Τα εκχυλίσματα Φυκιών ως βιοδιεργέτες

Τα θαλάσσια φύκη χρησιμοποιούνται από την αρχαιότητα για γεωργική χρήση, προς βελτίωση της εδαφικής γονιμότητας και παραγωγικότητας. (Khan et al., 2009). Υπάρχουν ενδείξεις για τη χρήση θαλάσσιων φυκών στην αρχαία Ιαπωνία, βάσει της θεάς της τροφής «Ukimochi», για την εφαρμογή τους στη γεωργική πράξη στη Ρωμαϊκή αυτοκρατορία και σε πολλούς άλλους αρχαίους πολιτισμούς για χρήση στην ιατρική, στη φαρμακολογία και υφαντουργία (Battacharyya et al., 2015, Khan et al., 2009). Έχει εκτιμηθεί ότι υπάρχουν πάνω 8.000 είδη, τα οποία ταξινομούνται σε διάφορες ομάδες. Η γενικού τύπου κατηγοριοποίηση γίνεται, με βάση το χρωματισμό τους σε τρεις κύριες ομάδες: 

  1. Καστανά (Phaeophyta) 
  2. Κόκκινα (Rhodophyta) 
  3. Πράσινα (Chlorophyta) 

Τα καστανά φύκη είναι η δεύτερη πιο άφθονη ομάδα, αποτελούμενη από περίπου 2.000 είδη, με το Ascophyllum nodosum L. να είναι το πιο μελετημένο και σύνηθες στη γεωργική πράξη (Kaluzewicz et. al., 2017).

Η σύνθεση εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την μέθοδο εκχύλισης. Αυτό συμβαίνει γιατί, χρησιμοποιώντας διαφορετικές τεχνικές εκχύλισης, απομονώνονται διαφορετικές ενώσεις, με διαφορετικό μηχανισμό δράσης (Michalak et. al., 2016).

Εκτός  από  την πηγή  και  την  επιλογή  της διαδικασίας εκχύλισης, σημαντική παράμετρος για τον καθορισμό του μείγματος των συστατικών, είναι η εποχή συλλογής, η θερμοκρασία και το είδος του φύκους.

Σύμφωνα με τον du Jarbin, (2015), τα συνηθέστερα εμπορικά εκχυλίσματα προέρχονται κυρίως από τα καστανά φύκη: 

⮚ Ascophyllum nodosum. 

⮚ Durvillaea potatorum. 

⮚ Laminarias spp. 

⮚ Ecklonia maxima. 

⮚ Sargassum spp. 

Σε κάθε περίπτωση, στόχος αυτών των σκευασμάτων δεν είναι η παροχή θρέψης στα φυτά αλλά η ενίσχυση του μεταβολισμού τους, η μείωση αβιοτικού stress κ.α. Σημειώνεται ότι, τα εκχυλίσματα είναι ενεργά ως βιοδιεγέρτες σε αρκετά χαμηλές συγκεντρώσεις (αραιωμένα σε αναλογία 1:1.000), υποδηλώνοντας ότι οι παρατηρούμενες επιδράσεις στη φυσιολογία του φυτού, είναι διαφορετικές από αυτές που σχετίζονται με την άμεση θρέψη.

Τα εκχυλίσματα φυκών (SWE), ενισχύοντας την αξιοποίηση των θρεπτικών συστατικών, τη μικροβιακή δραστηριότητα και συμβάλλοντας στην βελτίωση των εδαφικών, ευνοούν την βλαστικότητα και φυτρωτικότητα του σπόρου. Επίσης, ενισχύουν την ανάπτυξη των φυτών, την άνθηση, την καρπόδεση, τις αποδόσεις και την ποιότητα. Παράλληλα συμβάλλουν στην εξασφάλιση αντοχής, σε κάθε τύπου αβιοτική καταπόνηση. Οι ευεργετικές ιδιότητες των συγκεκριμένων βιοδιεγερτών, προκύπτουν και κάτω από τις μόνιμες συνθήκες έντονου αβιοτικού stress, στις οποίες αναπτύσσονται. Προκειμένου να προσαρμοστούν κατάλληλα σε αυτές τις συνθήκες, ανέπτυξαν ενώσεις, οι οποίες βοηθούν την ανάπτυξή τους, όπως οι φυτικές ορμόνες ανάπτυξης κ.α.

Τα εκχυλίσματα φυκών περιέχουν μια ποικιλία φυτικών ορμονών συμπεριλαμβάνοντας, κυτοκινίνες (CKs), αυξίνες, αμπισιστικό οξύ (ABA), γιββερελλικό οξύ (GAs) και σαλικυλικό οξύ.

Επίσης, ο Milton (1962), απέδειξε ότι τα εχκυλίσματα φυκών παρουσιάζουν αυξημένη ικανότητα διατήρησης εμπλουτισμένων μιγμάτων ιχνοστοιχείων (Cu, Co, Zn, Μn, Fe, Ni, Mo και Β) σε διαλυτή μορφή, για γεωργικές εφαρμογές. Ταυτόχρονα, αναφέρονται ως «χηλικοί παράγοντες», ευνοϊκότερης αξιοποίησης των ανόργανων θρεπτικών συστατικών και βελτίωσης των εδαφικών συνθηκών.

Τα τελευταία χρόνια με τη χρήση τεχνικών μοριακής βιολογίας, όπως η μεταβολομική και η γονιδιωματική, εκτιμήθηκε ότι οι παρατηρούμενες επιδράσεις των εκχυλισμάτων φυκών στους φυτικούς οργανισμούς, προκύπτουν από τη δράση ορισμένων οργανικών μορίων και πολυμερών, τα οποία ρυθμίζουν την έκφραση συγκεκριμένων γονιδίων επαγωγής της ανάπτυξης και αντοχής στο  αβιοτικό stress. Φυτά στα οποία εφαρμόστηκαν εκχυλίσματα φυκών παρουσίασαν:

  1. Αυξημένη φωτοσυνθετική δραστηριότητα (έκφραση γονιδίων σχετιζόμενων με την διαδικασία της Rubisco).
  2. Αυξημένη περιεκτικότητα σε Άζωτο (N) και Θείο (S). 
  3. Αυξημένη αντιοξειδωτική ικανότητα (μείωση ROs).
  4. Ενισχυμένη σύνθεση αμύλου.
Εικόνα 1 Σχηματική απεικόνιση των κύριων λειτουργιών των εκχυλισμάτων φυκών (ΣΠΕΛ, 2019)
ΠΙΣΩ ΣΤΑ ΑΡΘΡΑ