تنشهای غیرزیستی مانند خشکسالی و شوری، از عوامل اصلی کاهش عملکرد محصولات کشاورزی و تخریب خاک در سراسر جهان به شمار میروند. برای پاسخ به تقاضای روزافزون غذا، بهبود بهرهوری محصولات کشاورزی، بهویژه در شرایط تشدید این تنشها بر اثر تغییرات اقلیمی، ضروری است. مطالعات اخیر نشان میدهند که محرکهای زیستی (بیواستیمولانت) مبتنی بر جلبکهای دریایی میتوانند راهحلی امیدبخش برای این چالش بوده و عملکرد محصول را افزایش دهند. این عصارهها، جذب مواد مغذی را تسهیل کرده و عملکرد رشد را هم در شرایط تنش و هم در شرایط عادی بهبود میبخشند. با این حال، فراتر از این مزایای شناختهشده، گزارشی از شورای صنعت محرکهای زیستی اروپا (EBIC) نشان میدهد که جنبههای بنیادی مربوط به ترکیب عصارههای جلبکی، بر کیفیت محرکهای رشد حاوی آنها و در نهایت، اثربخشی عملی این محصولات در مزرعه تأثیر مستقیم میگذارد.
جلبکهای دریایی بسیار متنوع بوده که از نظر شکل، اندازه و چرخه زندگی متفاوت هستند و به سه گروه اصلی تقسیم میشوند:
قرمز (Rhodophyta)
سبز (Chlorophyta)
قهوهای (Ochrophyta)
برخی از این جلبکها به مناطق ساحلی محافظتشده و برخی در نواحی در معرض امواج و جزر و مد شدید سازگار شدهاند. آنها در اعماق مختلف آبهای شور یا شیرین زندگی میکنند و نقشهای اکولوژیکی حیاتی دارند و به عنوان مهندسین اکوسیستم شناخته میشوند.
این سه گروه در اشکال فیزیکی متنوع و از ساختارهای ساده تا شاخهدار یافت میشوند. ترکیبات زیستفعال موجود در جلبکها شامل رنگدانهها، اسیدهای چرب، استرولها، پروتئینها، لیپیدها، فیبرها، پلیساکاریدها و ترکیباتی مانند فلاونوئیدها و پلیفنولها هستند که از نظر تغذیهای بسیار مهم هستند و تأثیرات مثبتی بر سلامت انسان دارند.
علاوه بر این، جلبکهای دریایی حاوی عناصر معدنی مانند سدیم، پتاسیم، کلسیم، منیزیم، آهن، روی، منگنز و مس و همچنین ویتامینها، مقادیر کمی چربی و قند هستند.
ترکیبات زیستفعال با کاربردهای صنعتی در ماکروجلبکها گزارش شده است و کاربردهای متعددی مانند خوراک، سوخت، پلاستیک، مواد آرایشی و دارویی (ضدالتهاب، ضدتومور، ضددیابت و …) برای آنها توسعه یافته است. جلبک دریایی سابقه طولانی مصرف غذایی در مناطق ساحلی جهان دارد؛ برای مثال، Ascophyllum nodosum جلبکی قهوهای است که در آبهای قطب شمال یافت میشود.
اهمیت روش استخراج در کیفیت محرکهای زیستی مبتنی بر جلبکهای دریایی
فرآیند استخراج ترکیبات فعال از جلبکهای دریایی برای اثربخشی محرکهای زیستی بسیار مهم است. روشهای مختلف استخراج به صورت مستقیم بر کیفیت و غلظت ترکیبات زیستفعال موجود در محصول نهایی تأثیر میگذارند که این موضوع اثربخشی آن را تحت تأثیر قرار میدهد.
برای مثال، استخراج قلیایی از جلبک قهوهای مانند Ascophyllum nodosum نشان داده است که در آزادسازی پلیفنولها و سایر ترکیبات مفید که مقاومت گیاه را در برابر تنشهای غیرزیستی مانند خشکی و دمای بالا افزایش میدهند، بسیار مؤثر است. در این زمینه، انتخاب روشی برای استخراج که بیشترین حفظ این ترکیبات را تضمین کند، بسیار مهم است تا اثر قویتر و مداومتری روی محصولات کشاورزی داشته باشد.
