توسعه روش‌های هیبریدی کشت بافت برای جلبک‌های دریایی مقاوم به بیماری در کاربردهای صنایع غذایی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه GMDSS، دانشگاه AMET، کاناتور، تامیل نادو 603112، هند.

2 گروه مهندسی دریایی، دانشگاه AMET، کاناتور، تامیل نادو 603112، هند.

10.22103/jab.2026.25260.1712

چکیده

هدف: هدف این مطالعه توسعه و ارزیابی یک روش هیبریدی کشت بافت با عنوان «جنین‌زایی سوماتیکی-ریزازدیادی-کشت کنترل‌شده در بیوراکتور» (SE-Mp-CBc) برای تولید جلبک‌های دریایی مقاوم به بیماری بود. همچنین این پژوهش به دنبال افزایش کارایی باززایی جلبک‌ها و مقاومت آن‌ها در برابر میکروارگانیسم‌های بیماری‌زای دریایی برای کاربردهای مرتبط با صنایع غذایی بود.
مواد و روش‌ها: برای توسعه سامانه SE-Mp-CBc، ریزنمونه‌های جلبک دریایی جمع‌آوری و در محیط‌های کشت غنی‌شده از مواد مغذی حاوی تنظیم‌کننده‌های رشد گیاهی و القاکننده‌های اختصاصی کشت داده شدند. ریزنمونه‌ها استریل شده و تحت فرایندهای جنین‌زایی سوماتیکی و ریزازدیادی در شرایط استریل قرار گرفتند. برای حفظ شرایط بهینه، pH، دما، هوادهی و جریان مواد مغذی توسط سامانه بیوراکتور کنترل و مدیریت شد. آزمایش به‌گونه‌ای طراحی شد که فرایند باززایی و امتیاز نسبی مقاومت (RS) به عوامل بیماری‌زای دریایی بهبود یافته و ارزیابی شود. تغییرات فیزیکی و مولکولی شامل تغییرات مورفولوژیک، میزان تولید زیست‌توده و مقاومت به بیماری در جلبک‌های دریایی اندازه‌گیری و با استفاده از آزمون آماری ANOVA تحلیل شدند.
نتایج: در فرایند باززایی جلبک‌ها، سامانه SE-Mp-CBc در مقایسه با روش‌های سنتی بهبود چشمگیری نشان داد. این سامانه موجب افزایش موفقیت در القای کالوس، توسعه شاخه‌ها و بقای بافت شد. کارایی باززایی در چندین سویه افزایش یافت و مزیت آشکار محیط کنترل‌شده بیوراکتور را نشان داد. مقاومت به پاتوژن‌ها نیز به‌طور قابل توجهی افزایش یافت، به‌طوری‌که جلبک‌های پرورش‌یافته در سامانه SE-Mp-CBc کاهش 35 درصدی شدت عفونت و افزایش 25 درصدی تولید زیست‌توده را نسبت به نمونه‌های کشت‌شده به روش‌های متداول نشان دادند. تحلیل مقاومت به بیماری نیز پاسخ‌های ایمنی پایدارتر و قوی‌تری را در سویه‌های پرورش‌یافته در بیوراکتور تأیید کرد.
نتیجه‌گیری: این روش هیبریدی کشت بافت، راهکاری انعطاف‌پذیر و کارآمد برای کشت جلبک‌های دریایی فراهم می‌کند. ترکیب جنین‌زایی سوماتیکی و ریزازدیادی با فناوری بیوراکتور موجب غلبه بر چالش‌هایی مانند نرخ پایین باززایی، خطر آلودگی و مقاومت محدود به بیماری در روش‌های سنتی شده است. سامانه SE-Mp-CBc توسعه یکنواخت بافت و کاهش تنش سلولی در جلبک‌ها را فراهم کرده و از تولید پایدار جلبک در مقیاس وسیع حمایت می‌کند. استقلال از شرایط آب‌وهوایی و امکان بهره‌برداری در تمام طول سال، این روش را برای صنایع فرآوری مواد غذایی، نوتراسیوتیک‌ها و بسته‌بندی‌های زیست‌تخریب‌پذیر بسیار ارزشمند ساخته است. با وجود نیاز به پژوهش‌های بیشتر در زمینه گونه‌های مختلف جلبکی و بهبود اقتصادی، این رویکرد پایه‌ای قوی برای تحول در زیست‌فناوری دریایی و تبدیل جلبک‌ها به یک محصول صنعتی قابل اعتماد فراهم می‌آورد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Developing hybrid tissue culture methods for disease-resistant marine algae in food industry applications

