فهرست مطالب
جلبک چیست؟
جلبکها به عنوان گروهی از ارگانیسم‌های عمدتاً آبزی، فتوسنتزی و هسته دار تعریف می‌شوند که فاقد ریشه، ساقه، برگ و ساختارهای تولید مثل چند سلولی تخصصی گیاهان هستند و اندازه آنها از 0.2 میکرومتر تا60 متر از یک سلول تا گونه های چند سلولی بسیار بزرگ متغیر است و می‌توانند در محیط‌های مختلف زندگی کنند.
رنگدانه‌های فتوسنتزی آنها نسبت به گیاهان متنوع‌تر است و مانند حیوانات، برخی از جلبکها دارای تاژک، سانتریول هستند و می‌توانند از مواد آلی در زیستگاه خود تغذیه کنند. جلبکها، تا نیمی از اکسیژن جو زمین را تولید می‌کنند و همچنین، چون مانند گیاهان خشکی در پایه زنجیره غذایی قرار دارند و با توجه به اینکه گیاهان تقریباً در اقیانوس ها وجود ندارند ،جلبکها پایه غذایی برای اکثر آبزیان هستند. این گونه از نظر اقتصادی به عنوان منبع نفت خام، منبع محصولات غذایی و تعدادی از محصولات دارویی و صنعتی برای انسان مهم است.
جلبکها می‌توانند به صورت جنسی، غیرجنسی یا با ترکیبی از هر دو فرآیند تکثیر شوند. انواعی که به صورت غیرجنسی تولید مثل می‌کنند به طور طبیعی تقسیم می‌شوند یا اسپورهایی آزاد می کنند که ممکن است متحرک یا غیر متحرک باشند.
جلبک‌هایی که از طریق جنسی تولید مثل می‌کنند، زمانی که محرک‌های محیطی خاصی را دریافت می‌کنند، عموماً وادار به تولید گامت می‌شوند. این گونه‌های جلبک یک تخم بارور شده یا زیگوت تولید می‌کنند تا یک ارگانیسم جدید یا یک زیگوسپور خفته ایجاد کنند که با محرک‌های محیطی مطلوب فعال می‌شود.
انواع جلبک
به مطالعه جلبکها فیکولوژی می گویند و فردی که جلبکها را مطالعه می‌کند فیکولوژیست است. با شروع دهه 1830، جلبکها بر اساس رنگ به گروه‌های اصلی مانند قرمز، قهوه ای و سبز تقسیم شدند. رنگ‌ها بازتابی از رنگدانه‌های مختلف کلروپلاست مانند کلروفیل‌ها، کاروتنوئیدها و فیکوبیلیپروتئین‌ها هستند.
جلبکها را می توان به هفت نوع عمده دسته بندی کرد که هرکدام اندازه، عملکرد و رنگ متفاوتی دارند:
1-اوگلنوفیتا(Euglenophyta/ Euglenoids)
2- Chrysophyta(جلبک قهوه ای طلایی و دیاتوم ها)
3- پیروفیتا(Pyrrophyta/ Fire algae)
4- کلروفیتا(Chlorophyta / جلبک سبز)
5-رودوفیتا (Rhodophyta / جلبک قرمز)
6- Paeophyta(جلبک قهوه ای)
7- زانتوفیتا(Xanthophyta / جلبک زرد-سبز)
شرایط رشد جلبک
فراوانی و تنوع جلبکها از محیطی به محیط دیگر متفاوت است، همانطور که فراوانی و تنوع گیاهان زمینی از جنگل‌های استوایی تا بیابان متفاوت است.
پوشش گیاهانی که در سطح زمین رشد می‌کنند (گیاهان و جلبکها) بیشتر تحت تأثیر بارش و دما است، در حالی که پوشش گیاهان آبزی (عمدتاً جلبکها) بیشتر تحت تأثیر نور و مواد مغذی است. هنگامی که مواد مغذی فراوان هستند، مانند برخی از آب‌های آلوده، تعداد سلول‌های جلبک می‌تواند به اندازه‌ای زیاد شود که محتوای اکسیژن موجود در آب را کاهش داده و جانوران آبزی و پرندگان آبزی را مسموم کند.
