اسیدهای آمینه و نقش آن ها در کشاورزی

یکی از اهداف مهم در کشاورزی پایدار استفاده از کودهای زیستی و موثر به منظور بهبود رشد و افزایش کمی و کیفی محصولات است. ترکیبات حاوی آمینو اسیدها یکی از موثرترین انواع این کودها هستند. اسید آمینه در کشاورزی از اجزای بنیادی در مراحل آغازین سنتز پروتئین‌ها به حساب می‌آیند. در حدود 20 نوع اسید آمینه مهم در هریک از فرآیندهای تابع سنتز پروتئین‌ها در سلول درگیر هستند که می‌توانند به طور مستقیم تاثیر بسیار زیاد و مهمی در فعالیت‌های حیاتی و ساختارهای گیاهی داشته باشند.

انواع اسید آمینه

اسید آمینه در کشاورزی به دو دسته ضروری و غیر ضروری تقسیم‌ بندی می‌شوند و می توانند به طور مستقیم و غیرمستقیم بر فعالیت‌های بیولوژیکی گیاه تاثیر بگذارند. اسید آمینه ضروری به آن دسته از اسید آمینه در کشاورزی گفته می‌شود که گیاه قادر به سنتز آن‌ها نبوده و باید در اختیار گیاه قرار بگیرد (آرژنین، هیستیدین، ایزولوسین، لوسین، لیزین، متیونین، فنیل آلانین، ترئونین، تریپتوفان و والین) و اسید آمینه غیرضروری به آن دسته‌‌ای می‌گویند که گیاه قادر به سنتز آنها می‌ باشد(آلانین، آسپارتیک اسید، آسپارانین، ،سیستئین، گلوتامیک اسید، گلوتامین، گلیسین، پرولین، سرین و تیروزین).

فرآیند تولید آمینو اسید توسط گیاه

گیاهان بر خلاف سایر موجودات قادرند توسط عناصر اولیه (کربن، اکسیژن، هیدروژن، نیتروژن) در طی فرآیند فتوسنتز آمینو اسید بسازند. اسید آمینه در کشاورزی از طریق روزنه‌ها و به مقدار کمتر از طریق غشاء سلولی جذب شده و چند ساعت پس از جذب به قسمت‌های رشد هدایت می‌شوند. در طی تنش‌ها و شرایط نامساعد محیطی ساخت آمینو اسید توسط گیاه متوقف یا دچار اختلال می‌شود.

استفاده از ترکیبات حاوی اسیدهای آمینه با تامین اسیدهای آمینه ضروری این امکان را به گیاه می‌دهد تا انرژی ذخیره شده خود را صرف رشد و بالا بردن عملکرد و کیفیت محصول نماید. پس از ورود آمینو اسید ها به سلول به واسطه خلوص بسیار بالا، گیاه به راحتی این مواد را درون خود پذیرفته و در نتیجه گیاه قادر است مقداری از انرژی خود را ذخیره کرده و در نتیجه در برابر بسیاری از تنش‌های محیطی پایداری متابولیکی از خود بروز دهد.

همچنین اسیدهای آمینه که توسط  گیاهان و در درون خود گیاه تولید می‌شوند نیز با کود آمینو اسیدهایی که به صورت کود مایع مخلوط شده با آب و همراه با آبیاری در اختیار گیاه قرار می‌گیرند، یکی و ترکیب شده شده و در ساختمان خاک و ساختار آن قرار داده می‌شوند. این اسید آمینه در کشاورزی که در خاک استقرار می‌یابند و به خاک اضافه می‌شوند باعث بهبود ساختار خاک و به طور کلی به فلور گیاهی خاک کمک می‌کنند و با این کار جذب و دریافت مواد مورد نیاز و مفید خاک را توسط ریشه گیاهان آسان می‌کنند. همچنین باعث می‌شوند که مواد مورد نیاز و مفید به طور یکسان از طریق خاک جذب گیاه شود.

