مطالعه شده با روش In-situ. 70 4- 3- 3- تجزیهپذیری مؤثر ماده خشک و پروتئین گونههای مطالعه شده در سرعتهای عبور متفاوت با روش In-situ. 71 فصل پنجم : بحث 5- 1- نتایج تجزیه شیمیایی 87 5-2-آزمایشهای قابلیتهضم 91 5-3- نتیجه گیری کلی 96 5-4- پیشنهادات 96 منابع …………… 97 فهرست جداول جدول 4- 1- مقایسه مقادیر ترکیب اجزا گونه های مطالعه شده در روش تجزیه شیمیایی و NIR (براساس ماده خشک) 61 جدول 4- 2- مقایسه تیتست صفات دو روش تجزیه شیمیایی و NIR (براساس ماده خشک) در کل تیمارهای مطالعه شده 62 جدول 4- 3- مقادیر گاز تولید شده در زمانهای انکوباسیون گونههای مطالعه شده در روش تولید گاز 65 جدول 4-4 – مقایسه پارامترهای تولید گاز در گونههای مرتعی ……………………………………………………….. 67 جدول 4- 5- تجزیهپذیری ماده خشک و پروتئین گونهها در زمانهای انکوباسیون روش کیسه نایلونی Insitu (درصد ماده خشک) …………………………………………………………………………………………………………………………… 68 جدول 4- 6- مقایسه ضرایب تجزیه‎پذیری ماده خشک و پروتئین گونه‎ها در روش Insitu (درصد ماده خشک) 71 جدول 4- 7- مقایسه تجزیهپذیری مؤثر ماده خشک و پروتئین گونهها در روش کیسه نایلونی Insitu (درصد ماده خشک) 7 فهرست اشکال شکل 3-1- مراحل فیستوله گذاری……………………………………………………………………………………….. 48 تصویر 4-1- نمودارمقادیر صفات اندازه‎گیری شده در روش شیمیایی در گونه‎های مطالعه شده…………….. 62 تصویر4-2– نمودار مقایسه میانگین کل تیمارها برای صفات مشترک در دو روش شیمیایی و طیف‎سنجی……………………………………………………………………………………………………………………… 63 تصویر 4-3- نمودارهای همبستگی روش شیمیایی و طیف‎سنجی در کل تیمارها………………………………. 64 تصویر 4-4- نمودار روند تولید گاز در زمانهای انکوباسیون در گونه‎های مطالعه شده…………………………. 66 تصویر 4-5 – روند ناپدید شدن ماده خشک در روش کیسه نایلونی……………………………………………… 69 تصویر 4-6- روند تجزیه‎پذیری پروتئش کیسه نایلونی………………………………………………………………. 69 تصویر 4-7- نمودار همبستگی تجزیه ماده خشک و پروتئین میانگین تمام تیمارها در روش کیسه نایلونی ……………………………………………………………………………………………………………………………………. 70 تصویر 4-8- نمودار روند تجزیه‎پذیری موثر ماده خشک(a) و پروتئین(b) در سرعتهای عبور متفاوت در روش کیسه نایلونی 73 تصویر 4-9- نمودار میزان همبستگی بین تجزیه‎پذیری ماده خشک و پروتئین روش کیسه نایلونی با میزان گاز تولید با انکوباسیون یکسان…………………………………………………………………………………………………………………………… 74 چکیده این تحقیق به منظور تعیین ارزشغذایی و قابلیت هضم سه گونه مرتعی خلر(Lathyrus sativa )، قدومه(Alyssum inflatum)، گونه (Carex comans)، مخلوط گونههای مذکور و گونه M. sativa با روشهای شیمیایی، طیفسنجی مادون قرمز، تولید گاز وکیسه نایلونی انجام شد. نمونهبرداری به طور کاملاً تصادفی و محل انجام پژوهش در استان گیلان انجام شد. کلیه نمونههای بدستآمده ابتدا خُرد شده و سپس با هم مخلوط شده و جهت تعیین ترکیبات شیمیایی و تعیین قابلیت هضم با روش کیسهنایلونی و تولید گاز مورد آزمایش قرار گرفتند. در این تحقیق از سه رأس گوسفند فیستولهدار در مزرعه تحقیقاتی علوم دامی دانشگاه آزاد واحد رشت استفاده شد. این طرح در قالب طرح کاملاً تصادفی و دادهها نیز با نرم افزار،SPSS Neway مورد آنالیز قرار گرفت. ترکیب شیمیایی (CP ، EE، CF، Ash ،ADF ،NDF ،OMD تجزیهپذیری (CP و DM) و تولید گاز(OMD،SCFA ، ME، NEL، DMD) برای تمام گونهها تعیین شد. مقادیر پروتئین خام گونه خلر(72/9%)، گونه قدومه(43/8%)، گونه آبدوست کارکس(67/18%)، مخلوط گونهها (36/9%) و گونه یونجه (19/19%) میباشد. همبستگی روش NIR و روش شیمیایی در صفت خاکستر (94%) و در صفات پروتئین خام (65%)، NDF (79%) و ADF (50%) بود. روند تولید گاز نیز دارای روند افزایشی بوده و بیشترین تولید گاز مربوط به گونه یونجه وکمترین میزان مربوط به گونه خلر بود. میزان تجزیهپذیری مادهخشک و پروتئین در تمام زمانهای انکوباسیون دارای اختلاف معنیداری بین تمام تیمارها بود. بیشترین تجزیهپذیری ماده خشک و پروتئین مربوط به گونه یونجه و کمترین مربوط به کارکس میباشد. نتایج نشان داد که بین روش تولید گاز و کیسههای نایلونی همبستگی بالایی وجود دارد بهطوریکه بین تولید گاز و تجزیهپذیری پروتئین (93%) و تجزیهپذیری ماده خشک (92%) میباشد. بهطورکلی نتایج نشان دادند که گونههای مرتعی مطالعه شده و مخلوط آنها توانایی تأمین بخشی از نیازهای غذایی دامهای استان را دارا میباشند. 1-1 مقدمه شناسایی و استفاده از منابع علوفهای که در مناطق مختلف محلی بهصورت دانش بومی موجود است بسیار حائز اهمیت بوده و در صورت انجام کارهای ترویجی مناسب سبب برنامهریزی بهتر و جایگزینی گونههای مناسبتر خواهد شد. لذا جمعآوری اطلاعات علمی در زمینه منابع علوفهای جدید و شناخت کمی و کیفی این منابع یکی از مهمترین عوامل تضمین موفقیت در دامپروری و کمک به تأمین منابع غذایی میباشد. بهرهبرداری از گونههای علوفهای مرتعی و سایر علوفههای جایگزین در دهههای اخیر در دنیا سبب رونق اقتصادی و اجتماعی جمعیت و ساکنان محلی بهویژه دامداران شده است(یونسکو[1]، 2004). مشکل تغذیه دام در کشور ما همواره از مهمترین و مطرحترین مسائل دامپروری بوده و علیرغم فعالیتهای انجام شده در طی سالهای گذشته، راه حل اصولی برای رفع این مشکل ارائه نشده است. امروز ازدیاد جمعیت و افزایش تقاضا و همچنین کمبود منابع تأمینکننده موادغذایی، جهان را با چالشی عظیم در زمینه تغذیه مواجه ساخته است به گونهای که آمار گرسنگی در سال 2009 در جهان به مرز یک میلیارد نفر رسید(یونسکو، 2004). با رشد جمعیت نیاز به منابع جدید مواد غذایی و همچنین استفادهی بهینهتر از پتانسیلهای موجود دارای اهمیت فراوان میباشد به گونهای که تولید موادغذایی تا سال 2050 باید حدود 70 درصد افزایش یابد تا بتواند نیازهای غذایی جمعیت نُه میلیارد نفری این کره خاکی را تأمین نماید(فائو، 2009). در امر تغذیه، منابع گوشتی و پروتئینی و به تبع آن منابع تغذیهای دامها حائز اهمیت است در آیندهای نزدیک کشاورزان علیرغم کمبود زمین جهت کشت علوفهها مجبور به تولید بیشتر خواهند بود از این رو شناسایی منابع جدید تأمین علوفه یک نیاز اساسی محسوب میگردد. هزینه تأمین مواد غذایی دام یکی از بالاترین هزینهها میباشد چناچه نزدیک به 65-70 % هزینههای مربوط به پرورش ونگهداری دام در رابطه با مسائل تغذیهای میباشد (هاشمی، 1375). اهمیت تغذیه مناسب و کافی دام، ایجاب میکند که ارزش غذایی هر یک از مواد خوراکی در تغذیه دام و طیور، معمولاً با ارزیابی ترکیبات مغذی و ضریب قابلیت هضم آنها بیان میگردد. جمعیت کشور با نرخ فزایندهای در حال افزایش است، با افزایش جمعیت جهان تقاضا برای به کارگیری منابع پروتئینی جهت تغذیه مردم رو به فزونی میباشد. دامداری در کشور ما از سابقه بسیار طولانی برخوردار میباشد و ایران در سالیان پیش یکی از صادرکنندگان محصولات دامی بوده است. امّا در سالهای اخیر، نه تنها کشور ما صادراتی در این زمینه نداشته بلکه به یکی از واردکنندگان این محصولات تبدیل گردیده است. عوامل زیادی در بوجود آوردن این شرایط دخیل بوده است. اول آنکه در دهههای اخیر رشد جمعیت در کشور آهنگ بسیار تندی داشته و همچنین الگوهای مصرف نیز با گذشت زمان تغییر نموده است. دوم اینکه، شیوه دامپروری در ایران بهصورت سنتی بوده و حتی در سالهای اخیر که تحولات چشمگیری در تمام جنبههای تغذیه دام و پرورش دام، در جهان به وقوع پیوسته است هنوز هم بخش عمدهای از تولیدات دامی کشور، از دامداران سنتی تأمین میگردد و تعداد محدود دامپروریهای صنعتی نیز، بهطور کامل خود را با پیشرفتهای روز افزون علوم دامی در جهان همگام ننمودهاند (گلسن و اینال[2]، 1995). علوفههای مرتعی از مهمترین منابع غذایی مورد استفاده دام محسوب میگردد. متأسفانه هنوز ارزش غذایی بسیاری از این علوفههای مرتعی چه از جنبه تجزیه تقریبی و چه از لحاظ تغذیه دام ناشناخته مانده است. در نشخوارکنندگان به علت وجود میکروارگانیسمها در شکمبه و توانایی آنها در تجزیه و ساخت مواد مغذی به ویژه پروتئین میکروبی، بیان ارزش پروتئین بر مبنای قابلیت هضم آن کافی نمیباشد. لذا امروزه سیستم پروتئین قابل تجزیه و پروتئین قابل هضم در شکمبه برای ارزیابی پروتئین مواد خوراکی و نیاز نشخوارکنندگان استفاده میگردد. به طور تجربی ثابت شده است که بعضی از این علوفههای مرتعی از لحاظ غذایی برای دام خوشخوراک و مفید میباشند (کاظمی و همکاران، 1387). توسعه تولیدات دامی منوط به بهرهبرداری معقول از منابع تجدید شونده میباشد که مورد نظر متخصصین علوم مرتعداری و دامپروری میباشد. جمعآوری اطلاعات علمی در زمینه علوفههای مرتعی میتواند راهگشای استفاده مناسب از آنها باشد که منوط به شناخت مواد ناشناخته در گیاهان مرتعی میباشد. بهطوریکه امروزه شناسایی گیاهان مرتعی با ارزش در سیستمهای پرورش دام در کشورهای حوزه دریای مدیترانه و خاورمیانه مورد نظر متخصصین دام قرار گرفته است(گلسن و اینال، 1995). 1-2-3-1- عوامل موثر برروش کیسههای نایلونی.. 10 1-2-4- روش تولید گاز (Production Gas). 15 1-2-4-1- منشأ تولید گاز. 16 1-2-4-2- سیر تکاملی سیستم تولید گاز. 17 1-2-5- روش طیفسنجی مادون قرمز (NIRS ). 21 1-3- هضم در دستگاه گوارش نشخوارکنندگان 21 1-3-1- هضم در شکمبه. 23 1-3-2- عوامل موثر بر قابلیتهضم ترکیب غذا 24 1-3-2-1- ترکیب جیره. 25 1-3-2-2- آماده نمودن غذا 25 1-3-2-3- سطح تغذیه. 26 1-3-2-4- عوامل حیوانی.. 26 فصل دوم : مرور منابع 2-1- بررسی منابع 29 فصل سوم : مواد و روش ها 3-1- مواد وروشها 43 3-1-1- نمونهبرداری.. 43 3-1-2- مشخصات گیاهشناسی گونههای مرتعی مطالعه شده. 43 3-1-2-1- گونه مرتعی خلر(Lathyrus sativa ). 43 3-1-2-2- گونه مرتعی قدومه(Alyssum inflatum). 44 3-1-2-3- گونه مرتعی گونه آبدوست (Carex comans (. 44 3-1-3- تجزیه شیمیایی نمونهها 44 3-1-4 – دام مورد استفاده و نحوه آمادهسازی دام. 46 3-1-5- جایگاه حیوانات و مکان انجام آزمایش… 47 3-1-6- روش کیسه نایلونی.. 48 3-1-6-1- عملیات انجام شده پس از خروج کیسهها از داخل شکمبه. 49 3-1-7- روش تولید گاز. 50 3-1-7-1- مواد و دستگاههای لازم برای انجام آزمون گاز. 51 3-1-7-2- حیوان دهنده مایع شکمبه و ابزار گرفتن و آمادهسازی مایع شکمبه. 51 3-1-7-3-آماده سازی دستگاه. 52 3-1-7-4-آماده سازی خوراک… 53 3-1-7-5-آمادهسازی محلولها 53 3-1-7-6- آزمون گاز. 54 3-1-7-7- محاسبه پارامترهای هضم‌پذیری.. 55 3-1-8- روش طیف‌سنجی مادون قرمزنزدیک انعکاسی(NIRS). 56 3-1-8-1- تعیین شاخص‌های کیفیت با طیف‌ سنجی مادون قرمزنزدیک… 56 3-1-8-2- جست و جوی اتوماتیک فیلترها 56 3-1-8-3- تعیین معادلة‌رگرسیونی از فیلترهای انتخاب شده. 57 3-1-8-4- بررسی صحت معادلات‌کالیبراسیون(هم‌سنجی). 57 3-2- تجزیه و تحلیل آماری داده‌ها 57 فصل چهارم : نتایج 4- 1- نتایج 60 4- 1- 1- نتایج آنالیز شیمیایی و طیف سنجی مادون قرمز (NIR) صفات کیفی در گونههای مطالعه شده. 60 4-2- نتایج روش تولید گاز 64 4-2-1- پارامترهای تولید گاز و قابلیت هضم در گونهها 66 4-3- نتایج روش کیسه نایلونی 67 4-3-1- ناپدید شدن ماده خشک و پروتئین خام در دو گونه با روش (In-situ). 67 4-3 -2- ضرایب تجزیهپذیری ماده خشک و پروتئین گونههای مطالعه شده با روش In-situ. 70 4- 3- 3- تجزیهپذیری مؤثر ماده خشک و پروتئین گونههای مطالعه شده در سرعتهای عبور متفاوت با روش In-situ. 71 فصل پنجم : بحث 5- 1- نتایج تجزیه شیمیایی 87 5-2-آزمایشهای قابلیتهضم 91 5-3- نتیجه گیری کلی 96 5-4- پیشنهادات 96 منابع …………… 97 فهرست جداول جدول 4- 1- مقایسه مقادیر ترکیب اجزا گونه های مطالعه شده در روش تجزیه شیمیایی و NIR (براساس ماده خشک) 61 جدول 4- 2- مقایسه تیتست صفات دو روش تجزیه شیمیایی و NIR (براساس ماده خشک) در کل تیمارهای مطالعه شده 62 جدول 4- 3- مقادیر گاز تولید شده در زمانهای انکوباسیون گونههای مطالعه شده در روش تولید گاز 65 جدول 4-4 – مقایسه پارامترهای تولید گاز در گونههای مرتعی ……………………………………………………….. 67 جدول 4- 5- تجزیهپذیری ماده خشک و پروتئین گونهها در زمانهای انکوباسیون روش کیسه نایلونی Insitu (درصد ماده خشک) …………………………………………………………………………………………………………………………… 68 جدول 4- 6- مقایسه ضرایب تجزیه‎پذیری ماده خشک و پروتئین گونه‎ها در روش Insitu (درصد ماده خشک) 71 جدول 4- 7- مقایسه تجزیهپذیری مؤثر ماده خشک و پروتئین گونهها در روش کیسه نایلونی Insitu (درصد ماده خشک) 7 فهرست اشکال شکل 3-1- مراحل فیستوله گذاری……………………………………………………………………………………….. 48 تصویر 4-1- نمودارمقادیر صفات اندازه‎گیری شده در روش شیمیایی در گونه‎های مطالعه شده…………….. 62 تصویر4-2– نمودار مقایسه میانگین کل تیمارها برای صفات مشترک در دو روش شیمیایی و طیف‎سنجی……………………………………………………………………………………………………………………… 63 تصویر 4-3- نمودارهای همبستگی روش شیمیایی و طیف‎سنجی در کل تیمارها………………………………. 64 تصویر 4-4- نمودار روند تولید گاز در زمانهای انکوباسیون در گونه‎های مطالعه شده…………………………. 66 تصویر 4-5 – روند ناپدید شدن ماده خشک در روش کیسه نایلونی……………………………………………… 69 تصویر 4-6- روند تجزیه‎پذیری پروتئش کیسه نایلونی………………………………………………………………. 69 تصویر 4-7- نمودار همبستگی تجزیه ماده خشک و پروتئین میانگین تمام تیمارها در روش کیسه نایلونی ……………………………………………………………………………………………………………………………………. 70 تصویر 4-8- نمودار روند تجزیه‎پذیری موثر ماده خشک(a) و پروتئین(b) در سرعتهای عبور متفاوت در روش کیسه نایلونی 73 تصویر 4-9- نمودار میزان همبستگی بین تجزیه‎پذیری ماده خشک و پروتئین روش کیسه نایلونی با میزان گاز تولید با انکوباسیون یکسان…………………………………………………………………………………………………………………………… 74 چکیده این تحقیق به منظور تعیین ارزشغذایی و قابلیت هضم سه گونه مرتعی خلر(Lathyrus sativa )، قدومه(Alyssum inflatum)، گونه (Carex comans)، مخلوط گونههای مذکور و گونه M. sativa با روشهای شیمیایی، طیفسنجی مادون قرمز، تولید گاز وکیسه نایلونی انجام شد. نمونهبرداری به طور کاملاً تصادفی و محل انجام پژوهش در استان گیلان انجام شد. کلیه نمونههای بدستآمده ابتدا خُرد شده و سپس با هم مخلوط شده و جهت تعیین ترکیبات شیمیایی و تعیین قابلیت هضم با روش کیسهنایلونی و تولید گاز مورد آزمایش قرار گرفتند. در این تحقیق از سه رأس گوسفند فیستولهدار در مزرعه تحقیقاتی علوم دامی دانشگاه آزاد واحد رشت استفاده شد. این طرح در قالب طرح کاملاً تصادفی و دادهها نیز با نرم افزار،SPSS Neway مورد آنالیز قرار گرفت. ترکیب شیمیایی (CP ، EE، CF، Ash ،ADF ،NDF ،OMD تجزیهپذیری (CP و DM) و تولید گاز(OMD،SCFA ، ME، NEL، DMD) برای تمام گونهها تعیین شد. مقادیر پروتئین خام گونه خلر(72/9%)، گونه قدومه(43/8%)، گونه آبدوست کارکس(67/18%)، مخلوط گونهها (36/9%) و گونه یونجه (19/19%) میباشد. همبستگی روش NIR و روش شیمیایی در صفت خاکستر (94%) و در صفات پروتئین خام (65%)، NDF (79%) و ADF (50%) بود. روند تولید گاز نیز دارای روند افزایشی بوده و بیشترین تولید گاز مربوط به گونه یونجه وکمترین میزان مربوط به گونه خلر بود. میزان تجزیهپذیری مادهخشک و پروتئین در تمام زمانهای انکوباسیون دارای اختلاف معنیداری بین تمام تیمارها بود. بیشترین تجزیهپذیری ماده خشک و پروتئین مربوط به گونه یونجه و کمترین مربوط به کارکس میباشد. نتایج نشان داد که بین روش تولید گاز و کیسههای نایلونی همبستگی بالایی وجود دارد بهطوریکه بین تولید گاز و تجزیهپذیری پروتئین (93%) و تجزیهپذیری ماده خشک (92%) میباشد. بهطورکلی نتایج نشان دادند که گونههای مرتعی مطالعه شده و مخلوط آنها توانایی تأمین بخشی از نیازهای غذایی دامهای استان را دارا میباشند. 1-1 مقدمه شناسایی و استفاده از منابع علوفهای که در مناطق مختلف محلی بهصورت دانش بومی موجود است بسیار حائز اهمیت بوده و در صورت انجام کارهای ترویجی مناسب سبب برنامهریزی بهتر و جایگزینی گونههای مناسبتر خواهد شد. لذا جمعآوری اطلاعات علمی در زمینه منابع علوفهای جدید و شناخت کمی و کیفی این منابع یکی از مهمترین عوامل تضمین موفقیت در دامپروری و کمک به تأمین منابع غذایی میباشد. بهرهبرداری از گونههای علوفهای مرتعی و سایر علوفههای جایگزین در دهههای اخیر در دنیا سبب رونق اقتصادی و اجتماعی جمعیت و ساکنان محلی بهویژه دامداران شده است(یونسکو[1]، 2004). مشکل تغذیه دام در کشور ما همواره از مهمترین و مطرحترین مسائل دامپروری بو این مطلب را هم بخوانید : این مطلب را هم بخوانید : ده و علیرغم فعالیتهای انجام شده در طی سالهای گذشته، راه حل اصولی برای رفع این مشکل ارائه نشده است. امروز ازدیاد جمعیت و افزایش تقاضا و همچنین کمبود منابع تأمینکننده موادغذایی، جهان را با چالشی عظیم در زمینه تغذیه مواجه ساخته است به گونهای که آمار گرسنگی در سال 2009 در جهان به مرز یک میلیارد نفر رسید(یونسکو، 2004). با رشد جمعیت نیاز به منابع جدید مواد غذایی و همچنین استفادهی بهینهتر از پتانسیلهای موجود دارای اهمیت فراوان میباشد به گونهای که تولید موادغذایی تا سال 2050 باید حدود 70 درصد افزایش یابد تا بتواند نیازهای غذایی جمعیت نُه میلیارد نفری این کره خاکی را تأمین نماید(فائو، 2009). در امر تغذیه، منابع گوشتی و پروتئینی و به تبع آن منابع تغذیهای دامها حائز اهمیت است در آیندهای نزدیک کشاورزان علیرغم کمبود زمین جهت کشت علوفهها مجبور به تولید بیشتر خواهند بود از این رو شناسایی منابع جدید تأمین علوفه یک نیاز اساسی محسوب میگردد. هزینه تأمین مواد غذایی دام یکی از بالاترین هزینهها میباشد چناچه نزدیک به 65-70 % هزینههای مربوط به پرورش ونگهداری دام در رابطه با مسائل تغذیهای میباشد (هاشمی، 1375). اهمیت تغذیه مناسب و کافی دام، ایجاب میکند که ارزش غذایی هر یک از مواد خوراکی در تغذیه دام و طیور، معمولاً با ارزیابی ترکیبات مغذی و ضریب قابلیت هضم آنها بیان میگردد. جمعیت کشور با نرخ فزایندهای در حال افزایش است، با افزایش جمعیت جهان تقاضا برای به کارگیری منابع پروتئینی جهت تغذیه مردم رو به فزونی میباشد. دامداری در کشور ما از سابقه بسیار طولانی برخوردار میباشد و ایران در سالیان پیش یکی از صادرکنندگان محصولات دامی بوده است. امّا در سالهای اخیر، نه تنها کشور ما صادراتی در این زمینه نداشته بلکه به یکی از واردکنندگان این محصولات تبدیل گردیده است. عوامل زیادی در بوجود آوردن این شرایط دخیل بوده است. اول آنکه در دهههای اخیر رشد جمعیت در کشور آهنگ بسیار تندی داشته و همچنین الگوهای مصرف نیز با گذشت زمان تغییر نموده است. دوم اینکه، شیوه دامپروری در ایران بهصورت سنتی بوده و حتی در سالهای اخیر که تحولات چشمگیری در تمام جنبههای تغذیه دام و پرورش دام، در جهان به وقوع پیوسته است هنوز هم بخش عمدهای از تولیدات دامی کشور، از دامداران سنتی تأمین میگردد و تعداد محدود دامپروریهای صنعتی نیز، بهطور کامل خود را با پیشرفتهای روز افزون علوم دامی در جهان همگام ننمودهاند (گلسن و اینال[2]، 1995). علوفههای مرتعی از مهمترین منابع غذایی مورد استفاده دام محسوب میگردد. متأسفانه هنوز ارزش غذایی بسیاری از این علوفههای مرتعی چه از جنبه تجزیه تقریبی و چه از لحاظ تغذیه دام ناشناخته مانده است. در نشخوارکنندگان به علت وجود میکروارگانیسمها در شکمبه و توانایی آنها در تجزیه و ساخت مواد مغذی به ویژه پروتئین میکروبی، بیان ارزش پروتئین بر مبنای قابلیت هضم آن کافی نمیباشد. لذا امروزه سیستم پروتئین قابل تجزیه و پروتئین قابل هضم در شکمبه برای ارزیابی پروتئین مواد خوراکی و نیاز نشخوارکنندگان استفاده میگردد. به طور تجربی ثابت شده است که بعضی از این علوفههای مرتعی از لحاظ غذایی برای دام خوشخوراک و مفید میباشند (کاظمی و همکاران، 1387). توسعه تولیدات دامی منوط به بهرهبرداری معقول از منابع تجدید شونده میباشد که مورد نظر متخصصین علوم مرتعداری و دامپروری میباشد. جمعآوری اطلاعات علمی در زمینه علوفههای مرتعی میتواند راهگشای استفاده مناسب از آنها باشد که منوط به شناخت مواد ناشناخته در گیاهان مرتعی میباشد. بهطوریکه امروزه شناسایی گیاهان مرتعی با ارزش در سیستمهای پرورش دام در کشورهای حوزه دریای مدیترانه و خاورمیانه مورد نظر متخصصین دام قرار گرفته است(گلسن و اینال، 1995). قابلیت هضم یك فاكتور مهم برای ارزش غذایی بوده و ارتباط بین محتوای مواد غذایی و انرژی قابل دسترس نشخواركنندگان را تعیین میكند. تركیب شیمیایی مواد غذایی درباره ویژگیهای فیزیكی و كیفیت مواد غذایی اطلاعاتی میدهد كه جهت نتیجهگیری از قابلیت هضم و كارایی مورد انتظار از غذاهای دریافت شده توسط شكمبه استفاده میشود(اکسپرت[3]، 1986). روش استفاده از حیوان زنده و روش کیسههای نایلونی از روش های مرسوم بیولوژیکی هستند و روش آزمایشگاهی جدید روش آزمون گاز میباشد. روش کیسههای نایلونی با داشتن برخی اشکالات، هنوز در تعیین ارزش غذایی مواد خوراکی مورد قبول قابلیت هضم یك فاكتور مهم برای ارزش غذایی بوده و ارتباط بین محتوای مواد غذایی و انرژی قابل دسترس نشخواركنندگان را تعیین میكند. تركیب شیمیایی مواد غذایی درباره ویژگیهای فیزیكی و كیفیت مواد غذایی اطلاعاتی میدهد كه جهت نتیجهگیری از قابلیت هضم و كارایی مورد انتظار از غذاهای دریافت شده توسط شكمبه استفاده میشود(اکسپرت[3]، 1986). روش استفاده از حیوان زنده و روش کیسههای نایلونی از روش های مرسوم بیولوژیکی هستند و روش آزمایشگاهی جدید روش آزمون گاز میباشد. روش کیسههای نایلونی با داشتن برخی اشکالات، هنوز در تعیین ارزش غذایی مواد خوراکی مورد قبول

