مروری بر انواع و کارایی جلبک‌های موثر در رشد گیاهان
جلبک و عصاره‌ی آن گنجی با ارزش از مواد فعال بیولوژیکی هستند. خواص سودمند آنها برای انسان‌ها، حیوانات و گیاهان در گذشته کشف شده است و امروزه بسیار به آنها اهمیت داده می‌شود. عصاره جلبک‌ها اولین بار در سال 1949 در کشاورزی استفاده شد ( J. Supercrit. Fluids, 2010, 55, 169-175 ). استفاده از جلبک‌ها توسط ساکنین مناطق ساحلی برای افزایش حاصلخیزی مزارعشان دارای قدمت طولانی است.
امروزه عصاره‌ی جلبک‌ها به عنوان محصولات کلیدی درجهت کاهش صدمات ناشی از تنش های زنده و غیر زنده و همچنین افزایش عملکرد در گیاهان به کار گرفته میشوند. عصاره جلبک‌های حاصل استخراج مخلوط‌های فعال مختلفی است که به روش‌های نوین و متفاوتی از گونه‌های مختلف جلبک‌های دریایی استخراج می‌گردند.
جلبک‌های شناخته شده در صنعت کشاورزی
از مهم ترین جلبک های مجود در صنعت کشاورزی میتوان به Ecklonia maxima ،Laminaria spp. و Ascophyllum Nodosum اشاره کرد. در مورد کاربرد و تاثیر این جلبک‌ها تفاوت‌هایی وجود دارد:
عصاره Ascophyllum Nodosum به طور مستقیم رشد رویشی، گلدهی و تشکیل میوه را به دلیل داشتن مقادیر زیادی از هورمون سایتوکنین و ژیبرلین، تحریک میکند و شامل برخی ترکیبات مفید مانند مانیتول، ویتامین‌ها، بتائین‌ها، آمینواسید ها و آلژنیک اسید می‌باشد.
عصارهEcklonia maxima به طور مستقیم رشد و توسعه ریشه‌ها را به دلیل داشتن مقادیر زیادی از هورمون اکسین، تحریک میکند این جلبک به نسبت Ascophyllum Nodosum سایتوکنین کمتری دارد ولی ترکیبات فنولی و استروئیدی بیشتری دارد.
کودهای مایع کلپک از جلبک Ecklonia maxima تهیه میشوند و دارای خواص بسیار ارزشمندی برای گیاهان هستند. کلپک تولید ریشه‌های اصلی و همچنین ریشه‌های جانبی را تقویت میکند و منجر به افزایش حجم کل ریشه گیاه می‌گردد و از مهمترین فایده این ویژگی حفظ رطوبت بیشتر و افزایش جذب مواد غذایی بخصوص برای گیاهانی که در شرایط خشکی و سرما به سر میبرند، می‌باشد. تقسیم سلولی ومیزان کلروفیل نیز در اثر استفاده از این محصول افزایش می‌یابد در نتیجه گیاهی سالم تر خواهیم داشت. تحقیقات اخیر نشان داده اند که عصاره جلبک Ecklonia maxima در جوانه زنی و طویل شدن دانه گرده نیز موثر است، بنابراین به بهبود تشکیل میوه و افزایش میزان عملکرد کمک میکند. ( شکل 1) و (شکل 2). کلپک با تاثیری که بر افزایش حجم ریشه و جذب عناصرغذایی دارد و با فراهم کردن مواد مورد نیاز برای گیاه به افزایش سایز میوه‌ها نیز کمک میکند. همچنین با حفظ رطوبت و مواد غذایی مورد نیاز در قبل از برداشت، منجر به افزایش سفتی بافت و طول عمرانبارمانی محصولات می‌شود. از آنجایی که گیاهان بعد از مرحله نشا و انتقال به زمین دچار تنش میشوند، کاربرد کلپک بر روی گیاهان، در مقابله با این تنش ها کمک میکند و مقاومتشان را افزایش می‌دهد. کاربرد همزمان کلسیم و کلپک از ایجاد لکه سیاه سیب نیز جلوگیری میکند ( Schery Umanzor و همکاران.، 2020 ).
شکل 1- افزایش میزان عملکرد در توت فرنگی بعد از مصرف کلپک
شکل 2- تاثیر کلپک بر میزان جوانه زنی دانه‌های گرده
عصاره Laminaria digitate دارای میزان کمتری از هورمون اکسین می‌باشد ، اما حاوی موادی مانند مانیتول، لامینارین، ژیبرلین، سایتوکنین و گلوتامیک می‌باشد و زمانی که گیاه با عصاره این جلبک تغذیه می‌شود، منجر به افزایش نرخ فتوسنتز و میزان تولید قند و آمینواسیدهایی مانند استراز ها می‌شود ( Andrea Ertani و همکاران.، 2018)..