جلبکها تقریباً در سراسر جهان وجود دارند و می‌توان آنها را از نظر زیست محیطی بر اساس زیستگاه آنها طبقه بندی کرد:
جلبک‌های پلانکتونیک (Planktonic) میکروسکوپی هستند و به صورت معلق در آب رشد می‌کنند، در حالی که جلبک‌های نئوستونی (neustonic) روی سطح آب رشد می‌کنند و می‌توانند میکرو یا ماکروسکوپی باشند.
جلبک‌های کرایوفیل (Cryophilic) در برف و یخ وجود دارند، جلبک‌های گرمادوست (thermophilic) در چشمه‌های آب گرم زندگی می‌کنند. جلبک‌های ادافیک (edaphic) روی یا درون خاک زندگی می‌کنند.
جلبک‌های اپیزوییک (epizoic) روی حیواناتی مانند لاک پشت‌ها رشد می‌کنند. جلبک‌های اپی فیتیک (epiphytic) روی قارچ‌ها، گیاهان زمینی یا سایر جلبکها رشد می‌کنند. جلبک‌های کورتیکولوس (corticolous) روی پوست درختان رشد می‌کنند.
جلبک‌های اپیلیتیک (epilithic) روی سنگ‌ها زندگی می‌کنند. جلبک‌های درون سنگی (endolithic) در سنگ‌های متخلخل یا مرجان‌ها زندگی می‌کنند.
جلبک‌های شازمولیتیک (chasmolithic) در شکاف‌های سنگی رشد می‌کنند. برخی از جلبکها در داخل موجودات دیگر زندگی می‌کنند و به آنها اندوسیمبیونت (endosymbionts) می‌گویند. به طور خاص، اندوزوئیک‌ها (endozoic) در تک یاخته‌ها یا حیواناتی مانند گاستروپودهای پوسته‌دار زندگی می‌کنند، در حالی که اندوفیت‌ها (endophytic) در قارچ‌ها، گیاهان یا سایر جلبکها زندگی می‌کنند.
کاربردهای جلبکها
محصولات طبیعی جلبکها از دیرباز برای استفاده انسان به عنوان غذا و درمان‌های پزشکی به طور گسترده مورد بررسی قرار گرفته‌اند. بسیاری از مواد شیمیایی و محصولات جلبک دارای اهمیت اقتصادی هستند و به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند زیرا منبع خوبی از فیبر، مواد معدنی، آنتی اکسیدان‌ها، ویتامین‌ها، رنگدانه‌ها، استروئیدها، لکتین‌ها، ترکیبات هالوژنه، پلی ساکاریدها، پروتئین‌ها، اسیدهای چرب غیراشباع چندگانه و سایر لیپیدها هستند.
کاربردهای زیست محیطی جلبکها
سوخت زیستی
در حال حاظر تلاش‌هایی برای پرورش جلبکها در مقادیر زیاد برای ساخت بیواتانول، بیودیزل، بیوگازولین، بیوبوتانول، بیومتانول و سایر سوخت‌های زیستی در حال انجام است. از مزایای سوخت جلبکی این است که می‌توان آنها را با حداقل تأثیر بر منابع آب شیرین کشت کرد و همچنین زیست تخریب پذیر هستند و برای محیط زیست بی ضرراند.
تصفیه فاضلاب
استفاده از جلبک برای تصفیه فاضلاب مزیت بیشتری نسبت به تصفیه فاضلاب معمولی دارد. برخی از مزایای کلیدی عبارتند از:
– مقرون به صرفه بودن
-صرفه جویی در انرژی (فرآیندهای متعارف تصفیه فاضلاب شامل هوادهی می‌شود که نیاز به انرژی زیادی دارد در حالی که تصفیه‌های فاضلاب مبتنی بر جلبک اکسیژن مورد نیاز باکتری‌های هوازی را تولید می‌کنند)
-کاهش در تشکیل لجن (در تاسیسات سنتی تصفیه فاضلاب، لجن به دست آمده حاوی مواد زائد جامد خطرناکی است که در نهایت به محل دفن زباله راه پیدا می‌کند. با این حال، در تأسیسات تصفیه فاضلاب جلبکی، لجن حاصل با زیست توده جلبکی دارای مقدار زیادی انرژی است که می‌تواند برای تولید کودها یا سوخت‌های زیستی بیشتر پردازش شود)
-کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای (کارخانه‌های فاضلاب معمولی به طور قابل توجهی در تولید گازهای گلخانه‌ای نقش دارند ولی تصفیه فاضلاب مبتنی بر جلبک مقدار کربن دی اکسید را کاهش می‌دهد)
-تولید بیومس مفید جلبکی (زیست توده جلبکی به دست آمده منبع بیودیزل که یک نوع سوخت زیستی است)
بیوراکتور‌های جلبکی ( Photobioreactor / Bioreactor)
فتوبیوراکتور یا بیوراکتور جلبکی برای کشت جلبک برای تولید زیست توده یا کاهش انتشار دی اکسید کربن استفاده می‌شود. بیورآکتورهای جلبکی برای تولید سوخت‌هایی مانند بیواتانول و بیودیزل استفاده می‌شود. این فوتورآکتورها بر اساس واکنش فتوسنتزی انجام شده توسط جلبک‌های حاوی کلروفیل فعالیت می‌کنند.
سایر کاربردهای سازگار با محیط زیست
از آنجایی که جلبکها می‌توانند در شرایط سخت رشد کنند و به مواد مغذی زیادی نیاز ندارند، در مکان‌هایی که برای اهداف کشاورزی مناسب نیستند، کشت می‌شوند، بنابراین برای زمین‌های زراعی با گیاهان دیگر رقابت نمی‌کنند و همچنین از پساب، و نه آب شیرین استفاده می‌کنند.
جلبک ها برای رشد به دمای نسبتا بالا و نور زیاد خورشید نیاز دارند و رشدشان به فصل خاصی وابسته نیست.
جلبکها در آب دریا، حوضچه‌های بیابانی، در فاضلاب و آب‌های حاوی فسفات، نیترات و سایر آلاینده‌ها رشد می کنند.
از آنجایی که جلبکها درخنثی کردن کربن دی اکسید نقش دارند می‌توان مزارع جلبک را در نزدیکی پالایشگاه‌ها یا نیروگاه‌های تولید کربن قرار داد.
کاربردهای دارویی و پزشکی جلبک ها
جلبک‌های دریایی به عنوان منابع متابولیت‌های فعال زیستی توجه فزاینده‌ای را به خود جلب کرده‌اند و برای صنعت داروسازی در توسعه دارو مورد توجه قرار گرفته‌اند.
جلبکها دارای خواص بسیاری هستند که آن را در مقابل داروهای مصنوعی متمایز می‌کند:
خواص آنتی اکسیدان
قوی‌ترین آنتی اکسیدان‌های محلول در آب که در جلبکها یافت می شوند، پلی فنول‌ها، فیکوبیلیپروتئین‌ها و ویتامین‌ها هستند. آنتی اکسیدان‌ها با جلوگیری از پیشرفت ضایعات تقریبا بدخیم و از بین بردن رادیکال‌های آزاد و اکسیژن فعال به مهار رشد سرطان کمک می‌کنند.
همچنین آنتی اکسیدان‌ها کلید مبارزه با بیماری‌های مختلف از جمله اختلالات مزمن، بیماری های قلبی عروقی و التهاب هستند.
پلی فنول‌هایی که بیشتر در جلبک‌های دریایی یافت می‌شوند، دارای خواص آنتی‌اکسیدانی خوبی هستند که به عنوان فولوروتانین نیز شناخته می‌شوند.
فعالیت ضد سرطان
بیشتر جلبک های دریایی دارای خواص آنتی بیوتیکی خوبی هستند که بسیاری از بیماری‌های خطرناک را مهار می‌کنند.
خواص ضد ویروسی
محققان به خاصیت ضد ویروسی موجود در جلبک قهوه ای پی بردند که به طور کامل ویروس را مهار می کند و این کشف منجر به بوجود آمدن شیمی درمانی ضد ویروسی شده است. اکنون، پلی ساکاریدهای جلبکی وجود دارند که در برابر ویروس‌های خاص استفاده می‌شوند.
کاروتنوئیدها
ریزجلبک‌ها به‌طور گسترده برای مکمل‌های غذایی مورد استفاده قرار می‌گیرند و گونه‌های کلرلا، دونالیلا، هماتوکوکوس، اسپیرولینا و آفانیزومنون به طور گسترده توسط محققان برای پتانسیل آنها در این حوزه مورد ارزیابی قرار گرفته‌اند.
عصاره کلرلا، اسپیرولینا خواص آنتی اکسیدانی، ضد التهابی و ضد توموری خوبی دارد.
هماتوکوکوس دارای ویتامین‌های زیادی است که استفاده از آن را برای رشد مواد غذایی مورد توجه قرار می‌دهد. آفانیزومنون نقش مهمی در کنترل کلسترول و تحریک عملکرد کبد دارد و همچنین در درمان بسیاری از مشکلات پوستی استفاده می‌شود.
داروهای جلبکی
جلبکها می توانند برای ساخت داروهای سرطانی پیچیده و هدفمند استفاده شوند. محققان و دانشمندان بر روی جلبک‌های کوچک دستکاری شده ژنتیکی کار می‌کنند که می‌توانند برای از بین بردن سلول‌های سرطانی مضر و درمان تومور استفاده شوند.
جلبکها توانایی زیادی در تا کردن پروتئین‌ها به ساختارهای سه بعدی پیچیده دارند، برای مثال، در سن دیگو آنتی بادی‌های انسانی با موفقیت توسط جلبکها تولید شد.
کاربردهای غذایی جلبکها
جلبکها به عنوان غذای فرآوری شده و فرآوری نشده دارای ارزش تجاری سالانه چندین میلیارد دلار هستند.
عصاره جلبک معمولاً در تهیه غذاها و سایر محصولات مورد استفاده قرار می‌گیرد و مصرف مستقیم جلبک برای قرن‌ها در رژیم غذایی جوامع آسیای شرقی و جزیره اقیانوس آرام وجود داشته است.
جلبک قرمز نوری یا لور (پورفیرا) مهمترین جلبک غذایی تجاری است. تنها در ژاپن، تقریباً 100000 هکتار از خلیج‌ها و دریاهای کم عمق برای کشت این محصول استفاده می‌شود.
همچنین، یک گونه جلبک سبز وجود دارد که در مخازن آب رشد می‌کند و زمانی که در معرض نور خورشید و گرما قرار می‌گیرد به رنگ قرمز روشن در می‌آید و می‌تواند به عنوان یک رنگدانه طبیعی در غذاها استفاده شود.
کاربردهای صنعتی جلبکها
آگار که عمدتاً از گونه‌های جلبک‌های قرمز مانند Gelidium، Gracilaria، Pterocladia، Acanthopeltis و Ahnfeltia استخراج می‌شود، در صنایع کنسرو سازی و شراب سازی استفاده می‌شود.
آگار همچنین به طور گسترده در تحقیقات آزمایشگاهی به عنوان بستری برای رشد باکتری‌ها، قارچ‌ها و جلبکها در کشت‌های خالص و به عنوان بستری برای کشت سلول‌های یوکاریوتی و کشت بافت استفاده می‌شود.
جلبکها را می توان برای تولید هیدروژن کشت کرد. در سال 1939، محقق آلمانی، هانس گریفون، کشف کرد که جلبک Chlamydomonas reinhardtii، می‌تواند یه جای تولید اکسیژن، به تولید هیدروژن روی بیاورد.
جلبکها می‌توانند به عنوان اصلاح کننده خاک، کود و به عنوان منبع تغذیه دام استفاده شوند.
