آمینو اسید در کشاورزی
چندین دهه است که کشاورزان از آمینو اسیدها به‌صورت محلول‌پاشی و مصرف خاکی استفاده می‌کنند. کشاورزان در کشورهای پیشرفته که با کمبود مواد معدنی ارگانیک و گاها ساختار ضعیف مواد خام و با استفاده بیش‌ازحد از اکوسیستم موجب ضعیف شدن خاک شده اند، به مزایای آنها به‌عنوان تقویت‌کننده‌های ارگانیک و محرک‌های زيستی پی برده‌اند.
آمینواسیدهای ضروری، استاندارد و غیرضروری
تمام پروتئین‌ها تركيبات مولكولی با صدها آمینو اسید مختلف به‌عنوان بلوک‌های سازنده بنيادين می‌باشند. حدود 500 آمینو اسید شناسایی‌شده‌اند اما اغلب دانشمندان اتفاق‌نظر دارند كه ٢٠ (برخی می‌گویند ٢١ يا ٢٣) اسید آمینه استاندارد موردنیاز برای حيات وجود دارد.
در بيوشيمی پروتئين، واژه آمینو اسیدهای ضروری كاملاً رايج است. اين در اشاره به نيازهای بشر است زيرا بدن انسان قادر به توليد آنها نيست و بايد آنها را از رژيم غذايی خود به دست آورد. در مقابل، اغلب گياهان قادر به تركيب و تولید آنچه نياز دارند هستند. بااین‌حال، اين فرایند نياز به انرژی فراوان دارد بنابراين ايده خوبی است كه آن را از آمینو اسیدهای آماده استفاده از طريق تغذيه برگی يا ريشه فراهم كرد.
آمینواسیدهای چپ‌گرد در مقابل راست‌گرد
يكی از مهم‌ترین مفاهيم آمينواسيدها درك تفاوت بين L آمینواسیدها چپ‌گرد و D آمینو اسیدها راست‌گرد است. اين موضوع تا حدودی تخصصی بوده ولی تا حد امکان این موضوع را برای شما در این مقاله بیان خواهیم نمود.
آنچه ما از آن اطلاع داريم اين است كه طبيعت (حيات) تصميم گرفته است تنها از يك نوع آمینو اسید استفاده كند. به‌جز موارد استثناء بسيار نادر، طبيعت تنها از نوع چپ‌گرد يا L آمینو اسید استفاده می‌کند. اين اثر به‌عنوان كايرالی (تصوير آيينه) شناخته‌شده و به تمام آمینو اسیدهای فعال اپتيكی حاوی يك آلفا گروه آمينو برای اسید کربوکسیلیک اطلاق می‌شود.
پيكربندی طبيعی در سری آمینواسیدها، L ناميده می‌شود (آمینو اسیدهای چپ‌گرد). در اينجا “L مخفف”Laevo” (به معنی سمت چپ) است، نه “Left (به معنی چپ). نوع دیگر D آمینو اسیدها هستند كه در آن “D مخفف”Dextro (به معنی سمت راست) است. هر دو آنها دارای ساختار مولكولی دقيقاً مشابه بوده و تصاوير آیینه‌ای دارند. بهترين راه برای فهميدن تفاوت، دستان خودتان است. ممكن است دست‌ها مشابه باشند – استخوان‌ها، رگ‌ها، انگشتان – اما نمی‌توانید دستكش دست چپ را در دست راست بپوشيد.
برای استفاده آمینو اسیدها در حيات، اين مولکول‌ها بايد مناسب دریافت‌کننده‌ها باشند. به اين دليل است كه يك ارگانیسم دست چپ نمی‌تواند از آمینو اسید های دست راست استفاده كند. بنابراین، L آمینو اسید ها تنها از فرایندهای ارگانيك طبيعی، ازجمله آبكافت آنزيمی (شكستن پروتئین‌ها به‌وسیله آنزيم) یا قلیایی و یا اسیدی گرفته می‌شوند. در سنتز های مصنوعی تولیدکننده D و L آمینو اسید می‌باشند كه ممكن است در كاربردهای ديگر سودمند باشند، ولی برای حيات خیر.
آبكافت آنزيمی فرایندی است كه در آن آنزیم‌ها و مواد ارگانيك با آب و گرما در كنار يكديگر قرار می‌گیرند. مواد ارگانيك، با آبكافت تجزیه‌شده و به عناصر بنيادين تبديل می‌شوند (L آمینو اسیدها)؛ مانند هضم کربوهیدرات‌ها، چربی و پروتئین‌ها در انسان. اين فرایند هزينه بالايی داشته و نيازمند تجهيزات خاصی است اما تضمین‌کننده L آمینواسیدهای دوستدار حيات و خالص است.
