الطحالب الدقيقة: الخصائص والتصنيف والتطبيقات
الطحالب المجهرية كائنات حية حقيقية النواة ، أي أنها تحصل على الطاقة من الضوء وتوليف غذائها. أنها تحتوي على الكلوروفيل والأصباغ التبعي الأخرى التي تمنحهم كفاءة التمثيل الضوئي كبيرة.
وهي أحادية الخلية ، استعمارية - عندما يتم تأسيسها على أنها مجاميع - وخيطية (مفردة أو مستعمرة). إنها جزء من العوالق النباتية ، إلى جانب البكتيريا الزرقاء (بدائيات النوى). Phytoplankton هي مجموعة من الكائنات الحية الدقيقة الضوئية المائية التي تطفو بشكل سلبي أو قللت من الحركة.
توجد الطحالب المجهرية 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.
ملامح
المنتجون الذين يستخدمون أشعة الشمس كمصدر للطاقة
غالبية الطحالب الدقيقة تقدم تلوينًا أخضر لأنها تحتوي على الكلوروفيل (صبغة نبات رباعي الرقائق) ، مستقبلة ضوئية للطاقة المضيئة التي تسمح بتنفيذ عملية التمثيل الضوئي.
ومع ذلك ، فإن بعض الطحالب المجهرية تقدم لونًا أحمر أو بني ، لأنها تحتوي على زانثوفيل (أصباغ كاروتينويد صفراء) ، والتي تحجب اللون الأخضر.
الموائل
أنها تعيش في بيئات مائية مختلفة حلوة ومالحة وطبيعية ومصطنعة (مثل حمامات السباحة وخزانات الأسماك). بعضها قادر على النمو في التربة ، في الموائل الحمضية وداخل الصخور المسامية (اللبية) ، في أماكن جافة جداً وباردة جداً.
تصنيف
تمثل الطحالب المجهرية مجموعة غير متجانسة للغاية ، لأنها متعددة الحبيبات ، أي أن المجموعات تنحدر من الأنواع من أسلاف مختلفة.
لتصنيف هذه الكائنات الحية الدقيقة ، تم استخدام العديد من الخصائص ، من بينها: طبيعة الكلوروفيل ومواد احتياطي الطاقة الخاصة بها ، وهيكل جدار الخلية ونوع الحركة التي توفرها.
طبيعة الكلوروفيل
تمثل غالبية الطحالب نوع الكلوروفيل (أ) والقليل منها يمثل نوعًا آخر من الكلوروفيل المشتق منه.
العديد منهم ملزمون بالصور الفوتوغرافية ولا ينموون في الظلام. ومع ذلك ، فإن البعض ينمو في الظلام ويهدر السكريات والأحماض العضوية البسيطة في غياب الضوء.
على سبيل المثال ، يمكن لبعض الأساطيل والكلوروفيت استخدام الأسيتات كمصدر للكربون والطاقة. يستوعب البعض الآخر المركبات البسيطة في وجود الضوء (الضمور الضوئي) ، دون استخدامها كمصدر للطاقة.
البوليمرات القائمة على الكربون كاحتياطي للطاقة
وكمنتج لعملية التمثيل الضوئي ، تنتج الطحالب المجهرية مجموعة كبيرة ومتنوعة من بوليمرات الكربون التي تعمل كاحتياطي للطاقة.
على سبيل المثال ، تولد الطحالب الدقيقة لقسم الكلوروفيتا نشا احتياطيا (α-1،4-D-glucose) ، يشبه إلى حد بعيد نشا النباتات العليا.
هيكل جدار الخلية
تقدم جدران الطحالب المجهرية مجموعة كبيرة ومتنوعة من التركيبات الكيميائية. قد يتكون الجدار من ألياف السليلوز ، عادةً مع إضافة الزيلان ، البكتين ، المانان ، الأحماض الألجينية أو حمض الفوشيك.
في بعض الأعشاب البحرية التي تسمى الكالسيوم أو المرجان ، يعرض جدار الخلية ترسب كربونات الكالسيوم ، في حين أن البعض الآخر يحتوي على الكيتين.
الدياتومات ، من ناحية أخرى ، لديها السيليكون في جدارها الخلوي ، والتي تضاف إليها السكريات والبروتينات ، وتشكيل قذائف من التماثل الثنائي أو شعاعي (الإحباط). هذه القذائف لا تزال سليمة لفترة طويلة ، وتشكيل الحفريات.
الطحالب الدقيقة الأوجينية ، على عكس سابقاتها ، تفتقر إلى جدار الخلية.
نوع التنقل
الطحالب الدقيقة يمكن أن تقدم سوط (مثل Euglena و dinoflagellates) ، ولكن لا يوجد أهداب. من ناحية أخرى ، فإن بعض الطحالب المجهرية تعرقل الحركة في طورها الخضري ، ومع ذلك ، يمكن أن تكون أمشاشها متحركة.
تطبيقات التكنولوجيا الحيوية
الغذاء البشري والحيواني
في الخمسينيات ، بدأ العلماء الألمان في زراعة الطحالب المجهرية بكميات كبيرة للحصول على الدهون والبروتينات التي تحل محل البروتينات الحيوانية والنباتية التقليدية ، وذلك بهدف تغطية استهلاك الماشية والإنسان.
في الآونة الأخيرة ، من المتوقع أن تكون زراعة الطحالب الضخمة واحدة من احتمالات مكافحة الجوع وسوء التغذية في العالم.
تحتوي الطحالب المجهرية على تركيزات غير عادية من العناصر الغذائية ، وهي أعلى من تلك التي لوحظت في أي نوع من أنواع النباتات العليا. غرام يومي من الطحالب هو بديل لتكملة نظام غذائي ناقص.
مزايا استخدامه كغذاء
من بين مزايا استخدام الطحالب الدقيقة كغذاء ، لدينا ما يلي:
- سرعة عالية لنمو الطحالب المجهرية (فهي تنتج عائدًا أكبر بـ 20 مرة من فول الصويا لكل وحدة مساحة).
- يولد فوائد مقاسة في "الملف الدموي" وفي "الوضع الفكري" للمستهلك ، عن طريق تناول جرعات يومية صغيرة كملحق غذائي.
- نسبة عالية من البروتين مقارنة بالأطعمة الطبيعية الأخرى.
- تركيز عال من الفيتامينات والمعادن: إن تناول 1 إلى 3 غرامات يوميًا من المنتجات الثانوية المصغرة ، يوفر كميات ملحوظة من البيتا كاروتين (بروفيتامين أ) وفيتامينات E و B المعقدة وعناصر الحديد والتتبع.
- مصدر غذائي نشط للغاية (مقارنة بالجينسنغ وحبوب اللقاح التي يجمعها النحل).
- ينصح بها للتدريب كثافة عالية.
- نظرًا لتركيزه ووزنه المنخفض وسهولة النقل ، فإن المستخلص الجاف للطحالب المجهرية مناسب كغذاء غير قابل للتلف لتخزينه تحسباً لحالات الطوارئ.
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 سمك السلمون والقشريات مع أصباغها.
على سبيل المثال ، يتم استخدامه كغذاء لصدفتين في جميع مراحل النمو ؛ بالنسبة للمراحل اليرقية لبعض الأنواع من القشريات وللمراحل المبكرة لبعض الأنواع السمكية.
أصباغ في صناعة المواد الغذائية
تستخدم بعض أصباغ الطحالب الدقيقة كإضافات في الأعلاف لزيادة تصبغ لحوم الدجاج وصفار البيض ، وكذلك لزيادة خصوبة الماشية.
تستخدم هذه الأصباغ أيضًا كملونات في منتجات مثل السمن والمايونيز وعصائر البرتقال والآيس كريم والجبن ومنتجات المخابز.
الطب البشري والبيطري
في مجال الطب البشري والبيطري ، يتم التعرف على إمكانات الطحالب الدقيقة ، وذلك بسبب:
- إنها تقلل من خطر الإصابة بأنواع مختلفة من السرطان وأمراض القلب والعيون (بفضل محتواه في اللوتين).
- فهي تساعد على منع وعلاج أمراض القلب التاجية ، وتراكم الصفائح الدموية ، ومستويات غير طبيعية من الكوليسترول ، كما أنها واعدة للغاية لعلاج بعض الأمراض العقلية (بسبب محتوى أوميغا 3).
- أنها تقدم عمل مضاد للولادة ، وتحفيز الجهاز المناعي ، والحد من ارتفاع ضغط الدم وإزالة السموم.
- أنها تقدم عمل مبيد للجراثيم ومضاد للتخثر.
- زيادة التوافر الحيوي للحديد.
- تم إنشاء أدوية تعتمد على الطحالب العلاجية والوقاية من التهاب القولون التقرحي ، التهاب المعدة وفقر الدم ، من بين حالات أخرى.
الأسمدة
تستخدم الطحالب الدقيقة كأسمدة بيولوجية ومكيفات التربة. هذه الكائنات الحية الدقيقة الضوئية تغطي بسرعة التربة المحذوفة أو المحترقة ، مما يقلل من خطر التآكل.
بعض الأنواع تفضل تثبيت النيتروجين ، وقد مكنت ، على سبيل المثال ، زراعة الأرز في الأراضي التي غمرتها المياه لعدة قرون ، دون إضافة الأسمدة. وتستخدم الأنواع الأخرى لتحل محل الجير في الأسمدة المركبة.
تجميلي
تم استخدام مشتقات الطحالب الدقيقة في معاجين الأسنان المخصبة ، والتي تقضي على البكتيريا التي تسبب تسوس الأسنان.
كما تم تطوير الكريمات بما في ذلك هذه المشتقات لخصائصها المضادة للأكسدة والأشعة فوق البنفسجية.
معالجة المياه العادمة
يتم استخدام الطحالب المجهرية في عمليات تحويل المادة العضوية من المياه العادمة ، وتوليد الكتلة الحيوية والمياه المعالجة للري. في هذه العملية ، توفر الطحالب الدقيقة الأكسجين الضروري للبكتيريا الهوائية ، مما يؤدي إلى تدهور الملوثات العضوية.
مؤشرات التلوث
بالنظر إلى الأهمية البيئية للطحالب الدقيقة كمنتجين رئيسيين للبيئات المائية ، فهي مؤشرات على التلوث البيئي.
بالإضافة إلى ذلك ، لديهم قدرة كبيرة على تحمل المعادن الثقيلة مثل النحاس والكادميوم والرصاص ، وكذلك الهيدروكربونات المكلورة ، والتي يمكن أن تكون مؤشرات على وجود هذه المعادن.
الغاز الحيوي
بعض الأنواع (على سبيل المثال ، Chlorella و Spirulina ) ، استخدمت لتنقية الغاز الحيوي ، لأنها تستهلك ثاني أكسيد الكربون كمصدر للكربون غير العضوي ، بالإضافة إلى التحكم في نفس الوقت في درجة حموضة الوسط.
الوقود الحيوي
تقوم الطحالب الحيوية بتصنيع مجموعة واسعة من المنتجات الحيوية الحيوية تجارياً ، مثل الدهون والزيوت والسكريات والمركبات النشطة بيولوجيًا.
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 كبديل لمنتجات تكرير الوقود الأحفوري. هذا ليس مستغربا ، بالنظر إلى أن معظم النفط يعتقد أنه نشأ من الطحالب الدقيقة.
تم دراسة نوع واحد ، Botryococcus braunii ، على وجه الخصوص ، على نطاق واسع. من المتوقع أن يصل إنتاج زيت الطحالب المجهرية إلى 100 مرة أعلى من محاصيل الأراضي ، من 7500 إلى 24000 لتر من النفط لكل فدان في السنة ، مقارنة مع بذور اللفت والنخيل ، إلى 738 و 3690 لتر ، على التوالي. .