کلمات کلیدی: سنجش میزان تخریب ساختمان ها، ویژگی های بافتی، طبقه بندی نظارت شده، ماشین بردار پشتیبان، الگوریتم ژنتیک، سیستم استنتاج فازی

 

                                                        فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                          صفحه

1- فصل اول:کلیات تحقیق  6

1-1- مقدمه  7

1-2- بیان مسئله و ضرورت انجام تحقیق   8

1-3- سوالات تحقیق   8

1-4- اهداف تحقیق   9

1-5- ساختار تحقیق   9

2- فصل دوم : مرور تحقیقات پیشین در زمینه تعیین تخریب ساختمان ها 10

2-1- ‏‏مقدمه  11

2-2- مروری بر روشهای پیشین در تعیین تخریب ساختمانها پس از رخداد زلزله  11

2-2-1- روش های موجود از دیدگاه نوع داده های مورد استفاده 11

2-2-2- روش های موجود از دیدگاه روش تعیین میزان تخریب   13

2-3- آنالیز بافت   25

2-3-1- ویژگی های بافتی آماری   28

2-4- مروری بر یافتن ویژگی های بافتی (باندهای) بهینه  35

2-4-1- الگوریتم ژنتیک (GA) 36

2-5- طبقه بندی تصاویر  39

2-5-1- طبقه بندی الگوریتم ماشین بردار(SVM) 40

2-6- مروری بر مدل نقشه تخریب   44

2-6-1- بکارگیری سیستم فازی جهت تصمیم گیری در مورد وضعیت ساختمان ها 45

2-7- جمع بندی تحقیقات پیشین   49

3- فصل سوم: روش پیشنهادی تحقیق   52

3-1- مقدمه  53

3-2- مراحل انجام تحقیق   53

کلمات کلیدی: سنجش میزان تخریب ساختمان ها، ویژگی های بافتی، طبقه بندی نظارت شده، ماشین بردار پشتیبان، الگوریتم ژنتیک، سیستم استنتاج فازی

 

                                                        فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                          صفحه

1- فصل اول:کلیات تحقیق  6

1-1- مقدمه  7

1-2- بیان مسئله و ضرورت انجام تحقیق   8

1-3- سوالات تحقیق   8

1-4- اهداف تحقیق   9

1-5- ساختار تحقیق   9

2- فصل دوم : مرور تحقیقات پیشین در زمینه تعیین تخریب ساختمان ها 10

2-1- ‏‏مقدمه  11

2-2- مروری بر روشهای پیشین در تعیین تخریب ساختمانها پس از رخداد زلزله  11

2-2-1- روش های موجود از دیدگاه نوع داده های مورد استفاده 11

2-2-2- روش های موجود از دیدگاه روش تعیین میزان تخریب   13

2-3- آنالیز بافت   25

2-3-1- ویژگی های بافتی آماری   28

2-4- مروری بر یافتن ویژگی های بافتی (باندهای) بهینه  35

2-4-1- الگوریتم ژنتیک (GA) 36

2-5- طبقه بندی تصاویر  39

2-5-1- طبقه بندی الگوریتم ماشین بردار(SVM) 40

2-6- مروری بر مدل نقشه تخریب   44

2-6-1- بکارگیری سیستم فازی جهت تصمیم گیری در مورد وضعیت ساختمان ها 45

2-7- جمع بندی تحقیقات پیشین   49

3- فصل سوم: روش پیشنهادی تحقیق   52

3-1- مقدمه  53

3-2- مراحل انجام تحقیق   53

3-2-1- جمع آوری داده های مورد مطالعه  54

3-2-2- آماده سازی داده ها 54

3-2-3- استخراج ویژگی های بافتی   55

3-2-4- یافتن ویژگی های بافتی (باندهای) بهینه با استفاده از GA و SVM    57

3-2-5- طبقه بندی سقف ساختمان ها 60

3-2-6- طراحی سیستم فازی جهت تصمیم گیری وضعیت ساختمان ها 62

3-2-7- نقشه تخریب   64

3-2-8- ارزیابی و برآورد دقت الگوریتم پیشنهادی تحقیق   65

3-3- نرم افزارهای مورد استفاده 67

4- فصل چهارم: پیاده سازی  69

4-1- مقدمه  70

4-2- منطقه مورد مطالعه و پیش پردازش داده ها 69

4-3-  استخراج سقف ساختمان ها 73

4-4- استخراج ویژگی های بافتی   74

4-5- استخراج ویژگی های بافتی بهینه با استفاده از الگوریتم ترکیبی SVM-GA  75

4-6-  طبقه بندی سقف ساختمان ها با الگوریتم SVM    77

4-7- طبقه بندی کلاس های تخریب بر اساس منطق فازی   80

4-7-1 توابع عضویت و فازی سازی   80

4-7- استنتاج فازی   81

4-8- تولید نقشه تخریب   84

4-9- برآورد دقت   85

5- فصل پنجم: جمع بندی و پیشنهادات  91

5-1- جمع بندی   92

5-2- پیشنهادات   96

مراجع  99

چکیده انگلیسی   101

فهرست اشکال

عنوان                                                                                                                          صفحه

شکل ‏2‑1  نتیجه تفسیر بصری تصاویر سنجنده Quick Bird زلزله بم توسط Yamazaki  و همکاران.. 16