از آنجایی که تعدادی از گونه‌های جلبک میکروسکوپی و آبزی هستند، در حوضچه‌ها یا مخازن شفاف قرار می‌گیرند و برای تصفیه پساب‌های پمپ شده از استخرها استفاده می‌شوند.
از جلبک می‌توان به عنوان منبع قند نیز استفاده کرد.
جلبکها رنگدانه‌های طبیعی تولید می‌کنند که می توان از آنها به جای مواد رنگی و رنگ‌های شیمیایی استفاده کرد.
محصولات کاغذی تولید شده در حال حاضر به دلیل استفاده از جوهرهای شیمیایی به راحتی قابل بازیافت نیستند و به گفته بازیافت‌کنندگان، جوهر جلبک به راحتی تجزیه می‌شود به محیط زیست آسیب نمی‌زند.
جلبکها همچنین می‌توانند در ساخت لوازم آریشی مورد استفاده قرار بگیرند.
در اخر در کنار تمام کاربرد ها، جلبک ها نیز گاهی می‌توانند مضر باشند؛ برای مثال، برخی از گونه‌های جلبک سمومی تولید می‌کنند که برای ماهی‌ها کشنده است و یا صدف‌ها و باله‌ماهی‌ها را برای مصارف غذایی آلوده و نا امن می‌کنند.
داینوفلاژل‌ها، مسئول جزر و مد قرمز هستند که نه تنها سمومی را در آب آزاد می‌کنند که ممکن است برای آبزیان کشنده باشد، بلکه ممکن است سمی آزاد کنند که با باد پخش شده و می‌تواند باعث مشکلات تنفسی موجودات شود.
چشم‌اندازه صنعت تولید جلبکها در ایران
پرورش جلبک دریایی برای مصارف مختلف درایران، 14 مزرعه رسمی ثبت شده ر به خود اختصاص داده و سال گذشته حدود ۷ تن جلبک خشک در کشور تولید شده است.
در حال حاضر چند طرح بزرگ در زمینه تولید جلبک در ایران در مناطقی مانند استان سیستان و بلوچستان و هرمزگان حال اجرا است و پیش بینی می‌شود با اجرای این طرح‌ها، تولید جلبک در سال آینده به حدود ۱۵ تن افزایش یابد.
همچنین، اسپیرولینا، که به عنوان یک منبع غذایی مهم در دنیا در نظر گرفته می‌شود، در ایران توسط یک شرکت دانش بنیان تولید می‌شود. این جلبک نه فقط در صنایع غذاییف بلکه در صنایع غذایی ، دارویی و بهداشتی کاربردهای متعددی دارد.
همچنین، جلبک اسپیرولینا تاثیر مستقیمی در ایمنی بدن داشته و می‌تواند جایگزین مکمل‌های غذایی بشود. پیش از این، تولید اسپیرولینا فقط توسط کشور‌های آمریکا، چین، فرانسه و هند انجام می‌شد.
تولید این جلبک مهم، در فضایی به وسعت 1500 متر مربع با کیفیت و درصد پروتئین بسیار بالا انجام می شود .
در کنار تولید این نوع از جلبک، ریز جلبکها مانند جلبک دونالیئلا سالینا نیز اکنون در ایران تولید می‌شوند.
مصرف سالانه روغن در ایران بالاتر از میانگین جهانی بوده و می‌تواند موجب افزایش بیماری‌های قلبی و عروقی شود؛ در راستای این موضوع و یافتن جاگزین مناسب، اکنون محققان توانسته‌اند در ایران برای اولین بار در ایران، روغن جلبک را تولید کنند.
تهیه شده در آکادمی بیوتکنولوژی
نویسنده: زهرا جهان‌بخش
منابع:
- https://www.britannica.com/science/algae
- https://www.thoughtco.com/major-types-of-algae-373409
- https://www.azocleantech.com/article.aspx?ArticleID=372#:~:text=Algae%20can%20be%20used%20for%20medicine%20manufacture%2C%20sewage%20treatment%20and,for%20foods%20such%20as%20Salmon
- https://www.rroij.com/open-access/the-role-of-algae-in-pharmaceutical-development-.php?aid=79686
یک نظر