Chiết xuất rong biển: Điều gì làm cho chúng hoạt động?

Ở nhiều vùng ven biển, rong biển thô đã được sử dụng trong nhiều thiên niên kỷ để cải thiện năng suất của các hệ thống canh tác. Sau đó, vào nửa sau của thế kỷ 20, việc sử dụng chiết xuất rong biển lỏng trên cây trồng đã trở nên phổ biến trên toàn cầu. Nông dân sử dụng các chiết xuất này liên tục báo cáo kết quả tích cực về năng suất và chất lượng cây trồng. Vì những kết quả này không thể chỉ đơn giản là tương quan với hàm lượng dinh dưỡng nguyên tố của chiết xuất rong biển, phải mất thời gian để một lời giải thích khoa học cho những tác động này bắt kịp. Khi chúng tôi đã hiểu rõ hơn về hóa sinh tảo và các phương thức hoạt động liên quan, chúng tôi không còn coi chiết xuất rong biển là phân bón, và thay vào đó phân loại chúng là một trong những loại sản phẩm chính trong lĩnh vực phát triển nhanh chóng của chất kích thích sinh học.

Dưới đây tôi đã liên kết các tác động tích cực quan sát được khi sử dụng chiết xuất rong biển với kiến thức khoa học mới nhất về các hợp chất có trong rong biển để hiểu thêm về cách thức và thời điểm sử dụng các sản phẩm chiết xuất rong biển để tối đa hóa hiệu quả của chúng.

Hầu hết các chiết xuất rong biển được sử dụng trong nông nghiệp làm chất kích thích sinh học được chiết xuất từ các loài tảo nâu (Phaeophyceae); đáng chú ý nhất là loài Ascophyllum nodosum  (wrack thắt nút). Khi  Ascophyllum nodosum  phát triển trong khu vực liên kết của Bắc bán cầu, các nhà nghiên cứu đã cho rằng các điều kiện căng thẳng khi tiếp xúc lặp đi lặp lại với hút ẩm, ánh sáng cực tím và biến động nhiệt độ mà rong biển trải qua trong môi trường sống này, kết hợp với tốc độ tăng trưởng chậm hơn, dẫn đến nồng độ cao của các hợp chất hoạt tính sinh học có trong  Ascophyllum. Trong khi đó, các loài nhiệt đới, hoặc tảo bẹ phát triển xa hơn ra biển, tạo ra nồng độ các hợp chất hoạt tính sinh học thấp hơn này và mức cellulose cao hơn; một hợp chất không mới hoặc không thể kích thích sự phát triển của thực vật.

Từ một đánh giá của marketing về các chiết xuất dựa trên vi tảo, có vẻ như lợi thế duy nhất được tuyên bố trên chiết xuất rong biển nâu là hàm lượng muối thấp hơn, do việc canh tác chúng trong nước ngọt. Tuy nhiên, trồng vi tảo là một lĩnh vực phát triển nhanh chóng của vật lý học và vì vậy những hiểu biết và sản phẩm mới dự kiến sẽ được dự kiến trong những năm tới.

Hormone thực vật hoặc chất tương tự

Được biết, tảo có chứa hormone thực vật và khi chiết xuất rong biển được áp dụng cho thực vật, cây trồng thể hiện phản ứng tương tự như khi hormone thực vật tinh khiết / tổng hợp được áp dụng. Tuy nhiên, người ta đặt câu hỏi liệu những phản ứng này có thực sự là do hormone thực vật trong chiết xuất rong biển hay không. Điều này là do a) nhiều hormone thực vật được biết là dễ dàng phân hủy trong sự hiện diện của ánh sáng, nhiệt và các điều kiện oxy hóa (tất cả đều có chiết xuất sẽ trải nghiệm trong thời gian từ khai thác đến giao hàng trên đồng), và b) khi mọi người đã phân tích chiết xuất cho hormone thực vật đã biết, họ đã tìm thấy nồng độ tương đối thấp.

Thay vào đó, mô hình được chấp nhận hiện tại là chiết xuất rong biển có chứa các chất tương tự hormone thực vật. Những chất tương tự này có cấu trúc hóa học khác nhau với hormone thực vật tương ứng, nhưng gây ra phản ứng tương tự / tương tự khi áp dụng cho cây. Kết quả là, các phản ứng tăng trưởng tích cực tương tự như hoạt động của cytokinin và / hoặc auxin thường được trích dẫn.

1 dãy các polysaccharides duy nhất ở tảo tảo và chiếm phần lớn sinh khối rong biển. Điều này được minh họa trong các hình ảnh kính hiển vi sau đây, nơi các polysaccharides khác nhau được nhuộm bằng Fluorescing được chụp dưới kính hiển vi

(Mike Asquith, 2017).

