گیاهان به طیف وسیعی از ریزمغذی‌های ضروری از جمله بور (B)، کلر (Cl)، مس (مس)، آهن (Fe)، منگنز (Mn)، مولیبدن (Mo)، نیکل (Ni) و روی (Zn) نیاز دارند. برای رشد بهینه (مارشنر، 2012). حیوانات، از جمله انسان، نیز برای داشتن سلامتی خوب و بهزیستی به ریز مغذی‌ها نیاز دارند (ساتل، 2010؛ مارشنر، 2012). کمبود ریز مغذی ها یک مشکل گسترده و رو به رشد در گیاهان زراعی و جمعیت های انسانی در سراسر جهان است. کمبودهای خفیف یا پنهان ریزمغذی‌ها احتمالاً عملکرد محصول را در مناطق بسیار وسیع‌تری نسبت به مناطقی که علائم آشکار در آنها رخ می‌دهد، محدود می‌کند. مقادیر ناکافی و فراهمی زیستی کم ریزمغذی‌ها در جیره‌های گیاهی دلیل اصلی شیوع بالای کمبود ریزمغذی‌ها در جمعیت‌های انسانی است. به طور کلی، یک همپوشانی جغرافیایی بین کمبود ریز مغذی‌ها در خاکهای کشت شده و کمبود در جمعیت‌های انسانی وجود دارد (ولچ و همکاران، 2014). این نشان دهنده ارتباط نزدیک بین وضعیت ریز مغذی گیاهان و سلامت جمعیت است. با این حال، در مقایسه با سایر مواد مغذی معدنی گیاهی، یک فقدان نگرانی کلی در مورد ریز مغذی ها با توجه به پایداری عملکرد و کیفیت تغذیه محصولات غذایی وجود دارد.
هدف از این بررسی، افزایش آگاهی در مورد اهمیت تامین ریز مغذی‌ها برای گیاهان، نه تنها برای بهبود عملکرد و اصلاح کمبود ریز مغذی‌ها در انسان، بلکه برای بهبود پایداری کشاورزی است. در این بررسی، با استفاده از اروپا به عنوان مثال، ابتدا بر مشکل کمبود ریزمغذی‌ها در جمعیت‌های انسانی، و بهبود یا تنوع محصولات غذایی مورد نیاز برای کاهش این مشکل بهداشت عمومی تمرکز می‌کنیم. سپس، چگونگی استفاده از دانش در مورد هموستاز ریز مغذی‌های گیاهی را برای بهبود عملکرد و پایداری محصول برجسته می‌کنیم. در نهایت، ما یک نمای کلی از دانش در مورد مکانیسم‌های مولکولی و فیزیولوژیکی هموستاز ریز مغذی‌ها در گیاهان، با تمرکز بیشتر بر آهن و روی، و چالش‌های خاص در این زمینه برای پرداختن به مسائل تغذیه انسان و پایداری کشاورزی ارائه می‌کنیم.
کمبود ریزمغذی ها: نه تنها مشکل کشورهای در حال توسعه
در سطح جمعیت، کمبود ریزمغذی ها یک تهدید بزرگ برای سلامت انسان است. حدود یک سوم جمعیت انسان در سطح جهان تحت تأثیر کمبود ریزمغذی‌ها (همچنین به عنوان «گرسنگی پنهان» شناخته می‌شود) که معمولاً ناشی از مصرف کم رژیم غذایی است، عمدتاً در مناطق در حال توسعه که در آن جمعیت‌ها به رژیم‌های گیاهی از محصولات غلات فقیر از ریزمغذی‌ها متکی هستند. (هاردینگ و همکاران، 2018؛ ون در استراتن و همکاران، 2020). مصرف کم ریزمغذی ها نیز به طور گسترده در جمعیت های اروپایی، به ویژه در میان افراد مسن و کودکان گزارش شده است که اثرات نامطلوب قابل توجهی بر سلامتی دارد. ریزمغذی هایی مانند روی، آهن، سلنیوم (Se) و ید (I) برای چندین عملکرد حیاتی از جمله شناخت، رشد، پاسخ ایمنی، عملکرد تیروئید، حفظ فعالیت آنتی اکسیدانی و کاهش بیماری های مزمن مورد نیاز هستند (بیلی و همکاران .، 2015؛ اشتاینبرنر و همکاران، 2015;
پیری یک فرآیند بیولوژیکی اجتناب ناپذیر است که اغلب با کاهش سلامت جسمی و روانی همراه است. با این حال، اختلالات مربوط به سن در بهزیستی را می توان تا حد زیادی با تنظیم رژیم غذایی کاهش داد (Ruxton et al., 2016). طبق مطالعات بررسی رژیم غذایی اروپا، رژیم های غذایی که معمولاً توسط افراد مسن در اروپا مصرف می شود سرشار از چربی اشباع شده است، اما عناصر معدنی مانند منیزیم (Mg)، روی، و مس بسیار کم است (Ruxton et al., 2016). مجموعه‌ای منظم از چندین پایگاه داده حاوی داده‌های بیش از 7200 سالمند (بیش از 60 سال) در 13 کشور غربی [از جمله 10 کشور در اتحادیه اروپا (EU)] نشان داد که کمبود ریزمغذی‌ها یک مشکل تغذیه‌ای حیاتی در میان سالمندان است. از بین هشت ریز مغذی مورد بررسی، کمبود روی، سلنیوم، مس و من در افراد مسن شایع بود. قابل ذکر است که 31 درصد از زنان و 49 درصد از مردان مورد مطالعه، کمتر از مقدار توصیه شده روی رژیم غذایی مصرف می کنند (Vural et al., 2020).