لامینارین (Laminarin) مولکولی طبیعی است که در جلبک های قهوه‌ای مختلف مانند Laminaria digitata وجود دارد. مولکول مورد بحث ما یعنی لامینارین ، محرکی برون‌زا از نوع غیر مهاجم است، که با القای پاسخ دفاعی کمک میکند، گیاه در مقابل بیماری‌ها از خود دفاع کند. طی مطالعه‌ی انجام شده روی انگور، مولکول لامینارین باعث افزایش غلظت یون کلسیم درون سلولی می‌گردد. گفتنی است این افزایش غلظت پاسخی دفاعی علیه محرک‌ها تلقی می‌شود Blume et al., 2000). ).
محققان بسیاری به این نتیجه رسیده‌اند که عصاره جلبک‌ها منبع مناسبی از موادی هستند که می‌توانند به طور مستقیم در متابولیسم‌های سلولی گیاهان شرکت کنند و تاثیر مفیدی بر عملکرد آنها داشته باشند ( Process Biochem., 2011, 46, 2219-2224 ) و ( Aquat. Bot., 2002, 73, 241-253 ). عصاره جلبک‌ها همچنین منبعی سرشار از عناصر ماکرو و میکرو (Fe, Mn, Co, Cu) می‌باشد که نقش‌های بسیار مهمی در گیاهان ایفا می‌کنند ( J. Appl. Phycol.; 2011, 23, 371-393 ). به علاوه عملکرد و کیفیت محصولات را نیز به دلیل تاثیر مثبتی که بر شرایط خاک دارند، افزایش می‌دهند ( Soil Tillage Res., 2007, 96, 166-173). عصاره جلبک‌ها می‌توانند جذب عناصر غذایی را نیز بهبود ببخشند ( Soil Tillage Res., 2007, 96, 166-173).همچنین نشان داده شده است که تاثیرات بسیار مفیدی بر جوانه‌زنی برگ و توسعه ریشه گیاه دارند ( J. Plant Growth Regul., 2009, 28, 386-399 ).
عصاره جلبک‌ها و عملکرد گیاهان
در چند سال گذشته از عصاره جلبک‌ها به طور گسترده‌ای در زراعت و باغبانی به منظور افزایش عملکرد گیاهان استفاده می‌شود. افزایش عملکرد ناشی از کاربرد آنها در گیاه به این دلیل است که عصاره جلبک به عنوان یک محرک رشد در فرآیند‌های متابولیسمی گیاهی شرکت میکند، برای مثال در تحقیقی که در گلخانه نوعی کلم ( Brassica rapa L. ) برای پی بردن به تاثیر Ecklonia maxima بر میزان رشد، با دو تیمار مختلف از میزان Ecklonia maxima انجام شد، نتایج نشان دادند که نرخ فتوسنتز ، سطح برگ، وزن خشک گیاه، میزان سدیم و فسفر برگی، فعالیت آنتی اکسیدانی در برگ‌ها و به طور کلی عملکرد به طور چشمگیری نسبت به گیاهان تحت کنترل افزایش یافت ( Di Stasio و همکاران.، 2017 ).
همچنین کاربرد عصاره Ascophyllum Nodosum به میزان 1.5 کیلوگرم در هکتار میزان آنتوسیانین‌ها، فنول‌ها، رنگ حبه‌های انگور و میزان قند آنها را تا 30% افزایش می‌دهد ( Frioni و همکاران.، 2018 ).
Laane در سال 2014، تاثیر مثبت کودهای حاوی عصاره جلبک بر افزایش فعالیت برخی آمینواسید‌ها مانند نیترات ردوکتاز، فسفاتاز و کلاتوکتاز را در مقایسه با کودهای عادی، گزارش داد. براساس پژوهشی که بر پایه‌های مرکبات در دانشکده کشاورزی کوفه در نجف در سال 2020 انجام شده است میتوان گفت، محلول پاشی این درختان با عصاره جلبک Ecklonia maxima دارای تاثیر مثبتی بر پارامترهای رشدی مانند ارتفاع گیاه، قطر ساقه، تعداد شاخه ها و تعداد برگ‌ها به ازاء هر گیاه، و… داشته است (, 2020 Baneen A. K. Al-Abedy and Ghalib B. A. Al-Abbasi ). ( شکل3).