Thành phần chính của thành tế bào tảo xanh là axit ulvan, ở thành tế bào rong biển đỏ, là agarans và carrageenans, và trong rong biển nâu alginates và fucans được tìm thấy tại thành tế bào và laminarin như một polysaccharide dự trữ. Những dãy đường đôi polysaccharides này, cùng với oligosaccharides và các đường đơn là kết quả trong quá trình chiết xuất bằng phương pháp khử polyme, trong bất kỳ quá trình khai thác nào, đã được tìm thấy để tạo ra phản ứng tích cực khi áp dụng cho cây trồng.

Trong các báo cáo khoa học cho thấy rằng cây trồng có phản ứng tích cực đối với việc xử lí bằng polysaccharides tảo kích thích khả năng phòng vệ của cây trồng. Vì các hợp chất độc nhất này có trong tảo, cây trồng đã chấp nhận các polysaccharides này là “chất bên ngoài”. Các polysaccharides tảo tại màng tế bào đã được chứng minh là đã kích hoạt axit jasmonic, axit salicylic và các ethylene..

Những đường dẫn hoocmon này kích thích sự tích tụ của một loạt các hợp chất bảo vệ hóa học và vật lý. Do đó, việc kích hoạt hệ thống phòng thủ thực vật bằng chiết xuất rong biển có thể được sử dụng để bảo vệ trước chống lại căng thẳng phi sinh học và sinh học trong cây trồng. Tuy nhiên, cũng cần lưu ý rằng không có bằng chứng hiện tại cho một thụ thể cụ thể trong thực vật cho các hợp chất này, vì vậy chúng rất có thể hoạt động bằng cách kích thích một thụ thể cho một mô hình phân tử liên quan đến vi khuẩn polysaccharide khác (MAMP) như chitin. Do đó, nếu cảm ứng phòng thủ thực vật là mục tiêu chính của bạn, bạn nên xem xét các sản phẩm hoạt động trực tiếp trên các thụ thể màng tế bào quan trọng vì chúng sẽ chứng minh hiệu quả hơn trong lĩnh vực này. Cũng có thể có những lý do pháp lý trong khu vực của bạn có thể ngăn cản bạn sử dụng chiết xuất rong biển để chống lại căng thẳng sinh học. Ngoài chức năng phòng thủ thực vật, polysaccharides trong tảo còn có 1 số phương thức hoạt động khác dựa trên đặc tính sinh hóa cụ thể của chúng

Alginates (axit alginic)
Alginates là polysaccharide tạo nên chất Gelatin trong biển nâu chất gelatin . Chúng có mặt ở mức rất cao trong tất cả các loại rong biển nâu. Alginates được chiết xuất từ rong biển nâu để sử dụng trong y tế (ví dụ: Gaviscon). Trong nông nghiệp, tính chất hình thành gel của alginates cho phép hình thành các lớp vi mảnh trên bề mặt thực vật, đóng vai trò như một lớp màng bảo vệ. Alginates cũng là một nguồn thức ăn và chất dinh dưỡng cho các vi khuẩn có lợi. Bao gồm các chất đối kháng trừ mầm bệnh trên bề mặt lá và những chất sinh ra hormone thực vật.

Mannitol
Đường mannitol – phân tử đường có chứa gốc cồn được tìm thấy rất nhiều trong rong biển nâu. Chúng hòa tan trong nước, nhiều chiết xuất rong biển có chứa hàm lượng mannitol tốt. Mannitol là một hợp chất đa chức năng và có ba nhóm hoạt động chính:

Antioxidant – Chất chống oxy hoá. Mannitol có thể “triệt tiêu” sự cảm ứng tổng hợp mạnh mẽ các dạng ôxy hoạt hóa nội sinh (ROS) tạo ra các gốc tự do làm tồn thương các tế bào thực vật. ROS được sản xuất ở mức độ cao khi thực vật bị căng thẳng phi sinh học và do đó chiết xuất rong biển có chứa mannitol sẽ được lựa chọn để phục hồi cây trồng sau căng thẳng sinh.

