حول بنية اللجنين في النباتات الحولية وتطبيقاته في التكنولوجيا الحيوية الحديثة
في الآونة الأخيرة، نُشر عدد متزايد من الأبحاث العلمية التي تستكشف جوانب مختلفة من النشاط البيولوجي للأحماض الدبالية المعزولة من التربة والخث ومختلف أنواع الهيدروكسيدات الحيوية. وتُشكل هذه الدراسات اليوم الأساس الجوهري لإنتاج أسمدة عضوية معدنية حديثة وعالية الفعالية، مثل تلك التي تنتجها شركة أغرو.بايو.
من المتعارف عليه أن اللجنين، أو وحداته البنائية الفردية، يُعدّ من أهم مكونات جزيء حمض الهيوميك. وقد أظهرت الدراسات أن مونومرات اللجنين تشارك بفعالية في عمليات الأيض الخلوي للنبات، ويعتقد بعض الباحثين أن مكونات اللجنين تؤدي وظائف تنظيمية بالغة الأهمية. لذا، فإن دراسة بنية اللجنين ذات أهمية عملية وعلمية كبيرة. وبينما دُرست بنية اللجنين في النباتات المعمرة (وخاصة الصنوبريات) على نطاق واسع، فإن البيانات المتوفرة حول اللجنين في الأشجار المتساقطة الأوراق والمحاصيل الزراعية السنوية قليلة للغاية.
يُعزى عدم الاستفادة الكاملة من اللجنين الموجود في النباتات الحولية إلى نقص المعرفة به. تهدف هذه الدراسة إلى بحث بنية اللجنين المستخلص من مواد نباتية غير غذائية، وتحديداً من المخلفات الزراعية: قشور الحنطة السوداء وقشور الدخن.
استخلاص وتجزئة اللجنين
تم عزل اللجنين من أغشية الدخن وقشور الحنطة السوداء باستخدام الديوكسان ومزيج من الكحول والبنزين. استُخدم مزيج غازي من كلوريد الهيدروجين (HCl) بنسبة 1% كمحفز. وبناءً على ذوبانها في الماء، تم فصل لجنين الديوكسان ولجنين الكحول والبنزين إلى الأجزاء التالية:
- الجزء ب: جزء من اللجنين ذو وزن جزيئي منخفض، قابل للذوبان في الماء.
- الجزء ب: جزء ذو وزن جزيئي أعلى من جزيء اللجنين الضخم، قابل للذوبان في الكحول والبنزين، ولكنه غير قابل للذوبان في الماء.
- الجزء أ: الجزء الأكثر كثافة من جزيء اللجنين الضخم، والذي لم يتم استخلاصه من تركيبة السليلوز بواسطة خليط الكحول والبنزين.
تم فصل الجزء B من اللجنين المستخلص من أغشية الدخن وقشور الحنطة السوداء إلى مكوناته الفردية باستخدام تقنية الاستشراب. وقد وُجدت مركبات عضوية قيّمة ضمن نواتج تحلل اللجنين، وهي: الفانيلين، والسيرينجالديهيد، والبارا-هيدروكسي بنزالديهايد.
التركيب الكيميائي للجزء ب
تم تحليل الجزء ذي الوزن الجزيئي المتوسط من جزيء اللجنين الكبير (الجزء B) لتحديد تركيبه العنصري ومحتواه من المجموعات الوظيفية. وتُعرض البيانات الناتجة في الجدول أدناه.
الجدول 1. محتوى المجموعات الوظيفية والتركيب العنصري للجزء B من اللجنين الكحولي البنزيني
| مواد خام | نسبة إنتاج الشظايا، % | مع، ٪ | H، % | -ОСН₃، % | إجمالي الهيدروكسيل، % | OH فينول، % | C=O، % |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| الجزء ب من اللجنين من أغشية الدخن | 11:40 | 62.96 | 7.25 | 16.99 | 14.69 | 8.11 | 2.86 |
| الجزء ب من اللجنين الموجود في قشرة الحنطة السوداء | 7.00 | 63.57 | 6.94 | 16.81 | 11,12 | 8.47 | 2.15 |
(ملاحظة: يتم إعطاء القيم كنسبة مئوية من المادة الجافة للقطعة).
استنادًا إلى هذه البيانات، تم حساب الصيغ شبه التجريبية لأجزاء B من اللجنين الكحولي البنزيني لكل وحدة هيكلية فينيل بروبان C6 - C3 . الصيغة شبه التجريبية لها الشكل التالي:
- بالنسبة لأفلام الدخن:
C 9 H 9.31 O 0.81 (OCH 3 ) 1.08 (OH) 1.81 (C=O) 0.20 - بالنسبة لقشور الحنطة السوداء:
C 9 H 10 O 1.08 (OCH 3 ) 1.06 (OH) 1.33 (C=O) 0.14
كما نلاحظ، تختلف الصيغ في محتواها من الأكسجين والهيدروكسيل والكربونيل. ففي كل وحدة فينيل بروبان في أجزاء B من اللجنين المدروس، توجد، في المتوسط، مجموعة ميثوكسيل واحدة. يحتوي جزء لجنين قشور الدخن على ما يقارب مجموعتي هيدروكسيل لكل وحدة، بينما يحتوي لجنين قشور الحنطة السوداء على ما يقارب مجموعة ونصف. أما مجموعات الكربونيل فهي موزعة بشكل أقل كثافة: مجموعة واحدة لكل خمس وحدات في قشور الدخن، ومجموعة واحدة لكل سبع وحدات في قشور الحنطة السوداء.
التحليل الطيفي (أطياف الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء)
تمت دراسة أطياف الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء لجزيئات اللجنين الكحولي البنزيني. وقد ثبت تاريخياً أن نطاقات الامتصاص عند λmax 2800–2850 Å للأخشاب الصنوبرية وλmax 2740–2760 Å للأخشاب الصلبة هي ذات طبيعة عطرية (بقايا إسترية من البيروكيتيكول والبيروغالول).
في تجاربنا، سُجّلت أطياف اللجنين المُستخلص بالديوكسان واللجنين الكحولي-البنزيني باستخدام مطياف SF-4. تميّزت جميع مستحضرات اللجنين المدروسة من النباتات الحولية بوجود نطاقات واضحة المعالم في المدى 283-287 نانومتر، ونطاقات K أقل وضوحًا في المدى 309-314 نانومتر. يحتوي طيف الأشعة فوق البنفسجية للجزء B من اللجنين المُستخلص بالديوكسان من قشور الحنطة السوداء على ذروة إضافية عند 275 نانومتر.
تُؤدي إيثرات ثنائي ميثيل البيروجالول (التي تحتوي على مجموعة السيرينجالديهيد) إلى انزياح الامتصاص نحو أطوال موجية أقصر، ما يُقابل نطاق 275 نانومتر. ويعود الامتصاص في نطاق 284-286 نانومتر إلى وجود مجموعة الغاياكيل، وفي نطاق 310-315 نانومتر إلى وجود نظام الكربونيل.
الاستنتاجات وآفاق التنفيذ
تؤكد بيانات البحث وجود مجموعات غاياكيل وسيرينغول، بالإضافة إلى مجموعة كربونيل مقترنة بحلقة عطرية، في اللجنين الموجود في المخلفات الزراعية. بينما يتكون لجنين الأخشاب المتساقطة الأوراق من مشتقات كحول الكونيفيريل وكحول السينابين (بنسبة 1:1)، يحتوي لجنين النباتات الحولية أيضًا على مشتقات كحول بارا-أوكسيكوماريك.
وبالتالي، فإن أغشية الدخن وقشور الحنطة السوداء ومخلفات المحاصيل الأخرى من المشاريع الزراعية ليست مجرد نفايات، بل هي مخزون قيّم لإنتاج الأحماض الدبالية والمواد النشطة فسيولوجيًا.
تعليق خبير من شركة أغرو.بايو: يُطبَّق هذا النهج العلمي المتعمق اليوم في تقنيات أغرو.بايو. فباستخدام أساليب متطورة لمعالجة المواد الخام العضوية الغنية باللجنين والأحماض الدبالية، تُنتج الشركة مُحفزات نمو عضوية معدنية صديقة للبيئة (مثل هيومات البوتاسيوم ومايند أغرو.بايو). تُنشِّط هذه المنتجات عملية التمثيل الغذائي للنبات على المستوى الخلوي، مما يُساعد المزارعين على تحقيق أقصى إنتاجية ومقاومة للمحاصيل.