کودکان در برابر کمبود ریزمغذی ها بسیار آسیب پذیر هستند (ون در استراتن و همکاران، 2020؛ واسیلاکو، 2021). به عنوان مثال، کمبود آهن در بین کودکان 12 تا 36 ماهه در آلمان، هلند و بریتانیا شایع بود (Akkermans et al., 2016). به طور مشابه، کمبود آهن در کودکان 18 ماهه در دانمارک و در کودکان 1-11 ساله در اسپانیا گزارش شد (Andersen et al., 2019; López-Ruzafa et al., 2021). بر اساس یک مرور ادبیات گسترده، Eussen و همکاران (2015) ارتباط کمبود آهن را در کودکان اروپایی 6 تا 36 ماهه ارزیابی کردند و نشان دادند که بین 3٪ و 48٪، با کودکان ساکن اروپای شرقی شیوع بالاتری داشتند. کمبود آهن نسبت به کسانی که در اروپای غربی زندگی می کنند (Eussen et al., 2015). با این حال، این مشکل تغذیه ای معمولاً توجه کمی را به خود جلب می کند یا اغلب در اروپا نادیده گرفته می شود.
علاوه بر این، افزایش محبوبیت رژیم‌های گیاه‌خواری و وگان در سراسر جهان بر نتایج تغذیه‌ای، به‌ویژه از نظر ریزمغذی‌ها تأثیر خواهد گذاشت (Schüpbach et al., 2017; Sebastiani et al., 2019; Bakaloudi et al., 2021). تخمین زده می شود که حدود 5٪ از جمعیت اروپا و 19٪ در آسیا (Hargreaves et al., 2021) محصولات حیوانی حاوی مقدار زیادی از ریز مغذی های زیست قابل دسترس را به نفع محصولات گیاهی که غنی از ترکیبات ضد مغذی هستند (مانند فیتات) حذف می کنند. که باعث کاهش فراهمی زیستی ریز مغذی ها در بدن انسان می شود (گیبسون و همکاران، 2018). علاوه بر این، مصرف زیاد الکل که در اروپا رایج است، به طور قابل توجهی با جذب روده ای ریز مغذی ها تداخل می کند و به کمبود روی، آهن و سلنیوم در جمعیت های انسانی کمک می کند (بارو و همکاران، 2017؛ هیلسون و همکاران، 2021).