Mannitol có thể tạo thành phức hợp với các nguyên tử boronPhức hợp Boron. Mannitol có thể tạo thành một phức hợp với các nguyên tử boron tạo thành 1 chelate là một chất dinh dưỡng thực vật quan trọng

  Báo hiệu sự tấn công của nấm bệnh. Nấm gây bệnh cũng sử dụng mannitol để “triệt tiêu” sự cảm ứng tổng hợp mạnh mẽ các dạng ôxy hoạt hóa nội sinh (ROS) khi tấn công cây. Sự tương tác giữa mannitol và các enzyme của cây làm suy giảm mannitol là một tương tác quan trọng trong cuộc chiến giữa cây trồng và mầm bệnh để nhận biết cây trồng có bị mang bệnh không (tham khảo). Do đó, nông dân không nên sử dụng chiết xuất rong biển nếu cây trồng đã bị bệnh nấm.

Fucan

Tảo nâu chứa hàm lượng polysaccharides sulphonated đáng kể được gọi là fucans hoặc fucoidans. Thật không may, có rất ít nghiên cứu về cách các chức năng này khi áp dụng cho cây trồng, tuy nhiên, việc sử dụng và tác dụng của chúng đối với động vật và con người được nghiên cứu tốt hơn nhiều.

Vitamin và khoáng chất

I ốt

Tảo biển là một nguồn iốt tốt, dưới dạng iodide. Như trường hợp của fucans, chức năng của iốt trong sức khỏe con người / động vật được hiểu rõ hơn nhiều so với cách nó hoạt động trong thực vật. I ốt được cho là có thể tác động đến các mối tương tác với lợi khuẩn hoặc hỗ trợ tăng cường sinh học của cây trồng cụ thể là làm thức ăn / thực phẩm tuy nhiên các nghiên cứu về lĩnh vực này rất hạn chế

Vitamin B12 (cobalamin)

Vitamin B12 nổi tiếng là quan trọng đối với sức khỏe con người. Tuy nhiên, đối với thực vật, nó cũng rất hữu ích. Nếu bạn nghiên cứu cấu trúc hóa học của nó (xem hình ảnh), bạn sẽ thấy nó là một sự chelate tự nhiên của coban. Cobalt cần thiết cho sự phát triển của một số cây trồng và cải thiện sự phát triển của các loại cây trồng khác. Hơn nữa, coban rất cần thiết cho các enzyme liên quan đến các vi khuẩn cố định đẹm. Vitamin B12 không được tổng hợp trong thực vật hoặc động vật, nhưng rong biển chứa lượng lớn và chiết xuất rong biển là nguồn cung cấp dinh dưỡng dồi dào.

Tuy nhiên, vitamin B12 rất nhạy cảm với các điều kiện kiềm, vì vậy sử dụng chiết xuất rong biển ép lạnh có thể bảo toàn được chất lượng của vitamin B12. Một điều rất thú vị,  vitamin B12 được tìm thấy trong rong biển không được tổng hợp bởi chính tảo mà bởi vi khuẩn phát triển trên bề mặt của chúng trong môi trường sống tự nhiên tại các lưu vực thuỷ triều.

Những gì bạn sẽ không tìm thấy trong chiết xuất rong biển

Cũng như tất cả các thành phần hoạt chất trong rong biển, có những tuyên bố rằng chúng cũng là một nguồn kích thích hoạt động của các hợp chất khác. Bạn thường thấy sẽ thấy các báo cáo cho thấy rằng rằng chiết xuất rong biển là một nguồn axit amin tốt, nhưng nếu rong biển là một nguồn axit amin tốt, chúng ta sẽ ăn chúng để có hàm lượng protein nhưng điều này không đúng. Thật ra chiết xuất rong biển chỉ chứa hàm lượng axit amin tự nhiên rất thấp và rong biển tạo ra một chất kích thích sinh học axit amin.

Một số chiết xuất rong biển được sản xuất chứa hàm lượng đa lượng cho cây trồng cao. Tuy nhiên, chiết xuất rong biển tự nhiên chứa hàm lượng rất thấp của tất cả các chất dinh dưỡng đa lượng, với giá trị điển hình dưới 1% khối lượng / thể tích. Những chiết xuất rong biển được bán với hàm lượng NPK cao hơn là do nhà sản xuất thêm NPK vào, hoặc trong trường hợp chiết xuất kiềm, sẽ có kali do nhà sản xuất sử dụng kali hydroxit trong quá trình chiết xuất. Do đó, chúng ta không nên chọn chiết xuất rong biển mà chỉ dựa trên hàm lượng dinh dưỡng của nó.

Tóm lại, khi chúng ta có được nhiều hiểu biết hơn về các cơ chế mà chiết xuất rong biển hoạt động trong cây trồng, tôi hy vọng chúng ta sẽ bắt đầu thấy ngành công nghiệp chuyển từ cách truyền thông “sử dụng để cải thiện tăng trưởng thực vật” sang một chiến lược khoa học và sáng suốt hơn.