نگاهی دیگر بر عدد ortho-ortho در کودهای آهن کلات شده EDDHA

مقدمه:

آهن (Fe) یکی از مهمترین عناصر ضروری برای زندگی و رشد گیاهان است که در سنتز کلروفیل شرکت می کند و به عنوان کاتالیزور در برخی از واکنش های متابولیکی اساسی شرکت می کند (Kim and Guerinot, 2007). کلروز آهن یک بیماری گسترده است که بر رشد گیاهان تأثیر می گذارد و عملکرد بسیاری از محصولات را کاهش می دهد (Caballero, Ordovás et al. 2007). امروزه کوددهی با کلات های مصنوعی رایج ترین روش کشاورزی برای حل کلروز آهن است که کلات EDDHA (ortho-ortho) یکی از انواع این محصولات می باشد. همچنین افزودن کلات آهن عملکرد بسیاری از محصولات را بهبود می بخشد (Caballero, Ordovás et al. 2007).

کلروز آهن یک اختلال تغذیه ای ناشی از کمبود آهن است و منجر به کاهش محتوای کلروفیل می شود که منجر به زرد شدن تدریجی گیاهان می شود که از برگ های جوان شروع می شود و از طریق رگبرگ تا قسمت های مسن تر گیاهان ادامه می یابد. علاوه بر این، آهن نیز یک عنصر ضروری برای انسان است، زیرا که جمعیت زیادی در سراسر جهان تحت تاثیر کمبود آهن قرار دارند و گیاهان یکی از منابع اصلی آهن در بسیاری از رژیم‌های غذایی هستند (Ma and Ling 2009).

                                                                                                                  کمبود آهن

قابلیت دسترسی به آهن برای گیاهان:

اگرچه بیشتر آهن موجود در پوسته زمین به شکل Fe³⁺ است، اما فرم Fe²⁺ از نظر فیزیولوژیکی برای گیاهان از اهمیت بیشتری برخوردار است. این فرم نسبتاً محلول است، اما به راحتی به Fe³⁺ اکسید می شود، سپس رسوب می کند.

آهن در خاك از طریق انتشار و حرکت توده اي و عمدتاً به صورت آهن فریک Fe³⁺ منتقل و زمانی که وارد ریزوسفر گیاهی میشود، به فرم آهن فرو Fe²⁺  احیا و سپس توسط ریشه جذب میشود. به طور کلی گیاهان از دو استراتژي مشخص براي محلول نمودن و جذب آهن از خاك استفاده میکنند: دسته اي از گیاهان شامل گیاهان دولپه ای و تک لپه اي غیرگرامینه در عکس العمل به کمبود آهن یک سري واکنش ها و تغییرات از لحاظ شکل و وظایف فیزیولوژیکی در ریشه هایشان صورت می دهند که این تغییرات موجب افزایش توانایی گیاه براي حل و جذب نمودن آهن از محیط میشود. گیاهان این دسته براي جبران کمبود آهن، در داخل ریشه خود پروتون (احیاکننده) ایجاد کرده که این پروتون به خارج از ریشه پمپ شده و در نتیجه آهن فریک به آهن فرو تبدیل میشود که بیشتر قابل جذب گیاه است. یا اینکه ریشه مقداري مواد کلات کننده ایجاد میکند که این مواد کلات کننده، هم آهن دو و هم آهن سه را میتوانند کلات کرده و در اختیار گیاه قرار دهد. دسته دیگر از گیاهان که شامل گرامینه ها و گراس ها هستند، میتوانند از طریق ترشح لیگاندهاي آلی با وزن مولکولی کم، به نام سیدروفور که یک آمینواسید غیرپروتئینی است، یونهاي Fe³⁺ را حل نموده و براي جذب آماده سازند. لازم به ذکر است که این استراتژيها در صورتی بروز میکنند که گیاه دچار کمبود باشد.

Fe³⁺ در pH خنثی و بالا نامحلول است و باعث می شود آهن در خاک های قلیایی و آهکی در دسترس گیاهان نباشد. بعلاوه، در این نوع خاک، آهن به راحتی با یونهای فسفات، کربنات ها، کلسیم، منیزیم و هیدروکسید ترکیب می شود. در این نوع خاک ها استفاده از کلات آهن توصیه می شود.

کلات ها

واژه کلات براي نخستین بار در دهه 1920 توسط پژوهشگران استفاده شد، چرا که این واژه اصول چنگ زدن و نگه داشتن چیزي را که در فرآیند کلاته کردن روي می دهد، به خوبی توضیح می دهد. امروزه کلات هاي عناصر غذایی کم مصرف نظیر آهن، روي، مس، منگنز، کبالت، آهن و کروم در تغذیه انسان، دام و طیور استفاده میشوند. این فرم از مواد جذب بالاتري داشته و از لحاظ زیست فراهمی در سطح بالاتري هستند.

براي اینکه بنیان کلات کننده عملکرد مؤثري داشته باشد باید داراي ویژگیهاي ذیل باشد:

وزن مولکولی کلات نباید از حد مشخصی بیشتر باشد، مولکول کلات باید ازنظر مجموع بار الکتریکی خنثی باشد که به راحتی با ترکیباتی که ازنظر شیمیایی فعال هستند واکنش ندهد، مولکول کلات باید از ثبات ساختاري بالایی برخوردار باشد که عنصر معدنی کلاته شده در رقابت با دیگر عناصر موجود در محیط خاك، براي جذب توسط گیاه پیشی بگیرد، عامل کلات کننده بایستی به آسانی توسط گیاه سوخت وساز شود.

بنیان هاي کلات کننده که مصرف خاکی دارند باید داراي ویژگی هاي زیر باشند:

باعث افزایش دسترسی گیاه به مواد معدنی ریزمغذي شوند، مانع از تثبیت عناصر معدنی ریزمغذي بویژه در شرایط قلیایی خاك شوند، باعث افزایش تحرك عناصر معدنی ریزمغذي در خاك شوند، عامل کلاته باید مانع از آبشویی شود.

بنیان هاي کلات کننده که مصرف برگی و محلول پاشی دارند باید داراي ویژگی هاي زیر باشند:

باعث افزایش دسترسی گیاه به مواد معدنی ریزمغذي شوند، مواد آلی کلات کننده باید اجازه عبور ماده غذایی را از سطح مومی برگ بدهند، باید کاملاً در آب حل شوند.

انواع کلات آهن:

عمدتاً شامل کلات های EDTA, DTPA, EDDHA  می‌شوند که استفاده گسترده‌ای در کشاورزی دارند. شکل کلاته شده یک عنصر مانند آهن نسبت به فرم معمولی آهن خیلی راحت تر و همچنین سریع تر جهت گیاهان جذب میشود. عناصري مانند آهن زمانی که به شکل کلاته درمی آیند خیلی راحت تر از فرم معمولی خود در گیاه جذب میشوند. بنابراین کود آهن کلاته شده داراي جذب بهتري نسبت به کود معمولی است (Alvarez Fernandez et al. 2005). مهمترین عوامل کلاته کننده آهن که در حال حاضر به مقدار زیادي به کار گرفته میشوند، بنیان هاي آلی هستند که نمک آهن این ترکیبات شامل EDTA, EDDHA, DTPA, EDDMHA, EDDHSA به عنوان کود مورد مصرف قرار میگیرند (Apicella et al. 2016).  FeEDDHA در حقیقت ترکیب آهن فریک با عامل کلات کننده EDDHA است که به عنوان موثرترین عامل نسبت به دیگر کلات‌ها برای رفع علائم کمبود آهن شناخته شده است. قاسمی فسایی و همکاران 2005 گزارش کردند که کاربرد خاکی کلات FeEDDHA می تواند یک روش موثر برای اصلاح کمبود آهن در خاک های آهکی باشد. گمبل و همکاران 2014 در بررسی تاثیر کلات هاي آهن بر کاهش کلروز آهن در سویا و عملکرد محصول نتیجه گیري نمودند که کاربرد FeEDDHA به صورت مصرف خاکی و یا ترکیبی از خاکی و محلول پاشی سبب کاهش کلروز و بهبود عملکرد سویا گردید (جدول 1 و 2).

جدول 1

جدول 2

هنگامی که pH به سطح ۶.۵ یا بالاتر از آن رسید، استفاده از کلاتEDDHA  (به طور جزئی یا کامل) توصیه می شود. کلات EDDHA  تا سطح pH بیش از ۱۰ پایدار است. کلات های EDDHA دارای سه ساختار مختلف ارتو-ارتو، ارتو-پارا و پارا-پارا می باشد. از آنجا که انواع کلات EDDHA موجود در بازار حاوی یکی ازساختارهای فوق الذکر است، انتخاب محصول با بالاترین سطح ارتو مناسب است.

معرفی ایزومر ارتو-ارتو:

ایزومر ارتو-ارتو دارای فرمول زیر است:

سنتز EDDHA o-o در ابتدا توسط کرول در سال 1957 گزارش شد. یکی از مهمترین مشکلات کودهای آهن رسوب آهن در خاک و تبدیل به فرم غیر قابل جذب است. ایزومر ارتو-ارتو از طریق 6 اتصال به عامل کلات کننده متصل می شود. این اتصالات به افزایش قابلیت انحلال آهن در آب کمک می کند. که این امر سبب عدم رسوب آهن در آب و پایداری آن می شود. ایزومر ارتو-ارتو می تواند آهن را طی دوره زمانی بیشتری در اختیار گیاه قرار دهد.

ساختار شیمیایی ایزومر ارتو-ارتو

ترکیب EDDHA به دلیل پایداری در PH قلیایی  مناسب خاکهای آهکی و قلیایی ایران است اما به غیر از ایزومر ارتو ارتو می تواند محتوی ایزومر های دیگر همچون ارتو-پارا و پارا-پارا هم باشد. در این بین، ایزومر ارتو-ارتو دارای استحکام بیشتری است زیرا عنصر آهن با 6 پیوند محکم در وسط عامل کلات کننده قرار گرفته است و به شدت محافظت می‌شود ولی در نوع پارا-پارا تعداد پیوندها کاهش یافته در نتیجه استحکام نیز کاهش می‌یابد. با توجه به مباحث تغذیه گیاهی و مکانیسم های جذب آهن توسط گیاه و ماهیت فضایی این کمپلکس از بین سه ایزومر فوق فقط ایزومر اورتو-اورتو توسط گیاه جذب می شود و می تواند به عنوان کود مصرفی مورد مصرف قرار گیرد. حداکثر میزان آهن موجود در این نوع کلات 6 درصد است. افزایش میزان ارتو-ارتو در کلات EDDHA باعث افزایش کیفیت کود کلاته، بالا رفتن قدرت جذب آن توسط گیاه و افزایش سنتز کلروفیل و سبزینگی گیاه می شود.

در جهان کلات هاي آهن از 6 ساختار گوناگون ساخته میشوند که از میان آنها دو نوع آن یعنی EDTA و EDDHA در ایران کاربرد بسیاري دارند. بهترین کود محتوي آهن در خاكهاي آهکی نظیر اکثریت قریب به اتفاق خاكهاي ایران (شهبازي و بشارتی، 1392)، ترکیبات شیمیایی با بنیان  FeEDDHA است. این کود فقط به صورت مصرف خاکی و یا به صورت استفاده در آبیاري تحت فشار (که در درختان به صورت نواري آبیاري میشوند)، توصیه میشود و استفاده از آنها به صورت محلولپاشی مؤثر نخواهد بود، زیرا این کودها در اثر نور تجزیه می شوند (ملکوتی و طباطبایی، 1384).

محتوای  FeEDDHA o-o تا حد زیادی غلظت آهن را در آب  تعیین می کند. رابطه بین غلظت آهن و جذب آهن غیر خطی است: به این صورت که جذب آهن با افزایش غلظت آهن به شدت افزایش می‌یابد. این ترکیب هم عملکرد محصول را تا 30 درصد و هم آهن مورد نیاز گیاه را تا 50 درصد افزایش می دهد. محصولات FeEDDHA حاوی مقدار قابل توجه ایزومر ارتو-ارتو، دوز کمتر مورد نیاز است تا نتایج مطلوبی از نظر عملکرد و ارزش غذایی آهن بدست آید.

مکنزی و همکاران در سال 2005 اعلام کردند که آهن کلات شده EDDHA o-o یک مجموعه پایدار است که با استفاده از آن در خاک درمان کلروز ناشی از کمبود آهن را در مدت زمان طولانی تضمین می کند.

کود آهن Ortoguard

کمبود آهن، به خصوص در مناطقی با خاک‌های آهکی، گیاهان را تحت تاثیر قرار می‌دهد. عدم انحلال عنصر آهن در خاک‌هایی با pHهای بالا (7-8.5) علت اصلی این معضل می‌باشد. بیشتر خاک های کشاورزی ایران دارای خاکی قلیایی و نامناسب برای عنصر آهن است. به همین دلیل کشاورزان، سالانه مقادیر بسیار زیادی از کودهای آهن را استفاده می‌کنند. اما برخی از کودهای آهن کیفیت بسیار پایینی دارند و نه تنها کمبود آهن را برطرف نمی کنند بلکه به دلیل وجود ناخالصی های فراوان بخصوص عنصر کلر به خاک و گیاه صدمه جدی وارد می کنند.

شرکت کشاورزی دارویی حسینی، اقدام به واردات کود آهن Ortoguard محصول دیگری از شرکت Planto اسپانیا، نموده است. از ویژگی های مطلوب این محصول می‌توان به عامل کلات کننده آن که EDDHA است و پایداری آن در  pHهای مختلف (12-3) است و می تواند در خاک های با درجه اسیدیته متفاوت، همچنان یون های آهن را در دسترس ریشه گیاه قرار دهد. به علاوه میزان ایزومر از نوع ارتو-ارتو این محصول  5.3 % می‎‌باشد که به افزایش ماندگاری آهن در طول فصل رشد کمک می کند و گیاه با کمبود عنصر آهن مواجه نخواهد شد. ویژگی مهم دیگر این محصول عاری بودن آن از هر نوع ناخالصی به ویژه کلر است، که به سادگی این محصول را قابل مصرف برای گیاهان حساس به کلر می نماید.

فهرست برخی منابع استفاده شده:

Caballero, R., J. Ordovás, et al. (2007). “Iron chlorosis in gerber as related to properties of various types of compost used as growing media.” Commun. Soil Sci. Plant Anal. 38(17-18): 2357-2369

Kim, S. A. and M. L. Guerinot (2007). “Mining iron: iron uptake and transport in plants.” FEBS letters 581(12): 2273-2280

Kroll, H., M. Knell, et al. (1957). “A phenolic analog of ethylenediamine-tetraacetic acid.” J. Am. Chem. Soc. 79(8): 2024-2025

Ma, J. F. and H.-Q. Ling (2009). “Iron for plants and humans.” Plant Soil 325(1-2): 1-3

Mckenzie, D., J. J. Lucena, et al. (2005). Plant nutrient based on o,pethylene(bis)hydroxyphenyl glycines, EP1737805 A1