شکل ‏2‑2  استخراج قطعات معنادار از تصاویر در آنالیز شئ مبنا 20

شکل ‏2‑3 مدل مفهومی روش ارائه شده توسط گوسلا  و همکاران.. 21

شکل ‏2‑4 مدل مفهومی روش ارائه شده توسط چینی و همکاران.. 23

شکل ‏2‑5 مدل مفهومی روش ارائه شده توسط صمدزادگان و همکاران.. 24

شکل ‏2‑6 چهار جهت اصلی تصویر برای تشکیل ماتریس هم اتفاق.. 31

شکل ‏2‑7 نحوه تشکیل ماتریس هم اتفاق.. 31

شکل ‏2‑8 نحوه تولید تصاویر بافتی با حرکت پنجره متحرک با ابعد 3*3. 35

شکل ‏2‑9 نمونه ای از انجام جهش بر روی یک کروموزوم. 39

شکل ‏2‑10 طبقه بندی به روش SVM  در دوکلاس با استفاده از کرنل خطی.. 42

شکل ‏2‑11 طبقه بندی بهینه دو کلاس با کرنل خطی.. 43

شکل ‏2‑12 سیستم منطق فازی.. 46

شکل ‏2‑13 نمودار یک سیستم استنتاج (ممدانی) 47

شکل ‏3-1 مدل مفهومی الگوریتم پیشنهادی تحقیق.. 54

شکل ‏3-2 فرآیند کلی الگوریتم ترکیبی GA-SVM 57

شکل ‏3-3 نحوه انتخاب ویژگی های بافتی بهینه. 58

شکل ‏3-4 نمونه ای از کروموزوم مورد استفاده در این تحقیق.. 58

شکل ‏3-5 فرآیند طبقه بندی ساختمان با الگوریتم SVM… 61

شکل3-6 نحوه تعریف ورودی های سیستم استنتاج فازی.. 66

شکل ‏4‑1 زلزله شهر بم، کرمان، ایران. 70

شکل ‏4‑2 تصویر ماهواره QuickBird  مربوط به قبل از زلزله بم. 71

شکل ‏4‑3 تصویر ماهواره QuickBird  مربوط به پس از زلزله بم. 72

شکل ‏4‑4 داده کمکی شامل بردارهای پلیگون ساختمانها و اطلاعات آن ها 73

شکل ‏4‑5 ماسک ساخته شده و سقف های ساختمانی استخراج شده 74

شکل ‏4‑6 اجرای الگوریتم GA-SVM… 77

شکل ‏4‑7  اجرای الگوریتم MAIN-SVM… 78

شکل ‏4‑8 نتایج طبقه بندی سقف ساختمان ها با استفاده از الگوریتم SVM… 79

شکل ‏4‑9 توابع عضویت مورد استفاده برای فازی سازی ورودی های سیستم فازی.. 81

شکل ‏4‑10 تابع عضویت مربوط به بخش خروجی سیسستم استنتاج فازی.. 83

شکل ‏4‑11 ساختار سیستم استنتاج فازی طراحی شده 83

شکل ‏4‑12 نقشه تخریب مرجع تهیه شده توسط یامازاکی و همکاران(C1,C3,C4,C5) 88

شکل ‏4‑13  نقشه تخریب نهایی حاصل از پیاده سازی الگوریتم پیشنهادی تحقیق(C1,C3,C4,C5). 89

شکل ‏4‑14  نقشه تخریب نهایی حاصل از پیاده سازی الگوریتم پیشنهادی تحقیق(C1&3,C4,C5). 89

شکل ‏4‑15 نقشه تخریب نهایی حاصل از پیاده سازی الگوریتم پیشنهادی تحقیق(c1,c3,c4&5). 89

شکل ‏4‑16 نقشه تخریب نهایی حاصل از پیاده سازی الگوریتم پیشنهادی تحقیق(c1&3,c4&5) 90

 

فهرست جداول

عنوان                                                                                                                          صفحه

جدول ‏2‑1 رابطه بین بردار آفست و 4 جهت اصلی.. 31

جدول ‏2‑2 طبقه بندی ساختمان های آسیب دیده بر اساس آیین نامه(EMS98-2008) 45

جدول ‏2‑3 جمع بندی تحقیقات پیشین.. 49

جدول ‏3‑1 توصیف گرهای آماری استخراجی از ماتریس هم اتفاق(هارالیک) استفاده شده 56

جدول ‏3‑2   ماتریس خطا برا ی یک طبقه بندی با سه کلاس… 60

جدول ‏3‑3 نحوه تشکیل ماتریس خطا 65

جدول ‏4‑1 ویژگی های استخراجی آماری مرتبه دوم هارالیک… 74

جدول ‏4‑2 چند ساختمان نمونه به همراه درصد حضور هر کلاس در سقف ساختمان. 80

جدول ‏4‑3 تعدادی از قواعد فازی استفاده شده در سیستم استنتاج فازی.. 82

جدول ‏4‑4  نتیجه نهایی اعمال الگوریتم پیشنهادی بر روی ساختمان های ناحیه مورد مطالعه. 84

 

3-2-1- جمع آوری داده های مورد مطالعه  54

3-2-2- آماده سازی داده ها 54

3-2-3- استخراج ویژگی های بافتی   55

3-2-4- یافتن ویژگی های بافتی (باندهای) بهینه با استفاده از GA و SVM    57

3-2-5- طبقه بندی سقف ساختمان ها 60

3-2-6- طراحی سیستم فازی جهت تصمیم گیری وضعیت ساختمان ها 62

3-2-7- نقشه تخریب   64

3-2-8- ارزیابی و برآورد دقت الگوریتم پیشنهادی تحقیق   65

3-3- نرم افزارهای مورد استفاده 67

4- فصل چهارم: پیاده سازی  69

4-1- مقدمه  70

4-2- منطقه مورد مطالعه و پیش پردازش داده ها 69

4-3-  استخراج سقف ساختمان ها 73

4-4- استخراج ویژگی های بافتی   74

4-5- استخراج ویژگی های بافتی بهینه با استفاده از الگوریتم ترکیبی SVM-GA  75

4-6-  طبقه بندی سقف ساختمان ها با الگوریتم SVM    77

4-7- طبقه بندی کلاس های تخریب بر اساس منطق فازی   80

4-7-1 توابع عضویت و فازی سازی   80

4-7- استنتاج فازی   81

4-8- تولید نقشه تخریب   84

4-9- برآورد دقت   85

5- فصل پنجم: جمع بندی و پیشنهادات  91

5-1- جمع بندی   92

5-2- پیشنهادات   96

مراجع  99

چکیده انگلیسی   101

فهرست اشکال

عنوان                                                                                                                          صفحه

این مطلب را هم بخوانید :

شکل ‏2‑1  نتیجه تفسیر بصری تصاویر سنجنده Quick Bird زلزله بم توسط Yamazaki  و همکاران.. 16

شکل ‏2‑2  استخراج قطعات معنادار از تصاویر در آنالیز شئ مبنا 20

شکل ‏2‑3 مدل مفهومی روش ارائه شده توسط گوسلا  و همکاران.. 21

شکل ‏2‑4 مدل مفهومی روش ارائه شده توسط چینی و همکاران.. 23

شکل ‏2‑5 مدل مفهومی روش ارائه شده توسط صمدزادگان و همکاران.. 24

شکل ‏2‑6 چهار جهت اصلی تصویر برای تشکیل ماتریس هم اتفاق.. 31

شکل ‏2‑7 نحوه تشکیل ماتریس هم اتفاق.. 31

شکل ‏2‑8 نحوه تولید تصاویر بافتی با حرکت پنجره متحرک با ابعد 3*3. 35

شکل ‏2‑9 نمونه ای از انجام جهش بر روی یک کروموزوم. 39

شکل ‏2‑10 طبقه بندی به روش SVM  در دوکلاس با استفاده از کرنل خطی.. 42

شکل ‏2‑11 طبقه بندی بهینه دو کلاس با کرنل خطی.. 43

شکل ‏2‑12 سیستم منطق فازی.. 46

شکل ‏2‑13 نمودار یک سیستم استنتاج (ممدانی) 47

شکل ‏3-1 مدل مفهومی الگوریتم پیشنهادی تحقیق.. 54

شکل ‏3-2 فرآیند کلی الگوریتم ترکیبی GA-SVM 57

شکل ‏3-3 نحوه انتخاب ویژگی های بافتی بهینه. 58

شکل ‏3-4 نمونه ای از کروموزوم مورد استفاده در این تحقیق.. 58

شکل ‏3-5 فرآیند طبقه بندی ساختمان با الگوریتم SVM… 61

شکل3-6 نحوه تعریف ورودی های سیستم استنتاج فازی.. 66

شکل ‏4‑1 زلزله شهر بم، کرمان، ایران. 70

شکل ‏4‑2 تصویر ماهواره QuickBird  مربوط به قبل از زلزله بم. 71

شکل ‏4‑3 تصویر ماهواره QuickBird  مربوط به پس از زلزله بم. 72

شکل ‏4‑4 داده کمکی شامل بردارهای پلیگون ساختمانها و اطلاعات آن ها 73

شکل ‏4‑5 ماسک ساخته شده و سقف های ساختمانی استخراج شده 74

شکل ‏4‑6 اجرای الگوریتم GA-SVM… 77

شکل ‏4‑7  اجرای الگوریتم MAIN-SVM… 78

شکل ‏4‑8 نتایج طبقه بندی سقف ساختمان ها با استفاده از الگوریتم SVM… 79

شکل ‏4‑9 توابع عضویت مورد استفاده برای فازی سازی ورودی های سیستم فازی.. 81

شکل ‏4‑10 تابع عضویت مربوط به بخش خروجی سیسستم استنتاج فازی.. 83

شکل ‏4‑11 ساختار سیستم استنتاج فازی طراحی شده 83

شکل ‏4‑12 نقشه تخریب مرجع تهیه شده توسط یامازاکی و همکاران(C1,C3,C4,C5) 88

شکل ‏4‑13  نقشه تخریب نهایی حاصل از پیاده سازی الگوریتم پیشنهادی تحقیق(C1,C3,C4,C5). 89

شکل ‏4‑14  نقشه تخریب نهایی حاصل از پیاده سازی الگوریتم پیشنهادی تحقیق(C1&3,C4,C5). 89

شکل ‏4‑15 نقشه تخریب نهایی حاصل از پیاده سازی الگوریتم پیشنهادی تحقیق(c1,c3,c4&5). 89

شکل ‏4‑16 نقشه تخریب نهایی حاصل از پیاده سازی الگوریتم پیشنهادی تحقیق(c1&3,c4&5) 90

 

فهرست جداول

عنوان                                                                                                                          صفحه

جدول ‏2‑1 رابطه بین بردار آفست و 4 جهت اصلی.. 31

جدول ‏2‑2 طبقه بندی ساختمان های آسیب دیده بر اساس آیین نامه(EMS98-2008) 45

جدول ‏2‑3 جمع بندی تحقیقات پیشین.. 49

جدول ‏3‑1 توصیف گرهای آماری استخراجی از ماتریس هم اتفاق(هارالیک) استفاده شده 56

جدول ‏3‑2   ماتریس خطا برا ی یک طبقه بندی با سه کلاس… 60

جدول ‏3‑3 نحوه تشکیل ماتریس خطا 65

جدول ‏4‑1 ویژگی های استخراجی آماری مرتبه دوم هارالیک… 74

جدول ‏4‑2 چند ساختمان نمونه به همراه درصد حضور هر کلاس در سقف ساختمان. 80

جدول ‏4‑3 تعدادی از قواعد فازی استفاده شده در سیستم استنتاج فازی.. 82

جدول ‏4‑4  نتیجه نهایی اعمال الگوریتم پیشنهادی بر روی ساختمان های ناحیه مورد مطالعه. 84

1-4-4- ابزارهای ایجاد بیماری تحت اختیار باکتری……………………………………………..14

1-4-5- جذب، اتصال و ورود باکتری به گیاه……………………………………………………14

1-4-6- سیستم‌های ترشحی باکتری……………………………………………………………15

1-4-7- سیستم ترشحی نوع III (TTSS)………………………………………………………16

1-4-8- ژن‌های hrp و نقش دوگانه‌ی آنها……………………………………………………….17

1-4-9- هارپین‌ها و نقش آنها در القای پاسخ ………………………………………………HR20

1-5- بهره‌گیری از مهندسی ژنتیک در مقاومت به بیماری‌ها………………………………………21

فصل دوم: مواد و روش‏ها

2- محل انجام پژوهش……………………………………………………………………………………………..25                                                                                                                                                                           25

2-1- مواد شیمیایی، آنزیم‏ها و کیت‏ها………………………………………………………….25

2-2- سویه‏های باکتری………………………………………………………………………..25

2-3- پلاسمیدهای مورد استفاده……………………………………………………………….26

2-4- محیط کشت باکتری‏ها…………………………………………………………………….26

2-5- آنتی‏بیوتیک‏ها……………………………………………………………………………27

2-6- طراحی آغازگر………………………………………………………………………….27

2-7- شناسایی و جداسازی باکتری Xcc…………………………………………………………………………………….29

2-8- خالص سازی DNA ژنومی باکتری Xcc سویه‏ی ………………………..NIGEB.088(A*)31

2-9- تعیین کمیت و کیفیت DNA استخراج شده……………………………………………….31

2-10- واکنش زنجیره‏ای پلیمراز با آنزیم‏هایTaq  و Pfu دی.ان.آ پلیمراز جهت جداسازی ژن‏های هدف……………………………………………………………………………………………………………………………………..31

2-11- الکتروفورز محصولات واکنش زنجیره‏ای پلیمراز……………………………………………33

2-12- خالص‏سازی محصول واکنش زنجیره‏ای پلیمراز………………………………………….33

2-13- جداسازی محصول PCR و یا محصول حاصل از هضم آنزیمی از روی ژل آگارز……………34

2-14- هضم آنزیمی با آنزیم‏های محدود کننده تیپ …………………………………………..II35

2-15- الکتروفورز محصولات واکنش‏های هضم آنزیمی…………………………………………39

2-16- واکنش اتصال………………………………………………………………………….39

2-17- تکثیر پلاسمید………………………………………………………………………….42

2-18- اندازه‏گیری دانسیته نوری(OD) باکتری…………………………………………………..42

1-4-4- ابزارهای ایجاد بیماری تحت اختیار باکتری……………………………………………..14

1-4-5- جذب، اتصال و ورود باکتری به گیاه……………………………………………………14

1-4-6- سیستم‌های ترشحی باکتری……………………………………………………………15

1-4-7- سیستم ترشحی نوع III (TTSS)………………………………………………………16

1-4-8- ژن‌های hrp و نقش دوگانه‌ی آنها……………………………………………………….17

1-4-9- هارپین‌ها و نقش آنها در القای پاسخ ………………………………………………HR20

1-5- بهره‌گیری از مهندسی ژنتیک در مقاومت به بیماری‌ها………………………………………21

فصل دوم: مواد و روش‏ها

2- محل انجام پژوهش……………………………………………………………………………………………..25                                                                                                                                                                           25

2-1- مواد شیمیایی، آنزیم‏ها و کیت‏ها………………………………………………………….25

2-2- سویه‏های باکتری………………………………………………………………………..25

2-3- پلاسمیدهای مورد استفاده……………………………………………………………….26

2-4- محیط کشت باکتری‏ها…………………………………………………………………….26

2-5- آنتی‏بیوتیک‏ها……………………………………………………………………………27

2-6- طراحی آغازگر………………………………………………………………………….27

2-7- شناسایی و جداسازی باکتری Xcc…………………………………………………………………………………….29

2-8- خالص سازی DNA ژنومی باکتری Xcc سویه‏ی ………………………..NIGEB.088(A*)31

2-9- تعیین کمیت و کیفیت DNA استخراج شده……………………………………………….31

2-10- واکنش زنجیره‏ای پلیمراز با آنزیم‏هایTaq  و Pfu دی.ان.آ پلیمراز جهت جداسازی ژن‏های هدف……………………………………………………………………………………………………………………………………..31

2-11- الکتروفورز محصولات واکنش زنجیره‏ای پلیمراز……………………………………………33

2-12- خالص‏سازی محصول واکنش زنجیره‏ای پلیمراز………………………………………….33

2-13- جداسازی محصول PCR و یا محصول حاصل از هضم آنزیمی از روی ژل آگارز……………34

2-14- هضم آنزیمی با آنزیم‏های محدود کننده تیپ …………………………………………..II35

2-15- الکتروفورز محصولات واکنش‏های هضم آنزیمی…………………………………………39

2-16- واکنش اتصال………………………………………………………………………….39

2-17- تکثیر پلاسمید………………………………………………………………………….42

2-18- اندازه‏گیری دانسیته نوری(OD) باکتری…………………………………………………..42

2-19- تکنیک Colony-PCR: غربالگری کلونی‏های نوترکیب……………………………………42

2-20- استخراج پلاسمید در مقیاس کم ……………………………………(Mini-Preparation)43

2-21- توالی‏یابی………………………………………………………………………………43

2-22- انتقال پلاسمید‏های نوترکیب pBI-hrpW و pBI-hrpG به سویه‏های آگروباکتریوم تومفاسینس با‏ استفاده از روش ذوب و انجماد…………………………………………………………………43

فصل سوم: نتیجه‏گیری و بحث

3- شناسایی باکتری Xcc (A*)……………………………………………………………………………………………………………………..47

3-1-  شناسایی به کمک تست بیماریزایی بر روی گیاه میزبان C.auratifolia…………………………………47

3-2-  شناسایی به کمک آغازگرهای اختصاصیMS+/MS-  و Xac01 / Xac02……………………………….48

3-3-  استخراج DNA ژنومی از باکتری XCC……………………………………………………………………………49

3-4-  تعیین کیفیت و کمیت DNA استخراج شده………………………………………………50

3-5- تکثیر ژن‏هایhrpW  و hrpG با واکنش زنجیره‏ای پلیمراز………………………………….51

3-5-1-  طراحی آغازگرهای مناسب……………………………………………………………51

3-5-2-  بهینه‏سازی شرایط واکنش زنجیره‏ای پلیمراز……………………………………………51

3-5-3-  الکتروفورز محصول واکنش زنجیره‏ای پلیمراز………………………………………….53

3-6-  تایید ناقل‏های کلونینگ و بیانی از طریق الگوهای برشی حاصل از هضم توسط آنزیم‏های برشی نوع II…………………………………………………………………………………………………………………………………….54