اسید آمینه در کشاورزی

اسیدهای آمینه در گیاهان چه نقش‌های دارند؟

مقاومت گیاهان نسبت به تنش‌ها

گیاهان در طول زندگی خود با شرایط محیطی و اقلیمی مختلفی مواجه می‌شوند که ممکن است تأثیرات منفی قابل توجهی بر رشد و تولید آنها داشته باشد. این شرایط که به عنوان تنش‌های زیستی و غیرزیستی شناخته می‌شوند، می‌توانند به کاهش متابولیسم‌های گیاهی و در نتیجه کاهش کمیت و کیفیت محصولات منجر شوند. برخی از رایج‌ترین تنش‌ها شامل دمای بالا، سرمای شدید، یخبندان، تنش‌های آبی، شوری خاک، و جابجایی یا انتقال گیاهان به محیط‌های جدید هستند. این عوامل، به‌خصوص در مناطقی که آب‌وهوای ناپایدار و یا کشاورزی دیم دارند، مشکلات جدی برای کشاورزان ایجاد می‌کنند.

اثرات منفی تنش‌های محیطی بر گیاهان

وقوع این تنش‌ها می‌تواند فرآیندهای زیستی مهمی مانند فتوسنتز، جذب مواد مغذی، رشد و توسعه ریشه‌ها و اندام‌های هوایی را تحت تأثیر قرار دهد. برای مثال، دمای بالا می‌تواند باعث تخریب ساختارهای پروتئینی و اختلال در تعادل هورمونی گیاه شود که به کاهش رشد و افزایش آسیب‌های فیزیولوژیکی می‌انجامد. به طور مشابه، سرمای شدید و یخبندان باعث آسیب به سلول‌های گیاه و ترکیدگی دیواره‌های سلولی شده و در نهایت منجر به مرگ گیاه می‌شود. تنش‌های آبی نیز به عنوان یکی از مهم‌ترین مشکلات کشاورزی در بسیاری از مناطق خشک و نیمه‌خشک دنیا، باعث کاهش شدید عملکرد محصولات و کاهش کیفیت آنها می‌شود.

نقش اسیدهای آمینه در افزایش مقاومت گیاهان

در این شرایط، استفاده از اسیدهای آمینه به عنوان یک راه‌حل مؤثر برای کاهش اثرات منفی تنش‌های محیطی مطرح می‌شود. اسید آمینه در کشاورزی ترکیباتی آلی هستند که علاوه بر نقش حیاتی در ساخت پروتئین‌ها، به عنوان تنظیم‌کننده‌های متابولیکی و فیزیولوژیکی در گیاهان عمل می‌کنند. آنها می‌توانند با افزایش مقاومت گیاه در برابر شرایط نامساعد محیطی، بهبود فرآیندهای ترمیمی و محافظتی را تسریع کرده و گیاهان را قادر سازند تا بهتر با این چالش‌ها سازگار شوند.

استفاده از کودهای حاوی اسید آمینه در کشاورزی در دوره‌های مختلف رشد گیاه، از جمله قبل، حین و بعد از بروز استرس‌های محیطی، به عنوان یکی از راهکارهای مؤثر در کاهش خسارت‌ها به کار می‌رود. این کودها به گیاهان کمک می‌کنند تا بهتر با تغییرات دما، کمبود آب، یا شوری خاک مقابله کنند و در نتیجه عملکرد محصولات را حفظ و حتی بهبود بخشند.