نویسندگان [English]

  • C. R. Ramanathan 1
  • Muthukumar Muthukumar 2
1 Department of GMDSS, AMET University, Kanathur, Tamil Nadu-603112, India.
2 Department of Marine Engineering, AMET University, Kanathur, Tamil Nadu-603112, India
چکیده [English]

Objective
This study aimed to develop and evaluate a hybrid tissue culture method, called Somatic Embryogenesis-Micropropagation-Controlled Bioreactor Culture (SE-Mp-CBc), for producing disease-resistant marine algae. And enhance algae regeneration efficiency and marine microbial resistance for food industry-orient applications.
Materials and methods
To develop the SE-Mp-CBc system, marine algal explants were collected and cultured in nutrient-optimized media containing selective plant growth regulators and elicitors. The explants were sterilized and subjected to somatic embryogenesis and micropropagation processes under a sterile environment. To maintain the optimization, the pH, temperature, aeration, and nutrient flow were controlled and managed by the bioreactor system. The experiment was designed to improve and assess the regeneration process and relative resistance score (RS) to marine pathogens. The physical and molecular changes, like morphological changes, biomass yield, and disease resistance in the marine algae, were measured and analysed by the ANOVA statistical tool.
Results
In the algae regeneration, the SE-Mp-CBc showed a major improvement compared to the traditional methods. The regeneration process was successful by enhancing callus induction, shoot development, and tissue survival with the hybrid system. Regeneration efficiency improved across multiple strains, showing a clear advantage of the controlled bioreactor environment. Pathogen resistance also increased notably, with SE-Mp-CBc-grown algae showing a 35% decrease in infection severity and a 25% increase in biomass yield over conventionally grown samples. Disease resistance analysis confirmed more stable and elevated immune responses in bioreactor-cultured strains.


Conclusions
This hybrid tissue culture method gives a flexible, and efficient solution for marine algae cultivation. By merging somatic embryogenesis and micropropagation with bioreactor technology. The challenges like low generation rates, contamination risks and the limited disease resistance were faced by the conventional methods were overcome by the The SE-Mp-CBc system. This method gives the uniform tissue development and low stress in the algae cells, it supporting sustainable large-scale algae production. It was weather independent, yearly round operation makes it unique for food processing, nutraceuticals, and biodegradable packaging industries. Furthermore, research and development was needed for diver’s algal species and economical improvement, but the approach provides a strong foundation for transforming marine biotechnology and securing algae as a reliable industrial crop.

کلیدواژه‌ها [English]

  • bioreactor
  • disease resistance
  • food industry
  • somatic embryogenesis
  • tissue culture

مراجع

Ayswaria, R., Vijayan, J., & Nathan, V. K. (2023). Antimicrobial peptides derived from microalgae for combating antibiotic resistance: Current status and prospects. Cell Biochemistry and Function, 41(2), 142-151. https://doi.org/10.1002/cbf.3779
Boopathy, E. V., Appa, M. P. M., Pragadeswaran, S., Raja, D. K., 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
Chen, Y., Liang, H., Du, H., Jesumani, V., He, W., Cheong, K. L., Li, T., & Hong, T. (2024). Industry chain and challenges of microalgal food industry-a review. Critical reviews in food science and nutrition, 64(14), 4789-4816. https://doi.org/10.1080/10408398.2022.2145455
Farahvashi, M., Mohammadabadi, M., Askari-Hesni, M., Amiri Ghanatsaman, Z., & Asadollahpour Nanaei, H. (2026a). Genomic differentiation and diversity in Persian Gulf hawksbill turtles (Eretmochelys imbricata) revealed by the first whole-genome sequencing study. Animals, 16(2), Article 169. https://doi.org/10.3390/ani16020169
Farahvashi, M., Mohammadabadi, M., Askari-Hesni, M., Amiri Ghanatsaman, Z., & Asadollahpour Nanaei, H. (2026b). Population structure of hawksbill turtles (Eretmochelys imbricata) nesting along the Persian Gulf coastline revealed by inter-simple sequence repeat (ISSR) markers. Scientific Reports, 16, Article 4753. https://doi.org/10.1038/s41598-025-34749-y
García-Poza, S., Leandro, A., Cotas, C., Cotas, J., Marques, J. C., Pereira, L., & Gonçalves, A. M. (2020). The evolution road of seaweed aquaculture: cultivation technologies and the industry 4.0. International Journal of Environmental Research and Public Health, 17(18), 6528. http://doi.org/10.3390/ijerph17186528
Gürlek, M., & Atay, B. (2021). Socio-economic status of small-scale fishery of the Hatay Region in Northeastern Mediterranean Coast of Turkey. Natural and Engineering Sciences, 6(2), 112-126. http://doi.org/10.28978/nesciences.970550
Hu, Z. M., Shan, T. F., Zhang, J., Zhang, Q. S., Critchley, A. T., Choi, H. G., ... & Duan, D. L. (2021). Kelp aquaculture in China: a retrospective and future prospects. Reviews in Aquaculture, 13(3), 1324-1351. https://doi.org/10.1111/raq.12524
Hwang, E. K., & Park, C. S. (2020). Seaweed cultivation and utilization of Korea. Algae, 35(2), 107-121. https://doi.org/10.4490/algae.2020.35.5.15.
Jiksing, C., Ongkudon, M. M., Thien, V. Y., Rodrigues, K. F., & Yong, W. T. L. (2022). Recent advances in seaweed seedling production: a review of eucheumatoids and other valuable seaweeds. Algae, 37(2), 105-121. https://doi.org/10.4490/algae.2022.37.5.11.
Kolandhasamy, P., Durairaj, K. R., Rajendran, R., & Sahu, S. K. (2025). From Sea to Super Crops: The Expanding Horizons of Seaweed in Technology and Industry.  In Biotechnological Interventions to Aid Commercial Seaweed Farming (pp. 19-49). Singapore: Springer Nature Singapore.  https://doi.org/10.1007/978-981-97-9427-0_2
Mahdy, M. A., Jamal, M. T., Al-Harb, M., Al-Mur, B. A., & Haque, M. F. (2022). Use of yeasts in aquaculture nutrition and immunostimulation: A review. Journal of Applied Biology & Biotechnology, 10(5), 59-65.  https://doi.org/10.7324/jabb.2022.100507
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
Nakamura, H., & O’Donnell, S. (2025). The Effects of Urbanization on Mental Health: A Comparative Study of Rural and Urban Populations. Progression Journal of Human Demography and Anthropology, 3(1), 27-32. https://hdajournal.com/index.php/pjhda/article/view/PJHDA25105
Pakgohar, N., Mohammadabadi, M., Askari Hesni, M., & Farahvashi, M. (2026). Evaluation of genetic markers for assessing sex-related differences in the hawksbill turtle (Eretmochelys imbricata). Agricultural Biotechnology Journal, 18(1), 481-498. https://doi.org/10.22103/jab.2026.26653.1835
