- مميزات
- المنتجون الذين يستخدمون ضوء الشمس كمصدر للطاقة
- بيئات
- تصنيف
- طبيعة الكلوروفيل
- بوليمرات الكربون كاحتياطي للطاقة
- هيكل جدار الخلية
- نوع التنقل
- تطبيقات التكنولوجيا الحيوية
- تغذية الإنسان والحيوان
- مزايا استخدامه كغذاء
- تربية الأحياء المائية
- أصباغ في صناعة المواد الغذائية
- الطب البشري والبيطري
- اسمدة
- مستحضرات التجميل
- معالجة مياه الصرف الصحي
- مؤشرات التلوث
- الغاز الحيوي
- الوقود الحيوي
- المراجع
و الطحالب هي كائنات حقيقية النواة، photoautotrophs، أي الحصول على الطاقة من الضوء وتوليف طعامهم. تحتوي على الكلوروفيل والأصباغ الملحقة الأخرى التي تمنحها كفاءة كبيرة في التمثيل الضوئي.
وهي أحادية الخلية ، استعمارية - عندما يتم إنشاؤها على شكل كتل - وخيطية (انفرادية أو استعمارية). هم جزء من العوالق النباتية ، جنبا إلى جنب مع البكتيريا الزرقاء (بدائيات النوى). العوالق النباتية هي مجموعة من الكائنات الحية الدقيقة المائية التي تعمل على التمثيل الضوئي والتي تطفو بشكل سلبي أو تقلل من قدرتها على الحركة.
الشكل 1. فولفوكس (كروي) المصدر: فرانك فوكس ، عبر ويكيميديا كومنز
تم العثور على الطحالب الدقيقة من الإكوادور الأرضية إلى المناطق القطبية ومعترف بها كمصدر للجزيئات الحيوية والأيضات ذات الأهمية الاقتصادية الكبيرة. إنها مصدر مباشر للغذاء والأدوية والأعلاف والأسمدة والوقود ، بل إنها مؤشرات على التلوث.
مميزات
المنتجون الذين يستخدمون ضوء الشمس كمصدر للطاقة
معظم الطحالب الدقيقة خضراء اللون لأنها تحتوي على الكلوروفيل (صبغة نباتية رباعي البيرول) ، وهي مستقبلات ضوئية للطاقة الضوئية تسمح بإجراء عملية التمثيل الضوئي.
ومع ذلك ، فإن بعض الطحالب الدقيقة تكون حمراء أو بنية اللون ، لأنها تحتوي على الزانثوفيل (أصباغ كاروتينويد صفراء) ، والتي تحجب اللون الأخضر.
بيئات
يسكنون مختلف البيئات المائية الحلوة والمالحة والطبيعية والاصطناعية (مثل حمامات السباحة وخزانات الأسماك). بعضها قادر على النمو في التربة وفي الموائل الحمضية وداخل الصخور المسامية (الانحلالية) ، في الأماكن شديدة الجفاف والباردة جدًا.
تصنيف
تمثل الطحالب الدقيقة مجموعة غير متجانسة إلى حد كبير ، لأنها متعددة الخلايا ، أي أنها تجمع الأنواع المتحدرة من أسلاف مختلفة.
لتصنيف هذه الكائنات الدقيقة ، تم استخدام العديد من الخصائص ، من بينها: طبيعة الكلوروفيل والمواد الاحتياطية للطاقة ، وهيكل جدار الخلية ونوع التنقل الذي تقدمه.
طبيعة الكلوروفيل
تحتوي معظم الطحالب على الكلوروفيل من النوع A وبعضها يقدم نوعًا آخر من الكلوروفيل المشتق منه.
كثير من الصور الملتزمة بالتغذية الضوئية ولا تنمو في الظلام. ومع ذلك ، فإن بعضها ينمو في الظلام ويقوض السكريات البسيطة والأحماض العضوية في غياب الضوء.
على سبيل المثال ، يمكن لبعض السوطيات والكلوروفيت استخدام الأسيتات كمصدر للكربون والطاقة. يستوعب البعض الآخر المركبات البسيطة في وجود الضوء (التغذية الضوئية) ، دون استخدامها كمصدر للطاقة.
بوليمرات الكربون كاحتياطي للطاقة
كمنتج لعملية التمثيل الضوئي ، تنتج الطحالب الدقيقة مجموعة متنوعة من بوليمرات الكربون التي تعمل كاحتياطي للطاقة.