شکل 3- تاثیر عصاره جلبک Ecklonia maxima بر پارامترهای رشدی
تحقیق دیگری نیز بر تاثیر دز های مختلفی از عصاره جلبک Ascophyllum Nodosum برای ارزیابی میزان رشد رویشی و زایشی و کیفیت محصول بر روی چهار رقم پیاز در کشور پاکستان در سال 2020 انجام شد و نتایج نشان دادند که کاربرد عصاره جلبک 0.5% دارای بیشترین تاثیر افزایش مواد معدنی (پتاسیم و فسفر)، محتوی کل مواد جامد محلول، وزن پیاز و عملکرد بوده است ( Mazhar Abbas و همکاران.، 2020). ( شکل 4 ).
شکل 4-تاثیر Ascophyllum Nodosum بر افزایش وزن پیاز، عملکرد محصول و موادجامد محلول
عصاره جلبک‌ها و مقاومت گیاهان در برابر تنش
خشکی، شوری، دمای بالا و کمبود مواد غذایی از عواملی هستند که گیاه را تحت تنش قرار می‌دهند و بر عملکرد آن تاثیر می‌گذارند. یکی از مزیت‌های استفاده از جلبک‌ها افزایش مقاومت گیاهان در برابر انواع تنش ها است. زمانی که گیاهان تحت تنش قرار می‌گیرند میزان رادیکال‌های آزاد و برخی مواد مانند هیدروژن پراکسید افزایش می‌یابند که به سلول صدمه می‌زنند، از طرفی گیاه با تولید یک سری آنزیم‌ها مانند کاتالاز و آسوکوربات پروکسیداز به مقابله با این رادیکال‌ها می‌پردازد. کاربرد عصاره جلبک Ascophyllum Nodosum، درنوعی چمن ( Salam turfgrass )، با کاهش میزان هیدروژن پراکسید و افزایش میزان فعالیت کاتالاز و آسوکوربات پروکسیداز در گیاه همراه شد ( Front. Plant Sci. 2017, 8, 830 ). ترکیبی از عصاره جلبک‌های Ascophyllum Nodosum، Fucus spp. و Laminaria spp. منجر به کاهش میزان نکروزه شدن برگ‌های ذرتی که ریشه‌شان تحت دمای پایین ( 14-12 درجه سانتی‌گراد) به مدت دو هفته بودند، گشت ( Chem. Biol. Technol. Agric. 2016, 3, 19. ). گفتنی است عصاره جلبک‌ها، در کاهش تنش های ناشی از کمبود مواد غذایی نیز بسیار مفید هستند. کاربرد عصاره جلبک Ascophyllum Nodosum، زمانی که درخت بادام تحت کمبود پتاسیم به سر میبرد، با افزایش سطح برگ و طول شاخه‌ها همراه شد ( Olivos-Del Rio و همکاران.، 2015). استفاده از عصاره جلبک‌ها بر جوانه زنی بذور نیز تاثیر گذار است، کاربرد کلپک بر روی بذرهای گل انگشتانه ( Ceratotheca triloba )، نرخ جوانه زنی در دمای پایین بین 10 تا 15 درجه سانتی‌گراد را نسبت به بذور تحت کنترل افزایش داد ( Masondo و همکاران.، 2018).
عصاره جلبک و افزایش راندمان استفاده از مواد غذایی
بعد از انقلاب سبز، کارایی مواد غذایی به شدت دچار کاهش شده است بر همین اساس استفاده از تکنولوژی هایی که بتواند این راندمان را افزایش دهد، به یکی از چالش‌های اصلی در کشاورزی تبدیل شده است. کاربرد عصاره جلبک Laminaria spp. در گیاه ذرت به میزان 0.5 میلی لیتر در یک لیتر آب به مدت 48 ساعت و بعد از انجام آنالیز برگی، نشان داد که میزان توانایی گیاه در جذب عناصر Ca, Mg, S, Fe, Cu, Mn, Mo, Zn و B به طور چشمگیری افزایش یافته است ( Front. Plant Sci. 2018, 9, 428 ). کاربرد عصاره Ecklonia maxima بر کلم Brassica rapa L. دچار کمبود مواد غذایی، با افزایش تجمع فسفر و پتاسیم در برگ به میزان 30.5 و 20.7 درصد همراه شد ( Di Stasio و همکاران.، 2017).
عصاره جلبک به عنوان یک محرک رشد زیستی
عصاره جلبک‌ها یکی از منابع ارگانیک مورد استفاده در کشاورزی برای تامین برخی مواد در محلول‌های غذایی هستند (Verkleij, 1992) و به عنوان یک محرک زیستی رشد که شامل عناصر ماکرو و میکرو، اکسین‌ها، سایتوکنین‌ها، ویتامین‌ها، آمینواسید‌ها، اسیدهای آلی و مواد شبه اکسینی می‌باشند، معروف شده‌اند ( Spinelli et al., 2009 ). نتایج مستند زیادی وجود دارند که ثابت میکند عصاره جلبک می‌تواند به عنوان یک محرک رشد عمل نماید ( S. Afr. J. Bot., 2009, 75, 351-355 ). برای مثال، کاربرد عصاره Ascophyllum Nodosum در زمانی که توت فرنگی ها در مرحله نشا هستند و در زمان گلدهی مورد مطالعه قرار دادند و به این نتیجه رسیدند که رشد طولی ریشه‌های تیمار شده با عصاره این جلبک، بسیار زیادتر از گیاهان تحت کنترل بوده است و به این ترتیب با افزایش حجم ریشه تولید شده، توانایی گیاه در جذب مواد و عملکرد نیز افزایش یافته است. و دلیل این را وجود هورمون‌های گیاهی در این عصاره و بهینه کردن استفاده گیاه از آب و موادغذایی دانسته اند، به طور مشابه در تحقیقی که توسط Kulkarni در سال 2019 بر تاثیر کاربرد عصاره جلبک Ecklonia maxima روی اسفناج انجام شد، Kulkarni دلیل افزایش رشد را وجود هورمون اکسین دانست. استفاده از محصول تجاری کلپک که همان عصاره جلبک Ecklonia maxima می‌باشد، با افزایش تولید کلروفیل و نرخ فتوسنتز همراه است ( 2018 ، Al-Ghamdi ).
نتیجه
امروزه استفاده از جلبک‌ها محبوبیت زیادی در بین دانشمندان، کشاورزان و صنعت کشاورزی-شیمیایی پیدا کرده است و فرمولاسیون‌های متفاوتی از آنها در فروشگاه ها در دسترس عموم قرار گرفته است. عصاره جلبک‌ها در کشاورزی کاربردهای متفاوتی دارد، می‌تواند به عنوان محرک رشد در کودها به صورت برگ پاش یا کوددهی در خاک و یا در جوانه زنی بذر به عنوان تیمار استفاده شوند. بنابراین انتخاب نوع جلبک برای عصاره‌گیری و استفاده در کودهای شمیایی بسیار حائز اهمیت است. همچنین زمان استفاده نیز مهم است، در مراحل رشد اولیه گیاه بهتر است از جلبک‌هایی با مقادیر بالایی از اکسین و با افزایش رشد گیاه و نزدیک شدن به گلدهی و تشکیل میوه توصیه می‌شود از عصاره هایی که میزان سایتوکنین بیشتری دارند و در مرحله باردهی و شرایط تنش از عصاره‌ی لامینارین استفاده شود.
با این وجود مشکلاتی در تهیه و استفاده از این محصولات مانند گران بودن و کم بودن محصولات با کیفیت و همچنین کم بودن سطح آگاهی کشاورزان از خواص و تاثیرات جلبک ها، وجود دارند. هدف از نوشتن این متن افزایش شناخت نسبت به جلبک‌ها و کاربرد آنها در کشاورزی است. امیدواریم توانسته باشیم اطلاعات مفیدی را در اختیار شما عزیزان قرار دهیم.
برخی منابع استفاده شده در این متن
FAO. The Impact of Natural Hazards and Disasters on Agriculture, Food Security and Nutrition; Food and Agriculture Organisation: Rome, Italy, 2015.
Timilsena, Y.P.; Adhikari, R.; Casey, P.; Muster, T.; Gill, H.; Adhikari, B. Enhanced e_ciency fertilisers: A review of formulation and nutrient release patterns. J. Sci. Food Agric. 2015, 95, 1131–1142.
Craigie, J.S. Seaweed extract stimuli in plant science and agriculture. J. Appl. Phycol. 2011, 23, 371–393.
Eef, B.; Marlies, D.; van Swam, K.; Veen, A.; Burger, L. Identification of the Seaweed Biostimulant Market (Phase1); The North Sea Farm Foundation: AD Den Haag, The Netherlands, 2018.
Battacharyya, D.; Babgohari, M.Z.; Rathor, P.; Prithiviraj, B. Seaweed extracts as biostimulants in horticulture. Sci. Hortic. 2015, 196, 39–48.
Khan, W.; Rayirath, U.P.; Subramanian, S.; Jithesh, M.N.; Rayorath, P.; Hodges, D.M.; Critchley, A.T.; Craigie, J.S.; Norrie, J.; Prithiviraj, B. Seaweed Extracts as Biostimulants of Plant Growth and Development. J. Plant Growth Regul. 2009, 28, 386–399