علاوه بر این، پایداری در روشهای استخراج نیز به یک جنبه مهم و روزافزون تبدیل شده است. بنابراین، صنعت به دنبال تعادل بین اثربخشی محرکهای رشد مبتنی بر جلبک و رعایت شیوههای دوستدار محیط زیست است که این امر فرصتهای جدیدی در پژوهش و توسعه این محصولات ایجاد میکند.
چندین مکانیسم اثر برای محرکهای رشد مبتنی بر جلبک وجود دارد که عبارتند از:
- تنظیم بیان ژنها: فعال یا غیرفعال کردن ژنهای خاصی که رشد و توسعه گیاه را تحت تأثیر قرار میدهند. بدین ترتیب، پتانسیل محرکهای رشد جلبکی در بهینهسازی استراتژیهای مدیریت محصولات، به ویژه در شرایط تنش محیطی، گسترش مییابد.
- فعالسازی مسیرهای متابولیکی خاص: این مکانیسم جذب مواد مغذی را بهبود بخشیده و دفاع طبیعی گیاه را تقویت میکند. برای مثال، برخی عصارههای Ascophyllum nodosum توانستهاند تحمل به استرس اکسیداتیو را با تغییر پروفیل متابولیکی گیاه و افزایش سطح متابولیتهای محافظتی مانند مالتوز و رافینوز افزایش دهند.
- افزایش توان تحمل گیاه: این مکانیسم اساسی به معنای آمادهسازی گیاهان برای مقابله با تنشهای محیطی است، با فعالسازی مولکولهایی در مسیرهای متابولیکی که مقاومت گیاه را در برابر تنشهای غیرزیستی و اکسیداتیو افزایش میدهد. آمادگی مولکولی شامل کاهش گونههای فعال اکسیژن (ROS) و تنظیم ژنهای مرتبط با حفاظت سلولی است که توانایی گیاه را برای مقابله با شرایط نامطلوب بهبود میبخشد.
- بهبود کارایی استفاده از مواد مغذی؛ عصارهای از Ascophyllum nodosum توانسته است استفاده از کودهای نیتروژنی را تا ۲۷ درصد کاهش دهد بدون اینکه عملکرد محصول کاهش یابد. این امر به دلیل توانایی این عصارهها در القای بیان انتقالدهندههای نیترات و افزایش فعالیت آنزیمهای مرتبط با متابولیسم نیتروژن است.
این مکانیسمها دیدگاه جدیدی در مورد چگونگی ادغام محرکهای رشد مبتنی بر جلبک در استراتژیهای پیشرفته کشاورزی ارائه میدهند و راهحلهای نوآورانهای برای بهبود بهرهوری و پایداری محصولات فراهم میکنند.
تحقیقات در زمینه محرکهای رشد مبتنی بر عصارههای جلبک همچنان منبعی از نوآوری به شمار میآید و دیدگاههای جدیدی را آشکار میکند که میتواند کشاورزی را در سالهای آینده متحول کند. با افزایش درک مکانیسمهای اثر این محصولات، احتمال دارد تکنیکهای استخراج و فرمولاسیونهای جدیدی ظهور کنند که اثربخشی آنها را بیش از پیش بهینه سازند. روشهای مختلفی برای استخراج عصاره جلبک وجود دارد. انتخاب روش استخراج به نوع جلبک، حلال، دما، pH محلول، زمان و شرایط محیطی بستگی دارد.
آلژیناتها (Alginates) پلیساکاریدهای طبیعی هستند که عمدتاً از جلبکهای قهوهای (مانند گونههای Ascophyllum nodosum وLaminaria) استخراج میشوند. این پلیمرها از زنجیرههای بلند اسیدهای قندی تشکیل شدهاند و به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی آنها، کاربردهای گستردهای دارند.
استخراج آلژینات از جلبکهای قهوهای:
- استخراج گرم (Hot Extraction)
جلبک خشک یا تازه در محلول قلیایی (معمولاً سدیم هیدروکسید) در دمای ۴۰ تا ۹۰ درجه سانتیگراد به مدت چند ساعت قرار میگیرد. حرارت باعث افزایش سرعت واکنش استخراج میشود، اما دمای زیاد یا زمان طولانی ممکن است به شکستن زنجیرههای پلیمری آلژینات و کاهش کیفیت منجر شود.
- استخراج سرد (Cold Extraction)
در دمای پایینتر ( ۴ تا ۱۵ درجه سانتیگراد) و زمانهای طولانیتر انجام میشود. این روش ساختار و خواص آلژینات را بهتر حفظ میکند.
عصاره جلبک دریایی در محصول سوپرفیوتاپ
سوپرفیوتاپ حاوی ۱۵ درصد عصاره جلبک دریایی است که از جلبک قهوهای اسکوفیلوم نودوسوم، استخراج شده است. این جلبک در زیستگاههای نواحی پرجزرو مد رشد میکند و تحت تأثیر تغییرات شدید دما و رطوبت قرار دارد که منجر به تولید مواد ضد تنش برای بقا میشود.
شرکت فیوچر اکو جلبک دریایی را از آبهای ایرلند تهیه میکند. ایرلند دارای یکی از تمیزترین و کمآلودگیترین آبهای ساحلی در جهان است. این موضوع باعث میشود جلبکهایی که در این مناطق رشد میکنند، از نظر زیستی سالمتر و عاری از فلزات سنگین یا آلایندههای مضر باشند. اقلیم معتدل، جریانهای اقیانوسی و چرخههای طبیعی جزر و مد در سواحل ایرلند شرایط بسیار مناسبی برای رشد طبیعی جلبکها فراهم داشته است. ایرلند سابقهای طولانی در برداشت سنتی جلبک دارد و بسیاری از شرکتها هنوز از روشهای پایدار برای برداشت استفاده میکنند تا به اکوسیستم آسیب نرسد. این موضوع موجب شده است که محصولات جلبک دریایی ایرلند معتبر و مورد اعتماد باشد.
مراحل استخراج عصاره در این شرکت به شرح زیر است:
- انجماد فوقالعاده سریع جلبک برای حفظ کیفیت مواد فعال.
- قرار دادن جلبک منجمد در محیط بافر خنثی جهت حفظ فعالیت مولکولهای فعال مانند هورمونها و ویتامینها.
- سانتریفیوژ کردن برای جدا کردن ناخالصیها در محیط سرد.
ویژگیهای سوپرفیوتاپ
- افزایش خواص کمی و کیفی میوهها
- افزایش تولید گل و فعالسازی رشد رویشی گیاهان
- یکنواختی و درشت شدن اندازه میوهها
- افزایش تولید میوه در سالهای کم بازده
- افزایش مقاومت گیاه در برابر خسارت احتمالی آفتکشها و تنشهای محیطی
این محصول برای تمامی محصولات کشاورزی قابل استفاده است و بهترین زمان مصرف آن هنگام رشد رویشی، درشت شدن میوه و رنگگیری و همچنین پس از وقوع تنشهای محیطی میباشد.
منابع
Deolu‐Ajayi, A. O., van der Meer, I. M., Van der Werf, A., & Karlova, R. (2022). The power of seaweeds as plant biostimulants to boost crop production under abiotic stress. Plant, Cell & Environment, ۴۵(۹), ۲۵۳۷-۲۵۵۳.
Obluchinskaya, E. D., Pozharitskaya, O. N., Gorshenina, E. V., Daurtseva, A. V., Flisyuk, E. V., Generalova, Y. E., … & Shikov, A. N. (2024). Ascophyllum nodosum (Linnaeus) Le Jolis from Arctic: Its biochemical composition, antiradical potential, and human health risk. Marine Drugs, ۲۲(۱), ۴۸.
M.A.M. Siddique, M.S. Hossain, M.M. Islam, M. Rahman, G. Kibria, Heavy metals and metalloids in edible seaweeds of Saint Martin’s island, bay of Bengal, and their potential health risks, Mar. Pollut. Bull. 181 (2022), 113866, https://doi. org/10.1016/j.marpolbul.2022.113866.