اسید آمینه در کشاورزی

نقش انواع اسیدهای آمینه در مقابله با تنش‌ها

برخی از اسید آمینه در کشاورزی خاص به‌طور ویژه در کاهش اثرات تنش‌ها نقش دارند. برای مثال:

• لوسین: این اسید آمینه نقش مهمی در تنظیم تعادل هورمونی گیاه در مواجهه با تنش‌های حرارتی دارد. لوسین به گیاهان کمک می‌کند تا در برابر دماهای بالا مقاومت بیشتری نشان دهند و عملکرد سیستم‌های زیستی خود را بهبود بخشند.
• ایزولوسین و والین: این دو اسید آمینه نیز به بهبود فرآیندهای متابولیکی و محافظتی گیاه در برابر تنش‌های دمایی و آبی کمک می‌کنند. آنها باعث تقویت سیستم ایمنی گیاه و افزایش تولید ترکیبات محافظتی مانند پروتئین‌های شوک حرارتی می‌شوند که از آسیب سلول‌ها جلوگیری می‌کنند.
• آرژنین: این اسید آمینه یکی از مهم‌ترین ترکیبات در تنظیم اسمزی سلول‌ها و افزایش تحمل گیاه نسبت به شوری خاک و تنش‌های آبی است. آرژنین باعث بهبود جذب آب و مواد مغذی در شرایط خشکی و افزایش تحمل گیاه در برابر کمبود آب می‌شود.

کاهش آسیب به متابولیسم گیاهی

اسید آمینه در کشاورزی با کاهش اثرات مخرب تنش‌های محیطی بر متابولیسم گیاهی، باعث حفظ تعادل فعالیت‌های زیستی در گیاهان می‌شوند. برای مثال، در شرایط کمبود آب یا شوری، گیاهان با مشکل در جذب و انتقال آب و مواد مغذی مواجه می‌شوند که منجر به کاهش فتوسنتز و توقف رشد می‌شود. استفاده از اسیدهای آمینه می‌تواند از طریق بهبود فعالیت آنزیم‌های مرتبط با تنظیم اسمزی و تقویت ساختار سلولی، این مشکلات را کاهش دهد و گیاه را به حالت طبیعی بازگرداند.

تاثیر بر رشد و توسعه ریشه‌ها

یکی از تأثیرات مثبت استفاده از اسیدهای آمینه در مقابله با تنش‌های محیطی، تقویت رشد و توسعه ریشه‌ها است. ریشه‌های قوی و سالم، توانایی بیشتری در جذب آب و مواد مغذی دارند و به گیاه کمک می‌کنند تا در شرایط تنش‌زا بهتر عمل کند. اسیدهای آمینه باعث تقویت سیستم ریشه‌ای می‌شوند و با افزایش تولید هورمون‌های ریشه‌زا مانند اکسین، رشد ریشه‌ها را تحریک می‌کنند. این فرآیند به گیاهان کمک می‌کند تا در برابر کمبود آب و مواد مغذی مقاومت بیشتری از خود نشان دهند.

افزایش سرعت ترمیم و بازسازی بافت‌های گیاهی

در شرایطی که گیاهان با آسیب‌های ناشی از تنش‌های محیطی مانند یخبندان، آفتاب‌سوختگی یا تنش‌های مکانیکی مواجه می‌شوند، اسید آمینه در کشاورزی با تسریع فرآیند ترمیم و بازسازی بافت‌های آسیب‌دیده، به بهبود سریع‌تر گیاه کمک می‌کنند. این ترکیبات با تحریک سنتز پروتئین‌ها و سایر مولکول‌های ضروری برای ترمیم سلول‌ها، زمان بازیابی گیاه را کاهش داده و باعث افزایش مقاومت گیاه در برابر آسیب‌های آتی می‌شوند.

بهبود تحمل گیاهان در برابر سرما و یخبندان

یکی دیگر از مزایای استفاده از اسید آمینه در کشاورزی، افزایش تحمل گیاهان در برابر سرما و یخبندان است. اسید آمینه در کشاورزی می‌توانند با تقویت ساختار دیواره‌های سلولی و بهبود تولید مواد حفاظتی مانند آنتی‌اکسیدان‌ها و پروتئین‌های حفاظتی، از ترکیدگی سلول‌ها و آسیب‌های ناشی از یخ‌زدگی جلوگیری کنند. این ویژگی به ویژه در مناطقی که با سرمای شدید یا یخبندان‌های مکرر روبرو هستند، بسیار حیاتی است و می‌تواند باعث افزایش بقا و تولید محصول در این مناطق شود.

اسید آمینه در کشاورزی

افزایش کمی و کیفی محصول

استفاده از اسید آمینه در کشاورزی به‌طور قابل‌توجهی باعث بهبود کیفیت و کمیت محصولات می‌شود. این ترکیبات به دلیل تأثیر مستقیم بر فرآیندهای بیوشیمیایی و فیزیولوژیکی گیاهان، نقش مهمی در بهبود ویژگی‌های محصولات از جنبه‌های مختلف ایفا می‌کنند. اسیدهای آمینه از طریق تحریک فرآیندهای سلولی و متابولیکی موجب افزایش تولید ترکیبات مهمی مانند قندها، پروتئین‌ها و دیگر مواد مغذی می‌شوند که مستقیماً بر کمیت و کیفیت محصولات اثر می‌گذارند.

افزایش کیفیت محصولات

یکی از مهم‌ترین اثرات اسیدهای آمینه بر کیفیت محصولات، بهبود ویژگی‌های حسی و ظاهری آن‌هاست. این شامل افزایش کیفیت طعم، رنگ و حتی بافت میوه‌ها و سبزیجات می‌شود. گیاهانی که به‌طور مستمر از اسید آمینه در کشاورزی استفاده می‌کنند، معمولاً میوه‌هایی با رنگ‌های جذاب‌تر و طعمی شیرین‌تر تولید می‌کنند. این بهبود طعم و رنگ به دلیل تأثیر اسید آمینه در کشاورزی بر فرآیند تشکیل قند و تولید رنگدانه‌ها در میوه است. به‌طور خاص، اسیدهای آمینه باعث تحریک آنزیم‌های مربوط به سنتز قندها می‌شوند و این موضوع باعث افزایش شیرینی میوه‌ها می‌گردد. همچنین تولید رنگدانه‌هایی مانند آنتوسیانین‌ها و کاروتنوئیدها، که در رنگ قرمز، زرد و نارنجی میوه‌ها نقش دارند، به‌وسیله اسیدهای آمینه تحریک می‌شود.

کمک به تعادل میکروفلورای خاک

تعادل میکروفلورای خاک نقش اساسی در بهبود کیفیت و سلامت خاک‌های کشاورزی دارد. میکروارگانیسم‌های مفید خاک از جمله باکتری‌ها و قارچ‌ها، به فرآیندهای کلیدی مانند تجزیه مواد آلی، معدنی شدن عناصر مغذی و تثبیت نیتروژن کمک می‌کنند. این فرآیندها باعث می‌شوند که گیاهان بهتر از منابع غذایی موجود در خاک استفاده کنند و رشد سالم‌تری داشته باشند. اسید آمینه در کشاورزی با افزایش فعالیت میکروارگانیسم‌های مفید، به حفظ تعادل اکوسیستم خاک کمک می‌کنند.

یکی از مهم‌ترین نقش‌های اسید آمینه در کشاورزی در خاک، فراهم کردن پیش‌سازهای بیولوژیکی برای تولید فاکتورهای رشدی است. این فاکتورها شامل ترکیباتی می‌شوند که به استحکام دیواره سلولی میکروارگانیسم‌ها کمک می‌کنند و باعث افزایش مقاومت آنها در برابر شرایط محیطی نامطلوب مانند تغییرات دما یا شوری می‌شوند. در نتیجه، این میکروارگانیسم‌ها به طور مؤثرتری به تجزیه مواد آلی و فراهم‌سازی عناصر معدنی برای ریشه‌های گیاهان می‌پردازند. همچنین، با افزایش تنوع و تراکم میکروفلورای مفید در خاک، توازن طبیعی بین میکروب‌های مفید و مضر حفظ می‌شود، که این امر باعث جلوگیری از رشد عوامل بیماری‌زا در خاک و افزایش سلامت عمومی آن می‌گردد.

تقویت سیستم ایمنی گیاه

اسیدهای آمینه تأثیر مستقیمی بر تقویت سیستم ایمنی گیاهان دارند. این ترکیبات با تقویت دیواره‌های سلولی گیاهان و افزایش تولید لیگنین، باعث استحکام بیشتر بافت‌های گیاهی می‌شوند. لیگنین یکی از اجزای اصلی دیواره سلولی گیاهان است که نقش بسیار مهمی در افزایش مقاومت گیاه در برابر حملات آفات و بیماری‌ها ایفا می‌کند. با افزایش تولید لیگنین، گیاهان قادر به ایجاد موانع فیزیکی قوی‌تری در برابر نفوذ عوامل بیماری‌زا و حملات حشرات می‌شوند.

همچنین اسید آمینه در کشاورزی با تحریک فرآیندهای ترمیمی در گیاه، موجب بازسازی سریع‌تر بافت‌های آسیب‌دیده می‌شوند. این فرآیند به گیاه اجازه می‌دهد تا در مواجهه با آسیب‌های ناشی از شرایط محیطی نامطلوب، تنش‌های مکانیکی یا حملات آفات، سریع‌تر بهبود یابد. علاوه بر این، اسیدهای آمینه می‌توانند تولید ترکیبات دفاعی گیاه را تحریک کنند. این ترکیبات شامل آنزیم‌ها و پروتئین‌هایی هستند که نقش مهمی در افزایش مقاومت گیاه در برابر عفونت‌ها و آفات دارند.

در مجموع، استفاده از اسیدهای آمینه به عنوان یک مکمل تغذیه‌ای در کشاورزی نه تنها باعث افزایش مقاومت فیزیکی گیاهان می‌شود، بلکه به تقویت پاسخ‌های بیوشیمیایی گیاهان در برابر تنش‌ها و بیماری‌ها نیز کمک می‌کند. این امر در نهایت موجب افزایش طول عمر گیاه، کاهش خسارت‌های ناشی از آفات و بیماری‌ها و بهبود کیفیت و کمیت محصول خواهد شد.

اسید آمینه در کشاورزی

تاثیر بر روزنه‌های هوایی

روزنه‌های هوایی، ساختارهای سلولی اند که در تنظیمات آبی گیاهان و جذب عناصر کم مصرف و پرمصرف و گازها دخیل‌اند. باز شدن روزنه‌ها توسط فاکتورهای خارجی (نور، رطوبت، دما و غلظت نمک‌ها) و فاکتورهای داخلی ( اسیدهای آمینه و اسید آبسیزیک) کنترل می‌شوند. روزنه‌های هوایی در زمان نور و رطوبت و افزایش دما و غلظت نمک مسدود می‌شود و در پی آن نقل و انتقال و جذب عناصر غذایی و فرایند فتوسنتز تقلیل می‌یابد و همچنین توازن فعالیت‌های متابولیکی بهم ریخته و فرایند کاتابولیسم از آنابولیسم پیشی می‌گیرد.

در نتیجه سوخت و ساز گیاه افزایش یافته و در نهایت رشد گیاه تقلیل می‌یابد. به کارگیری کود آلی حاوی اسید آمینه در کشاورزی از انسداد روزنه‌های هوایی بر اثر شرایط نامساعد محیطی غلبه می‌کند. اسید آمینه لیزین و هیستیدین موجبات این تغییرات را در گیاهان فراهم می‌کنند.

القاء فرایند گرده افشانی

اسیدهای آمینه از طریق فعال سازی هورمون‌های مؤثر در تشکیل گل و میوه، بهبود جوانه زنی دانه‌های گرده و افزایش سرعت گلدهی موجب بهبود فرآیند گرده افشانی می‌شوند. اسیدآمینه پرولین به باروری دانه گرده کمک می‌کند. از سویی دیگر لیسین، متیونین و گلوتامیک اسید آمینواسیدهای ضروری در عمل گرده افشانی می‌باشند.