L آمینو اسیدها و کاربرد آنها
در محيط خاكی طبيعی با اكوسيستم سالم و شكوفا، گياهان آمینواسیدها را از تجزيه مواد ارگانيك به دست می‌آورند. گياه در زمان نياز آنچه لازم دارد را توليد می‌کند. متأسفانه، كشاورزی مدرن حيات خاك سالم را تضعيف و نابود كرده و سطح تشكيل طبيعی آمینو اسیدها را كاهش داده است. بنابراين، گياهان نياز به افزايش انرژی در توليد آمینو اسید دارند كه از صرف انرژی در كاربردهای سودبخش‌تر (افزایش کیفیت و کمیت محصول )جلوگيری می‌کند.
پيش از اينكه آمینو اسیدها بتوانند كاربرد ضروری در گياهان داشته باشند، بايد ازنظر زيستی در دسترس باشند. تنها اعمال آنها در گياه كافی نيست. آمینو اسیدها برای جذب از طريق ريشه يا بافت بايد يا عاری از پپتيدهای مولكولی (دی پپتيد، تری پپتيد) بوده يا تعداد كمی از آن را داشته باشند. آمینو اسیدهایی كه در زنجیره‌های بلند تركيب می‌شوند مولکول‌های بسيار بزرگ بوده و قادر به نفوذ در بافت گياه نيستند. به‌صورت تئوری، مولکول‌های كوچك دارای وزن مولكولی كمتر از ٩٠٠ دالتون هستند كه اجازه پراكندگی سريع در تمام غشاها و رسيدن به محل‌های درون‌سلولی رادارند.
كاربردهای آمینو اسیدها در متابوليسم گياهان تقريباً نامتناهی است و علم به طور متناوب در حال كشف متابوليسم بيشتر است.
عملکرد آمینواسیدها در گیاه
- افزايش توليد كلروفیل
- ارائه منبع غنی از نيتروژن ارگانيك.
- تحريك توليد ویتامین‌ها
- تأثیر بر سیستم‌های آنزيمی مختلف
- تحريك گل‌دهی
- حمايت از محيط ميوه
- افزايش محتوی مغذی، اندازه، طعم و رنگ میوه‌ها
- افزايش كيفيت محصول
- افزايش مقاومت در برابر پاتوژن‌ها و آفت‌ها
- حمايت از گياه در برابر فشارها و استرس‌های زنده (آفات و ویروس‌ها) و غیرزنده (سرمازدگی, کم‌آبی, سموم و غيره).
سنتز پروتئین
آمینو اسیدها ساختار بنيادين پروتئین‌ها می‌باشند. آمینواسیدهای استاندارد به‌صورت نامتناهی تركيب می‌شوند تا پروتئین‌های بی‌شماری توليد نمايند. اين پروتئین‌ها برای بسياری از عناصر ساختاری بافت گياه ضروری هستند.
پروتئین‌ها كاربردهای فراوانی دارند: ساختاری (حمايتی)، متابوليك (آنزیم‌ها و تحريك)، انتقال ریزمغذی‌ها، حفظ آمینو اسید. درواقع، پروتئین‌ها تقريباً با تمام فرایندهای زيستی سازگارند. گياهان، برخلاف انسان‌ها، پروتئین‌های خود را بر اساس مرحله خاص رشد، نيازهای تغذيه، فشار و غيره توليد می‌نمایند. بااین‌وجود، دو موضوع اهميت فوق‌العاده‌ای دارند:
- گياهان تنها در صورتی قادر به ايجاد پروتئین‌های موردنیاز هستند كه مواد خام وجود داشته باشد.
- توليد آمینواسیدها يك فرایند بسيار انرژی بر است.
بنابراين، تولید L آمینو اسیدهای اضافی در ریشه ها يا بافت برگ ها، گياه مواد فراوانی ذخیره کرده و برای ايجاد پروتئین‌های مهم انرژی ذخيره می‌کند.
نقش آمینو اسیدها در مقاومت گیاهان برابر استرس‌های غیرزیستی
استرس غیرزیستی، ازجمله دمای بالا/پايين، خشكی، حملات آفت‌ها، بيماری، يا فيتوتاكسيك در اثر استفاده از آفت‌کش‌های شيميايی آثار منفی بر متابوليسم گياه دارند. به طور حتم اين امر موجب كاهش كيفيت و ميزان محصول می‌شود. استفاده از کود آمینو اسید قبل یا زمان و پس از شرايط استرس‌زا به گياهان موادی می‌دهد كه به طور مستقيم پیشگیری‌کننده بوده و اثر بازسازی دارد.
زمانی كه گياه تحت استرس است، خود توليدی آمینو اسیدها كاهش می‌یابد زيرا این یک پروسه انرژی بر است. در عوض، گياه پروتئین‌های موجود را آبكافت (شكستن) می‌کند تا به آمینو اسیدهای موردنیاز دست يابد. اين فرایند انرژی كمتری نسبت به توليد آمينو اسيدها نياز دارد. همچنين اين بدين معنی است كه گياه ممكن است خود را “خود خواری” كند، مگر اينكه آمینو اسید هایی از طريق مكمل فراهم گردند.
نقش آمینواسیدها در فتوسنتز گیاه
فتوسنتز مهم‌ترین فرایند بيوشيمی گياه است. يك گياه به توليد قند از دی‌اکسیدکربن، آب، و انرژی نور می‌پردازد. پس از آن قندهای جمع‌آوری‌شده (کربوهیدرات‌ها) توسط گياه به‌عنوان منبع انرژی فرایندهای متابوليك ديگر استفاده می‌شوند. آمینواسیدها تأثیر فراوانی در اين عملكرد متابوليكی مهم دارند.
L- گليسين و L- گلوتاميك متابولیت‌های ضروری برای توليد كلروفيل و تشكيل بافت هستند. اين آمینو اسیدها موجب افزايش غلظت كلروفيل در گياهان می‌شوند. كلروفيل بيشتر, به معنی افزایش جذب انرژی است كه موجب افزايش فتوسنتز خواهد شد.
نقش آمینو اسیدها در گرده‌افشانی و تولید میوه
گرده‌افشانی و توليد ميوه دو تا از مهم‌ترین مراحل گياهان هستند. آمینو اسیدها در زمان اوج فعالیت‌های متابوليكی حائز اهميت هستند:
- L- هيستيدین به رسيدن ميوه كمك می‌کند.
- L- پرولين موجب افزايش فعاليت گرده‌افشانی می‌شود
- L- ليسين، L- متيونين و L- گلوتاميك اسيد موجب افزايش توليد گرده و طول لوله آن می‌شود.
- L- الانين، L- والين و L- لوسين موجب افزايش كيفيت ميوه می‌شوند.
نقش آمینو اسیدها در فعالیت باکتری ها و رشد گیاه
ازآنجا که تمام حيات بستگی به آمینو اسیدها دارد، اين شامل تمام باکتری های موجود در حول ناحيه ریشه می‌شود. باکتری ها تا جایی که می‌توانند از آنها استفاده می‌کنند. برخی از آنها به‌عنوان بلوک‌های سازنده برای عناصر سازنده و توليد پروتئين شركت می‌کنند. برخی ديگر به‌عنوان محرك توليد عناصر رشد و هورمون مختلف استفاده می‌شوند. برای مثال، L- متيونين يك ماده تشکیل‌دهنده عوامل رشد است كه غشاهای سلول در باکتری را تثبيت می‌کند. همچنين برخی از باکتری ها آمینوها را به‌عنوان منبع پروتئين و نيتروژن مصرف می‌نمایند. به‌علاوه، آمینو اسیدها در خاك يك منبع غنی مواد ارگانيك برای كمك به ايجاد سازه، حاصلخيزی و حفظ آن را فراهم می‌کنند.
آمینو اسیدها به‌عنوان منبع ثابت نیتروژن ارگانیك
رایج‌ترین اشكال شناخته‌شده نيتروژن مورداستفاده توسط گياهان نیترات‌ها –(NO٣) و آمونيوم +(NH٤)هستند. فراهم‌کردن نيتروژن به‌عنوان تغذيه دشوار است، زيرا يك گاز طبيعی است و به‌آسانی از خاك آزاد می‌شود. بيشتر كودهای تجاری حاوی اين دو شكل باکیفیت بالا هستند. گياهان از هر دو شكل استفاده نمی‌نمایند، هرچند گياهان مختلف موارد ترجيحی متفاوتی دارند. بااین‌وجود، يك منبع ديگر نيتروژن وجود دارد. اين منبع كمتر موردبحث قرار می‌گیرد اما همچنان يكی از فاكتورهای مدنظر در كشاورزی بيولوژيكی و ارگانيك در اروپا است. مواد ارگانيك مانند آمینو اسیدها حاوی نيتروژن هستند. زمانی كه گياه آمینواسید خود را تخليه می‌کند از نيتروژن ارگانيك استفاده می‌نماید.
ازآنجاکه بخشی از نيتروژن در گياه برای توليد پروتئين و آمینو اسید استفاده می‌شود، با فراهم نمودن شكل آماده، گياه نياز كمتری به نيترات و آمونيوم برای اين فعالیت‌ها دارد.
چرا اين موضوع حائز اهميت است؟ مانند هر چيز ديگری، استفاده بیش از حد از يك جنبه موجب بروز مشكلاتی در جای ديگر می‌شود. نیترات‌های فراوان به طور ويژه تمايل به ايجاد رشد سريع و كشيدگی سلول دارند؛ مانند شكل سريع سلول‌های درحال‌رشد، ديواره سلول كشيده و نازك می‌شود. اين بافت نازک يك هدف عالی برای آفت‌های حمله‌کننده است. اين پديده را می‌توان با محصولات زمينی زيادی مانند ذرت مشاهده كرد . نيترات فراوان نيز موجب ناسازگاری در برابر ديگر مواد معدنی مهم مانند كلسيم، منیزيم و پتاسيم می‌شود.
زمانی كه نیترات‌ها در حالت متعادل باشند، فراهم نمودن نيتروژن ارگانيك می‌تواند موجب رشد سلول‌ها با شكل طبيعی و محكم شود. اين امر موجب ايجاد يك گياه قوی‌تر با سلول‌های سالم با مقاومت بيشتر در برابر استرس و حملات می‌شود.
در زمان صحبت‌کردن از سلول‌های گياهی و آمینو اسیدها، نمی‌خواهیم حمايت از آنها را برای تنظيم تعادل تراوشی فراموش كنيم. روزنه‌های هوايی ساختارهای سلولی هستند كه تعادل آب گياه را كنترل می‌نمایند. همچنين آنها در طول تعرق (“تنفس” از برگ‌ها) و همچنين جذب ریزودرشت مغذی‌ها استفاده می‌شوند. بازگشت‌های روزنه هوايی با عوامل خارجی (نور، رطوبت، دما، و غلظت نمك) و داخلی (آمینواسیدها، پتاسيم در دسترس و غيره) كنترل می‌شوند. روزنه‌های هوايی در زمان نور و رطوبت كم بسته می‌شوند؛ همچنين اين اتفاق در زمان دما و غلظت نمك زياد نيز رخ می‌دهد. بسته‌شدن آن موجب كاهش فتوسنتز و تعريق و افزايش تنفس می‌شود. اين امر موجب كاهش تعادل متابوليك و کم‌شدن سرعت رشد می‌شود. گلوتاميك اسيد به‌عنوان يك عامل تراوشی برای سلول‌های حفاظتی عمل می‌کند كه می‌تواند بازشدن روزنه را افزايش دهد.
شما می توانید تاثیر اسید آمینه را بر روی گیاه گندم را در صفحه اینستاگرام شرکت مشاهده کنید.
آمینو اسیدها به‌عنوان عامل کلاته کننده
يكی از قابل‌توجه‌ترین نقش‌های آمینو اسید ها افزايش تنوع زيستی مغذی‌ها است. گياهان به دليل ساختار مولكولی و شارژ يونی، برخی از مغذی‌ها را جذب نمی‌کنند. آمينو اسيدها (و برخی ديگر از اسيدهای ارگانيك) اين مواد معدنی غیرقابل‌دسترس را قابل‌جذب و انتقال در بافت‌های گياه می‌کنند.
با كلات با آمینو اسیدها، مقدار كلی مواد معدنی محلول قابل جذب موجود در محلول مغذی افزایش یافته و به واسطه امینو اسید جذب و انتقال از طریق گیاه افزایش می یابد. به‌علاوه، آمینواسیدها اجازه تغذيه برگی سودبخش با انتقال مواد معدنی توسط روزنه‌های هوايی را می‌دهند.
اسيدهای L- گليسين، L- گلوتاميك و L- آسپارتيك به‌عنوان عوامل كلات كننده بسيار سودمند شناخته می‌شوند كه دليل عمده آن وزن مولكولی كوچك آنها است. وزن آنها اجازه حركت سريع در غشاهای سلول را می‌دهد. علاوه بر افزایش دسترسی مواد مغذی خوب، آمینواسیدها برای كاهش سميت فلز در گياهان و خاك با پيوند با فلزهای سنگين شناخته می‌شوند. اين امر به ايجاد تعادل سطوح عناصر گوناگون در واسطه كمك می‌کند.
برای دسترسی به محتواهای بیشتر صفحه مارا در اینستا گرام به ادرس www.instagram/aradshimy.co را دنبال نمایید
منابع
- دکتر صفری، محمد. مبانی بیوشیمی کشاورزی. ۱۳۹۰. انتشارات دانشگاه تهران
- دکتر مرادی پینوندی، کامران. کاربرد تنظیم‌کننده‌های رشد گیاهی درکشت بافت.1398. انتشارات جهاد دانشگاهی استان اردبیل
بدون دیدگاه