3-7-  همسانه‏سازی ژن‏هایhrpG  و hrpW در ناقل‏های کلونینگ (PGEM7zf(-) , pUC19)………….55

3-8-  تایید همسانه‏سازی ژن‏های هدف در ناقل‏های کلونینگ (pGEM7zf(-))،( pUC19)………………57

3-8-1-  واکنش کلونی PCR کلون‏های گزینش شده……………………………………………57

3-8-2-  تایید همسانه‏سازی ژن‏هایhrpW/G  در ناقل‏های کلونینگ با روش هضم آنزیمی…………58

3-8-3-  تایید همسانه‏سازی ژن‏های hrpW/G در ناقل‏های کلونینگ با روش واکنش زنجیره‏ای پلیمراز……………………………………………………………………………………………………………………………………59

3-9- همسانه سازی ژن‏های hrpG/W در ناقل بیانی pBI121………………………………………………………59

3-10- تایید همسانه سازی ژن‏های hrpG/W در ناقل بیانی pBI121…………………………………………….62

3-10-1- واکنش کلونی PCR کلون‏های تشکیل شده……………………………………………62

3-10-2- تایید همسانه‏سازی ژن‏های hrpG/W در ناقل بیانی pBI121 با روش واکنش هضم آنزیمی.63

3-10-3- تایید همسانه‏سازی ژن‏های hrpW/G در ناقل بیانی pBI121 با روش واکنش زنجیره‏ای پلیمراز……………………………………………………………………………………….64

3-11- توالی‏یابی……………………………………………………………………………..65

3-11-1- نتایج توالی‏یابی……………………………………………………………………..66

3-12- انتقال پلاسمیدهای نوترکیب pBI.hrpG و pBI.hrpW به سویه‏های آگروباکتریوم تومفاسینس.67

3-13- تایید انتقال پلاسمیدهای نوترکیب pBI.hrpW/G به سویه‏های آگروباکتریوم تومفاسینس……..67

3-13-1- تایید انتقال پلاسمیدهای نوترکیب pBI.hrpW/G با روش کلونی PCR…………………………..67

فصل چهارم: جمع‏بندی کلی و پیشنهادها

4- جمع‏بندی کلی نتایج……………………………………………………………………….70

4-1- پیشنهادها………………………………………………………………………………71

پیوست

5- دستورالعمل استخراج و خالص‏سازی DNA ژنومی باکتری xanthomonas citri pv. citri سویه 088(A*) NIGEB-……………………………………………………………………………………………………………………………………84

5-1-  محلول‏های لازم جهت استخراج DNA ژنومی……………………………………………84

5-1-1- مراحل استخراج DNA ژنومی…………………………………………………………85

5-1-2- روش اسپکتروفوتومتری………………………………………………………………86

5-1-3- الکتروفورز بر روی ژل آگارز………………………………………………………….87

6- الکتروفورز با ژل آگارز……………………………………………………………………………………. 88

6-1- نمای ساده از دستگاه الكتروفورز…………………………………………………………88

6-2- ژل آگارز……………………………………………………………………………….89

6-3- اتیدیوم بروماید………………………………………………………………………….89

6-4- بافر بارگزاری ژل آگارز………………………………………………………………….90

6-5- طرز تهیه محلول …………………………………………………………….TBE 0.5X91

6-6- طرز تهیه آگارز 1%……………………………………………………………………………………………..91

7- دستورالعمل خالص‏سازی فرآورده‏های تکثیر شده و قطعات DNA از روی ژل آگارز…………………92

7-1- خالص‏سازی فرآورده‏های تکثیر شده با کیت ……………………………………..Bioneer92

7-2- خالص‏سازی قطعات DNA از ژل آگارز……………………………………………………………………………93

8- دستورالعمل تهیه باكتری‏های مستعد برای پذیرش DNA خارجی…………………………………….95

8-1- تهیه سلول‏های مستعد E.coli……………………………………………………………………………95

8-2- دستورالعمل تراریزش باکتری مستعد به روش شوک حرارتی………………………………………………96

8-3- تهیه‏ی سلول‏های مستعد و انتقال پلاسمید‏های نوترکیب pBI-hrpW و  pBI-hrpG به سویه‏های آگروباکتریوم تومفاسینس با استفاده از روش ذوب و انجماد……………………………………………………….97

9- استخراج پلاسمید در مقیاس کم از باکتری E.coli سویه DH5α……………………………………………..99

9-1- استخراج پلاسمید به روش دستی…………………………………………………………99

9-2- استخراج پلاسمید با استفاده از کیت MBST (دکتر شایان)…………………………………….101

9-3- روش تهیه محلول های IPTG و …………………………………………………X-Gal103

9-3-1- تهیه محلول ایزوپروپیل D-B تیوگالاکتوپیرانوزید (IPTG)…………………………………………….103

9-3-2- تهیه 5 برمو-3 کلرو- اتیدولیل D-B گالاکتوزید (X-Gal)………………………………103

10- تهیه مایه تلقیح و بهینه‏سازی شرایط مایه‏زنی گیاه میزبان……………………………………………………..103

 

فهرست جداول

1-1- بیماریزایی فرم‏های مختلف شانکر روی چهار گونه از مرکبات………………………………….       12

1-2- مشخصات آغازگرهای اختصاصی برای تکثیر و شناسایی………………………………………….     29

2-2- برنامه Multipelex PCR با آغازگر‏های MS+/MS-  و Xac01/Xac02………………………          30

3-2- ترکیب محلول مادری برای واکنش Multipelex PCR جهت شناسایی باکتری…………….         30

4-2- شیب‏ دمایی به‏کار رفته برای تعیین بهترین دمای اتصال با آنزیم Taq………………………….       32

5-2- ترکیب محلول مادری برای واکنش زنجیره‏ای پلیمراز با آنزیم pfu دی.ان.آ پلیمراز……….         32

6-2- چرخه حرارتی به‏کار ‏رفته برای تکثیر نهایی با آنزیم pfu………………………………………….      33

7-2- شرایط واکنش هضم ژن hrpW و ناقل همسانه‏سازی مربوطه (pGEM7zf(-))…………….          36

8-2- شرایط واکنش هضم ژن hrpG و ناقل همسانه‏سازی مربوطه (pUC19)……………………..        36

9-2- شرایط واکنش دوتایی هضم آنزیمی جهت تایید ناقل‏های همسانه‏سازی ((-)pGEM7zf) و (pUC19)……………………………………………………………………………………………………………..     37

10-2– شرایط واکنش هضم دوتایی آنزیمی جهت تایید ناقل بیانی(pBI121)……………………..        37

11-2- شرایط واکنش هضم آنزیمی ژن hrpW و pBI121 جهت بازیابی قطعات مورد نظر از روی ژل……………………………………………………………………………………………………………………….    38

12-2– شرایط واکنش هضم ژن hrpG و ناقل بیانی جهت بازیابی قطعات مورد نظر از روی ژل…………………………………………………………………………………………………………………………. 38

13-2- شرایط واکنش اتصال (pBI121-hrpG)…………………………………………………………..         40

14-2- شرایط واکنش اتصال (pBI121-hrpW)……………………………………………………………       40

15-2- شرایط واکنش اتصال (pUC19-hrpG)…………………………………………………………….        41

16-2- شرایط واکنش اتصال (pGEM7zf(-)-hrpW)……………………………………………………         41

17-2- چرخه حرارتی به‏کار رفته برای واکنش کلونی PCR به منظور تایید همسانه‏سازی در وکتور بیانی……………………………………………………………………………………………………………………..   45

18-2- ترکیبات محلول مادری واکنش زنجیره‏ای کلونی PCR جهت تایید عمل همسانه‏سازی دروکتورهای کلونینگ و بیانی……………………………………………………………………………………     45

1-5- مواد و مقدار مورد نیاز جهت تهیه بافر Loading dye………………………………………………     9

فهرست شکل‏ها

1-3- تست بیماریزایی روی لیمو………………………………………………………………………………………………48

2-3- تست (Xaco1 / Xaco2 / MS+/MS) Multiplex PCR……………………………………………………..49

3-3- اکتروفورزDNA ژنومی استخراج شده بر روی ژل آگارز 1%………………………………………………..50

4-3- واکنش زنجیره‏ای پلیمراز با Taq دی.ان.آ پلیمراز و گرادیان دمایی جهت بهینه‏سازی بهترین دمای اتصال با پرایمرهای اختصاصی………………………………………………………………………………………………….53

5-3- واکنش زنجیره‏ای پلیمراز برای تکثیر ژن‏های hrpG , hrpW با آغازگرهای اختصاصی و آنزیم pfu دی.ان.آ پلیمراز………………………………………………………………………………………………………………………..53

6-3- الکتروفورز محصول هضم آنزیمی ناقل‏های کلونینگ و بیانی با آنزیم‏های برشی نوع II بر روی ژل آگارز 1%………………………………………………………………………………………………………………………………..54

7-3- هضم آنزیمی فراورده ژن‏هایhrpG  و hrpW جهت بازیابی از روی ژل آگارز)الف) و قطعات بازیابی شده(ب)………………………………………………………………………………………………………………………55

8-3- هضم آنزیمی ناقل‏های کلونینگpUC19  و pGM7zf(-) جهت بازیابی از ژل آگارز(الف) قطعات بازیابی شده(ب)……………………………………………………………………………………………………………………..55

9-3- واکنش کلونی PCR برای کلون‏های سفید حاصل ازhrpG  و hrpW……………………………………58

10-3- هضم آنزیمی پلاسمیدهای استخراج شده از کلونی‏های حاصل از واکنش اتصال pGEM و hrpw و همچنینhrpG  و pUC19……………………………………………………………………………………………………..58

11-3- الکتروفورز محصول واکنش زنجیره‏ای پلیمراز پلاسمیدهای تایید شده بر روی ژل آگارز 1%….59

12-3- هضم آنزیمی ناقل بیانی جهت بازیابی از روی ژل آگارز (الف) قطعات بازیابی شده (ب)……..61

13-3- فراورده بازیابی شده ناقل بیانی و ژن‏های hrpW/G جهت تعیین نسبت واکنش اتصال…………..62

14-3-  واکنش کلونی PCR تعدادی از کلون‏های حاصل از مخلوط اتصال وکتور pBI121 و ژن‏های hrpG و hrpW……………………………………………………………………………………………………………………….63

15-3- هضم آنزیمی دوتایی پلاسمیدهای نوترکیبpBI.hrpG  و pBI.hrpW با آنزیم‏هایXbaI/BamHI XbaI/SacI……………………………………………………………………………………………………………………………..64

16-3- واکنش زنجیره‏ای پلیمراز برای پلاسمیدهای نوترکیبpBI.hrpG  و pBI.hrpW جهت بررسی حضور ژن‏های مذکور……………………………………………………………………………………………………………..65

17-3- پلاسمیدهای نوترکیب استخراج شده……………………………………………………………………………..66

18-3- واکنش کلونی PCR تعدادی از کلون‏های حاصل از انتقال پلاسمیدهای نوترکیب pBI.hrpW/G  به          سویه‏های آگروباکتریوم تومفاسینس…………………………………………………………………………………………. 68

 

2-19- تکنیک Colony-PCR: غربالگری کلونی‏های نوترکیب……………………………………42

2-20- استخراج پلاسمید در مقیاس کم ……………………………………(Mini-Preparation)43

2-21- توالی‏یابی………………………………………………………………………………43

2-22- انتقال پلاسمید‏های نوترکیب pBI-hrpW و pBI-hrpG به سویه‏های آگروباکتریوم تومفاسینس با‏ استفاده از روش ذوب و انجماد…………………………………………………………………43

فصل سوم: نتیجه‏گیری و بحث

3- شناسایی باکتری Xcc (A*)……………………………………………………………………………………………………………………..47

3-1-  شناسایی به کمک تست بیماریزایی بر روی گیاه میزبان C.auratifolia…………………………………47

3-2-  شناسایی به کمک آغازگرهای اختصاصیMS+/MS-  و Xac01 / Xac02……………………………….48

3-3-  استخراج DNA ژنومی از باکتری XCC……………………………………………………………………………49

3-4-  تعیین کیفیت و کمیت DNA استخراج شده………………………………………………50

3-5- تکثیر ژن‏هایhrpW  و hrpG با واکنش زنجیره‏ای پلیمراز………………………………….51

3-5-1-  طراحی آغازگرهای مناسب……………………………………………………………51

3-5-2-  بهینه‏سازی شرایط واکنش زنجیره‏ای پلیمراز……………………………………………51

3-5-3-  الکتروفورز محصول واکنش زنجیره‏ای پلیمراز………………………………………….53

3-6-  تایید ناقل‏های کلونینگ و بیانی از طریق الگوهای برشی حاصل از هضم توسط آنزیم‏های برشی نوع II…………………………………………………………………………………………………………………………………….54

3-7-  همسانه‏سازی ژن‏هایhrpG  و hrpW در ناقل‏های کلونینگ (PGEM7zf(-) , pUC19)………….55

3-8-  تایید همسانه‏سازی ژن‏های هدف در ناقل‏های کلونینگ (pGEM7zf(-))،( pUC19)………………57

3-8-1-  واکنش کلونی PCR کلون‏های گزینش شده……………………………………………57

3-8-2-  تایید همسانه‏سازی ژن‏هایhrpW/G  در ناقل‏های کلونینگ با روش هضم آنزیمی…………58

3-8-3-  تایید همسانه‏سازی ژن‏های hrpW/G در ناقل‏های کلونینگ با روش واکنش زنجیره‏ای پلیمراز……………………………………………………………………………………………………………………………………59

3-9- همسانه سازی ژن‏های hrpG/W در ناقل بیانی pBI121………………………………………………………59

3-10- تایید همسانه سازی ژن‏های hrpG/W در ناقل بیانی pBI121…………………………………………….62

3-10-1- واکنش کلونی PCR کلون‏های تشکیل شده……………………………………………62

3-10-2- تایید همسانه‏سازی ژن‏های hrpG/W در ناقل بیانی pBI121 با روش واکنش هضم آنزیمی.63

3-10-3- تایید همسانه‏سازی ژن‏های hrpW/G در ناقل بیانی pBI121 با روش واکنش زنجیره‏ای پلیمراز……………………………………………………………………………………….64

3-11- توالی‏یابی……………………………………………………………………………..65

این مطلب را هم بخوانید :

3-11-1- نتایج توالی‏یابی……………………………………………………………………..66

3-12- انتقال پلاسمیدهای نوترکیب pBI.hrpG و pBI.hrpW به سویه‏های آگروباکتریوم تومفاسینس.67

3-13- تایید انتقال پلاسمیدهای نوترکیب pBI.hrpW/G به سویه‏های آگروباکتریوم تومفاسینس……..67

3-13-1- تایید انتقال پلاسمیدهای نوترکیب pBI.hrpW/G با روش کلونی PCR…………………………..67

فصل چهارم: جمع‏بندی کلی و پیشنهادها

4- جمع‏بندی کلی نتایج……………………………………………………………………….70

4-1- پیشنهادها………………………………………………………………………………71

پیوست

5- دستورالعمل استخراج و خالص‏سازی DNA ژنومی باکتری xanthomonas citri pv. citri سویه 088(A*) NIGEB-……………………………………………………………………………………………………………………………………84

5-1-  محلول‏های لازم جهت استخراج DNA ژنومی……………………………………………84

5-1-1- مراحل استخراج DNA ژنومی…………………………………………………………85

5-1-2- روش اسپکتروفوتومتری………………………………………………………………86

5-1-3- الکتروفورز بر روی ژل آگارز………………………………………………………….87

6- الکتروفورز با ژل آگارز……………………………………………………………………………………. 88

6-1- نمای ساده از دستگاه الكتروفورز…………………………………………………………88

6-2- ژل آگارز……………………………………………………………………………….89

6-3- اتیدیوم بروماید………………………………………………………………………….89

6-4- بافر بارگزاری ژل آگارز………………………………………………………………….90

6-5- طرز تهیه محلول …………………………………………………………….TBE 0.5X91

6-6- طرز تهیه آگارز 1%……………………………………………………………………………………………..91

7- دستورالعمل خالص‏سازی فرآورده‏های تکثیر شده و قطعات DNA از روی ژل آگارز…………………92

7-1- خالص‏سازی فرآورده‏های تکثیر شده با کیت ……………………………………..Bioneer92

7-2- خالص‏سازی قطعات DNA از ژل آگارز……………………………………………………………………………93

8- دستورالعمل تهیه باكتری‏های مستعد برای پذیرش DNA خارجی…………………………………….95

8-1- تهیه سلول‏های مستعد E.coli……………………………………………………………………………95

8-2- دستورالعمل تراریزش باکتری مستعد به روش شوک حرارتی………………………………………………96

8-3- تهیه‏ی سلول‏های مستعد و انتقال پلاسمید‏های نوترکیب pBI-hrpW و  pBI-hrpG به سویه‏های آگروباکتریوم تومفاسینس با استفاده از روش ذوب و انجماد……………………………………………………….97

9- استخراج پلاسمید در مقیاس کم از باکتری E.coli سویه DH5α……………………………………………..99

9-1- استخراج پلاسمید به روش دستی…………………………………………………………99

9-2- استخراج پلاسمید با استفاده از کیت MBST (دکتر شایان)…………………………………….101

9-3- روش تهیه محلول های IPTG و …………………………………………………X-Gal103

9-3-1- تهیه محلول ایزوپروپیل D-B تیوگالاکتوپیرانوزید (IPTG)…………………………………………….103

9-3-2- تهیه 5 برمو-3 کلرو- اتیدولیل D-B گالاکتوزید (X-Gal)………………………………103

10- تهیه مایه تلقیح و بهینه‏سازی شرایط مایه‏زنی گیاه میزبان……………………………………………………..103

 

فهرست جداول

1-1- بیماریزایی فرم‏های مختلف شانکر روی چهار گونه از مرکبات………………………………….       12

1-2- مشخصات آغازگرهای اختصاصی برای تکثیر و شناسایی………………………………………….     29

2-2- برنامه Multipelex PCR با آغازگر‏های MS+/MS-  و Xac01/Xac02………………………          30

3-2- ترکیب محلول مادری برای واکنش Multipelex PCR جهت شناسایی باکتری…………….         30

4-2- شیب‏ دمایی به‏کار رفته برای تعیین بهترین دمای اتصال با آنزیم Taq………………………….       32

5-2- ترکیب محلول مادری برای واکنش زنجیره‏ای پلیمراز با آنزیم pfu دی.ان.آ پلیمراز……….         32

6-2- چرخه حرارتی به‏کار ‏رفته برای تکثیر نهایی با آنزیم pfu………………………………………….      33

7-2- شرایط واکنش هضم ژن hrpW و ناقل همسانه‏سازی مربوطه (pGEM7zf(-))…………….          36

8-2- شرایط واکنش هضم ژن hrpG و ناقل همسانه‏سازی مربوطه (pUC19)……………………..        36

9-2- شرایط واکنش دوتایی هضم آنزیمی جهت تایید ناقل‏های همسانه‏سازی ((-)pGEM7zf) و (pUC19)……………………………………………………………………………………………………………..     37

10-2– شرایط واکنش هضم دوتایی آنزیمی جهت تایید ناقل بیانی(pBI121)……………………..        37

11-2- شرایط واکنش هضم آنزیمی ژن hrpW و pBI121 جهت بازیابی قطعات مورد نظر از روی ژل……………………………………………………………………………………………………………………….    38

12-2– شرایط واکنش هضم ژن hrpG و ناقل بیانی جهت بازیابی قطعات مورد نظر از روی ژل…………………………………………………………………………………………………………………………. 38

13-2- شرایط واکنش اتصال (pBI121-hrpG)…………………………………………………………..         40

14-2- شرایط واکنش اتصال (pBI121-hrpW)……………………………………………………………       40

15-2- شرایط واکنش اتصال (pUC19-hrpG)…………………………………………………………….        41

16-2- شرایط واکنش اتصال (pGEM7zf(-)-hrpW)……………………………………………………         41

17-2- چرخه حرارتی به‏کار رفته برای واکنش کلونی PCR به منظور تایید همسانه‏سازی در وکتور بیانی……………………………………………………………………………………………………………………..   45

18-2- ترکیبات محلول مادری واکنش زنجیره‏ای کلونی PCR جهت تایید عمل همسانه‏سازی دروکتورهای کلونینگ و بیانی……………………………………………………………………………………     45

1-5- مواد و مقدار مورد نیاز جهت تهیه بافر Loading dye………………………………………………     9

فهرست شکل‏ها

1-3- تست بیماریزایی روی لیمو………………………………………………………………………………………………48

2-3- تست (Xaco1 / Xaco2 / MS+/MS) Multiplex PCR……………………………………………………..49

3-3- اکتروفورزDNA ژنومی استخراج شده بر روی ژل آگارز 1%………………………………………………..50

4-3- واکنش زنجیره‏ای پلیمراز با Taq دی.ان.آ پلیمراز و گرادیان دمایی جهت بهینه‏سازی بهترین دمای اتصال با پرایمرهای اختصاصی………………………………………………………………………………………………….53

5-3- واکنش زنجیره‏ای پلیمراز برای تکثیر ژن‏های hrpG , hrpW با آغازگرهای اختصاصی و آنزیم pfu دی.ان.آ پلیمراز………………………………………………………………………………………………………………………..53

6-3- الکتروفورز محصول هضم آنزیمی ناقل‏های کلونینگ و بیانی با آنزیم‏های برشی نوع II بر روی ژل آگارز 1%………………………………………………………………………………………………………………………………..54

7-3- هضم آنزیمی فراورده ژن‏هایhrpG  و hrpW جهت بازیابی از روی ژل آگارز)الف) و قطعات بازیابی شده(ب)………………………………………………………………………………………………………………………55

8-3- هضم آنزیمی ناقل‏های کلونینگpUC19  و pGM7zf(-) جهت بازیابی از ژل آگارز(الف) قطعات بازیابی شده(ب)……………………………………………………………………………………………………………………..55

9-3- واکنش کلونی PCR برای کلون‏های سفید حاصل ازhrpG  و hrpW……………………………………58

10-3- هضم آنزیمی پلاسمیدهای استخراج شده از کلونی‏های حاصل از واکنش اتصال pGEM و hrpw و همچنینhrpG  و pUC19……………………………………………………………………………………………………..58

11-3- الکتروفورز محصول واکنش زنجیره‏ای پلیمراز پلاسمیدهای تایید شده بر روی ژل آگارز 1%….59

12-3- هضم آنزیمی ناقل بیانی جهت بازیابی از روی ژل آگارز (الف) قطعات بازیابی شده (ب)……..61

13-3- فراورده بازیابی شده ناقل بیانی و ژن‏های hrpW/G جهت تعیین نسبت واکنش اتصال…………..62

14-3-  واکنش کلونی PCR تعدادی از کلون‏های حاصل از مخلوط اتصال وکتور pBI121 و ژن‏های hrpG و hrpW……………………………………………………………………………………………………………………….63

15-3- هضم آنزیمی دوتایی پلاسمیدهای نوترکیبpBI.hrpG  و pBI.hrpW با آنزیم‏هایXbaI/BamHI XbaI/SacI……………………………………………………………………………………………………………………………..64

16-3- واکنش زنجیره‏ای پلیمراز برای پلاسمیدهای نوترکیبpBI.hrpG  و pBI.hrpW جهت بررسی حضور ژن‏های مذکور……………………………………………………………………………………………………………..65

17-3- پلاسمیدهای نوترکیب استخراج شده……………………………………………………………………………..66

18-3- واکنش کلونی PCR تعدادی از کلون‏های حاصل از انتقال پلاسمیدهای نوترکیب pBI.hrpW/G  به          سویه‏های آگروباکتریوم تومفاسینس…………………………………………………………………………………………. 68

1-2- اهمیت نانو ابعاد………………………………………………………………………………………………………………………………………… 7

1-3- کربن ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..8

1-4- گونه های مختلف کربن در طبیعت………………………………………………………………………………………………………………… 9

1-4-1- کربن بی شکل…………………………………………………………………………………………………………………………………………..9

1-4-2- الماس………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….9

1-4-3- گرافیت…………………………………………………………………………………………………………………………………………………..10

1-4-4- فولرین…………….. …………………………………………………………………………………………………………………………………..11

1-4-5- نانو لوله های کربنی         ……………………………………………………………………………………………………………………….11

1-5- تفاوت ساختار گرافیت و الماس………………………………………………………………………………………………………………………12

1-6- شکل دو بعدی کربن……………………………………………………………………………………………………………………………………..12

1-7- گرافن و خصوصیات آن ………………………………………………………………………………………………………………………………..14

1-7-1- خواص اپتیکی……………………………………………………………………………………………………………………………………………15

1-7-2- ساختار اتمی………………………………………………………………………………………………………………………………………………15

1-7-3- ساختار الکترونی …………………………………………………………………………………………………………………………………….16

1-7-4- ساختارهندسی شبکه…………………………………………………………………………………………………………………………………17

1-8-  ساختار نواری گرافن…………………………………………………………………………………………………………………………………..18

1-9 – حد انرژی پایین، الکترون های دیراک……………………………………………………………………………………………………………..25

1-10- روشهای ساخت گرافن………………………………………………………………………………………………………………………………27

1-11-  ساختارهای لبه ای گرافن…………………………………………………………………………………………………………………………….28

فصل دوم: پدیده ابررسانایی

2-1- رسانش در فلزات……………………………………………………………………………………………………………………………………….30

2-2- معرفی ابررسانایی…………………………………………………………………………………………………………………………………………32

2-3- تاریخچه ابررسانایی…………………………………………………………………………………………………………………………………………33

2-4- ابررساناها و خواص آنها………………………………………………………………………………………………………………………………….36

2-4-1- گاف انرژی………………………………………………………………………………………………………………………………………………38

2-4-2- کوانتیدگی شار مغناطیسی…………………………………………………………………………………………………………………………………….41

2-4-3- ابررساناهای نوع Ι و ΙΙ…………………………………………………………………………………………………………………………..42

2-5- برهم کنش الکترون – فونون……………………………………………………………………………………………………………………………………43

1-2- اهمیت نانو ابعاد………………………………………………………………………………………………………………………………………… 7

1-3- کربن ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..8

1-4- گونه های مختلف کربن در طبیعت………………………………………………………………………………………………………………… 9

1-4-1- کربن بی شکل…………………………………………………………………………………………………………………………………………..9

1-4-2- الماس………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….9

1-4-3- گرافیت…………………………………………………………………………………………………………………………………………………..10

1-4-4- فولرین…………….. …………………………………………………………………………………………………………………………………..11

1-4-5- نانو لوله های کربنی         ……………………………………………………………………………………………………………………….11

1-5- تفاوت ساختار گرافیت و الماس………………………………………………………………………………………………………………………12

1-6- شکل دو بعدی کربن……………………………………………………………………………………………………………………………………..12

1-7- گرافن و خصوصیات آن ………………………………………………………………………………………………………………………………..14

1-7-1- خواص اپتیکی……………………………………………………………………………………………………………………………………………15

1-7-2- ساختار اتمی………………………………………………………………………………………………………………………………………………15

1-7-3- ساختار الکترونی …………………………………………………………………………………………………………………………………….16

1-7-4- ساختارهندسی شبکه…………………………………………………………………………………………………………………………………17

1-8-  ساختار نواری گرافن…………………………………………………………………………………………………………………………………..18

1-9 – حد انرژی پایین، الکترون های دیراک……………………………………………………………………………………………………………..25

1-10- روشهای ساخت گرافن………………………………………………………………………………………………………………………………27

1-11-  ساختارهای لبه ای گرافن…………………………………………………………………………………………………………………………….28

فصل دوم: پدیده ابررسانایی

2-1- رسانش در فلزات……………………………………………………………………………………………………………………………………….30

2-2- معرفی ابررسانایی…………………………………………………………………………………………………………………………………………32

2-3- تاریخچه ابررسانایی…………………………………………………………………………………………………………………………………………33

2-4- ابررساناها و خواص آنها………………………………………………………………………………………………………………………………….36

2-4-1- گاف انرژی………………………………………………………………………………………………………………………………………………38

2-4-2- کوانتیدگی شار مغناطیسی…………………………………………………………………………………………………………………………………….41

2-4-3- ابررساناهای نوع Ι و ΙΙ…………………………………………………………………………………………………………………………..42

2-5- برهم کنش الکترون – فونون……………………………………………………………………………………………………………………………………43

2-6- جفت های کوپر……………………………………………………………………………………………………………………………………………44

2-7- بررسی برهم­کنش الکترون– الکترون با استفاده از معادله شرودینگر………………………………………………………………………………45

2-8- نظریه­ی میکروسکوپی ابررسانایی……………………………………………………………………………………………………………………………..48

2-9- حالت پایه در ابررسانایی………………………………………………………………………………………………………………………………………….50

2-10-کاربردهای ابررسانایی……………………………………………………………………………………………………………………………………51

2-11- فرمالیسم نسبیتی ابررسانایی ……………………………………………………………………………………………………………………………52

2-12- جفت شدگی های نوع s، p، d، f در ابررساناها ………………………………………………………………………………………………..53

2-13- ابررسانایی در گرافن……………………………………………………………………………………………………………………………………………54

فصل سوم: اتصالات و جریانهای جوزفسون

3-1- آثار جوزفسون……………………………………………………………………………………………………………………………………………56

3-2- تونل زنی و اثر جوزفسون…………………………………………………………………………………………………………………………….57

3-2-1- جریان جوزفسون dc……………………………………………………………………………………………………………………………….58

3-2-2 جریان جوزفسون ac…………………………………………………………………………………………………………………………………59

3-3- پدیده تونل زنی ابرالکترونها(پیوند تونلی جوزفسون)…………………………………………………………………………………………..60

3-4- تونل زنی در پیوندگاه ابررسانا – عایق – ابررسانا (SIS)……………………………………………………………………………………..61

3-5- کاربردهای عملی پیوند تونلی جوزفسون………………….. …………. ………………………………………………………………………..63

3-6- جریان جوزفسون در اتصالات پایه گرافن…………………………………………………………………………………………………………65

3-7- جریان جوزفسون در اتصال SIS پایه گرافن …………………………………………………………………………………………………………….66

فصل چهارم: جریان جوزفسون در اتصالات پایه گرافن تحت کشش

4-1- گرافن تحت کشش………………………………………………….………………………………………………………………………………….69

4-2- فرمالیسم مسئله……………………………………………………………………………………………………………………………………………..71

4-3- اتصال جوزفسون SIS پایه گرافن کش دار…………………………………………………………………………………………………………..72

4-3-1- اثر جفت شدگی نوع s در اتصال جوزفسون پایه گرافن کش دار………………………………………………………………………..75

4-3-2- نتایج و بحث …………………………………………………………………………………………………………………………………………………….78

4-3-3- اثر جفت شدگی نوع d در اتصال جوزفسون پایه گرافن کش دار……………………………………………………………………….83

4-3-4- نتایج عددی و بحث برروی آنها……………………………………………………………………………………………………………………..88

نتیجه گیری ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………91

مراجع ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..92

فهرست جداول، شکل ها و نمودارها

عنوان                                                                                                                           صفحه

شکل ( 1-1) ساختار الماس ……………………………………………………………………………………………………………………9

شکل (1-2)  لایه های گرافیت روی یکدیگر …………………………………………………………………………………………..10

شکل (1-3) فولرین ……………………………………………………………………………………………………………………………..11

شکل (1-4-) نانو لوله ی کربنی  ……………………………………………………………………………………………………………12

شکل ( 1-5) نمایی از گرافن  ………………………………………………………………………………………………………………..14

شکل (1-6)  هیبریدیزاسیون  در گرافن  ………………………………………………………………………………………….16

شکل (1-7)  ساختار شبکه گرافن  …………………………………………………………………………………………………………17

شکل (1-8) نزدیکترین همسایه ها در یک اتم گرافن  ………………………………………………………………………………18

شکل (1-9) ساختار نواری گرافن که نوار ظرفیت ونوار رسانایی را نشان می دهد  ………………………………………24

شکل (1-10) ساختار نوار انرژی گرافن در دو جهت گیری زیگزاگی و آرمچیر  ………………………………………….28

نمودار ( 2-1)  مقاومت ویژه یک فلز نوعی بر حسب دما  ………………………………………………………………………..31

جدول ( 2-1) عناصر ابررسانای جدول مندلیف  ……………………………………………………………………………………..36

شکل (2-1)  ابررسانا در میدان خارجی  …………………………………………………………………………………………………38

شکل (2-2)  اشغال نوارهای انرژی مجاز توسط الکترونها  ……………………………………………………………………….39

شکل (2-3) نوار رسانش در دمای صفر درجه کلوین برای حالت عادی و  ابررسانا  ……………………………………40

نمودار ( 2-2)  تغییر گاف انرژی نسبت به دما برای یک ابررسانا  ……………………………………………………………39

نمودار ( 2-3) تفاوت ابررسانای نوع Ι و ΙΙ  در چگالی شار مغناطیسی  ………………………………………………….42

شکل (2-4)  مقایسه حرکت تک الکترون و جفت الکترون  …………………………………………………………………..44

شکل ( 2-5)  مسئله کوپر. دو الکترون بیرون یک دریای فرمی پر  …………………………………………………………44

نمودار( 2-4) گاف انرژیΔ2 ی BCS  ………………………………………………………………………………………………49

شکل (2-6) حالت پایه در ابرررسانایی  ……………………………………………………………………………………………..50

شکل (2-7) جفت شدگی های نوع s، p، d، f در ابررساناها ………………………………………………………………..53

شکل ( 3-1) تونل زنی در پیوند ابررسانا- فلز معمولی  ……………………………………………………………………….56

شکل ( 3-2)  تابع موج یك الكترون در پیوند دو ابررسانا  …………………………………………………………………..57

نمودار ( 3-1)  منحنی مشخصه I-V پیوند تونلی جوزفسون  ………………………………………………………………..59

نمودار ( 3-2)  تغییرات جریان ماکزیمم (در اثر ac جوزفسون)  ……………………………………………………………60

شکل (3-3)  دیاگرام نوار انرژی برای فرآیند تونل زنی بین دوابررسانای مشابه  ……………………………………….61

نمودار ( 3-3-) مشخصه I-V پیوندگاه S-I-S  …………………………………………………………………………………….61

نمودار ( 3-4)  مشخصه I-V پیوندگاه جوزفسون (در T=°K)  ……………………………………………………………..62

شکل (3-4)  اسکوئید  ……………………………………………………………………………………………………………………….63

شکل ( 3-5)  نمایشی از پیوند ابررسانا – عایق – ابررسانا بر پایه گرافن  …………………………………………………64

نمودار ( 3-5) نمودار جریان بحرانی در اتصال SIS پایه گرافن  ……………………………………………………………..67

شکل ( 4-1) ساختار هندسی گرافن تحت کشش در جهت زیگزاگ  ………………………………………………………71

شکل ( 4-2) دو نوع از ابرجریان Is  در اتصالات SIS پایه گرافن کش دار  …………………………………………….72

نمودار ( 4-1) نتایج عددی vx و vy برای صفحه گرافنی تحت کشش  ……………………………………………………75

نمودار ( 4-2) نمودارهای  سطح انرژی آندریف در جفت شدگی نوع s  ………………………………………………..79

نمودار ( 4-3)  ابرجریان وابسته به زاویه در دو جهت x و y در جفت شدگی نوع s  ………………………………80

نمودار ( 4-4)  نمودارهای جریانهای بحرانی در دو جهت x و y  در جفت شدگی نوع s  ……………………….81

شکل ( 4-3)  نمایی از اتصال S/I/S در پایه گرافن با جفت شدگی نوع d  ……………………………………………82

نمودار ( 4-5) نمودارهای سطوح انرژی آندریف در جفت شدگی نوع d  ………………………………………………88

نمودار ( 4-6) نمودار جریان جوزفسون بر حسب اختلاف فاز  در جفت شدگی نوع d  ………………………….90

نمودار  (4-7)  نمودار جریان جوزفسون بحرانی بر حسب شدت سد  در جفت شدگی نوع d  ………………..90

 

چکیده

گرافن بدلیل داشتن ویژگی های منحصر بفرد در سالهای اخیر موضوع مهم تحقیقات قرار گرفته است. چنین خصوصیاتی این ماده را بعنوان نامزدی برای کاربرد در کارهای آتی در الکترونیک مطرح می کند. گرافن اولین مثال از یک بلور دو بعدی واقعی است و این ماده پل جدیدی بین فیزیک ماده چگال و نظریه میدان های کوانتومی است. تک لایه گرافن بصورت نیمه رسانا بدون گاف انرژی و طیف انرژی خطی، دستگاه دو بعدی از فرمیونهای دیراک بدون جرم است که در فهم خصوصیات غیر عادی الکترونی بسیار مهم است. گرافن با استفاده از اثر مجاورت دارای خاصیت ابررسانایی می شود و انواع پتانسیل های جفت شدگی به این ماده القا می شود. در گرافن تحت کشش، فرمیونهای باردار مانند ذررات نسبیتی بدون جرم و نامتقارن رفتار می کنند و سرعت فرمیونهای بدون جرم به جهت حرکت آنها وابسته می شود. در این تحقیق می توان به مطالعه اثر جوزفسون در پیوندهایی با پایه گرافن تحت کشش با استفاده از فرمالیسم نسبیتی ابررسانایی (معادله دیراک-باگالیوباف-دی جنیس) پرداخت و بدنبال بدست آوردن طیف انرژی در گرافن هستیم برای زمانیکه کشش به گرافن اعمال می شود. جریان جوزفسون در پیوند دو اتصالی ابر رسانا/عایق/ابررسانا ( S/I/S) با پایه گرافن کش دار را بررسی می کنیم، بطوریکه تقارن جفت شدگی ابر رسانا نوع d در نظر گرفته شده است. با استفاده از توابع موج نواحی عایق و ابررسانا، طیف انرژی آندریف و جریانهای جوزفسون محاسبه و رسم شده و اثر گرافن کش دار در این ساختار با تغییراتی نسبت به ابررسانای نوع s مشاهده شده است. جریان جوزفسون ناشی از تونل زنی جفتهای کوپر از میان لایه ای است که بین دو اتصال ابررسانا قرار دارد. فرمیونهای ویل – دیراک در گرافن با اتصالات  S/I/S (SG گرافن ابررسانایی و I عایق می باشد) در معرض کشش های نامتقارن قوی قرار می گیرند و اثر تغییر متقارن این فرمیونهای تحت کشش برروی ابرجریان مورد مطالعه قرار گرفته می شود.

کلمات کلیدی: جریان جوزفسون – گرافن – ابررسانایی – کشش

مقدمه

در سال های اخیر، تحقیقات گسترده ای در زمینه ی سیستم های نانوساختار انجام شده است. به خصوص با کوچکتر شدن اجزای تشکیل دهنده ی قطعات الکترونیکی، بررسی نانوساختارها اهمیت زیادی در علوم وصنعت پیدا کرده است. از میان انبوهی از نانوساختارها که هر کدام توان بالایی برای استفاده در سیستم های نانو دارند، ساختارهای گرافنی از اهمیت و جایگاه ویژه ای برخوردارند که به دلیل ابعاد بسیار کوچک و خواص الکتریکی جالب و منحصر به فردشان، به عنوان یکی از اجزای اصلی قطعات نانوالکترونیکی مدنظر قرار گرفته اند.

گرافن تک لایه ای از اتم های کربن است، که در یک شبکه شش گوشی منظم شده اند. اتم های کربن با پیوند کوالانسی به یکدیگر پیوند می خورند و یک الکترون از هر اتم کربن باقی می ماند که پیوند برقرار نمی کند. طبیعت دو بعدی گرافن منجر به بسیاری از ویژگی های جالب الاستیکی، گرمایی و الکترونیکی می شود. به عنوان مثال ، یکی از این ویژگی ها آن است که گرافن در دمای اتاق نیز اثر کوانتومی هال را نشان می دهد]1[. همچنین طول واهلش اسپین، به طور منحصر به فردی بالا بوده و به نزدیک 1.5 میکرومتر می رسد و این امر گرافن را برای کاربردهای اسپینترونیکی بسیار مناسب می سازد]2[. به این ترتیب کشف گرافن به علت ویژگی های الکترونیکی عالی و پایداری مکانیکی و شیمیایی، شاخه الکترونیک را دگرگون ساخته و راه نوینی را به سوی وسایل الکترونیکی فوق سریع و سنسورهای شیمیایی و زیستی گشوده است]3[.

 

2-6- جفت های کوپر……………………………………………………………………………………………………………………………………………44

2-7- بررسی برهم­کنش الکترون– الکترون با استفاده از معادله شرودینگر………………………………………………………………………………45

2-8- نظریه­ی میکروسکوپی ابررسانایی……………………………………………………………………………………………………………………………..48

2-9- حالت پایه در ابررسانایی………………………………………………………………………………………………………………………………………….50

2-10-کاربردهای ابررسانایی……………………………………………………………………………………………………………………………………51

2-11- فرمالیسم نسبیتی ابررسانایی ……………………………………………………………………………………………………………………………52

2-12- جفت شدگی های نوع s، p، d، f در ابررساناها ………………………………………………………………………………………………..53

2-13- ابررسانایی در گرافن……………………………………………………………………………………………………………………………………………54

فصل سوم: اتصالات و جریانهای جوزفسون

3-1- آثار جوزفسون……………………………………………………………………………………………………………………………………………56

3-2- تونل زنی و اثر جوزفسون…………………………………………………………………………………………………………………………….57

3-2-1- جریان جوزفسون dc……………………………………………………………………………………………………………………………….58

3-2-2 جریان جوزفسون ac…………………………………………………………………………………………………………………………………59

3-3- پدیده تونل زنی ابرالکترونها(پیوند تونلی جوزفسون)…………………………………………………………………………………………..60

3-4- تونل زنی در پیوندگاه ابررسانا – عایق – ابررسانا (SIS)……………………………………………………………………………………..61

3-5- کاربردهای عملی پیوند تونلی جوزفسون………………….. …………. ………………………………………………………………………..63

3-6- جریان جوزفسون در اتصالات پایه گرافن…………………………………………………………………………………………………………65

3-7- جریان جوزفسون در اتصال SIS پایه گرافن …………………………………………………………………………………………………………….66

فصل چهارم: جریان جوزفسون در اتصالات پایه گرافن تحت کشش

4-1- گرافن تحت کشش………………………………………………….………………………………………………………………………………….69

4-2- فرمالیسم مسئله……………………………………………………………………………………………………………………………………………..71

4-3- اتصال جوزفسون SIS پایه گرافن کش دار…………………………………………………………………………………………………………..72

4-3-1- اثر جفت شدگی نوع s در اتصال جوزفسون پایه گرافن کش دار………………………………………………………………………..75

4-3-2- نتایج و بحث …………………………………………………………………………………………………………………………………………………….78

4-3-3- اثر جفت شدگی نوع d در اتصال جوزفسون پایه گرافن کش دار……………………………………………………………………….83

4-3-4- نتایج عددی و بحث برروی آنها……………………………………………………………………………………………………………………..88

این مطلب را هم بخوانید :

نتیجه گیری ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………91

مراجع ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..92

فهرست جداول، شکل ها و نمودارها

عنوان                                                                                                                           صفحه

شکل ( 1-1) ساختار الماس ……………………………………………………………………………………………………………………9

شکل (1-2)  لایه های گرافیت روی یکدیگر …………………………………………………………………………………………..10

شکل (1-3) فولرین ……………………………………………………………………………………………………………………………..11

شکل (1-4-) نانو لوله ی کربنی  ……………………………………………………………………………………………………………12

شکل ( 1-5) نمایی از گرافن  ………………………………………………………………………………………………………………..14

شکل (1-6)  هیبریدیزاسیون  در گرافن  ………………………………………………………………………………………….16

شکل (1-7)  ساختار شبکه گرافن  …………………………………………………………………………………………………………17

شکل (1-8) نزدیکترین همسایه ها در یک اتم گرافن  ………………………………………………………………………………18

شکل (1-9) ساختار نواری گرافن که نوار ظرفیت ونوار رسانایی را نشان می دهد  ………………………………………24

شکل (1-10) ساختار نوار انرژی گرافن در دو جهت گیری زیگزاگی و آرمچیر  ………………………………………….28

نمودار ( 2-1)  مقاومت ویژه یک فلز نوعی بر حسب دما  ………………………………………………………………………..31

جدول ( 2-1) عناصر ابررسانای جدول مندلیف  ……………………………………………………………………………………..36

شکل (2-1)  ابررسانا در میدان خارجی  …………………………………………………………………………………………………38

شکل (2-2)  اشغال نوارهای انرژی مجاز توسط الکترونها  ……………………………………………………………………….39

شکل (2-3) نوار رسانش در دمای صفر درجه کلوین برای حالت عادی و  ابررسانا  ……………………………………40

نمودار ( 2-2)  تغییر گاف انرژی نسبت به دما برای یک ابررسانا  ……………………………………………………………39

نمودار ( 2-3) تفاوت ابررسانای نوع Ι و ΙΙ  در چگالی شار مغناطیسی  ………………………………………………….42

شکل (2-4)  مقایسه حرکت تک الکترون و جفت الکترون  …………………………………………………………………..44

شکل ( 2-5)  مسئله کوپر. دو الکترون بیرون یک دریای فرمی پر  …………………………………………………………44

نمودار( 2-4) گاف انرژیΔ2 ی BCS  ………………………………………………………………………………………………49

شکل (2-6) حالت پایه در ابرررسانایی  ……………………………………………………………………………………………..50

شکل (2-7) جفت شدگی های نوع s، p، d، f در ابررساناها ………………………………………………………………..53

شکل ( 3-1) تونل زنی در پیوند ابررسانا- فلز معمولی  ……………………………………………………………………….56

شکل ( 3-2)  تابع موج یك الكترون در پیوند دو ابررسانا  …………………………………………………………………..57

نمودار ( 3-1)  منحنی مشخصه I-V پیوند تونلی جوزفسون  ………………………………………………………………..59

نمودار ( 3-2)  تغییرات جریان ماکزیمم (در اثر ac جوزفسون)  ……………………………………………………………60

شکل (3-3)  دیاگرام نوار انرژی برای فرآیند تونل زنی بین دوابررسانای مشابه  ……………………………………….61

نمودار ( 3-3-) مشخصه I-V پیوندگاه S-I-S  …………………………………………………………………………………….61

نمودار ( 3-4)  مشخصه I-V پیوندگاه جوزفسون (در T=°K)  ……………………………………………………………..62

شکل (3-4)  اسکوئید  ……………………………………………………………………………………………………………………….63

شکل ( 3-5)  نمایشی از پیوند ابررسانا – عایق – ابررسانا بر پایه گرافن  …………………………………………………64

نمودار ( 3-5) نمودار جریان بحرانی در اتصال SIS پایه گرافن  ……………………………………………………………..67

شکل ( 4-1) ساختار هندسی گرافن تحت کشش در جهت زیگزاگ  ………………………………………………………71

شکل ( 4-2) دو نوع از ابرجریان Is  در اتصالات SIS پایه گرافن کش دار  …………………………………………….72

نمودار ( 4-1) نتایج عددی vx و vy برای صفحه گرافنی تحت کشش  ……………………………………………………75

نمودار ( 4-2) نمودارهای  سطح انرژی آندریف در جفت شدگی نوع s  ………………………………………………..79

نمودار ( 4-3)  ابرجریان وابسته به زاویه در دو جهت x و y در جفت شدگی نوع s  ………………………………80

نمودار ( 4-4)  نمودارهای جریانهای بحرانی در دو جهت x و y  در جفت شدگی نوع s  ……………………….81

شکل ( 4-3)  نمایی از اتصال S/I/S در پایه گرافن با جفت شدگی نوع d  ……………………………………………82

نمودار ( 4-5) نمودارهای سطوح انرژی آندریف در جفت شدگی نوع d  ………………………………………………88

نمودار ( 4-6) نمودار جریان جوزفسون بر حسب اختلاف فاز  در جفت شدگی نوع d  ………………………….90

نمودار  (4-7)  نمودار جریان جوزفسون بحرانی بر حسب شدت سد  در جفت شدگی نوع d  ………………..90

 

چکیده

گرافن بدلیل داشتن ویژگی های منحصر بفرد در سالهای اخیر موضوع مهم تحقیقات قرار گرفته است. چنین خصوصیاتی این ماده را بعنوان نامزدی برای کاربرد در کارهای آتی در الکترونیک مطرح می کند. گرافن اولین مثال از یک بلور دو بعدی واقعی است و این ماده پل جدیدی بین فیزیک ماده چگال و نظریه میدان های کوانتومی است. تک لایه گرافن بصورت نیمه رسانا بدون گاف انرژی و طیف انرژی خطی، دستگاه دو بعدی از فرمیونهای دیراک بدون جرم است که در فهم خصوصیات غیر عادی الکترونی بسیار مهم است. گرافن با استفاده از اثر مجاورت دارای خاصیت ابررسانایی می شود و انواع پتانسیل های جفت شدگی به این ماده القا می شود. در گرافن تحت کشش، فرمیونهای باردار مانند ذررات نسبیتی بدون جرم و نامتقارن رفتار می کنند و سرعت فرمیونهای بدون جرم به جهت حرکت آنها وابسته می شود. در این تحقیق می توان به مطالعه اثر جوزفسون در پیوندهایی با پایه گرافن تحت کشش با استفاده از فرمالیسم نسبیتی ابررسانایی (معادله دیراک-باگالیوباف-دی جنیس) پرداخت و بدنبال بدست آوردن طیف انرژی در گرافن هستیم برای زمانیکه کشش به گرافن اعمال می شود. جریان جوزفسون در پیوند دو اتصالی ابر رسانا/عایق/ابررسانا ( S/I/S) با پایه گرافن کش دار را بررسی می کنیم، بطوریکه تقارن جفت شدگی ابر رسانا نوع d در نظر گرفته شده است. با استفاده از توابع موج نواحی عایق و ابررسانا، طیف انرژی آندریف و جریانهای جوزفسون محاسبه و رسم شده و اثر گرافن کش دار در این ساختار با تغییراتی نسبت به ابررسانای نوع s مشاهده شده است. جریان جوزفسون ناشی از تونل زنی جفتهای کوپر از میان لایه ای است که بین دو اتصال ابررسانا قرار دارد. فرمیونهای ویل – دیراک در گرافن با اتصالات  S/I/S (SG گرافن ابررسانایی و I عایق می باشد) در معرض کشش های نامتقارن قوی قرار می گیرند و اثر تغییر متقارن این فرمیونهای تحت کشش برروی ابرجریان مورد مطالعه قرار گرفته می شود.

کلمات کلیدی: جریان جوزفسون – گرافن – ابررسانایی – کشش

مقدمه

در سال های اخیر، تحقیقات گسترده ای در زمینه ی سیستم های نانوساختار انجام شده است. به خصوص با کوچکتر شدن اجزای تشکیل دهنده ی قطعات الکترونیکی، بررسی نانوساختارها اهمیت زیادی در علوم وصنعت پیدا کرده است. از میان انبوهی از نانوساختارها که هر کدام توان بالایی برای استفاده در سیستم های نانو دارند، ساختارهای گرافنی از اهمیت و جایگاه ویژه ای برخوردارند که به دلیل ابعاد بسیار کوچک و خواص الکتریکی جالب و منحصر به فردشان، به عنوان یکی از اجزای اصلی قطعات نانوالکترونیکی مدنظر قرار گرفته اند.

گرافن تک لایه ای از اتم های کربن است، که در یک شبکه شش گوشی منظم شده اند. اتم های کربن با پیوند کوالانسی به یکدیگر پیوند می خورند و یک الکترون از هر اتم کربن باقی می ماند که پیوند برقرار نمی کند. طبیعت دو بعدی گرافن منجر به بسیاری از ویژگی های جالب الاستیکی، گرمایی و الکترونیکی می شود. به عنوان مثال ، یکی از این ویژگی ها آن است که گرافن در دمای اتاق نیز اثر کوانتومی هال را نشان می دهد]1[. همچنین طول واهلش اسپین، به طور منحصر به فردی بالا بوده و به نزدیک 1.5 میکرومتر می رسد و این امر گرافن را برای کاربردهای اسپینترونیکی بسیار مناسب می سازد]2[. به این ترتیب کشف گرافن به علت ویژگی های الکترونیکی عالی و پایداری مکانیکی و شیمیایی، شاخه الکترونیک را دگرگون ساخته و راه نوینی را به سوی وسایل الکترونیکی فوق سریع و سنسورهای شیمیایی و زیستی گشوده است]3[.

1-6 ابزار و روش تحقیق …………………………………………………..7

فصل دوم: مرور منابع و تحقیقات……………………………………………………8

2-1 کودک ……………………………………..8

2-2 روانشناسی رشد و دیدگاههای مختلف در روانشناسی رشد ………………………………………………………………10

2-2-1 نظریه رشد و شناخت ……………….12

2-3 روانشناسی تربیتی …………………………14

2-4 کودک و آموزش…………………………………………..16

2-4-1 سابقه و ضرورت آموزش کودکان در خارج از ایران ………16

2-4-1-1 مهدکودک مجازی در استرالیا ……………………………………………18

2-4-2 سابقه و ضرورت آموزش کودکان در ایران ………18

2-4-3 نگاهی به آموزش و پرورش کودکان در جهان امروز ……..19

2-4-4 انتخاب شیوه مناسب آموزشی ……………………………………………………………..22

2-5 خلاقیت ……………………………………………………………………..22

2-5-1 مفهوم خلاقیت ……………………………………………………………………………22

2-5-2 عوامل موثر بر خلاقیت ………………………………………………………………………….23

2-5-3 اهمیت خلاقیت از منظر آموزشی ……………………………………………………………………………………………23

2-5-4 راهبردهایی در جهت پرورش خلاقیت کودکان ………………………………………………………………………..24

2-5-4-1محورهای آموزش خلاقیت در جریان تدریس………………………………………………………………………..24

2-6 کودک و بازی …………………………………………………………………………………………………………………………25

2-6-1 بازی و شخصیت ………………………………………………………………………………………………………………….27

2-6-2 بازی و رشد اجتماعی ……………………………………………………………………………………………………………28

2-6-3 نقش بازی در رشد و زندگی کودک ………………………………………………………………………………………..28

2-7 کودک و هنر …………………………………………………………………………………………………………………………..29

2-7-1 تئاتر و هنرهای نمایشی ………………………………………………………………………………………………………..29

2-7-2 موسیقی و کودک ………………………………………………………………………………………………………………..30

2-7-3 آواز ……………………………………………………………………………………………………………………………………31

2-7-4 قصه و قصه گویی ……………………………………………………………………………………………………………….32

2-7-5 شعر …………………………………………………………………………………………………………………………………32

1-6 ابزار و روش تحقیق …………………………………………………..7

فصل دوم: مرور منابع و تحقیقات……………………………………………………8

2-1 کودک ……………………………………..8

2-2 روانشناسی رشد و دیدگاههای مختلف در روانشناسی رشد ………………………………………………………………10

2-2-1 نظریه رشد و شناخت ……………….12

2-3 روانشناسی تربیتی …………………………14

2-4 کودک و آموزش…………………………………………..16

2-4-1 سابقه و ضرورت آموزش کودکان در خارج از ایران ………16

2-4-1-1 مهدکودک مجازی در استرالیا ……………………………………………18

2-4-2 سابقه و ضرورت آموزش کودکان در ایران ………18

2-4-3 نگاهی به آموزش و پرورش کودکان در جهان امروز ……..19

2-4-4 انتخاب شیوه مناسب آموزشی ……………………………………………………………..22

2-5 خلاقیت ……………………………………………………………………..22

2-5-1 مفهوم خلاقیت ……………………………………………………………………………22

2-5-2 عوامل موثر بر خلاقیت ………………………………………………………………………….23

2-5-3 اهمیت خلاقیت از منظر آموزشی ……………………………………………………………………………………………23

2-5-4 راهبردهایی در جهت پرورش خلاقیت کودکان ………………………………………………………………………..24

2-5-4-1محورهای آموزش خلاقیت در جریان تدریس………………………………………………………………………..24

2-6 کودک و بازی …………………………………………………………………………………………………………………………25

2-6-1 بازی و شخصیت ………………………………………………………………………………………………………………….27

2-6-2 بازی و رشد اجتماعی ……………………………………………………………………………………………………………28

2-6-3 نقش بازی در رشد و زندگی کودک ………………………………………………………………………………………..28

2-7 کودک و هنر …………………………………………………………………………………………………………………………..29

2-7-1 تئاتر و هنرهای نمایشی ………………………………………………………………………………………………………..29

2-7-2 موسیقی و کودک ………………………………………………………………………………………………………………..30

2-7-3 آواز ……………………………………………………………………………………………………………………………………31

2-7-4 قصه و قصه گویی ……………………………………………………………………………………………………………….32

2-7-5 شعر …………………………………………………………………………………………………………………………………32

2-7-6 نقاشی ……………………………………………………………………………………………………………………………….33

2-7-6-1 نقاشی و فرا فکنی ………………………………………………………………………………………………………….33

2-8 کودک و معماری ……………………………………………………………………………………………………………………..34

2-9 محیط، بازی، خلاقیت …………………………………………………..34

2-10 روند رشد و بازی کودک ……………………………………………….35

2-11 ادراک کودک …………………………………………….36

2-11-1 حواس پنجگانه ……………………………………………37

2-11-2 هوش ……………………………………………………….38

2-11-3 حافظه ……………………………………39

2-12 دریافت حسی و ادراکی کودک از فضا ……………………39

2-13 تاثیر شرایط محیطی و کالبدی بر کودکان ……………………………….40

2-13-1رنگ …………………………………………………………40

2-13-2 نور …………………………………………………..42

2-13-3 صوت …………………………………………………………………………42

2-13-4 تهویه ……………………………………………………..43

2-14 فضای معماری کودکان ……………………………….43

2-15 خصوصیات فضاهای مورد نظر جهت طراحی ………………………………44

2-16 تعامل با محیط ………………………………..45

2-16-1 استفاده از عوامل طبیعی زمین ……………………………………………………..45

2-16-2 فضای سبز ………………………………………………………………….46

2-16-3 آب …………………………………………………………………..47

2-17 طراحی فضای باز و زمین بازی ……………………………………..48

2-17-1 ساختارهای بازیها …………………………………………………..48

2-17-1-1 پر جنب و جوش. بازی های فیزیکی ……………………………………..49

2-17-1-2 فکر کردن. بازی های خلاقانه ………………………………………50

2-17-1-3 داشتن همراه. بازیهای اجتماعی ……………………………………..50

2-17-1-4 بازی در سکوت و آرامش …………………………………………………51

2-17-1-5 تجربه کردن. یادگیری از طریق بازی های حسی …………………………………51

2-17-2 بازی با شن وگل ………………………………………………………….53

2-17-3 اسباب بازیها …………………………………………………………..54

2-18 طراحی فضا برای کودکان ……………………………………….56

فصل سوم: نمونه های معماری برای کودکان ………………………………………………………57

3-1 نمونه های خارجی …………………………………………..57

3-1-1مهد کودک بارباپاپا ……………………………………………57

3-1-2 مهد کودک ترنتن…………………………………………………61

3-1-3مهد کودک 8 کلاسه……………………………………….67

3-1-4 مهد کودک سبرا ………………………………………………………………71

3-1-5 مهد کودک کرلینگ ……………………………………….74

3-2نمونه های داخلی ………………………………………77

3-2-1مهد کودک راهیان رشد ………………………………………………….77

3-2-2 مهد کودک قصه من ………………………………………………………………81

3-3 نتیجه گیری …………………………………………….87

فصل چهارم: مطالعات بستر طرح ……………………………………………………89

4-1 شناخت منطقه مطالعاتی …………………………………………………89

4-1-1 تاریخچه شهر تهران ……………………………………………………………………..89

4-1-2 جغرافیای مكانی ………………………………………………………………..90

4-1-3 جغرافیای سیاسی …………………………………………………………91

4-1-4 جغرافیای طبیعی ……………………………………………………………………92

4-1-4-1 موقعیت و وسعت …………………………………………………………………92

4-1-4-2 ناهمواری ها ………………………………………………………………92

4-1-4-3 آب و هوا ………………………………………………………..93

4-1-4-4 منابع آب ………………………………………………………96

4-1-4-5 زلزله خیزی …………………………………………………96

4-1-5 راهبردهای طراحی ………………………………………………………..97

4-1-5-1 فرم مناسب بنا در ارتباط با اقلیم …………………………………………….97

4-1-5-2 مصالح ساختمانی در رابطه با اقلیم …………………………………………97

4-2 بررسی سایت …………………………………………………………..98

4-2-1 تاریخچه اراضی عباس آباد …………………………………………………98

4-2-2 بررسی موقعیت فرهنگی سایت- تم پارک ها …………………………………..103

4-2-2-1 بوستان آب و آتش ………………………………………………………103

4-2-2-2 بوستان نوروز ……………………………………………………………………..104

4-2-2-3 شهر دوستدار کودک ………………………………………………109

4-2-2-4 نقش فضای سبز در شهرهای دوستدار كودك……………………………..110

4-2-2-5 پهنه دوستدار کودک در اراضی عباس آباد ………………………………111

4-2-2-6 موقیت سایت در اراضی عباس آباد……………………………………………112

4-2-2-7 مسیرهای دسترسی به سایت………………………………………..113

4-2-2-8 تراکم مسکونی در اطراف سایت……………………………………114

4-2-3 دلایل انتخاب سایت …………………………………………………114

4-3 ضوابط و استانداردها ………………………………115

4-3-1 طراحی ساختمان آموزشی …………………………………………………115

4-3-2 استانداردهای کلی …………………………………………………………..116

4-3-3 ایمنی در محوطه ……………………………………………….117

4-3-4 نرده های ایمن …………………………………………117

4-3-5 ایمنی در مسیر های حرکت…………………………………………119

4-3-6 ایمنی در راهرو ها………………………………………………………..119

4-3-7 ایمنی در مسیر پله ها ……………………………………120

4-3-8 شرایط ایمنی پوشش کف …………………………………………….121

4-3-9شرایط ایمنی درها …………………………………………………………….122

4-3-10شرایط ایمنی پنجره ها ………………………………………..123

4-3-11شرایط ایمنی در فضای بهداشتی …………………………………123

4-3-12شرایط ایمنی تجهیزات ………………………………………….124

فصل پنجم: معرفی طرح ………………………………………………………125

5-1 مبانی طرح …………………………………………………………………..125

5-2 نشاط در فضای معماری …………………………………………..126

5-2-1 راحتی ……………………………………………………………..126

5-2-2 اکتشاف در فضا …………………………………………………126

5-2-3 تنوع و پیچیدگی …………………………………………………………126

5-2-4 خوانایی ……………………………………………………………….127

5-2-5 پذیرا بودن فضا ……………………………………………………..127

5-2-6 رشد اجتماعی ……………………………………………………128

5-2-7 ارتباط و قلمرو گزینی …………………………………128

5-2-8 خلوت ……………………………………………………………..128

5-3 روند طراحی ………………………………………………………………..130

5-3-1 فضای باز ………………………………………………………….130

5-3-2 فضاهای بسته ……………………………………………………..131

5-3-2-1 آموزشی ………………………………………………………….131

5-3-2-2 خدماتی ………………………………………………………………………..133

5-3-2-3 اداری …………………………………………………………………………134

5-3-3 فضاهای نیمه باز ……………………………………………………………………134

5-4برنامه فیزیکی …………………………………………………….135

5-5 تاسیسات …………………………………………………………………….137

5-6 سازه ……………………………………………………………..137

5-6-1 سیستم اسکلت بتنی ………………………………………………..138

5-6-2 ایمنی کلی شیشه ها ………………………………………………138

5-6-2-1 نیاز های ایمنی …………………………………………………….139

5-7 نقشه ها …………………………………………………………………140

فهرست منابع …………………………………………………………………..150

چکیده

کودک در دنیای امروز جایگاه بسیار ویژه ای دارد تا جایی که می توان آینده ملتها و جایگاه جهانی آنان را براساس خصوصیات کودکانشان پیش بینی نمود. در کشورهای پیشرفته روشهای آموزشی را در جهت شکوفایی استعدادهای بالفطره کودکان تعیین می نمایند.کودکان جهت رشد نیاز به شناخت توانایی ها و نیازهای روحی و جسمی، و پتانسیل های درونیشان را دارند. بدین منظور به فضایی نیاز دارند  که بتوانند آزادانه در آن بدوند، بازی کنند و خود با توجه به فطرت خویش به جستجو و تجربه بپردازند. اما در شهرهای کنونی کمتر فضای امن و مناسبی برای فعالیتهای کودکان یافت می شود. کودک امروز به دلیل عدم ایمنی و امنیت محیط شهری در اتاق کوچک خود در انبوهی از آپارتمان ها محبوس شده است، و دیگر از آن جنب و جوش و هیاهو جهت شناخت و کسب تجربه در محیط خارج از خانه خبری نیست. درحالی که او فضایی       می خواهد که بتواند خلا حضور طبیعت را در زندگی اش پر کند، مکانی که زمینه مناسب برای پرورش و رشد استعدادهایش را ایجاد کند.”مهد کودک ها” فضاهایی مختص کودکان می باشند، در گذشته صرفا جهت نگهداری کودکان بوده اند،اما این فضاها در دنیای امروزه دارای وظایفی جدید می باشند. مهدکودک ها برای سالیان متمادی است که ساختمان هایی بی رنگ، یکنواخت و صرفا عملکرد گرا بودند و باید این نکته را متذکر شد که صرفا استفاده از رنگهای شاد درخانه های تغییر کاربری یافته به مهد کودک نمی تواند فضایی مناسب برای کودکان باشد. بلکه در طراحی فضای معمارانه، آن فضا باید متناسب با سن، سلیقه و شرایط جسمی و روحی استفاده کنندگانش باشد. در این پژوهش تلاش بر این بوده است تا فضایی صرفا برای کودکان به نام “خانه کودک” و با تاکید بر بهره گیری از قابلیت های محیطی و آموزشی موثر بر ذهن و رفتار کودکان و رویکردی جهت ارتقاء و شکوفایی خلاقیت و حس بازی انگیزی در آنان با تدابیر معمارانه است. طراحی خانه کودک برای گروه سنی 3 تا 10 سال در نظر گرفته شده است و سعی بر تلفیق معماری و طبیعت در ایجاد فضاهای انعطاف پذیر و متنوع می باشد. فضاهای طراحی شده در خانه کودک بر اساس مطالعات و نیازهای کودکان و عوامل موثر بر رشد خلاقیت در کودکان می باشد. پس از تعیین نمودن اهداف این تحقیق و طراحی، روشهایی مورد استفاده قرار گرفته شامل مرور منابع و مطالعه منابع کتابخانه ای، مشاهده، مصاحبه و بررسی نمونه های موجود و مرتبط با موضوع و بهره گیری از یافته ها در طراحی معماری استفاده شد.

 

کلید واژگان: کودک، بازی، خلاقیت، معماری

 

فصل اول

کلیات تحقیق

 

این فصل شامل مقدمه، بیان مسئله، اهمیت موضوع، سوالات تحقیق،اهداف پژوهش و طراحی، ابزار و روش تحقیق است.

 

1-1مقدمه

دنیای امروز به دلیل گسترش رویدادهای علمی و تکنولوژیکی و نفوذ عمیق آنها در همه سطوح زندگی، عصر ارتباط و اطلاع رسانی نامیده می شود. به گونه ای که گسترش این امر، در زمینه های اجتماعی، اقتصادی و فرهنگی، به مقدار قابل ملاحظه ای مشاهده می شود. آموزش و پرورش به عنوان یکی از پایه ای ترین مفاهیم در تشکیل و توسعه ساختار یک جامعه به شدت تحت تاثیر این گسترش قرار گرفته است.

شکوفایی خلاقیت و نوآوری از مباحث مهم و با اهمیت دنیای امروز است که می توان پیشرفت و توسعه کشورها را به این عامل وابسته دانست. در دنیای امروز رقابت، خلاقیت و نو آوری می‌تواند عامل برد باشد، بنابراین باید کوشش کرد که در جهت پرورش و شکوفاکردنخلاقیت ذهنی کودکان و نوجوانان کشورمان گام برداریم و به عواملی که در این راستا موثر هستند توجه کنیم و مبانی آموزش و پرورش خلاقیت را در سطح جامعه ترویج دهیم. از آنجا که تقویت خلاقیت در دوران کودکی در تمام مدت عمر شخص موثر است باید آنرا بسیار مهم دانست. گارد نر معتقد است که تصور و تخیلی که در اوایل دوران کودکی شکل می‌گیرد، مبنای خلاقیت در دوران بلوغ است. آموزش و پرورش صحیح کودک به معناى فراهم آوردن مقدمات لازم براى به فعلیت رساندن قواى او است و باید به رشد احساسی ، فیزیکی و عقلانی او کمک کرده تا با مشکلات و درگیری های زندگی  به راحتی برخورد کند و برای آن ها راه حل پیدا کند.

بسیاری از پژوهش های حوزه کودک به وجه اکتسابی رشد و یادگیری می پردازد. فلسفه های متنوع آموزشی نظیر تجربه گرایی، طبیعت گرایی، رفتار گرایی و …نتیجه همین پژوهش ها است. دیدگاه های نوین از جمله آموزش خلاق، یادگیری بازی محور و یادگیری فرآیندی را مبتنی بر خلاقیت و ابتکار کودک می داند که تحت تاثیر محیط فیزیکی و اجتماعی شکل می گیرد. در پی طراحی این شیوه های یادگیری، خلق فضاهایی برای میزبانی آن ها ضروری به نظر می رسد. بحث فضاهای عمومی دوستدار کودک و پیش از آن جنبش ساخت زمینهای باز از یک طرف، توسعه مدارس باز، مدارس چند هسته ای، مدارس اجتماعی از طرف دیگر و خلق موزها، فرهنگسراها و پارک های اختصاصی کودکان همه پاسخی به این ضرورت است.

پژوهش ها نشان می دهند در دوران کودکی قابلیت ها و خلاقیت کودکان پایه گذاری می شود و بهترین زمان پیشرفت برای خلاقیت و تخیل در فاصله سنی 2 تا 10 سال روی می دهد و کودکان طی این سالها از محیط تاثیر بیشتری می گیرد و در مورد محیط خود به طور طبیعی کنجکاو هستند (عظمتی، 1387).

 

1-2بیان مسئله

انسان از بدو تکامل، شروع به بنیان نهادن تمدن نمود و در طول این روند تکامل متناسب با هر نیازی برای آن ابزاری طراحی کرده و ساخته است. یکی از این نیازها ساختمان بوده که در روند تکامل بشر و ایجاد دانش در این زمینه، معمار طراحی آنرا متناسب با نیازهای استفاده کنندگان در طراحی اش تامین می نموده. در طراحی معماری، سلایق، علایق، عملکرد و کاربری ساختمان متناسب با شرایط محیطی در نظر گرفته می شود. در سالهای دورتر خانه بستری اجتماعی و عاطفی برای رشد و تعالی کودک فراهم می ساخت و دوره بلند مدتی از کودکی را در بر می گرفت. اما امروزه خانه های ما نمی توانند مامن همیشگی کودکان باشند چرا که آن ها قابلیت لازم برای برآوردن نیازهای یک کودک را ندارند.

 

2-7-6 نقاشی ……………………………………………………………………………………………………………………………….33

2-7-6-1 نقاشی و فرا فکنی ………………………………………………………………………………………………………….33

2-8 کودک و معماری ……………………………………………………………………………………………………………………..34

2-9 محیط، بازی، خلاقیت …………………………………………………..34

2-10 روند رشد و بازی کودک ……………………………………………….35

2-11 ادراک کودک …………………………………………….36

2-11-1 حواس پنجگانه ……………………………………………37

2-11-2 هوش ……………………………………………………….38

2-11-3 حافظه ……………………………………39

2-12 دریافت حسی و ادراکی کودک از فضا ……………………39

2-13 تاثیر شرایط محیطی و کالبدی بر کودکان ……………………………….40

2-13-1رنگ …………………………………………………………40

2-13-2 نور …………………………………………………..42

2-13-3 صوت …………………………………………………………………………42

2-13-4 تهویه ……………………………………………………..43

2-14 فضای معماری کودکان ……………………………….43

2-15 خصوصیات فضاهای مورد نظر جهت طراحی ………………………………44

2-16 تعامل با محیط ………………………………..45

2-16-1 استفاده از عوامل طبیعی زمین ……………………………………………………..45

2-16-2 فضای سبز ………………………………………………………………….46

2-16-3 آب …………………………………………………………………..47

2-17 طراحی فضای باز و زمین بازی ……………………………………..48

2-17-1 ساختارهای بازیها …………………………………………………..48

2-17-1-1 پر جنب و جوش. بازی های فیزیکی ……………………………………..49

2-17-1-2 فکر کردن. بازی های خلاقانه ………………………………………50

2-17-1-3 داشتن همراه. بازیهای اجتماعی ……………………………………..50

2-17-1-4 بازی در سکوت و آرامش …………………………………………………51

2-17-1-5 تجربه کردن. یادگیری از طریق بازی های حسی …………………………………51

این مطلب را هم بخوانید :

2-17-2 بازی با شن وگل ………………………………………………………….53

2-17-3 اسباب بازیها …………………………………………………………..54

2-18 طراحی فضا برای کودکان ……………………………………….56

فصل سوم: نمونه های معماری برای کودکان ………………………………………………………57

3-1 نمونه های خارجی …………………………………………..57

3-1-1مهد کودک بارباپاپا ……………………………………………57

3-1-2 مهد کودک ترنتن…………………………………………………61

3-1-3مهد کودک 8 کلاسه……………………………………….67

3-1-4 مهد کودک سبرا ………………………………………………………………71

3-1-5 مهد کودک کرلینگ ……………………………………….74

3-2نمونه های داخلی ………………………………………77

3-2-1مهد کودک راهیان رشد ………………………………………………….77

3-2-2 مهد کودک قصه من ………………………………………………………………81

3-3 نتیجه گیری …………………………………………….87

فصل چهارم: مطالعات بستر طرح ……………………………………………………89

4-1 شناخت منطقه مطالعاتی …………………………………………………89

4-1-1 تاریخچه شهر تهران ……………………………………………………………………..89

4-1-2 جغرافیای مكانی ………………………………………………………………..90

4-1-3 جغرافیای سیاسی …………………………………………………………91

4-1-4 جغرافیای طبیعی ……………………………………………………………………92

4-1-4-1 موقعیت و وسعت …………………………………………………………………92

4-1-4-2 ناهمواری ها ………………………………………………………………92

4-1-4-3 آب و هوا ………………………………………………………..93

4-1-4-4 منابع آب ………………………………………………………96

4-1-4-5 زلزله خیزی …………………………………………………96

4-1-5 راهبردهای طراحی ………………………………………………………..97

4-1-5-1 فرم مناسب بنا در ارتباط با اقلیم …………………………………………….97

4-1-5-2 مصالح ساختمانی در رابطه با اقلیم …………………………………………97

4-2 بررسی سایت …………………………………………………………..98

4-2-1 تاریخچه اراضی عباس آباد …………………………………………………98

4-2-2 بررسی موقعیت فرهنگی سایت- تم پارک ها …………………………………..103

4-2-2-1 بوستان آب و آتش ………………………………………………………103

4-2-2-2 بوستان نوروز ……………………………………………………………………..104

4-2-2-3 شهر دوستدار کودک ………………………………………………109

4-2-2-4 نقش فضای سبز در شهرهای دوستدار كودك……………………………..110

4-2-2-5 پهنه دوستدار کودک در اراضی عباس آباد ………………………………111

4-2-2-6 موقیت سایت در اراضی عباس آباد……………………………………………112

4-2-2-7 مسیرهای دسترسی به سایت………………………………………..113

4-2-2-8 تراکم مسکونی در اطراف سایت……………………………………114

4-2-3 دلایل انتخاب سایت …………………………………………………114

4-3 ضوابط و استانداردها ………………………………115

4-3-1 طراحی ساختمان آموزشی …………………………………………………115

4-3-2 استانداردهای کلی …………………………………………………………..116

4-3-3 ایمنی در محوطه ……………………………………………….117

4-3-4 نرده های ایمن …………………………………………117

4-3-5 ایمنی در مسیر های حرکت…………………………………………119

4-3-6 ایمنی در راهرو ها………………………………………………………..119

4-3-7 ایمنی در مسیر پله ها ……………………………………120

4-3-8 شرایط ایمنی پوشش کف …………………………………………….121

4-3-9شرایط ایمنی درها …………………………………………………………….122

4-3-10شرایط ایمنی پنجره ها ………………………………………..123

4-3-11شرایط ایمنی در فضای بهداشتی …………………………………123

4-3-12شرایط ایمنی تجهیزات ………………………………………….124

فصل پنجم: معرفی طرح ………………………………………………………125

5-1 مبانی طرح …………………………………………………………………..125

5-2 نشاط در فضای معماری …………………………………………..126

5-2-1 راحتی ……………………………………………………………..126

5-2-2 اکتشاف در فضا …………………………………………………126

5-2-3 تنوع و پیچیدگی …………………………………………………………126

5-2-4 خوانایی ……………………………………………………………….127

5-2-5 پذیرا بودن فضا ……………………………………………………..127

5-2-6 رشد اجتماعی ……………………………………………………128

5-2-7 ارتباط و قلمرو گزینی …………………………………128

5-2-8 خلوت ……………………………………………………………..128

5-3 روند طراحی ………………………………………………………………..130

5-3-1 فضای باز ………………………………………………………….130

5-3-2 فضاهای بسته ……………………………………………………..131

5-3-2-1 آموزشی ………………………………………………………….131

5-3-2-2 خدماتی ………………………………………………………………………..133

5-3-2-3 اداری …………………………………………………………………………134

5-3-3 فضاهای نیمه باز ……………………………………………………………………134

5-4برنامه فیزیکی …………………………………………………….135

5-5 تاسیسات …………………………………………………………………….137

5-6 سازه ……………………………………………………………..137

5-6-1 سیستم اسکلت بتنی ………………………………………………..138

5-6-2 ایمنی کلی شیشه ها ………………………………………………138

5-6-2-1 نیاز های ایمنی …………………………………………………….139

5-7 نقشه ها …………………………………………………………………140

فهرست منابع …………………………………………………………………..150

چکیده

کودک در دنیای امروز جایگاه بسیار ویژه ای دارد تا جایی که می توان آینده ملتها و جایگاه جهانی آنان را براساس خصوصیات کودکانشان پیش بینی نمود. در کشورهای پیشرفته روشهای آموزشی را در جهت شکوفایی استعدادهای بالفطره کودکان تعیین می نمایند.کودکان جهت رشد نیاز به شناخت توانایی ها و نیازهای روحی و جسمی، و پتانسیل های درونیشان را دارند. بدین منظور به فضایی نیاز دارند  که بتوانند آزادانه در آن بدوند، بازی کنند و خود با توجه به فطرت خویش به جستجو و تجربه بپردازند. اما در شهرهای کنونی کمتر فضای امن و مناسبی برای فعالیتهای کودکان یافت می شود. کودک امروز به دلیل عدم ایمنی و امنیت محیط شهری در اتاق کوچک خود در انبوهی از آپارتمان ها محبوس شده است، و دیگر از آن جنب و جوش و هیاهو جهت شناخت و کسب تجربه در محیط خارج از خانه خبری نیست. درحالی که او فضایی       می خواهد که بتواند خلا حضور طبیعت را در زندگی اش پر کند، مکانی که زمینه مناسب برای پرورش و رشد استعدادهایش را ایجاد کند.”مهد کودک ها” فضاهایی مختص کودکان می باشند، در گذشته صرفا جهت نگهداری کودکان بوده اند،اما این فضاها در دنیای امروزه دارای وظایفی جدید می باشند. مهدکودک ها برای سالیان متمادی است که ساختمان هایی بی رنگ، یکنواخت و صرفا عملکرد گرا بودند و باید این نکته را متذکر شد که صرفا استفاده از رنگهای شاد درخانه های تغییر کاربری یافته به مهد کودک نمی تواند فضایی مناسب برای کودکان باشد. بلکه در طراحی فضای معمارانه، آن فضا باید متناسب با سن، سلیقه و شرایط جسمی و روحی استفاده کنندگانش باشد. در این پژوهش تلاش بر این بوده است تا فضایی صرفا برای کودکان به نام “خانه کودک” و با تاکید بر بهره گیری از قابلیت های محیطی و آموزشی موثر بر ذهن و رفتار کودکان و رویکردی جهت ارتقاء و شکوفایی خلاقیت و حس بازی انگیزی در آنان با تدابیر معمارانه است. طراحی خانه کودک برای گروه سنی 3 تا 10 سال در نظر گرفته شده است و سعی بر تلفیق معماری و طبیعت در ایجاد فضاهای انعطاف پذیر و متنوع می باشد. فضاهای طراحی شده در خانه کودک بر اساس مطالعات و نیازهای کودکان و عوامل موثر بر رشد خلاقیت در کودکان می باشد. پس از تعیین نمودن اهداف این تحقیق و طراحی، روشهایی مورد استفاده قرار گرفته شامل مرور منابع و مطالعه منابع کتابخانه ای، مشاهده، مصاحبه و بررسی نمونه های موجود و مرتبط با موضوع و بهره گیری از یافته ها در طراحی معماری استفاده شد.

 

کلید واژگان: کودک، بازی، خلاقیت، معماری

 

فصل اول

کلیات تحقیق

 

این فصل شامل مقدمه، بیان مسئله، اهمیت موضوع، سوالات تحقیق،اهداف پژوهش و طراحی، ابزار و روش تحقیق است.

 

1-1مقدمه

دنیای امروز به دلیل گسترش رویدادهای علمی و تکنولوژیکی و نفوذ عمیق آنها در همه سطوح زندگی، عصر ارتباط و اطلاع رسانی نامیده می شود. به گونه ای که گسترش این امر، در زمینه های اجتماعی، اقتصادی و فرهنگی، به مقدار قابل ملاحظه ای مشاهده می شود. آموزش و پرورش به عنوان یکی از پایه ای ترین مفاهیم در تشکیل و توسعه ساختار یک جامعه به شدت تحت تاثیر این گسترش قرار گرفته است.

شکوفایی خلاقیت و نوآوری از مباحث مهم و با اهمیت دنیای امروز است که می توان پیشرفت و توسعه کشورها را به این عامل وابسته دانست. در دنیای امروز رقابت، خلاقیت و نو آوری می‌تواند عامل برد باشد، بنابراین باید کوشش کرد که در جهت پرورش و شکوفاکردنخلاقیت ذهنی کودکان و نوجوانان کشورمان گام برداریم و به عواملی که در این راستا موثر هستند توجه کنیم و مبانی آموزش و پرورش خلاقیت را در سطح جامعه ترویج دهیم. از آنجا که تقویت خلاقیت در دوران کودکی در تمام مدت عمر شخص موثر است باید آنرا بسیار مهم دانست. گارد نر معتقد است که تصور و تخیلی که در اوایل دوران کودکی شکل می‌گیرد، مبنای خلاقیت در دوران بلوغ است. آموزش و پرورش صحیح کودک به معناى فراهم آوردن مقدمات لازم براى به فعلیت رساندن قواى او است و باید به رشد احساسی ، فیزیکی و عقلانی او کمک کرده تا با مشکلات و درگیری های زندگی  به راحتی برخورد کند و برای آن ها راه حل پیدا کند.

بسیاری از پژوهش های حوزه کودک به وجه اکتسابی رشد و یادگیری می پردازد. فلسفه های متنوع آموزشی نظیر تجربه گرایی، طبیعت گرایی، رفتار گرایی و …نتیجه همین پژوهش ها است. دیدگاه های نوین از جمله آموزش خلاق، یادگیری بازی محور و یادگیری فرآیندی را مبتنی بر خلاقیت و ابتکار کودک می داند که تحت تاثیر محیط فیزیکی و اجتماعی شکل می گیرد. در پی طراحی این شیوه های یادگیری، خلق فضاهایی برای میزبانی آن ها ضروری به نظر می رسد. بحث فضاهای عمومی دوستدار کودک و پیش از آن جنبش ساخت زمینهای باز از یک طرف، توسعه مدارس باز، مدارس چند هسته ای، مدارس اجتماعی از طرف دیگر و خلق موزها، فرهنگسراها و پارک های اختصاصی کودکان همه پاسخی به این ضرورت است.

پژوهش ها نشان می دهند در دوران کودکی قابلیت ها و خلاقیت کودکان پایه گذاری می شود و بهترین زمان پیشرفت برای خلاقیت و تخیل در فاصله سنی 2 تا 10 سال روی می دهد و کودکان طی این سالها از محیط تاثیر بیشتری می گیرد و در مورد محیط خود به طور طبیعی کنجکاو هستند (عظمتی، 1387).

 

1-2بیان مسئله

انسان از بدو تکامل، شروع به بنیان نهادن تمدن نمود و در طول این روند تکامل متناسب با هر نیازی برای آن ابزاری طراحی کرده و ساخته است. یکی از این نیازها ساختمان بوده که در روند تکامل بشر و ایجاد دانش در این زمینه، معمار طراحی آنرا متناسب با نیازهای استفاده کنندگان در طراحی اش تامین می نموده. در طراحی معماری، سلایق، علایق، عملکرد و کاربری ساختمان متناسب با شرایط محیطی در نظر گرفته می شود. در سالهای دورتر خانه بستری اجتماعی و عاطفی برای رشد و تعالی کودک فراهم می ساخت و دوره بلند مدتی از کودکی را در بر می گرفت. اما امروزه خانه های ما نمی توانند مامن همیشگی کودکان باشند چرا که آن ها قابلیت لازم برای برآوردن نیازهای یک کودک را ندارند.