به سمت محصولاتی با محتوای ریز مغذی بالاتر و فراهمی زیستی برای غذا و خوراک
چندین استراتژی را می توان برای دستیابی به تحویل بهتر ریز مغذی ها از طریق محصولات گیاهی پیشنهاد کرد: (1) محصولات عمده را می توان برای محتوای ریز مغذی ها و در دسترس بودن بالاتر پرورش داد (سایره و همکاران، 2011؛ لودویگ و اسلامت-لودین، 2019). (ii) گونه‌های گیاهی یتیم یا بومی یا جلبک‌های درشت را می‌توان از نظر محتوای ریز مغذی‌ها و در دسترس بودن آن بررسی کرد و به رژیم غذایی اروپایی معرفی کرد (گارسیا-کاسال و همکاران، 2007؛ ماسودا و همکاران، 2015). (iii) گونه‌های گیاهی با محتوای ریز مغذی‌های برجسته، مانند گونه‌های تجمع‌دهنده روی، می‌توانند کشت شوند و به عنوان یک افزودنی در سایر غذاها استفاده شوند (کلمنز، 2017). راهبرد اول از دیدگاه زراعی و اجتماعی راحت‌ترین راهبرد است، زیرا مبتنی بر محصولاتی است که در حال حاضر به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند، اما تاکنون این رویکرد تنها به پیشرفت‌های کوچکی منجر شده است (کانورتون و بالک، 2019؛ کاواکامی و بولار، 2021). ). با این وجود، دانش در مورد شبکه‌های تنظیمی هموستاز ریزمغذی‌ها در گیاهان در حال پیشرفت است که می‌تواند منجر به کشف سوئیچ‌های مولکولی شود که می‌تواند تأثیر قابل‌توجهی بر تجمع ریز مغذی‌ها داشته باشد. هنگامی که چنین سوئیچ های مولکولی شناسایی شدند، منابع ژنتیکی موجود (مانند مجموعه های ژرم پلاسم، ذخایر طبیعی تنوع زیستی) ممکن است به طور موثرتری برای تنوع ژنتیکی که کارایی استفاده و تجمع ریزمغذی ها را بهینه می کند، غربالگری شوند. راهبردهای دوم و سوم، اگرچه احتمالاً بسیار کارآمد هستند، اما مستلزم اهلی کردن گونه‌های جدید و تغییر عادات غذایی در جمعیت است.
در تلاش برای بهبود فراهمی زیستی ریز مغذی‌ها در بخش‌های خوراکی گیاهان زراعی، چالش‌های جدید برای تحقیق در مورد هموستاز ریز مغذی‌ها در گیاهان باید برطرف شود. به طور خاص، دانش در مورد مکانیسم‌های توزیع ریز مغذی‌ها در گیاه، ویژگی‌های فلزی لیگاندها و ناقل‌ها، و گونه‌زایی فلز، به‌ویژه در اندام‌های خوراکی، مورد نیاز است که در زیر به تفصیل شرح داده می‌شود. علاوه بر این، درک چگونگی تغییر شکل‌های شیمیایی ریزمغذی‌ها در اثر فرآوری، مانند جوانه زدن، آسیاب کردن، و پختن و اینکه چگونه این تغییرات بر جذب آنها توسط دستگاه گوارش تأثیر می‌گذارد، ضروری است. تا به امروز، اطلاعات محدودی در مورد این جنبه‌ها وجود دارد، و تحقیقات بیشتر باید با همکاری نزدیک با دانشمندان تغذیه و پزشکان انجام شود تا به طور دقیق مشخص شود که چگونه انواع محصولات با محتوای ریز مغذی‌ها و در دسترس بودن بهبود یافته بر سلامت انسان تأثیر می‌گذارند (Cakmak et al., 2020).
رفتن به:
بهبود وضعیت ریز مغذی گیاه برای عملکرد و پایداری
کمبود عناصر ریز مغذی خاک: ناهمگن و به اندازه کافی مستند نشده است
کمبود ریز مغذی‌های خاک به طور قابل‌توجهی بر عملکرد و کیفیت محصول برای مصرف انسان در بسیاری از مناطق اروپا تأثیر می‌گذارد، با تفاوت‌های شدید منطقه‌ای (سینکلیر و ادواردز، 2008؛ آلووی، 2009). به عنوان مثال، کمبود منگنز در خاک و گیاهان در بریتانیا و بخش شمالی اروپا گزارش شده است (هبرن و همکاران، 2005؛ آلخاندرو و همکاران، 2020)، در حالی که در کشورهای جنوب اروپا و مدیترانه، کمبود روی و آهن وجود دارد. شایع است، اگرچه اغلب بدون ایجاد علائم قابل مشاهده در گیاهان (آبادیا و همکاران، 2004؛ رشید و رایان، 2004؛ مورنو-لورا و دلگادو، 2020). کمبود ریزمغذی های خاک نیز در مناطق خشک اروپا گسترده است. در یک مطالعه پیمایشی که در شش کشور اروپایی، پرتغال، اسپانیا، ایتالیا، مجارستان، یونان و مالت انجام شد، مورنو-جیمنز و همکاران. (2021) نشان داد که 60 درصد و 28 درصد خاکهای مورد بررسی به ترتیب دارای سطوح کمتر از مقدار کافی آهن و روی بودند. با توجه به اینکه بخش مهمی از تولید محصول در مناطق دیم صورت می گیرد، بهبود وضعیت تغذیه ای آهن و روی گیاهان زراعی در حال رشد در این مناطق از اهمیت بالایی برخوردار است. کمبود روی و آهن موجود در خاک منجر به آسیب‌های مهمی نه تنها در بهره‌وری محصول می‌شود، بلکه در کیفیت تغذیه محصول نیز به وجود می‌آید.