Pangestuti, R., & Kim, S. (2011). Biological activities and health benefit effects of natural pigments derived from marine algae. Journal of Functional Foods, 3(4), 255-266. https://doi.org/10.1016/j.jff.2011.07.001.
Parthasarathy, S., Lakshminarayanan, A. R., Khan, A. A. A., & Sathick, K. J. (2024). CSA-Forecaster: Stacked Model for Forecasting Child Sexual Abuse. Journal of Internet Services and Information Security, 14(1), 219-241. https://doi.org/10.58346/JISIS.2024.I1.015.
Sarvi, B., & Pourmozaffar, S. (2024). A review of the reproduction and rearing of clownfish, Amphiprion clarkii, in captivity. International Journal of Aquatic Research and Environmental Studies, 4(2), 145-158. http://doi.org/10.70102/IJARES/V4I2/9
Sengupta, R., & Deshmukh, P. (2024). Multi-Stage Filtration Systems for Continuous Separation in Fine Chemical Production. Engineering Perspectives in Filtration and Separation, 2(1), 13-16. https://filtrationjournal.com/index.php/epfs/article/view/EPFS24104.
Sharma, A., & Nair, V. (2025). Developing a Medical Coding Curriculum for Surgery Students by Resolving Inconsistencies among Physician and Student Records. Global Journal of Medical Terminology Research and Informatics, 3(1), 30-36.
Sharma, A., Dubey, S., Singh, K., Mittal, R., Quille, P., & Rajauria, G. (2025). Innovative Processing and Industrial Applications of Seaweed. Phycology, 5(1), 10. https://doi.org/10.3390/phycology5010010
Sugumaran, R., Padam, B. S., Yong, W. T. L., Saallah, S., Ahmed, K., & Yusof, N. A. (2022). A retrospective review of global commercial seaweed production—current challenges, biosecurity and mitigation measures and prospects. International Journal of Environmental Research and Public Health, 19(12), 7087. https://doi.org/10.3390/ijerph19127087.
Sundarraj, D. K., Majumder, A., I, E., & S, S. M. I. (2025). Spore-Based Seaweed Propagation for Germplasm Selection and Cultivation. In Biotechnological Interventions to Aid Commercial Seaweed Farming (pp. 257-293). Singapore: Springer Nature Singapore.  https://doi.org/10.1007/978-981-97-9427-0_12
Topalova, I., Lozova, T., Riepnova, T., Dashchenko, N., Chudaieva, L., & Darushyn, O. (2024). Business Process Management in Entrepreneurial Activity Based on a Platform Approach. Indian Journal of Information Sources and Services, 14(2), 46-55. https://doi.org/10.51983/ijiss-2024.14.2.08
Vakhguelt, V., & Jianzhong, A. (2023). Renewable Energy: Wind Turbine Applications in Vibration and Wave Harvesting. Association Journal of Interdisciplinary Technics in Engineering Mechanics, 1(1), 38-48. https://ajitem.org/index.php/journal/article/view/EM01004
Vivek, S.S., Selvi, S.S.D., Kowsalya, S.S., & Rangan, C.P. (2012). PKI Based Signcryption without Pairing: An Efficient Scheme with Tight Security Reduction. Journal of Wireless Mobile Networks, Ubiquitous Computing, and Dependable Applications, 3(4), 72-84.
Wang, X., Ma, S., & Kong, F. (2024). Microalgae Biotechnology: Methods and applications. Bioengineering, 11(10), 965. https://doi.org/10.3390/bioengineering11100965.
Yuorieva, N., Sinetova, M., Messineva, E., Kulichenko, I., Fomenkov, A., Vysotskaya, O., Osipova, E., Baikalova, A., Prudnikova, O., Titova, M., Nosov, A. V., & Popova, E. (2023). Plants, cells, algae, and cyanobacteria in vitro and cryobank collections at the Institute of Plant Physiology, Russian Academy of Sciences—A platform for Research and Production Center. Biology, 12(6), 838. https://doi.org/10.3390/biology12060838
مجله بیوتکنولوژی کشاورزی
دوره 18، شماره 3
شهریور 1405
صفحه 571-584

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار