اهمیت ریزمغذیها در امنیت غذایی

دسته بندی عناصر غذایی مورد نیاز گیاه

عناصر غذایی مورد نیاز گیاهان به دو دسته عناصر پرمصرف و کم مصرف تقسیم میشوند:

عناصر پرمصرف: شامل کربن، اکسیژن، هیدروژن، نیتروژن، فسفر، پتاسیم، گوگرد، منیزیم، کلسیم میباشند.

عناصر کم مصرف شامل آهن، منگنز، روی، مس، بر، مولیبدن و کلر میباشند.

برخی عناصر ریزمغذی مانند نیکل، سلنیوم، ید، کبالت توسط گیاهان جذب میشوند اما در فرایندهای متابولیسمی گیاهان تاثیری ندارند در حالی که برای سلامت انسان ضروری هستند.

عناصر غذایی پرمصرف با غلظتهای مختلفی (50-2 گرم بر گیلوگرم وزن خشک) در گیاهان وجود دارند و این در حالی است که غلظت عناصر ریزمغذی بین 100-1/0 میکروگرم بر کیلوگرم متغیر است. اهمیت این عناصر ریزمغذی به حدی است که رشد گیاهان توسط همین عناصر محدود شده است بطوریکه اگر از حد مکفی کمتر باشند، رشد گیاه و در نهایت میزان محصول کاهش خواهد یافت.

بطورمعمول کمبود عناصری از جمله نیتروژن، فسفر، پتاسیم در رشد گیاه بیشتر مورد توجه قرار میگیرد، اما امروزه کمبود عناصری مانند گوگرد، روی و بر نیز در خاکهای مناطق مختلف جهان در حال افزایش است که در نتیجه آن ارزش غذایی محصولات و به تبع آن میزان تولید محصولات کشاورزی نیز در معرض خطر قرار گرفته است. کاربرد کودهای شیمیایی و معدنی با تامین عناصر مغذی مورد نیاز گیاه باعث بهبود شرایط تغذیه ای انسان نیز خواهد شد.

اهمیت عناصر ریزمغذی بر سلامت انسان

ارتباط مستقیمی بین کمبود عناصر ریزمغذی در خاک و گیاهان و بروز این کمبودها در بدن انسان وجود دارد. ریزمغذیها با پیشگیری از بروز بیماریها و سوء تغذیه و نیز تقویت سیستم ایمنی بدن، باعث بهبود تواناییهای فیزیکی و ذهنی انسان میشوند (IPNI and IFA, 2012).

تخمین زده شده که چیزی در حدود دو میلیارد نفر در سراسر جهان از کمبود عناصر مغذی رنج میبرند که از آن به عنوان گرسنگی پنهان یاد میشود. طبق گزارش سازمان جهانی بهداشت، کمبود روی و آهن به ترتیب جزو عوامل پنجم و ششم از ده عامل بروز بیماریهای مهم در کشورهای با درآمد پایین میباشند (WHO, 2002).

کودکان حساسترین گروه به کمبود عناصر ریزمغذی هستند بصورتی که از هر سه کودک در دنیا، یک کودک دچار سوء تغذیه بوده و طبق تخمین سازمان جهانی بهداشت در سال2017 بیش از 7/6 میلیون کودک زیر 15 سال و 4/5 میلیون کودک زیر 5 سال بر اثر عوارض این کمبودها جان باخته اند (WHO, 2019). از جمله دلایل مهم این سوء تغذیه میتوان به کمبود ید، آهن، روی و ویتامین آ اشاره کرد. اثر این کمبودها بر رشد کودکان حتی میتواند از زمان پیش از تولد رخ دهد به طوری که با عدم جذب مواد مغذی از دوران جنینی، نوزاد با علائم کمبود بدنیا خواهد آمد.

میتوان گفت که بررسی خطر کمبود مواد مغذی بر بدن انسان تا کنون دست کم گرفته شده است چراکه بجای آنالیز خاک مناطق تحت کشت محصولات کشاورزی از نظر دارا بودن این عناصر، بیشترین تمرکز بر روی مطالعات انسانی بوده است. با توجه به کمبود ید در بیشتر خاکهای دنیا، نشانه های این کمبود در بیشتر جمعیتهای جهان دیده میشود.

حدود 50 درصد از زمینهای تحت کشت غلات در جهان دچار کمبود روی هستند و 30 درصد از کل خاکهای قابل کشت دنیا دچار کمبود آهن هستند. همچنین تقریبا تمام خاکهای کشاورزی جهان فاقد سطح استاندارد عنصر ید هستند (Fung and Johnson, 2015). با توجه به کوددهی ناکافی در خاکهای کشاورزی و رشد ثابت میزان یرداشت محصول در دهه های اخیر، مشکل کمبود عناصر ریزمغذی با جذب هرچه بیشتر عناصر دیگر از خاک تشدید شده است. قلیایی شدن خاک نیز عامل محدود کننده دیگری در جذب عناصر ریزمغذی است؛ در نتیجه میتوان با اصلاح این نوع خاکها میزان جذب عناصر غذایی در گیاه را افزایش داد.

کمبود عناصر با اثرگذاری منفی بر فیزیولوژی گیاهان باعث بروز حساسیت آنها به بیماریهای گیاهی و در نتیجه کاهش محصول خواهد شد؛ بطورمثال عناصری مانند بر، منیزیم، مس و کلسیم با اثر بر تقویت دیواره سلولی، باعث بروز مقاومت به بیماریهای گیاهی خواهند شد.

روی، منیزیم و آهن در برطرف کردن اثرات سمی ترکیبات اکسیدانتی که در شرایط تنشهای خشکی، گرما و شوری موجب بروز خسارتهای سنگین به سلولهای گیاهی میشوند، در گیاه مورد استفاده قرار میگیرند. کمبود عناصر ریزمغذی حتی در صورت عدم بروز علائم نیز میتواند باعث کاهش محصول شود. در نتیجه و در بسیاری نقاط جهان استفاده از کودهای حاوی عناصر ریزمغذی به دلیل عدم آگاهی کشاورزان از اثر منفی کمبود عناصر ریزمغذی بر سلامت گیاه و انسان با تاخیر صورت گرفته یا بطورکلی انجام نمیشود.

تامین بموقع و کافی عناصر روی و بر علاوه بر افزایش تولید محصولات کشاورزی باعث افزایش درآمد کشاورز و جبران هزینه ها خواهد شد، این امر همچنین اثرات بسیار مثبتی بر سلامت انسانها به عنوان مصرف کننده نهایی این محصولات خواهد داشت.

هزینه های کمبود عناصر ریزمغذی بر انسان

کمبود ریزمغذیها خسارات اقتصادی بالایی را به همراه دارد که این خسارت در کشورهای در حال توسعه به مقدار 5% از تولید ناخالص داخلی را در بر میگیرد (Godecke et al., 2018). بر طبق گزارش بانک جهانی، میزان خسارت اقتصادی ناشی از کمبود ویتامینها و عناصر ریزمغذی در هندوستان در سال 2014 بالغ بر 12 میلیارد دلار براورد شده است. بر اساس گزارش دیگری از بانک جهانی و بانک توسعه آسیا، در صورت حذف کمبود مواد مغذی، سطح ضریب هوشی جمعیت تا 10 درصد و نرخ بهره وری نیروی کار نیز بین 30 تا 70 درصد بهبود خواهد یافت.

مبارزه با گرسنگی پنهان از طریق غنی سازی گیاهان زراعی

افرادی که از محصولات غنی شده با ریزمغذیها استفاده میکنند و یا رژیم غذایی متنوعی دارند، کمتر دچار کمبود ریزمغذیها خواهند شد. کوددهی با کودهای حاوی عناصر ریزمغذی با افزایش غلظت این عناصر در قسمتهای خوراکی گیاه نقش موثری در رفع کمبود این عناصر در بدن انسان ایفا میکند. اثرات هم افزایی بین پروتئینها و آهن با تجمع عنصر روی در غلات و نیز کوددهی با نیتروژن (به عنوان عامل اصلی در ساخت پروتئینها) در میزان تجمع روی بسیار با اهمیت است (Kutman et al., 2010y; Aciksoz et al., 2011).

یکی از سریعترین و پربازده ترین روشها در مسیر بهبود سطح تغذیه، غنی سازی غلات با عناصر ریزمغذی یا به اصطلاح Biofortification است (Cakmak et al., 2017; Cakmak and Kutman, 2018; Welch et al., 2013) که به معنای استفاده از کودهای حاوی عناصرریزمغذی در خاک (آبکود) و برگ گیاهان (محلولپاشی) با هدف بهبود سطح تجمع این مواد مغذی در بخشهای خوراکی گیاهان است. شواهد حاکی از آن است که کوددهی با محصولات حاوی عناصر ریزمغذی خاص مانند روی، ید و سلنیوم راهی مطمئن در جهت کاهش و جبران کمبود عناصر ریزمغذی در رژیم غذایی افراد است (Cakmak et al., 2017; 2020).

مثالهایی از غنی سازی محصولات کشاورزی

غنی کردن کودهای مورد استفاده کشاورزی با سلنیوم در فنلاند

کمبود سلنیوم در کشورهای حوزه اسکاندیناوی بصورت عمومی وجود دارد و در سال 1984 دولت وقت فنلاند تصمیم گرفت که تمام کودهای مصرفی این کشور را با سلنیوم به میزان 15 میلیگرم بر کیلوگرم غنی کند که در نتیجه آن تجمع این عنصر در تمام بافتهای گیاهی مورد استفاده انسان و دام افزایش یافت (Alfthan et al., 2014).

استفاده از کودهای حاوی روی

تقریبا نیمی از خاکهای کشاورزی در سراسر دنیا و یک سوم جمعیت جهان دچار کمبود روی هستند (Alloway, 2008). استفاده از کودهای حاوی روی بطورمثال اوره حاوی روی و یا NPK حاوی روی در ترکیه، استرالیا، آفریقای جنوبی یا هند اثرات بسیار مطلوبی در افزایش محصول غلات (برنج و گندم) داشته است و همچنین میزان تجمع این عنصر در آنها را افزایش داده است (IPNI and IFA, 2012). بهترین شیوه برای افزایش غلظت عنصر روی در دانه غلات نیز بهره گیری از شیوه محلولپاشی است (Cakmak and Kutman, 2018).

افزایش غلظت ید در غلات

طبق تحقیقی که اخیرا انجام شده است، محلولپاشی کود حاوی ید به تنهایی یا کودی که حاوی روی، سلنیوم و ید باشد، در افزایش غلظت ید در دانه غلات موثر است. این تحقیق همچنین نشان داد که با وجود آنکه میزان یدی که حین آماده سازی و فراوری غلات از دسترس خارج میشود بسیار قابل توجه است اما همچنان میزان سطح ید در این غلات بسیار بیشتر از غلاتی است که با ید تغذیه نشده اند (Cakmak et al., 2020).

تغذیه با عنصر روی

طبق مطالعات انجام شده در پروژه بین المللی HarvestZinc، (harvestZinc.org) مشخص شد که محلولپاشی همزمان با کودهای حاوی روی، ید، سلنیوم و آهن به افزایش غلظت این عناصر در واریته های مختلف غلات می انجامد (Zou et al., 2019).

منابع

Aciksoz, S.B., Yazici, A., Ozturk, L. and Cakmak, I. 2011. Biofortification of wheat with iron through soil and foliar application of nitrogen and iron fertilizers. Plant Soil. 349: 215-225.

Alfthan, G., Eurola, M., Ekholm, P., Venalainen, E.R., Root., T., Korkalainen., K., Hartikainen, H., Salminen, P., Hietaniemi, V., Aspila, P., and Aro., A. 2014. Effects of nationwide addition of selenium to fertilizers on foods and animal and human health in Finland. From deficiency to optimal selenium status of the population. Journal of Trace Elements in medicine and Biology. 31. 10.1016/j.jtemb.2014.04.009.

Alloway, B. J. 2008. Zinc in soils and crop nutrition. 2nd Edition, IZA and IFA, Brussels, Belgium and Paris, France.

Andersson M, Karumbunathan V, Zimmermann MB. Global iodine status in 2011 and trends over the past decade. J Nutr. 2012 Apr;142(4):744-50. doi: 10.3945/jn.111.149393.

Fuge, R., Johnson, Ch. C. 2015. Iodine and human health, the role of environmental geochemistry and diet, a review, Applied Geochemistry, 63: 282-302. https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2015.09.013.

Cakmak, I., Prom-u-thai, C., Guilherme, L.R.G. et al. 418. Iodine biofortification of wheat, rice and maize through fertilizer strategy. Plant Soil 418, 319–335. https://doi.org/10.1007/s11104-017-3295-9.

Cakmak, I., Marzorati, M., Abbeele, P. V., Hora, K., H. T. Holwerda, Yazici, M. A., Savasli, E., Neri, J., Laing., G. D. 2020. Fate and Bioaccessibility of Iodine in Food Prepared from Agronomically Biofortified Wheat and Rice and Impact of Cofertilization with Zinc and Selenium. J. Agric. Food Chem.  68(6): 1525–1535. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.9b05912.

Cakmak, I., Kutman, U. B. 2018. Agronomic biofortification of cereals with zinc: a review.  Eur. J. Soil Sci. 69. https://doi.org/10.1111/ejss.12437

Gödecke, Th., Stein, A. J., Qaim, M. 2018. The global burden of chronic and hidden hunger: Trends and determinants, Global Food Security, 17, 21-29. https://doi.org/10.1016/j.gfs.2018.03.004.

Kutman, U. B., Yildiz, B., Ozturk, L., Cakmak, I. 2010. Biofortification of Durum Wheat with Zinc through Soil and Foliar Applications of Nitrogen. Cereal chem. 87:1-9.

Lyons, G., 2018.  Biofortification of Cereals With Foliar Selenium and Iodine Could Reduce Hypothyroidism. Front Plant Sci. 9. doi: 10.3389/fpls.2018.00730.

Welch, R.M., Graham, R. D. Cakmak, I. 2013. Linking Agricultural Production Practices to Improving Human Nutrition and Health. ICN2 Second international conference on nutrition. Nov. 13-15, Rome, Italy.

World Bank. 2014. Press release. “India has potential to dramatically reduce stunting in children, says new World Bank report”. Available at: https://www.worldbank.org/en/news/press-release/2014/11/13/india-potential-to-dramatically-reduce-stunting-in-children-new-world-bank-report

World health Organization. 2002. The world health report: Reducing risks, promoting healthy life.

WHO Newsroom. 2019. Factsheet “children reducing molarity” available at: https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/children-reducing-morality.

Zou, Ch., Du, Y.,  Rashid, A.,  Ram, H., Savasli, E.,  Pieterse, P. J., Ortiz-Monasterio, I., Yazici, A., Kaur, C., Mahmood, K., Singh, S., Le Roux, M. R.,  Kuang, W., Onder, O., Kalayci, M., Cakmak, I. 2019. Simultaneous Biofortification of Wheat with Zinc, Iodine, Selenium, and Iron through Foliar Treatment of a Micronutrient Cocktail in Six Countries. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 67 (29): 8096-8106.DOI: 10.1021/acs.jafc.9b01829