برای ارتقای آگاهی در مورد مشکلات منطقه‌ای کمبود ریزمغذی‌ها و تسهیل کاهش هدفمند آنها، نقشه‌برداری در مقیاس دقیق، غلظت‌های گیاهی ریزمغذی‌های معدنی در خاک برای شناسایی مناطقی که تولید محصول را محدود می‌کنند، مهم است. چنین دانشی همچنین امکان کشاورزی دقیق با تیمارهای کوددهی ریزمغذی‌ها را فراهم می‌کند که متناسب با شرایط خاص باشد. در زمینه آگرواکولوژی، سیستم‌های کشت مخلوط کارآمد، مانند ذرت و لوبیا، که قرن‌ها در آمریکای مرکزی مورد استفاده قرار می‌گرفت، می‌تواند به صورت علمی طراحی شود (لوپز-ریداورا و همکاران، 2021). روش دیگر، کودهای سبز غنی از ریزمغذی ها می توانند برای محدود کردن استفاده از کودهای مصنوعی و آفت کش ها استفاده شوند. در مقابل، کشاورزی فشرده شهری یا گلخانه‌ای بدون خاک نیازمند تنظیم دقیق وضعیت ریزمغذی‌های گیاهی از طریق استفاده از محلول‌های غذایی کاملاً کنترل‌شده است (الدریج و همکاران، 2020).
نقشه برداری دقیق از در دسترس بودن ریز مغذی ها را می توان از طریق چندین روش مکمل به دست آورد: استخراج مواد معدنی مرتبط با خاک
کمبود ریز مغذی‌های خاک به طور قابل‌توجهی بر عملکرد و کیفیت محصول برای مصرف انسان در بسیاری از مناطق اروپا تأثیر می‌گذارد، با تفاوت‌های شدید منطقه‌ای (سینکلیر و ادواردز، 2008؛ آلووی، 2009). به عنوان مثال، کمبود منگنز در خاک و گیاهان در بریتانیا و بخش شمالی اروپا گزارش شده است (هبرن و همکاران، 2005؛ آلخاندرو و همکاران، 2020)، در حالی که در کشورهای جنوب اروپا و مدیترانه، کمبود روی و آهن وجود دارد. شایع است، اگرچه اغلب بدون ایجاد علائم قابل مشاهده در گیاهان (آبادیا و همکاران، 2004؛ رشید و رایان، 2004؛ مورنو-لورا و دلگادو، 2020). کمبود ریزمغذی های خاک نیز در مناطق خشک اروپا گسترده است. در یک مطالعه پیمایشی که در شش کشور اروپایی، پرتغال، اسپانیا، ایتالیا، مجارستان، یونان و مالت انجام شد، مورنو-جیمنز و همکاران. (2021) نشان داد که 60 درصد و 28 درصد خاکهای مورد بررسی به ترتیب دارای سطوح کمتر از مقدار کافی آهن و روی بودند. با توجه به اینکه بخش مهمی از تولید محصول در مناطق دیم صورت می گیرد، بهبود وضعیت تغذیه ای آهن و روی گیاهان زراعی در حال رشد در این مناطق از اهمیت بالایی برخوردار است. کمبود روی و آهن موجود در خاک منجر به آسیب‌های مهمی نه تنها در بهره‌وری محصول می‌شود، بلکه در کیفیت تغذیه محصول نیز به وجود می‌آید.
برای ارتقای آگاهی در مورد مشکلات منطقه‌ای کمبود ریزمغذی‌ها و تسهیل کاهش هدفمند آنها، نقشه‌برداری در مقیاس دقیق، غلظت‌های گیاهی ریزمغذی‌های معدنی در خاک برای شناسایی مناطقی که تولید محصول را محدود می‌کنند، مهم است. چنین دانشی همچنین امکان کشاورزی دقیق با تیمارهای کوددهی ریزمغذی‌ها را فراهم می‌کند که متناسب با شرایط خاص باشد. در زمینه آگرواکولوژی، سیستم‌های کشت مخلوط کارآمد، مانند ذرت و لوبیا، که قرن‌ها در آمریکای مرکزی مورد استفاده قرار می‌گرفت، می‌تواند به صورت علمی طراحی شود (لوپز-ریداورا و همکاران، 2021). روش دیگر، کودهای سبز غنی از ریزمغذی ها می توانند برای محدود کردن استفاده از کودهای مصنوعی و آفت کش ها استفاده شوند. در مقابل، کشاورزی فشرده شهری یا گلخانه‌ای بدون خاک نیازمند تنظیم دقیق وضعیت ریزمغذی‌های گیاهی از طریق استفاده از محلول‌های غذایی کاملاً کنترل‌شده است (الدریج و همکاران، 2020).