على سبيل المثال ، تولد الطحالب الدقيقة في قسم الكلوروفيتا نشا احتياطيًا (α-1،4-D-glucose) ، مشابه جدًا لنشا النباتات العليا.
هيكل جدار الخلية
تحتوي جدران الطحالب الدقيقة على مجموعة كبيرة ومتنوعة من الهياكل والتركيب الكيميائي. يمكن أن يتكون الجدار من ألياف السليلوز ، عادة مع إضافة الزيلان ، والبكتين ، والمانان ، والأحماض الألجينية أو حمض الفوسينيك.
في بعض الطحالب الجيرية أو المرجانية ، يظهر جدار الخلية ترسب كربونات الكالسيوم ، بينما يحتوي البعض الآخر على الكيتين.
من ناحية أخرى ، تحتوي الدياتومات على السيليكون في جدارها الخلوي ، والذي يضاف إليه السكريات والبروتينات ، مما يشكل قذائف من التماثل الثنائي أو الشعاعي (frustules). تظل هذه القذائف سليمة لفترة طويلة ، وتشكل الحفريات.
الطحالب الدقيقة Euglenoid ، على عكس سابقتها ، تفتقر إلى جدار خلوي.
نوع التنقل
يمكن أن تحتوي الطحالب الدقيقة على سوط (مثل الحنديرة ودينوفلاجيلاتس) ، ولكن لا تحتوي على أهداب مطلقًا. من ناحية أخرى ، تظهر بعض الطحالب الدقيقة عدم الحركة في مرحلتها الخضرية ، ومع ذلك ، يمكن أن تكون الأمشاج متحركة.
تطبيقات التكنولوجيا الحيوية
تغذية الإنسان والحيوان
في الخمسينيات من القرن الماضي ، بدأ العلماء الألمان الزراعة الجماعية للطحالب الدقيقة للحصول على الدهون والبروتينات التي من شأنها أن تحل محل البروتينات الحيوانية والنباتية التقليدية ، بهدف تغطية استهلاك الماشية والبشر.
في الآونة الأخيرة ، تم توقع الزراعة المكثفة للطحالب الدقيقة كأحد إمكانيات مكافحة الجوع وسوء التغذية في العالم.
تحتوي الطحالب الدقيقة على تركيزات غير عادية من العناصر الغذائية ، وهي أعلى من تلك التي لوحظت في أي نوع نباتي أعلى. يعتبر الجرام اليومي من الطحالب الدقيقة بديلاً لتكملة النظام الغذائي الناقص.
مزايا استخدامه كغذاء
من بين مزايا استخدام الطحالب الدقيقة كغذاء ، لدينا ما يلي:
- سرعة عالية لنمو الطحالب الدقيقة (تقدم عائدًا أعلى 20 مرة من فول الصويا لكل وحدة مساحة).
- يولد فوائد تقاس في "ملف الدم" وفي "الحالة الفكرية" للمستهلك ، عند تناول جرعات يومية صغيرة كمكمل غذائي.
- نسبة عالية من البروتين مقارنة بالأطعمة الطبيعية الأخرى.
- تركيز عالٍ من الفيتامينات والمعادن: إن تناول 1 إلى 3 جرام يوميًا من مشتقات الطحالب الدقيقة ، يوفر كميات ملحوظة من بيتا كاروتين (بروفيتامين أ) وفيتامين هـ وفيتامين ب المركب والحديد والعناصر النزرة.
- مصدر غذائي عالي النشاط (مقارنة بالجينسنغ وحبوب اللقاح التي يجمعها النحل).
- يوصى باستخدامها للتدريب عالي الكثافة.
- نظرًا لتركيزها ووزنها المنخفض وسهولة نقلها ، فإن المستخلص الجاف من الطحالب الدقيقة مناسب كغذاء غير قابل للتلف لتخزينه تحسباً لحالات الطوارئ.
الشكل 2. أرثروسبيرا هي بكتيريا زرقاء شائعة الاستخدام ومزروعة على نطاق واسع. المصدر: جوان سيمون ، تم اقتصاصها بواسطة Perdita (مستخدم Wikipedia الإنجليزية) ، عبر ويكيميديا كومنز
تربية الأحياء المائية
تستخدم الطحالب الدقيقة كغذاء في تربية الأحياء المائية بسبب محتواها العالي من البروتين (من 40 إلى 65٪ في الوزن الجاف) وقدرتها على زيادة لون السلمون والقشريات بأصباغها.
على سبيل المثال ، يتم استخدامه كغذاء لذوات الصدفتين في جميع مراحل نموهم ؛ لمراحل اليرقات لبعض أنواع القشريات وللمراحل المبكرة لبعض أنواع الأسماك.
أصباغ في صناعة المواد الغذائية
تستخدم بعض أصباغ الطحالب الدقيقة كإضافات في الأعلاف لزيادة تصبغ لحم الدجاج وصفار البيض ، وكذلك لزيادة خصوبة الماشية.
تستخدم هذه الأصباغ أيضًا كملونات في منتجات مثل السمن والمايونيز وعصير البرتقال والآيس كريم والجبن ومنتجات المخابز.
الشكل 3. مفاعلات حيوية ضوئية أنبوبية ، تستخدم للحصول على مركبات عالية القيمة من الطحالب الدقيقة. المصدر: IGV Biotech ، من ويكيميديا كومنز
الطب البشري والبيطري
في مجال الطب البشري والبيطري ، يتم التعرف على إمكانات الطحالب الدقيقة ، وذلك للأسباب التالية:
- إنها تقلل من خطر الإصابة بأنواع مختلفة من السرطان وأمراض القلب والعين (بفضل محتواها من اللوتين).
- إنها تساعد في الوقاية من أمراض القلب التاجية وعلاجها ، وتراكم الصفائح الدموية ، ومستويات الكوليسترول غير الطبيعية ، كما أنها واعدة للغاية لعلاج بعض الأمراض العقلية (بسبب محتواها من أوميغا 3).
- لها تأثير مضاد للطفرات ، وتحفيز جهاز المناعة ، وتقليل ارتفاع ضغط الدم وإزالة السموم.
- لديهم عمل مضاد للتخثر والجراثيم.
- تزيد من التوافر البيولوجي للحديد.
- تم إنتاج الأدوية القائمة على الطحالب الدقيقة العلاجية والوقائية من أجل التهاب القولون التقرحي والتهاب المعدة وفقر الدم ، من بين حالات أخرى.
الشكل 4. مفاعل حيوي ضوئي مسطح: يستخدم للحصول على منتجات ثانوية من الطحالب الدقيقة ذات قيمة مضافة عالية وفي التجارب. المصدر: IGV Biotech ، من ويكيميديا كومنز
اسمدة
تستخدم الطحالب الدقيقة كأسمدة حيوية ومكيفات التربة. تغطي هذه الكائنات الدقيقة ذات التغذية الضوئية بسرعة التربة المضطربة أو المحروقة ، مما يقلل من خطر التعرية.
تفضل بعض الأنواع تثبيت النيتروجين ، وقد جعلت من الممكن ، على سبيل المثال ، زراعة الأرز في الأراضي المغمورة بالفيضانات لعدة قرون ، دون إضافة الأسمدة. تستخدم الأنواع الأخرى لتحل محل الجير في السماد.
مستحضرات التجميل
تم استخدام مشتقات الطحالب الدقيقة في تركيب معاجين الأسنان المخصبة التي تقضي على البكتيريا المسببة لتسوس الأسنان.
كما تم تطوير الكريمات التي تحتوي على مثل هذه المشتقات لخصائصها المضادة للأكسدة والوقاية من الأشعة فوق البنفسجية.
الشكل 5. صيانة الطحالب الدقيقة في البنوك أو السلالات. المصدر: CSIRO
معالجة مياه الصرف الصحي
يتم تطبيق الطحالب الدقيقة في عمليات تحويل المواد العضوية من مياه الصرف الصحي ، وتوليد الكتلة الحيوية والمياه المعالجة للري. في هذه العملية ، توفر الطحالب الدقيقة الأكسجين اللازم للبكتيريا الهوائية ، مما يؤدي إلى تدهور الملوثات العضوية.
مؤشرات التلوث
نظرًا للأهمية البيئية للطحالب الدقيقة كمنتجين أساسيين للبيئات المائية ، فهي كائنات مؤشرة على التلوث البيئي.
بالإضافة إلى ذلك ، فهي تتمتع بقدر كبير من التحمل للمعادن الثقيلة مثل النحاس والكادميوم والرصاص وكذلك الهيدروكربونات المكلورة ، وهذا هو السبب في أنها يمكن أن تكون مؤشرات على وجود هذه المعادن.
الغاز الحيوي
تم استخدام بعض الأنواع (على سبيل المثال ، Chlorella و Spirulina) ، لتنقية الغاز الحيوي ، حيث أنها تستهلك ثاني أكسيد الكربون كمصدر للكربون غير العضوي ، بالإضافة إلى التحكم في نفس الوقت في درجة الحموضة في الوسط.
الوقود الحيوي
تقوم الطحالب الدقيقة بتخليق مجموعة واسعة من المنتجات الثانوية للطاقة الحيوية ذات الأهمية التجارية ، مثل الدهون والزيوت والسكريات والمركبات النشطة بيولوجيًا.
الشكل 6. مزارع الطحالب الدقيقة من النوع الدائري ، وتستخدم في الزراعة الجماعية للطحالب الدقيقة لصناعة مستحضرات التجميل والأغذية. المصدر: JanB46، from Wikimedia Commons
العديد من الأنواع غنية بالدهون والهيدروكربونات المناسبة للاستخدام المباشر كوقود حيوي سائل عالي الطاقة ، بمستويات أعلى من تلك الموجودة في النباتات الأرضية ، ولديها أيضًا إمكانات كبدائل لمنتجات مصفاة الوقود الأحفوري. هذا ليس مفاجئًا ، بالنظر إلى أن معظم الزيت يعتقد أنه نشأ من الطحالب الدقيقة.
تمت دراسة أحد الأنواع ، وهي Botryococcus braunii ، على وجه الخصوص. يُتوقع أن يصل إنتاج الزيت من الطحالب الدقيقة إلى 100 ضعف محاصيل الأرض ، من 7500-24000 لترًا من الزيت لكل فدان سنويًا ، مقارنة ببذور اللفت والنخيل ، عند 738 و 3690 لترًا على التوالي..
المراجع
- بورويتسكا ، م. (1998). الإنتاج التجاري للطحالب الدقيقة: الأحواض والخزانات والدرنات والمخمرات. J. of Biotech، 70، 313-321.
- سيفيري ، أو. (1983). سبيرولينا ، الكائنات الحية الدقيقة الصالحة للأكل. ميكروبيول. القس ، 47 ، 551-578.
- Ciferri ، O. ، & Tiboni ، O. (1985). الكيمياء الحيوية والإمكانيات الصناعية لسبيرولينا. آن. القس ميكروبيول ، 39 ، 503-526.
- Conde، JL، Moro، LE، Travieso، L.، Sánchez، EP، Leiva، A.، & Dupeirón، R.، et al. (1993). عملية تنقية الغاز الحيوي باستخدام مزارع مكثفة للطحالب الدقيقة. التكنولوجيا الحيوية. رسائل ، 15 (3) ، 317-320.
- كونتريراس فلوريس ، سي ، بينيا كاسترو ، جي إم ، فلوريس-كوتيرا ، إل بي ، آند كانيزاريس ، رو (2003). التطورات في التصميم المفاهيمي للمفاعلات الحيوية الضوئية لزراعة الطحالب الدقيقة. Interciencia، 28 (8) ، 450-456.
- Duerr، EO، Molnar، A.، & Sato، V. (1998). الطحالب الدقيقة المستزرعة كغذاء للاستزراع المائي. J Mar Biotechnol ، 7 ، 65-70.
- لي ، Y.-K. (2001). نظم وأساليب الاستزراع الجماعي للطحالب الدقيقة: حدودها وإمكانياتها. مجلة علم النبات التطبيقي ، 13 ، 307-315.
- Martínez Palacios، CA، Chávez Sánchez، MC، Olvera Novoa، MA، & Abdo de la Parra، MI (1996). مصادر بديلة للبروتينات النباتية كبديل لمسحوق السمك لتغذية تربية الأحياء المائية. ورقة مقدمة في وقائع الندوة الدولية الثالثة حول تغذية تربية الأحياء المائية ، مونتيري ، نويفو ليون ، المكسيك.
- Olaizola ، M. (2003). التطوير التجاري للتكنولوجيا الحيوية للطحالب الدقيقة: من أنبوب الاختبار إلى السوق. الهندسة الجزيئية الحيوية، 20، 459-466.