چالش‌ها و فرصت‌ها در استفاده از مایه‌های میکروبی در محصولات هیدروپونیک: یک مرور نظام‌مند

استفاده از مایه‌های میکروبی در محصولات هیدروپونیک به عنوان یک راهبرد نوآورانه برای بهبود عملکرد گیاه، کاهش وابستگی به کودهای شیمیایی تا 80 درصد و افزایش پایداری سیستم‌های کشت بدون خاک ظهور کرده است. این مرور نظام‌مند مطالعات منتشر شده بین سال‌های 2015 تا 2025 را پوشش می‌دهد و هدف آن شناسایی چالش‌ها و فرصت‌های اصلی مرتبط با کاربرد مایه‌های میکروبی در شرایط هیدروپونیک است.

بر اساس تحلیل مطالعات اخیر، فرصت‌های کلیدی مانند جذب بهبودیافته مواد مغذی، تحریک زیست‌توده و فتوسنتز، تحمل بیشتر به تنش‌های غیرزیستی (مانند شوری، خشکی یا کمبود آهن) و کاهش تجمع نیترات در بافت‌های گیاهی شناسایی شده است که thereby خطرات سلامتی و اثرات زیست‌محیطی مانند اوتریفیکاسیون آب را کاهش می‌دهد. علاوه بر این، پتانسیل هم‌آغازی‌های میکروبی و فرمولاسیون‌های مخلوط به عنوان یک جایگزین قابل قبول برای بهبود رشد و کیفیت غذایی محصولاتی مانند کاهو، آروگولا، ریحان و زعفران برجسته شده است، زیرا اغلب مؤثرتر از تلقیح‌های تکی هستند، اگرچه این به نوع میکروارگانیسم‌ها و محصول بستگی دارد. چالش‌های اصلی فنی و روش‌شناختی شناسایی شده شامل تغییرپذیری نتایج در بین گونه‌ها و سیستم‌ها، فقدان پروتکل‌های استاندارد برای فرمولاسیون و کاربرد، اثرات منفی ناشی از تعاملات ناخواسته با نهاده‌ها یا میکروبیوتای بومی و پایداری محدود تحت شرایط محیطی متغیر است.

علاوه بر این، موانع نظارتی مرتبط با ثبت، اعتبارسنجی و پذیرش در مقیاس بزرگ این نهاده‌های زیستی، بیشتر اثربخشی و ادغام تجاری آن‌ها را محدود می‌کند. افزون بر این، نیاز به بررسی مکانیسم‌های مولکولی درگیر، مانند تولید فیتوهورمون‌ها، تثبیت نیتروژن، حل‌کنندگی فسفات، فعال‌سازی مسیرهای آنتی‌اکسیدانی گیاه و بهینه‌سازی پروتکل‌های کاربرد به رسمیت شناخته شده است. این مرور نتیجه می‌گیرد که اگرچه مسیر به سوی هیدروپونیک پایدار با مایه‌های میکروبی هنوز با موانعی روبرو است، اما نمایانگر یک راهبرد امیدوارکننده برای بهبود کارایی، پایداری و کیفیت سیستم‌های کشاورزی فشرده است.

The use of microbial inoculants in hydroponic crops has emerged as an innovative strategy to enhance plant performance, reduce dependence on chemical fertilizers by up to 80 %, and increase the sustainability of soilless agricultural systems. This literature review covers studies published between 2015 and 2025 and aims to identify the main challenges and opportunities associated with the application of microbial inoculants under hydroponic conditions.

Based on the analysis of recent studies, key opportunities are identified, such as improved nutrient absorption, stimulation of biomass and photosynthesis, greater tolerance to abiotic stressors (e.g., salinity, drought or iron deficiency), and reduced nitrate accumulation in plant tissues, thereby lowering health risks and environmental impacts such as water eutrophication. Additionally, the potential of microbial co-inoculations and mixed formulations is highlighted as a viable alternative to enhance the growth and nutritional quality of crops such as lettuce, arugula, basil, and saffron, as they are often more effective than single inoculations, although this depends on the type of microorganisms and the crop. The main technical and methodological challenges identified include variability of results across species and systems, the lack of standardized protocols for formulation and application, negative effects from undesired interactions with inputs or native microbiota, and limited stability under variable environmental conditions.

In addition, regulatory barriers related to the registration, validation, and large-scale adoption of these biological inputs further restrict their effectiveness and commercial integration. Moreover, there is a recognized need to investigate the molecular mechanisms involved, such as phytohormone production, nitrogen fixation, phosphate solubilization, activation of plant antioxidant pathways and optimize application protocols. This review concludes that although the path toward sustainable hydroponics with microbial inoculants still faces obstacles, it represents a promising strategy to improve the efficiency, sustainability, and quality of intensive agricultural systems.