نقشه برداری دقیق از در دسترس بودن ریز مغذی ها را می توان از طریق چندین روش تکمیلی به دست آورد: استخراج پایگاه های داده مرتبط با خاک. استفاده از کارخانه های شاخص، احتمالاً از طریق پروژه های مشارکتی؛ و طراحی دستگاه‌هایی برای ارزیابی وضعیت ریزمغذی‌های محصول در محل با استفاده از تجهیزات قابل حمل فلورسانس اشعه ایکس، یا از راه دور، با استفاده از آنالیزهای فراطیفی مبتنی بر هواپیماهای بدون سرنشین (Dobbels and Lorenz، 2019؛ Qu et al., 2022). مرکز داده‌های خاک اروپا (ESDAC) مرکز داده‌های مربوط به خاک در اروپا است و پروژه‌ای را اجرا می‌کند که مسئول بررسی هماهنگ و منظم خاکهای برتر در تمام کشورهای عضو اتحادیه اروپا است، به نام بررسی آماری چارچوب کاربری/منطقه پوششی (LUCAS) ). این بررسی نشان دهنده تلاشی برای ایجاد یک پایگاه داده فضایی سازگار از پوشش خاک در سراسر اتحادیه اروپا، بر اساس نمونه‌برداری استاندارد و روش‌های تحلیلی است. علاوه بر خواص خاک، عناصر درشت مغذی، از جمله فسفر (P)، نیتروژن (N) و پتاسیم (K)، تجزیه و تحلیل می شوند. گزارشی در مورد بررسی مس اخیراً در پروژه LUCAS منتشر شده است (بالابیو و همکاران، 2018). در آینده، بررسی LUCAS باید تجزیه و تحلیل غلظت‌های موجود گیاهی ریزمغذی‌ها مانند Fe، Zn، B، منگنز و Se را نیز در بر بگیرد.
رفع کمبود ریزمغذی ها با کود
در دهه‌های گذشته، دانش کلیدی در مورد فرمولاسیون کود برای تامین ریزمغذی‌ها به گیاهان تولید شده است. علاوه بر این، استراتژی‌های نوآورانه‌ای مانند پرایمینگ بذر یا پوشش با ریز مغذی‌ها پدیدار شده‌اند (فاروق و همکاران، 2012). شلاتورهای مصنوعی که آهن یا روی را با میل ترکیبی بالا متصل می کنند و در عین حال این فلزات را برای جذب توسط گیاهان در دسترس قرار می دهند، مانند HBED [N,Nʹ-di(2-hydroxybenzyl)ethylenediamine-N,Nʹ-diacetic acid monohydrochloride]، اکنون در زمینه (آبادیا و همکاران، 2011). اثربخشی زراعی ریزمغذی‌های کلات شده بسیار بیشتر از اشکال معدنی ریز مغذی‌های مربوطه در خاکهای آهکی است (Gangloff et al., 2002). در مقیاس جهانی، تنها 6 درصد از کودهای ریز مغذی به صورت کلات استفاده می شود، که بیشتر در اروپا، غرب آسیا و آمریکای شمالی است. اصلاح کمبود ریز مغذی‌ها در گیاهان با استفاده از کلات‌ها یک عمل پرهزینه است. به گفته آبادیه و همکاران. (2004)، هزینه اصلاح کمبود آهن در گیاهانی که در کشورهای مدیترانه رشد می کنند، بار اقتصادی مهمی را برای کشاورزان در حدود 80 تا 100 میلیون یورو در سال نشان می دهد (آبادیا و همکاران، 2004). بنابراین، بهینه‌سازی نحوه کاربرد ریزمغذی‌های کلات شده موضوع مهمی برای مطالعات است. در این راستا محلول پاشی مزایای زیادی دارد زیرا مقدار مصرف را به حداقل می رساند، کارایی را افزایش می دهد و از ریزش عناصر غذایی در خاک جلوگیری می کند. محلول پاشی روی نیز مؤثرتر از محلول پاشی روی در خاک است
دیدگاه خود را بنویسید