تسریع در تشکیل و تکوین اندام‌های گیاهی

فعالیت‌های مهم و ساختاری در گیاه نظیر فعالیت‌های سوخت و ساز و سیستم ترابری در درون گیاهان به واسطه وجود پروتئین‌ها تنظیم و کنترل می‌شوند. اسید آمینه در کشاورزی از عوامل اصلی سنتز پروتئین‌ها می‌باشند اسید آمینه در کشاورزی موجب تسریع در فرآیند تشکیل و تکوین ساقه و برگ، فعال سازی سیستم تشکیل و رشد ریشه و ارتقاء جوانه زنی بذر می‌شوند.

خاصیت کلات کنندگی عناصر

تاثیر  گلیسین و گلوتامیک با عمل بر روی غشای سلولی، دارای خاصیت کلات کنندگی؛ از خواص کود ریزمغذی می‌باشند. استفاده همزمان آمینواسیدها و عناصر معدنی ریزمغذی، باعث سهولت جذب و انتقال این عناصر در گیاه می‌شود. این دو اسید آمینه تاثیر بسزایی بر روی کلات کنندگی عناصر دارند.

افزایش نیتروژن ارگانیک

مواد ارگانیک مانند اسید آمینه در کشاورزی حاوی نیتروژن ارگانیک هستند و نیتروژن ارگانیک می‌تواند رشد سلول‌ها را به صورت طبیعی و با ضخامت دیواره مناسب (برخلاف فرم‌های دیگر نیتروژن مانند نیترات) هدایت کند که سبب افزایش مقاومت گیاه نسبت به آفات و بیماری‌ها می‌شود. همچنین نیتروژن ارگانیک ماندگاری بیشتری در خاک دارد و کمتر در معرض آبشویی قرار می‌گیرد.

اسید آمینه در کشاورزی

تاثیراسیدهای آمینه در تولید هورمون‌ها

بعضی از آمینو اسیدها پیش ساز تولید بعضی از هورمون‌ها هستند و هورمون‌ها در رشد و تولید مثل به صورت مستقیم تاثیر می‌گذارند.

نقش اسید آمینه در تولید فتوسنتز

کربوهیدرات‌ها در گیاه از طریق فرآیند فتوسنتز تولید می‌شوند. با کاهش فتوسنتز رشد گیاه کم می‌شود و در نهایت مرگ گیاه را در پی دارد. کلروفیل مسئول جذب نور در گیاهان است. اسید آمینه در کشاورزی باعث افزایش غلظت کلروفیل در گیاه شده که با این روش فتوسنتز را افزایش می‌دهد. به طور مثال اسید آمینه گالیسین در فرآیند تشکیل کلروفیل و فتوسنتز گیاه، نقش مهمی ایفا می‌کند و باعث سرسبزی و شادابی آن می‌شود.

نقش اسیدهای آمینه در تولید پروتئین

پروتئین‌ها نقش ساختاری، متابولیکی آنزیم‌ها و انتقال آن‌ها را در گیاه بر عهده دارند. به طور مثال اسید آمینه سیستئین (Cysteine) در ساختار پروتئین‌ها نقش مفیدی دارد و موجب پایداری پروتئین‌ها می‌شود.

بهترین زمان مصرف ترکیبات حاوی اسید آمینه در کشاورزی

اسیدهای آمینه اساساً از طریق روزنه‌ها جذب می‌شوند. و به مقدار کمتر از طریق غشاء سلولی نفوذ می‌کند و چند ساعت پس از جذب به قسمت‌های رشد (مریستم) هدایت می‌شوند. در زمان ابری شدن هوا، وزش باد و احتمال ریزش باران نباید از کودهای کشاورزی حاوی اسیدهای آمینه استفاده شود. حداقل زمان مورد نیاز جهت جذب اسیدهای آمینه ۸ ساعت است. مناسب‌ترین زمان محلول‌­پاشی قبل از طلوع یا بعد از غروب آفتاب است. چرا که به دلیل باز بودن روزنه‌های گیاهی، راندمان نفوذ محلول به درون گیاه افزایش می‌یابد.

نتیجه گیری