طراحی بیورآکتورهای یکپارچه برای کشت بافت گیاهان دریایی و بازسازی زیستگاه‌های ساحلی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی دریایی، مؤسسه علوم و فناوری AMET، چِنگالپِت، ایالت تامیل نادو، هند،

2 گروه مهندسی دریایی، مؤسسه علوم و فناوری AMET، چِنگالپِت، ایالت تامیل نادو، هند.

چکیده

هدف: اکوسیستم‌های ساحلی نقشی اساسی در پایداری محیط‌زیست و حفظ منابع اقتصادی انسان دارند، اما این زیست‌بوم‌ها به‌طور جدی تحت تأثیر آلودگی ناشی از فعالیت‌های انسانی و تغییرات اقلیمی قرار گرفته‌اند. این پژوهش به بررسی تلفیق بیورآکتور با میکروارگانیسم‌های همزیست دریایی می‌پردازد که از طریق کشت بافت نوآورانه‌ی گیاهان دریایی، به بازسازی زیستگاه‌های ساحلی کمک می‌کنند. هدف این مطالعه، طراحی بیورآکتورهای یکپارچه برای کشت بافت گیاهان دریایی و بازسازی زیستگاه‌های ساحلی است. بازسازی با بهره‌گیری از میکروارگانیسم‌های همزیست دریایی نظیر میکوریزا، تثبیت‌کننده‌های نیتروژن، اندوفیت‌ها، میکروب‌های ناحیه ریشه (ریزوسفر) و پاتوژن‌ها انجام می‌شود. این مرور با تمرکز بر تعامل گیاه و میکروب در اکوسیستم‌های گوناگون ساحلی از جمله تپه‌های شنی، جنگل‌های مانگرو، مرداب‌ها و جنگل‌های ساحلی انجام گرفته است.
مواد و روش‌ها: در مرحله طراحی، انواع بیورآکتورها شامل سیستم‌های بدون هم‌زن، راکتورهای دیواره‌چرخان، بیورآکتورهای غشایی لوله‌ای و راکتورهای یک‌بار مصرف مورد ارزیابی قرار گرفتند تا میزان قابلیت و انعطاف‌پذیری آن‌ها در کاربردهای کشت بافت و سلول‌های گیاهی تعیین شود. ویژگی‌های طراحی کلیدی مانند هوادهی، کارایی اختلاط، جذب مواد مغذی و کاهش تنش برشی به‌صورت جامع بررسی شدند.
نتایج: نتایج نشان داد که میکروارگانیسم‌های همزیست ساحلی می‌توانند به‌طور مؤثر ساختار و عملکرد اجتماعات گیاهان ساحلی را تحت تأثیر قرار داده و مقاومت آن‌ها را در برابر شوری، کمبود مواد مغذی و تنش‌های زیستی افزایش دهند. به‌کارگیری مهندسی پیشرفته بیورآکتورها موجب افزایش توان تکثیر انبوه، کاهش هزینه‌های عملیاتی و تسهیل ریزتکثیر در مقیاس وسیع کشت گیاهان دریایی شده است. ادغام تلقیح مبتنی بر میکروبیوم در سامانه بیورآکتور، راهکاری طبیعی برای بازسازی زیستگاه‌های تخریب‌شده، بهبود رشد گیاهان و پایش سلامت اکوسیستم از طریق میکروب‌های شاخص ارائه می‌دهد.
نتیجه‌گیری: ترکیب بوم‌شناسی میکروبی با فناوری کشت بافت گیاهی و فناوری بیورآکتور، رویکردی ارزشمند، کارآمد و مقیاس‌پذیر برای بازسازی اکوسیستم‌های دریایی فراهم می‌آورد. انجام پژوهش‌های بیشتر در زمینه تلقیح کشت‌ها و بهینه‌سازی بیورآکتورها برای کاربردهای اختصاصی گونه‌ای ضروری است. این رویکرد چشم‌انداز امیدبخشی برای تقویت تاب‌آوری بوم‌شناختی مناطق ساحلی آسیب‌پذیر در مواجهه با تغییرات زیست‌محیطی جهانی دارد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Designing integrated bioreactors for marine plant tissue culture and coastal habitat restoration

نویسندگان [English]

  • M.A. Bruno 1
  • S. Muraleedaran 2
1 Department of Marine Engineering, AMET Institute of Science and Technology, Chengalpet, Tamil Nadu - 603 305, India.
2 Department of Marine Engineering, AMET Institute of Science and Technology, Chengalpet, Tamil Nadu - 603 305, India.
چکیده [English]

Objective
The coastal ecosystem plays a major role in maintaining the environment and economic assets for humans. But the ecosystem was severely polluted by human activity and climate change. This study investigates the integration of a bioreactor with marine symbiotic microbes that restore the coastal habitat through innovative marine plant tissue culture. The objective of the study is to design the integrated bioreactors for Marine plant tissue culture and restore the coastal habitat. The restoration was done by the marine symbiotic micro-organisms, like Mycorrhizae, Nitrogen-fixers, Endophytes, Rhizosphere microbes, and Pathogens. The review was taken by focusing on the plant-microbe interaction across diverse coastal ecosystems, such as dunes, mangroves, swamps, and forests.
Materials and methods
On the other side, the bioreactors were designed by non-agitated systems, rotating wall vessels, tubular membrane bioreactors, and single-use reactors were evaluated for their ability and flexibility to use in the plant tissue and cell cultivation. Key design features such as aeration, mixing efficiency, nutrient uptake, and shear stress mitigation were thoroughly examined.
Results
As a result, the coastal symbiotic microbes can efficiently influence the coastal ecosystem in coastal plant community structure and function, promoting resilience against salinity, nutrient limitation, and biotic stress. The advanced bioreactor engineering has improved mass propagation potential, reduced operational cost, and facilitated large-scale micropropagation of marine plant culture. The integration of microbiome-based inoculation within a bioreactor system provides a solution to naturally restore degraded habitats, improve plant growth, and monitor the ecosystem health by indicator microbes.
Conclusions
The combination of microbial ecology with plant tissue culture with bioreactor technology can give a valuable and efficient scalable restoration of the marine ecosystem. Further research is needed on the inoculation of the culture and bioreactor optimization is arranged for species-specific application. This approach holds the substantial promise for reinforcing the ecological resilience of vulnerable coastal regions amid global environmental change.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bioreactors
  • costal ecosystem
  • plant-microbes interaction
  • plant tissue culture
  • symbiotic microbes

مراجع

Assegid, W., & Ketema, G. (2023). Assessing the effects of climate change on aquatic ecosystems. Aquatic Ecosystems and Environmental Frontiers, 1(1), 6–10. https://aquaticfrontiers.com/index.php/aqu/article/view/AF23002
Barredo-Damas, S., Alcaina-Miranda, M. I., Bes-Piá, A., Iborra-Clar, M. I., Iborra-Clar, A., & Mendoza-Roca, J. A. (2010). Ceramic membrane behavior in textile wastewater ultrafiltration. Desalination, 250(2), 623–628. https://doi.org/10.1016/j.desal.2009.09.037
Gantait, S., & Mukherjee, E. (2021). Hairy root culture technology: Applications, constraints, and prospects. Applied Microbiology and Biotechnology, 105(1), 35–53. https://doi.org/10.1007/s00253-020-11017-9
Heckwolf, M. J., Peterson, A., Jänes, H., Horne, P., Künne, J., Liversage, K., Sajeva, M., Reusch, T. B. H., & Kotta, J. (2021). From ecosystems to socio-economic benefits: A systematic review of coastal ecosystem services in the Baltic Sea. Science of the Total Environment, 755, Article 142565. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.142565
Kerfouf, A., Kies, F., Boucetta, S., & Denis, F. (2023). Inventory of marine molluscs in Gulf of Oran (Western Algerian coastline). International Journal of Aquatic Research and Environmental Studies, 3(1), 17–25. https://doi.org/10.70102/IJARES/V3I1/2
Khan, M., & Taha, A. (2023). Simulating complex structures with structural engineering software. Association Journal of Interdisciplinary Technics in Engineering Mechanics, 1(1), 26–37. https://ajitem.org/index.php/journal/article/view/EM01003
Khanam, M. N., Anis, M., Javed, S. B., Mottaghipisheh, J., & Csupor, D. (2022). Adventitious root culture—An alternative strategy for secondary metabolite production: A review. Agronomy, 12(5), Article 1178. https://doi.org/10.3390/agronomy12051178
Lee, B., Jung, S., Hashimura, Y., Lee, M., Borys, B. S., Dang, T., Kallos, M. S., Rodrigues, C. A. V., Silva, T. P., & Cabral, J. M. S. (2022). Cell culture process scale-up challenges for commercial-scale manufacturing of allogeneic pluripotent stem cell products. Bioengineering, 9(3), Article 92. https://doi.org/10.3390/bioengineering9030092
Lee, K., Yeuk, H., Choi, Y., Pho, S., You, I., & Yim, K. (2010). Reverse-safe authentication protocol for secure USB memories. Journal of Wireless Mobile Networks, Ubiquitous Computing, and Dependable Applications, 1(1), 46–55. https://doi.org/10.1002/sec.580
Mohammadabadi, M., Oleshko, V., Oleshko, O., Heiko, L., Starostenko, I., Kunovskii, J., Bazaeva, A., & Roudbari, Z. (2021). Using inter simple sequence repeat multi-loci markers for studying genetic diversity in guppy fish. Turkish Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 21(12), 603–613. https://doi.org/10.4194/1303-2712-v21_12_03
Myoa, Z., Pyo, H., & Mon, M. (2023). Leveraging real-world evidence in pharmacovigilance reporting. Clinical Journal for Medicine, Health and Pharmacy, 1(1), 48–63. https://cjmhp.com/index.php/journal/article/view/1.1.04
Nair, M., & Rao, A. (2023). Blockchain for terminology traceability in decentralized health systems. Global Journal of Medical Terminology Research and Informatics, 1(1), 9–11. https://terminologyresearch.com/index.php/gjmtri/article/view/GJMTRI23103/109
Negi, S., Singh, P., Trivedi, V. L., Rawat, J. M., & Semwal, P. (2024). The current trends and research progress globally in the plant tissue culture: 90 years of investigation. Plant Cell, Tissue and Organ Culture, 157(3), 73. https://doi.org/10.1007/s11240-024-02788-4
Quinn, W. H., Newfield, N. A., & Protinsky, H. O. (1985). Rites of passage in families with adolescents. Family Process, 24(1), 101–111. https://doi.org/10.1111/j.1545-5300.1985.00101.x
Ravshanova, A., Akramova, F., Saparov, K., Yorkulov, J., Akbarova, M., & Azimov, D. (2024). Ecological-faunistic analysis of helminthes of waterbirds of the Aidar-Arnasay system of lakes in Uzbekistan. Natural and Engineering Sciences, 9(1), 10–25. https://doi.org/10.28978/nesciences.1471270
Rincon, L. F., Moscoso, Y. M., Hamami, A. E. A., Matos, J. C., & Bastidas-Arteaga, E. (2024). Degradation models and maintenance strategies for reinforced concrete structures in coastal environments under climate change: A review. Buildings, 14(3), Article 562. https://doi.org/10.3390/buildings14030562
Roy, P., Pal, S. C., Chakrabortty, R., Chowdhuri, I., Saha, A., & Shit, M. (2023). Effects of climate change and sea-level rise on coastal habitat: Vulnerability assessment, adaptation strategies and policy recommendations. Journal of Environmental Management, 330, Article 117187. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2022.117187
Sethupathi, S., Singaravel, G., Gowtham, S., & Sathish Kumar, T. (2024). Cluster head selection for the internet of things (IoT) in heterogeneous wireless sensor networks (WSN) based on quality of service (QoS) by agile process. International Journal of Advances in Engineering and Emerging Technology, 15(1), 1–5. https://erlibrary.org/erl/index.php/ijaeet/article/view/ERL-241001
Shukla, K., Shukla, S., Upadhyay, D., Singh, V., Mishra, A., & Jindal, T. (2021). Socio-economic assessment of climate change impact on biodiversity and ecosystem services. In D. K. Choudhary, A. Mishra, & A. Varma (Eds.), Climate change and the microbiome (pp. 649–665). Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-030-76863-8_34
Süren, E., & Angin, P. (2019). Know your EK: A content and workflow analysis approach for exploit kits. Journal of Internet Services and Information Security, 9(1), 24–47. https://doi.org/10.22667/JISIS.2019.02.28.024
Tan, P. L., Rasoolimanesh, S. M., & Manickam, G. (2022). How corporate social responsibility affects brand equity and loyalty? A comparison between private and public universities. Heliyon, 8(4), Article e09266. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2022.e09266
Veera B, E., Peer Mohamed Appa, M. A. Y., Pragadeswaran, S., Karthick Raja, D., Gowtham, M., Kishore, R., Vimalraj, P., & Vissnuvardhan, K. (2024). A data driven approach through IOMT based patient healthcare monitoring system. Archives for Technical Sciences, 2(31), 9–15. https://doi.org/10.70102/afts.2024.1631.009
مجله بیوتکنولوژی کشاورزی
دوره 17، شماره 4
آبان 1404
صفحه 403-414

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار