کاربرد جلبک ها در کشاورزی

چکیده

جلبک ها دارای تنوع نسبتاً زیادی هستند، یکی از انواع مهم آن، جلبک های قهوه ای هستند که مهمترین جنس آنها Ascophyllum می باشد.اهمیت جلبکهای دریایی به علت دارا بودن عناصر مغذی از قبیل ازت، فسفر، پتاسیم و برخی از عناصر کم مصرف مورد نیاز گیاهان و همچنین به دلیل وجود میزان بالای فیبر و نقش آن در بهبود خواص فیزیکی و شیمیایی و بیولوژیکی خاک  از قبیل افزایش ظرفیت تبادل کاتیونی و بهبود ظرفیت نگهداری آب، تعدیل pH و … مشهود می باشد.

مقدمه

به منظور موفقیت در تولید محصولات کشاورزی انتخاب مواد گیاهی مناسب و تامین نیازهای آن ضروری می باشد. درک صحیح از رشد گیاه، شناخت نیازهای گیاه و مدیریت در مصرف آنها رمز موفقیت در تولید است . افزایش رشد جمعیت و نیاز به غذا باعث افزایش سطح زیر کشت و افزایش تولید در واحد سطح گردیده است. در این راستا بشر به دستاوردهای خوبی دست یافته است. یکی از این دستاوردها، جلبک ها هستند که در زندگی امروز بشر (صنایع غذایی، تغذیه دام، کشاورزی، داروسازی-رنگسازی، تولید مواد شیمیایی و سوخت) نقش بسیار مهمی دارد.

جلبک ها دارای تنوع نسبتاً زیادی هستند، یکی از انواع مهم آن، جلبک های قهوه ای هستند که مهمترین جنس آنها Ascophyllum می باشد. که تنها گونه Fucaceae می باشد. این گونه از جلبک دریایی در طول سواحل کم عمق و نواحی مردابی و اغلب مناطق صخره ای سواحل آتلانتیس کانادا و سواحل شمال غربی اروپا رشد می کند. این جلبک دارای ساقه هایی برگ مانند بلند می باشد که دارای ساختارهای تخم مرغی شکل و پشت سر هم می باشند.

این جلبک می تواند تا حدود 2 متر رشد کرده و به صخره ها و تخته سنگها متصل شود. ساقه های برگ مانند را که اصطلاحاً frond می توانند به رنگ قهوه ای زیتونی بوده و فاقد رگبرگ می باشند . از این جلبک ها برای تهیه ی کود، غذای انسان و دام استفاده می کنند

اهمیت جلبکها و کاربرد جلبک ها در کشاورزی

اهمیت جلبکهای دریایی به علت دارا بودن عناصر مغذی از قبیل ازت، فسفر، پتاسیم و برخی ار عناصر کم مصرف مورد نیاز گیاهان و همچنین به دلیل وجود میزان بالای فیبر و نقش آن در بهبود خواص فیزیکی و شیمیایی و بیولوژیکی خاک و از قبیل افزایش ظرفیت تبادل کاتیونی و بهبود ظرفیت نگهداری آب، تعدیل pH و غیره مشهود می باشد. ساحل نشینان در بعضی مناطق از جلبکهای دریایی مستقیماً در زمین های کشاورزی به عنوان کود استفاده می کردند اما عوامل طبیعی از قبیل شوری بالای خاک، مقادیر شن و ماسه و روند کند تجزیه مانع بزرگی از پیشرفت این کار شد. وجود این عوامل باعث شد تا بشر به فکر استفاده از جلبک دریایی به صورت مایع و پودر غلیظ شده و قابل حل در آب بیفتد و با گذشت زمان، پیشرفت علم و تکنولوژی و گسترش صنایع، هر روزه محصولات جدیدتری را در راستای بهبود تغذیه و بر آورده شدن آنچه تا کنون امکان پذیر نبوده است ارائه می دهد.  مطالعات مختلف علمی ثابت کرده که کارائی فرآورده های حاصل از جلبکهای دریایی به طور گسترده ای در کشاورزی مورد استقبال قرار گرفته و باعث افزایش تولید محصول در واحد سطح و بهبود کیفیت محصولات کشاورزی و افزایش سطح درآمد کشاورزان در نقاط مختلف جهان گردیده است. امروزه استفاده از کود های حاوی عصاره جلبک دریایی به صورت محلولپاشی و مصرف در خاک در گیاهان زراعی و باغی و گلخانه ای متداول شده است. به طور کلی عصاره جلبک دریایی حاوی برخی عناصر ماکرو، میکرو و برخی هورمونهای رشد یا تنظیم کننده های گیاهی، آمینواسیدها، پلی ساکاریدها، بتائین ها و … می باشد. ترکیبات هورمونی و مواد تنظیم کننده رشد مانند جیبرلین، اکسین ها و سیتوکنین ها در عصاره جلبک دریایی در طویل شدن سلولی، ایجاد گل، رشد برگ، سبز کردن بذر، افزایش طول میان گره ها، افزایش اندازه میوه، کیفیت میوه، تاخیر در رسیدن میوه ها، یکدست شدن میوه ها، کاهش اثر برخی آفات و بیماریهای گیاهی موثر می باشد .

ترکیبات موجود در عصاره جلبک دریایی

آلجیناز

ترکیبات شیمیایی که حاصل توالی تصادفی زنجیره ای از اسیدهای آلی هستند. آلجیناز در آب حل محلول است ولی به سرعت آب را جذب می کند. آلجیناز خواص ضخامت دهندگی و پایدارکنندگی را داراست بنابراین می توانند در ژله شدن و استحکام دیواره سلولی مفید واقع شود. حفظ تمامیت ساختار این مولکول بستگی به استخراج دارد که بسیار مهم است.

فاکوایدان

نوعی پلی ساکارید سولفاته Fcsps است با وزن مولکولی متوسط 20000 که به طور عمده در گونه های مختلف جلبک دریایی قهوه ای مثل Ascophyllum یافت می شود. فاکویدان حتی به عنوان یک ترکیب در مکمل های غذایی استفاده می شود. Fcsps ها چندین تابع فعال زیستی سودمند را برای انسانها ارائه می دهد.  خواص فعال زیستی ممکن است بسته به منبع جلبک دریایی، ترکیبات و صفات ساختاری محتوا (چگالی بار)، توزیع و پیوند جایگزینی سولفات و خلوص محصول (  Fcsps  ) می تواند مفید باشد. حفظ تمامیت ساختار مولکول Fcsps به طور اساسی به روش استخراج و عصاره گیری بستگی دارد که بسیار مهم است. اما برای به دست آوردن ویژگیهای ساختاری مربوط مورد نیاز برای فعالیتهای بیولوژیکی خاص برای روشن کردن روابط ساختار تابع بخشی از آن نادیده گرفته می شود .

لامینارین (  Laminarin  )

یک ذخیره گاه گلوکان (پلی ساکارید گلوکز) در جلبک دریایی قهوه ای است و به عنوان یک ذخیره غذایی کربوهیدرات ( Chyso laminarin ) توسط فیتوپلانکتونها و دیاتومه ها استفاده می شود. کریزولامینارین توسط فتوسنتز تولید می شود . کربوهیدراتهای موجود در عصاره جلبک دریایی مثل لامینارین و فاکویدان موجب افزایش فعالیت میکروارگانیسم های مفید خاک شده و در نتیجه جمعیت قارچ های بیماریزای خاک را از طریق رقابت کاهش می دهند. محلولپاشی منظم این محصولات می تواند منجر به افزایش توان گیاه در مقابله با تنشهای محیطی و فیزیولوژیکی می شود. و همچنین باعث ایجاد اختلال در روند فعالیت حشرات می شود. از طرفی با تحریک تولید فیتوالکسین ها در گیاهان موجب افزایش مقاومت آنها در برابر انواع بیماریها می شود. عصاره جلبک دریایی با افزایش غلظت مواد معدنی درون سلولهای گیاهی، باعث غلیظ تر شدن شیره آوندهای گیاهای شده و درنتیجه منجر به افزایش مقاومت گیاهان به سرمازدگی می شود. عاری بودن عصاره های جلبک دریایی از بذرهای علف های هرز و عناصر سمی از ویژگیهای مهم این کود می باشد. به علاوه، حضور ترکیباتی از قبیل مانیتول، اسیدهای ارگانیک، آمینواسیدها و پروتئین های مفید عصاره جلبک دریایی را منحصر بفرد کرده است.

فیتوالکسین

در بسیاری از مواد غذایی با منشا گیاهی به طور طبیعی ترکیبات شیمیایی خاصی یافت می شود. این مواد برای گیاه مفیدند و در هنگام ابتلای گیاه به قارچ، از گسترش مسیلیوم قارچ در گیاه جلوگیری می کنند و در قالب بین گونه ای، سبب تسهیل فرآیندهای تولید مثلی و ایجاد ارتباط با گرده افشانها می شوند. از آثار مفیدی که برای فیتوالکسین ها شناخته شده است می توان به آثار ضد سرطانی و آنتی اکسیدان و نقش آنها در خنثی کردن رادیکالهای آزاد اشاره کرد .

برخی اثرات کاربرد عصاره جلبک دریایی در گیاهان

افزایش تحمل گیاهان به استرس

همانطوری که در بالا اشاره شد محصولاتی که از عصاره جلبک دریایی به دست می آیند باعث افزایش تحمل گیاهان به استرس و تنشهای ناشی از عوامل محیطی (خشکی، شوری و افزایش دما) و فیزیولوژیکی می شوند. اثرات ضد استرسی مواد ارگانیک که از جلبک های دریایی مشتق می شوند به فعالیت سیتوکنین مربوط می باشند. سیتوکنین با تشکیل زانتین، آدنین و پورین رادیکالهای آزاد را که منجر به استرس می شوند را به طور مستقیم مهار می کند. یکی از واکنشهای معمول در سلولهای گیاهی که در نتیجه افزایش تجمع مولکول های آلی در سیتوپلاسم روی می دهد تنظیم فشار اسمزی است که به منظور موازنه تعدیل فشار اسمزی انجام می گیرد. گلایسین بتائین و مانیتول و برخی دیگر از قندها از موادی می باشند که باعث ایجاد تعادل اسمزی سلولهای گیاهی می شوند. استفاده از عصاره جلبک دریایی به علت حضور گلایسین بتائین در سلول باعث کاهش اثرات سوء تنشهای محیطی می شود و همچنین باعث افزایش تحمل گیاهان نسبت به سرما می شود. به علاوه موجب بقاء گیاهان در زمان یخ زدگی و رشد مجدد در تمام گیاهان می شود. مانیتول و بتائین هر دو باعث حفظ تعادل اسمزی سلولهای گیاهی می شوند. این مواد همچنین باعث حفظ ساختار ظاهری سلول می شوند. این امر باعث می شود تا از دست دادن آب سلول به کندی صورت گیرد و در نهایت گیاه در برابر تنشهای ناشی از خشکی و کم آبی تحمل بیشتری داشته باشد. نتایج بررسی های آزمایشگاهی نشان می دهد که گلایسین بتائین سبب محافظت از غشای سلولهای ریشه در مقابل اثرات مخرب ناشی از تنش گرما می شود . تقویت سیستم دفاعی گیاهی پلی ساکاریدهای سولفاته و الیگوساکاریدهای با وزن مولکولی کم حاضر در جلبکهای دریایی نشان داده که دارای انواع فعالیتهای بیولوژیکی هستند .برخی از گزارشات در مورد افزایش خواص ضد قارچی و آنتی اکسیدانی با استفاده از جلبک دریایی را نشان می دهند که به دلیل حضور طیف گسترده ای ترکیبات فعال بیولوژیکی از قبیل استرولها، فنول ها و اسیدهای چرب می باشد. مطالعات در طول چند سال گذشته نشان می دهد که پلی ساکاریدهای سولفاته در جلبک های دریایی قابلیت آنتی اکسیدانی قابل ملاحظه دارند. این ترکیبات ( sulfated galactans، sulfated fucans ) باعث القاء پاسخهای دفاعی در گیاهان می شوند. لامینارین موجود در عصاره جلبک دریایی نیز بر روی سیستم دفاعی گیاهان تاثیر مثبتی می گذارد. که در این مورد می توان محافظت از گیاه را از نقشهای مهم عصاره جلبک دریایی دانست. این پلی ساکارید باعث تحریک تولید تنظیم کننده ی مهم رشد و تقویت کننده سیستم دفاعی گیاهان می شود. همچنین این ترکیب ( لامینارین ) باعث تولید ترکیبات ضدقارچی ( فیتوالکسین ) و تولید آنزیمهای هیدرولیز کننده مانند کیتیناز و گلوکاناز می شود

تاثیر بر میزان رشد ریشه

کاهش رشد ریشه در اثر کاهش دما باعث کم شدن ظزفیت جذب آب و مواد معدنی توسط ریشه و به دنبال آن ظهور اثرات ثانویه ناشی از کمبود مواد غذایی و اختلال در رشد گیاه می شود. در دمای پایین، انتقال مواد داخل گیاه شکل و مقدار انتقال مواد دچار تغییر می شود و در نتیجه رشد ریشه و در نهایت میزان رشد گیاه کاهش می یابد. همچنین سرما باعث کاهش سنتز آدنوزین تری فسفات و بسیاری از ترکیبات دیگر از قبیل هورمونها، اسیدهای آمینه و برخی از ویتامینها در ریشه شده و سرعت انتقال این مواد به ساقه را کاهش می دهد. بتائین، مانیتول و … از اختلال در رشد ریشه و کاهش رشد در نتیجه تنش دمایی جلوگیری می کنند .

افزایش میزان فتوسنتز کلروفیل و سبزینگی گیاهان

فتوسنتز یکی از فرآیندهای حساس به دما می باشد. نخستین مکان دریافت تنش سرما مرحله  فتوسیستم 2 است که باعث کاهش عملکرد فتوسیستم 2 و توقف فعالیت فتوسنتز بر اثر سرما می شود. تنش سرما همچنین سبب اختلال در تولید کلروفیل و بروز آسیب در واکنشهای کلروپلاست ها می گردد. با کاهش بیشتر دما کل فرآیند کلروفیل سازی متوقف می شود و رنگ برگها به زردی می گراید که نشان دهنده ی کمبود کلروفیل است. مطالعات مختلف نشان داده که استفاده از عصاره جلبک دریایی به دست آمده از A.nodosum در گیاهان تحت تیمار باعث افزایش میزان کلروفیل برگ می شود که به دلیل وجود آمینوبوتیرات، گلایسین بتائین و بتائین در عصاره استخراج شده می باشد. همچنین محلول پاشی عصاره جلبک دریایی موجب تحریک فتوسنتز شده و منجر به تولید بهتر قند و نشاسته ها می شود. در برخی از مطالعات مشاهده شده است که بهبود فتوسنتز توسط گلایسین بتائین در گیاهان تحت تنش سرما، به افزایش کارائی فتوسیستم 2 مربوط می شود. گلایسین بتائین همانند یک محافظ اسمزی در کلروپلاست های گیاه تحت تنش عمل می کند .

نتیجه گیری

ترکیبات موجود در عصاره جلبک دریایی مثل لامینارین و فاکویدان موجب افزایش فعالیت میکروارگانیسم های مفید خاک شده و در نتیجه جمعیت قارچ های بیماریزای خاک را از طریق رقابت کاهش می دهند. محلولپاشی منظم این محصولات می تواند منجر به افزایش توان گیاه در مقابله با تنشهای محیطی و فیزیولوژیکی  شود و همچنین باعث ایجاد اختلال در روند فعالیت حشرات می شود. از طرفی با تحریک تولید فیتوالکسین ها در گیاهان موجب افزایش مقاومت آنها در برابر انواع بیماریها می شود. عصاره جلبک دریایی با افزایش غلظت مواد معدنی درون سلولهای گیاهی، باعث غلیظ تر شدن شیره آوندهای گیاهای شده و در نتیجه منجر به افزایش مقاومت گیاهان به سرمازدگی می شود.

تهیه کننده : یونس شکوهی فر